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martes, 11 de mayo de 2010

Helicopteros: dinámica de vuelo


Caracas, 11/05/2010, Aeroblog.- Aprender a pilotar un helicóptero es todo un reto. Si pilotar un avión puede compararse a montar en bicicleta, pilotar un helicóptero es más bien como hacer juegos malabares montado en un monociclo.
Los helicópteros resultan tan difíciles de pilotar, porque son inestables de por sí. Mientras que un avión se puede "centrar" y luego dejarlo que vuele prácticamente solo, si se da libertad a un helicóptero, éste empezará a oscilar y podría acabar estrellándose. Evitar que se den estas oscilaciones es parte del trabajo del piloto, pero también es una tarea que puede crispar los nervios de un principiante.
Los estudiantes suelen necesitar una media de entre 10 y 15 horas para controlar los aspectos básicos de cómo pilotar un helicóptero de verdad. Los pilotos que utilizan Flight Simulator suelen necesitar una media de 6 horas para dominar los aspectos básicos en un Robinson R22 Beta II o un Bell 206B JetRanger III por simulación. Las primeras horas pueden resultar frustrantes, pero no tire la toalla. Precisamente, esas características que convierten el pilotar un helicóptero en todo un reto también lo hacen muy divertido. Y una vez haya dominado las sutilezas del vuelo giratorio, no hay nada que se le pueda comparar.
Los rotores son las alas
Para entender la aerodinámica del helicóptero, recuerde que el sistema del rotor principal del aparato hace las veces de alas. Los rotores son perfiles de ala y, por lo tanto, generan una sustentación semejante a las de las alas de los aviones y reaccionan a los cambios en el ángulo de ataque y —entran en pérdida— del mismo modo que las alas.
En un avión, las alas se encargan de la sustentación, mientras que la hélice aporta la tracción. En un helicóptero, el mismo componente genera tanto la sustentación como la tracción: las palas del rotor principal. El área circular definida por la rotación de las palas se llama "disco del rotor". En pocas palabras, el disco del rotor empuja el aire hacia abajo y el helicóptero asciende. Si se inclina el disco del rotor, el helicóptero se moverá en la dirección de la inclinación. Si el rotor principal gira, una fuerza igual y contraria hace girar al fuselaje del helicóptero en el sentido inverso. El rotor de cola compensa este par.
EFECTOS AERODINAMICOS ESPECIALES
Las características de funcionamiento de los helicópteros crean condiciones aerodinámicas especiales que el piloto debe comprender a la perfección. Entre las más importantes pueden mencionarse:
  • Efecto suelo
El efecto suelo se refieree a una disminución en la resistencia inducida cuando un aparato vuela cerca del suelo. En un helicóptero, el efecto suelo se define como un incremento del rendimiento cuando el aparato se encuentra a una distancia del suelo equivalente a la envergadura de su rotor. Este efecto es más obvio cuando el disco del rotor principal se encuentra a la mitad de la distancia del rotor respecto al suelo. Al igual que en un avión, el efecto suelo se produce cuando el suelo interfiere en los vórtices producidos en los extremos del perfil de ala principal, en este caso, los vórtices de la punta del rotor. Además, el suelo reduce la aceleración del flujo inducido (el aire es empujado hacia abajo y a través del disco del rotor). La disminución de la velocidad hacia abajo del flujo inducido hace que cualquier ángulo de cabeceo sea más eficaz para generar sustentación. Cuando está bajo el efecto suelo, el helicóptero requiere menos potencia para mantener el vuelo estacionario.
  • Tendencia de traslación (atirantamiento cíclico)
Los helicópteros tienen tendencia a derivar en la misma dirección que el impulso del rotor de cola. Por ejemplo, los helicópteros construidos en los Estados Unidos tienden a derivar hacia la derecha durante un vuelo estacionario. Los fabricantes compensan este efecto inclinando el mástil del rotor principal ligeramente hacia la izquierda o estirando el paso cíclico ligeramente hacia la izquierda. No obstante, es posible que el piloto deba aplicar una ligera presión del paso cíclico hacia la izquierda para compensar, en especial al operar a un alto régimen de potencia, por ejemplo, durante un vuelo estacionario o en un ascenso.
  • Sustentación traslacional efectiva (ETL)
Amplio incremento del rendimiento que se produce durante un vuelo hacia adelante o en un vuelo estacionario en el viento. El aire que se desplaza horizontalmente a través de los discos del rotor ayuda al rotor a generar más sustentación a determinado régimen de potencia. Este efecto puede apreciarse por lo general a velocidades de entre 10 y 15 nudos. La transición hacia la ETL puede notarse por una vibración de baja frecuencia. El morro del helicóptero sube y el aparato comienza a elevarse verticalmente.
  • Efecto de flujo transversal
Reducción de la sustentación en la parte posterior del disco del rotor que se produce durante un vuelo hacia adelante o en un vuelo estacionario contra el viento. A bajas velocidades, el aire que pasa a través de la parte posterior del disco del rotor se acelera durante más tiempo y se mueve más verticalmente que el aire de la parte delantera del disco. Cuando este aire acelerado fluye a través de la parte posterior del disco, reduce el ángulo de ataque de las palas del rotor, disminuyendo la sustentación generada por la parte posterior del disco del rotor.
Disimetría de sustentación
La disimetría de sustentación es una situación en la que el rotor principal no genera el mismo nivel de sustentación en todo el disco del rotor. La disimetría de sustentación es más evidente durante una pérdida de pala, en la que la mitad izquierda del disco del rotor (vista desde arriba) entra en pérdida debido a la alta velocidad de avance, el elevado peso bruto, la elevada altitud de densidad y las bajas revoluciones por minuto del rotor, así como a la turbulencia, el uso brusco de los mandos o los virajes pronunciados. Este efecto se produce sólo cuando el helicóptero se encuentra volando hacia adelante o en un vuelo estacionario contra el viento. Los diseñadores pueden compensar la disimetría de sustentación haciendo que las palas aleteen o se pongan en bandera.
CONTROLES DE VUELO
Un helicóptero tiene cuatro mandos de vuelo básicos:
  • Paso general
  • Acelerador
  • Paso cíclico
  • Pedales antipar
Los helicópteros son mucho más sensibles al movimiento de los mandos que cualquier avión. Para pilotar un helicóptero de manera suave y precisa, es necesario coordinar el uso de todos los mandos de vuelo y de potencia. Recuerde estos aspectos básicos:
  • Aplique presiones suaves a los mandos, absteniéndose siempre de movimientos bruscos o exagerados, ya que provocan oscilaciones cada vez mayores que pueden llevar rápidamente a una pérdida del control absoluta. Prácticamente sólo tiene que pensar lo que quiere hacer y el helicóptero lo hará: así de leve debe ser la presión que aplique a los mandos.
  • Debe prever lo que sucederá al mover un mando y cuáles deberán ser los movimientos correspondientes de los demás mandos. Por ejemplo, si aumenta la potencia incrementando el paso general, también deberá accionar el pedal antipar izquierdo para compensar la tendencia del helicóptero a girar hacia la derecha.
  • Asegúrese de que entiende perfectamente los efectos aerodinámicos especiales característicos de los helicópteros y los ajustes de mandos necesarios para compensarlos. Debe ser capaz de prever estos efectos; no basta con reaccionar ante ellos. Si espera a notar el efecto para reaccionar, tendrá problemas para controlar el aparato.
  • Bajo ninguna circunstancia retire la mano del paso cíclico mientras el rotor principal esté girando.
  • Tras el aterrizaje, asegúrese de que el helicóptero se haya asentado firmemente y de que el paso general se encuentre totalmente hacia abajo antes de proceder a apagar el motor. Mantenga el paso cíclico en posición neutral hasta que el rotor principal se detenga.

El paso general
El paso general (o "control del cabeceo del paso general") se utiliza como la forma principal de controlar la altitud y la potencia de un helicóptero. Este paso varía la sustentación producida por el sistema del rotor principal al aumentar o disminuir de forma simultánea o conjunta el cabeceo de todas las palas del rotor principal. Básicamente, el paso general condiciona el vector de empuje.
En un helicóptero real, se utiliza el brazo izquierdo para elevar y bajar el paso general, moviendo una larga palanca montada en el suelo de la cabina.
Al elevar el paso general se incrementa simultáneamente el cabeceo (y, por consiguiente, el ángulo de ataque) de todas las palas, aumentando la sustentación que genera el sistema del rotor principal. Al bajar el paso general, disminuye simultáneamente el cabeceo (ángulo de ataque) de todas las palas, lo que reduce la sustentación que genera el sistema del rotor principal.
Al elevar el paso general, las palas del rotor producen una sustentación mayor. Sin embargo, el mayor ángulo de ataque de las palas genera también una resistencia mayor, por lo que deberá aumentar la potencia para mantener las revoluciones por minuto del rotor. Este incremento de la potencia da lugar a una reacción equitativa y contraria mediante el aumento del par. Por lo tanto, cuando aumente el paso general, deberá pisar también el pedal antipar izquierdo. Si se reduce el paso general, disminuyen la sustentación y la resistencia, se necesita menos potencia para mantener las revoluciones por minuto del rotor y, por lo tanto, el par disminuye. Para lograr un vuelo coordinado, debe pisar el pedal derecho cuando disminuya el paso general. Recuerde que debe prever lo que va a ocurrir. Si espera a notar el efecto de un movimiento de control para reaccionar, tendrá problemas para controlar el aparato.
La aceleración
El acelerador está montado en el extremo del paso general.
La regla más importante para pilotar un helicóptero es ésta: ¡mantener constante el número de revoluciones por minuto del rotor!
Si el rotor principal y el de cola no giran con suficiente rapidez, no generarán suficiente sustentación, lo cual podría tener consecuencias fatales. Sin la sustentación del rotor principal, un helicóptero no puede mantenerse en el aire; sin la sustentación del rotor de cola, el piloto no puede mantener el control de la guiñada.
El paso cíclico
Durante el vuelo, el paso cíclico (o "control del cabeceo del paso cíclico) controla la actitud de cabeceo y ladeo de un helicóptero, es decir, desempeña la misma función que la palanca de mandos que controla el timón y los alerones en un avión. El paso cíclico es el control principal de la velocidad aerodinámica durante el vuelo. Al aplicar el paso cíclico hacia adelante, la velocidad aerodinámica aumenta; si se aplica hacia atrás, se reduce.
La dirección de la fuerza generada por el disco del rotor se controla mediante la inclinación del mismo durante el paso cíclico y gracias a una serie de dispositivos mecánicos. El paso cíclico inclina el disco del rotor y, durante un vuelo estacionario, controla la dirección y la velocidad del movimiento del helicóptero por el suelo. Al mover el paso cíclico hacia adelante, el helicóptero vuela hacia adelante. Al moverlo hacia la izquierda, el helicóptero se traslada (es decir, se desplaza sobre el terreno) hacia la izquierda, y así sucesivamente. La posición del paso general condiciona el vector de empuje. La posición del paso cíclico condiciona la inclinación (o dirección) del vector de empuje.
El grado de presión que se aplique sobre el paso cíclico determinará con qué velocidad se moverá el helicóptero en una dirección específica. Para mover el paso cíclico normalmente se deben realizar ajustes con los demás mandos de vuelo, el paso general y los pedales antipar. Por ejemplo:
  • En un vuelo de crucero normal, cuando se lleva el paso cíclico hacia adelante, el morro del helicóptero se inclina también hacia adelante. La velocidad aerodinámica aumenta y el helicóptero desciende a menos que se incremente el paso general para aumentar la sustentación producida por el rotor principal y aumentar la potencia.
  • Al mover hacia atrás el paso cíclico, el morro del helicóptero se eleva. La velocidad aerodinámica disminuye y el helicóptero asciende, a menos que se reduzca el paso general para disminuir la potencia.
  • Cuando se mueve el paso general, el par cambia, por lo que se debe pisar también el pedal antipar izquierdo o derecho para mantener el vuelo coordinado.
Los pedales antipar
El par producido por el rotor principal se compensa mediante los pedales antipar. Si se aumenta el paso general, incrementa el par; si se disminuye el paso general, se reduce el par. Debe utilizar los pedales, o acabará girando sin control.
Al incrementar el paso general para aumentar la potencia, debe pisarse el pedal izquierdo para impedir que el helicóptero gire hacia la derecha. Del mismo modo, al reducir el paso general para disminuir la potencia, debe pisarse el pedal derecho para compensar la reducción del par. (Observe que esto contradice las tendencias de giro a la izquierda en un avión a gran potencia.)
En el vuelo hacia adelante, un helicóptero gira igual que un avión: se ladea. En un vuelo estacionario, utilice los pedales para mantener el rumbo del helicóptero, es decir, la dirección hacia la que apunta el morro. Durante el vuelo estacionario, también puede utilizarse el pedal izquierdo o derecho para hacer girar el helicóptero. Este tipo de giro suele denominarse “viraje de pedal”.
Durante los vuelos de crucero y en los ascensos y descensos normales, utilice los pedales para mantener un vuelo coordinado, es decir, para que el helicóptero siga centrado. No utilice los pedales para los virajes, excepto durante el vuelo estacionario. Utilice el paso cíclico para ladear y virar el helicóptero, así como para mantener el rumbo del aparato. Podrá determinar si el helicóptero está o no centrado observando la bola del inclinómetro o aguja de viraje. Si la bola se encuentra a la izquierda del centro, pise el pedal izquierdo. Si la bola se encuentra a la derecha del centro, pise el pedal derecho.
Potencia dividida
El motor del helicóptero acciona tanto el rotor principal como el rotor antipar de cola. Si necesita utilizar un ajuste de alta potencia para mantener un vuelo estacionario o para realizar un vuelo estacionario en condiciones de viento cruzado fuerte, puede que el rotor de cola no sea capaz de generar suficiente impulso como para contrarrestar el par proporcionado por el rotor principal o la tendencia del helicóptero a girar en el viento.


ADN/Aeroblog
Fuente: MAFUSO.NET

16 comentarios:

  1. Excelente entrada, como siempre!!!
    Dos observaciones importantes:

    1) En nuestra region, al paso "General" se le llama "Colectivo"

    2) "Si se inclina el disco del rotor, el helicóptero se moverá en la dirección de la inclinación." ESTO ES UNA CONFUSIÓN!!! (muy generalizada). Mientras esa descripción es adecuada para una explicación y visualización simple, es más preciso pensar que el helicoptero se controla inclinando (y bajando/subiendo) el "Swashplate", que consiste en una estrella estacionaria (debajo, conectada a los controles) y una estrella rotatoria (arriba, conectada a las palas), que permite cambiar la distribución de sustentación de las palas, y asi inclinar el plano del rotor, con todo y helicoptero. Eso no guarda relación con el mecanismo de rotor semi-rigido, que permite inclinar ambas palas a la vez (un tip arriba, otro abajo) tipico en los helicopteros bipala, especialmente los RC.
    http://www.fas.org/man/dod-101/sys/ac/docs/poh/heli-02.htm
    http://images.google.com/images?q=helipcoter%20swashplate

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    1. ¿Tú me puedes decir cuál es la proporción entre el ángulo de inclinación del disco-rotor (o del helicóptero entero) y la velocidad? Gracias...

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  2. Excelente!! muy buena información de los helicópteros!!! Dinámica y bastante comprensible!!! saludos!!

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  3. Muchisimas gracias AirAusquin por su comentario. Realmente que los link´s compartidos estan en exceso útiles. Saludos

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  4. me podras decir quees la region del flujoinverso??????????? gracias-!!!!!11

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  5. Para el señor "Anónimo" con la duda de la región del flujo inverso, aqui te dejo este link: http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/velocity.shtml

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  6. tengo problemas con mi estacionario que recomiendas para mejorar?. hay alguna clase de tecnica o algo por el estilo.??

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  7. para pilotar un heli debes tener conectados tus brasos y piernas en un mismo canal

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  8. Hola a todos soy controlador de transito aereo y es la mejor explicacion que he visto para entender el funcionamiento de un helicoptero,aprovecho para preguntar a cuantos pies como maximo puede un helicoptero realizar un vuelo estacionario

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    1. Hay veces que me pasa que el helicoptero en estacionario empieza a vibrar y a perder altitud rapidamente, no es capaz de sustentarse y la forma que tengo de contrarestarlo es bajar morro para ganar velocidad, pero si estas muy cerca del suelo es posible que no te de tiempo. He visto que subir colectivo al máximo tampoco es buena idea, suele empeorar las cosas.

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  9. alguien puede explicarme que es la velocidad inducida en un helicóptero??

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  10. Esa explicación la leí en el curso para piloto de helicopteros del FS2004. Si desean mas conocimientos aquellos que tienen este simulador, pueden consultarlo en esa aplicación.

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  11. Yo no podía pilotar helicopteros del FS2004 hasta que tomé unas clases en helicopteros ultralivianos verdaderos, del tipo Rotorway 162-F. El instructor empezó enseñándome a mantener el rumbo con los pedales mientras él operaba los otros mandos, posteriormente me "soltó" todo el helicoptero.
    De esa manera pude pilotar los helicopteros virtuales desde el pequeño Cicaré hasta el Chinook H-47.

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  12. Señores, ¿alguien me puede decir cuál es la proporción entre el ángulo de inclinación del disco-rotor y la velocidad del helicóptero? Muchas gracias...

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  13. Hola me llamo Tomás y quería preguntar, ésas alas horizontales cerca de la cola y que quedan mas o menos de bajo de las palas principales, que utilidad tienen y que longitud deberán tener.
    Un saludo.
    Tomás

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