El helicóptero es una de las máquinas voladoras más fascinantes y versátiles que existen. Su capacidad para desafiar la gravedad y moverse en todas las direcciones lo convierte en un elemento clave en diversas áreas de la sociedad, como el transporte, la exploración y la seguridad. En este artículo, exploraremos los componentes principales de un helicóptero, el principio de vuelo que lo hace posible y el control necesario para manejar esta increíble máquina. ¡Prepárate para adentrarte en el mundo del helicóptero y despegar hacia el conocimiento!
Helicóptero: componentes, principio de vuelo y control.
Un helicóptero es un tipo de avión que utiliza alas giratorias o giratorias, llamadas palas de rotor, para volar. A diferencia de un avión o un planeador, un helicóptero tiene alas móviles. A diferencia de un globo, un helicóptero es más pesado que el aire y tiene un motor para volar. Las palas giratorias, o rotor, de un helicóptero le permiten hacer cosas que un avión no puede.
Para volar, un objeto debe tener “flotabilidad”, una fuerza que lo mueva hacia arriba. La sustentación suele ser proporcionada por alas. Las alas crean sustentación debido a una relación llamada principio de Bernoulli. El principio de Bernoulli describe la relación entre la velocidad del aire y la presión del aire. A medida que aumenta la velocidad, la presión disminuye y lo contrario también ocurre.
Las alas son curvadas arriba y más planas abajo. Esta forma se llama perfil aerodinámico. Esta forma permite que el aire fluya más rápido por encima que por debajo. Esto significa que hay menos presión de aire en la parte superior del ala; Esto crea succión y el ala se mueve hacia arriba. Las palas del rotor de un helicóptero son alas y producen sustentación. Un avión debe volar rápido para mover suficiente aire sobre sus alas para proporcionar sustentación. Un helicóptero mueve aire sobre su rotor haciendo girar sus palas.
TERMINOLOGÍA DEL ALA ROTATIVA
En la mayoría de los helicópteros, el motor hace girar un eje conectado a un eje de entrada en la transmisión. El mástil del rotor principal sale directamente de la parte superior de la caja de cambios y el eje impulsor del rotor de cola está conectado a un eje de salida en un ángulo de 90 grados con respecto al mástil.
• Al girar el rotor, que tiene una sección de ala, se crea sustentación, lo que permite al helicóptero ascender verticalmente o flotar.
• La inclinación del rotor giratorio produce un vuelo en la dirección de inclinación.
Hay muchos términos asociados con el vuelo en ala giratoria y es importante que un estudiante se familiarice con ellos para comprender la mecánica del vuelo en ala giratoria.
COMPONENTES DEL HELICÓPTERO
1. Pala del rotor principal –
La pala del rotor principal realiza la misma función que las alas de un avión, proporcionando sustentación a medida que giran las palas del rotor. La sustentación es una de las fuerzas aerodinámicas cruciales que mantiene al avión en el aire. Un piloto puede influir en la sustentación cambiando las revoluciones por minuto (RPM) del rotor o su ángulo de ataque, que se refiere al ángulo de la pala giratoria en relación con el viento que se aproxima.
2. Estabilizador –
La barra estabilizadora se encuentra encima y a lo largo de la pala del rotor principal. Su peso y rotación amortiguan las vibraciones no deseadas en el rotor principal, ayudando a estabilizar la aeronave en todas las condiciones de vuelo. Arthur Young, el caballero que diseñó el helicóptero Bell 47, es considerado el inventor del estabilizador.
3. Mástil del rotor –
El mástil, también llamado eje del rotor, conecta la caja de cambios al conjunto del rotor. El mástil hace girar el plato cíclico superior y las palas.
4. Transmisión –
Al igual que un vehículo de motor, la transmisión de un helicóptero transmite potencia desde el motor a los rotores principal y de cola. El engranaje principal de la transmisión reduce la velocidad del rotor principal para que no gire tan rápido como el eje del motor. Una segunda caja de cambios hace lo mismo con el rotor de cola, aunque el rotor de cola es mucho más pequeño y puede girar más rápido que el rotor principal.
5. Motor –
El motor genera electricidad para el avión. Los primeros helicópteros dependían de motores alternativos, pero los helicópteros modernos utilizan motores de turbina de gas como los que se encuentran en los aviones comerciales.
SISTEMA DE ROTOR PRINCIPAL
1ra raíz: El extremo interior de la pala donde los rotores se conectan a los mangos de la pala.
2. Mangos de hoja: Grandes puntos de fijación donde la pala del rotor se conecta al buje.
3. Centro: Se coloca en la parte superior del mástil y conecta las palas del rotor a los tubos de control.
4. Mástil: Eje giratorio de la caja de cambios que conecta las palas del rotor al helicóptero.
5. Tubo de control: Tubos de empuje/tracción que cambian el ángulo de ataque de las palas del rotor.
6. Bocina de cambio de tono: El ancla que convierte el movimiento del tubo de dirección en el paso de la pala.
7. Lanzamiento: Ángulo aumentado o disminuido de las palas del rotor para aumentar, disminuir o cambiar la dirección del empuje del rotor.
8. Jesús Nuez: Es la única tuerca que sujeta el buje al mástil. (Si falla, la siguiente persona eres tú
plato cíclico
El conjunto del plato cíclico tiene dos funciones principales:
1. Bajo el control colectivo, el conjunto del plato cíclico puede cambiar el ángulo de ambas palas al mismo tiempo. Esto aumenta o disminuye la sustentación que el rotor principal proporciona al vehículo, permitiendo que el helicóptero gane o pierda altitud.
2. Bajo la dirección del control cíclico, el conjunto del plato cíclico puede cambiar individualmente el ángulo de las cuchillas durante su rotación. Esto permite que el helicóptero se mueva en un círculo de 360 grados en cualquier dirección, incluso hacia adelante, hacia atrás, hacia la izquierda y hacia la derecha.
El conjunto del plato cíclico consta de dos placas:
1. el fijo y
2. los platos cíclicos giratorios
* El plato cíclico giratorio gira con el eje impulsor (verde) y las palas del rotor (gris) debido a los enlaces (púrpura) que conectan el disco giratorio al eje impulsor.
* Las barras de control de paso (naranja) permiten que el plato cíclico giratorio cambie el paso de las palas del rotor.
* El ángulo del plato cíclico fijo se cambia mediante las barras de control (amarillas) unidas al plato cíclico fijo.
* Las barras de control de placa fija están influenciadas por las entradas del piloto a los controles cíclicos y colectivos.
* Los platos cíclicos fijos y giratorios están conectados mediante un juego de cojinetes entre los dos discos. Estos cojinetes permiten que el plato cíclico giratorio gire sobre el plato cíclico fijo.
SISTEMA DE CONTROL
Los helicópteros requieren un método de control completamente diferente al de los aviones y son mucho más difíciles de dominar. Volar un helicóptero requiere una concentración constante por parte del piloto y un flujo casi continuo de pequeñas correcciones de control.
El rotor principal de un helicóptero convencional está situado encima del fuselaje, justo detrás del área de la cabina, y consta de dos o más palas de rotor que se extienden desde una cabeza de rotor central o conjunto de cubo.
Un componente importante es el plato cíclico, ubicado en la base del cabezal del rotor. Este plato cíclico consta de un disco no giratorio y un disco giratorio montado directamente sobre él. El plato cíclico está conectado a la palanca de control y a la palanca en la cabina y puede inclinarse en cualquier dirección dependiendo del movimiento cíclico de la palanca del piloto o moverse hacia arriba y hacia abajo según el movimiento colectivo de la palanca.
Pero para explicar cómo el piloto mueve las palas del rotor principal para controlar el helicóptero, primero debemos entender el ángulo de cabeceo…
1. Ángulo de ataque de la pala del rotor.
Cada pala de rotor tiene un perfil aerodinámico, como el del ala de un avión, y a medida que las palas giran en el aire, crean sustentación exactamente de la misma manera que el ala de un avión.
La sustentación generada está determinada por el ángulo de ataque (y la velocidad) de cada pala del rotor a medida que se mueve en el aire. El ángulo de paso se llama ángulo de ataque cuando los rotores están en movimiento.
Este ángulo de ataque de las palas se controla de dos formas: colectiva y cíclica.
2. Control colectivo del tono.
El control colectivo se logra moviendo una palanca que se extiende desde el piso de la cabina hacia la izquierda del asiento del piloto, subiendo o bajando así el plato cíclico en el eje del rotor principal sin inclinarlo.
Esta palanca sólo se mueve hacia arriba y hacia abajo, correspondiendo directamente al movimiento deseado del helicóptero; Cuando levantas la palanca el helicóptero sube, cuando la bajas el helicóptero se hunde. Al final de la palanca de recolección se encuentra la palanca del acelerador, que se explica más adelante en la página.
A medida que el plato cíclico sube o baja en respuesta al movimiento colectivo de la palanca del piloto, cambia el paso de todas las palas del rotor simultáneamente y en la misma medida. Debido a que todas las palas del rotor cambian de paso juntas o «colectivamente», el cambio en la sustentación permanece constante durante cada rotación completa de las palas del rotor. Por lo tanto, el helicóptero no tiene ninguna tendencia a cambiar su dirección actual, excepto hacia arriba o hacia abajo.
Las siguientes ilustraciones muestran el efecto de levantar la palanca del colector en el plato cíclico y las palas del rotor. Las bielas van desde el plato cíclico hasta el borde de ataque de las palas del rotor; A medida que la placa sube o baja, todas las palas se inclinan exactamente en la misma dirección y en la misma medida.
Por supuesto, los sistemas reales de cabezales de rotor son mucho más complicados de lo que muestra esta imagen, pero los conceptos básicos son los mismos.
3. Control de tono cíclico.
El control cíclico se logra moviendo la palanca de control, que se extiende hacia arriba desde el piso de la cabina entre las piernas del piloto y se puede mover en todas las direcciones excepto hacia arriba y hacia abajo.
Estos movimientos cíclicos de la palanca, al igual que el control colectivo, corresponden al movimiento direccional del helicóptero; Mover la palanca cíclica hacia adelante hará que el helicóptero vuele hacia adelante, mientras que tirar de la palanca hacia atrás reducirá la velocidad del helicóptero e incluso lo hará volar hacia atrás. Si mueves la palanca de control hacia la izquierda o hacia la derecha, el helicóptero rodará en esas direcciones.
En el control cíclico, el plato cíclico se inclina y el ángulo de ataque de una pala del rotor aumenta en un punto particular de rotación, mientras que el ángulo se reduce cuando la pala se ha movido 180 grados alrededor del disco del rotor.
A medida que cambia el ángulo de inclinación, la sustentación producida por cada pala también cambia, lo que hace que el helicóptero se desequilibre y se incline hacia el lado donde experimenta menos sustentación.
Las siguientes figuras muestran el efecto de este control cíclico en el plato cíclico y las palas del rotor. Cuando se inclina el plato cíclico, las varillas opuestas se mueven en direcciones opuestas. La posición de las varillas y, por tanto, el paso de las distintas palas del rotor, es diferente en cada punto de giro y, por lo tanto, genera diferentes cantidades de sustentación alrededor del disco del rotor.
Otra forma de entender el control cíclico es imaginar el disco del rotor mencionado anteriormente, que es el círculo imaginario sobre el helicóptero creado por las puntas de las palas giratorias, e imaginar una placa plana colocada sobre la palanca de control cíclico. Cuando el palo se inclina en cualquier dirección, el ángulo de la placa cambia ligeramente. Este cambio de ángulo corresponde directamente a lo que le sucede al disco del rotor al mismo tiempo, es decir, el lado de la placa que está más alto representa el lado del disco del rotor que produce más sustentación.
4. Control de rotación (guiñada).
En la parte trasera del brazo de cola del helicóptero se encuentra el rotor de cola, un rotor montado verticalmente que consta de dos o más palas, similar a la hélice de un avión. Este rotor de cola se utiliza para controlar la guiñada o la rotación del helicóptero (es decir, en qué dirección apunta el morro). Para explicar esto, primero debemos entender el torque.
El torque es una fuerza natural causada por cualquier objeto en rotación. En un helicóptero, se produce cuando el motor hace girar las palas del rotor principal. A medida que giran las palas del rotor, la reacción natural es que el fuselaje del helicóptero gire en dirección opuesta a los rotores. Si este par no se controla, el helicóptero giraría de forma violenta e incontrolable.
Para suprimir la reacción del par, se utiliza el rotor de cola, que está conectado al rotor principal mediante engranajes y un eje para que gire cada vez que gira el rotor principal.
A medida que el rotor de cola gira, produce empuje exactamente de la misma manera que la hélice de un avión. La diferencia es que el rotor de cola del helicóptero actúa perpendicular al fuselaje. Esta ráfaga de aire lateral evita que el fuselaje del helicóptero intente girar contra el rotor principal, y el piloto puede cambiar el ángulo de ataque de las palas del rotor de cola para controlar la cantidad de empuje producido.
Aumentar el ángulo de ataque de las palas del rotor de cola aumenta el empuje lateral, que a su vez empuja al helicóptero en la misma dirección que las palas del rotor principal. La reducción del ángulo de cabeceo reduce el empuje lateral, permitiendo que prevalezca el par natural y permitiendo que el helicóptero gire en la dirección opuesta a los rotores principales.
El piloto controla el ángulo de ataque de las palas del rotor de cola mediante dos pedales en sus pies, al igual que se controla el movimiento del timón en un avión.
NOTAR (NO Tail Rotor) es un método alternativo de control de guiñada en algunos helicópteros.
En lugar de que un rotor de cola produzca empuje lateral, el aire a baja presión (creado por un gran ventilador frente al brazo de cola) se expulsa desde ranuras estrechas en la parte trasera (lateral) del brazo. Las ranuras se abren y cierran con los pedales del piloto, al igual que se controla el paso del rotor de cola.
La cantidad de aire expulsado afecta la presión del aire alrededor del brazo de cola y el brazo es «jalado o empujado» en una dirección u otra en respuesta a la presión variable y al par natural creado por los rotores principales giratorios. Un efecto natural (conocido como efecto Coanda), donde el aire se mueve en relación con objetos sólidos, ayuda a que el brazo trasero se mueva hacia los lados.
Los helicópteros NOTAR responden al control de guiñada de la misma manera que los helicópteros con rotor de cola y ofrecen una importante ventaja de seguridad: los rotores de cola pueden ser muy peligrosos cuando operan en el suelo o cerca de él, y en vuelo un rotor de cola defectuoso puede provocar fácilmente un derrame cerebral y un accidente. . Además, los helicópteros NOTAR tienen un nivel de ruido de funcionamiento más bajo.
5. Control de la válvula de mariposa.
El control del acelerador suele ser un «giro» al final de la palanca colectiva y está directamente relacionado con el movimiento de la palanca para que la velocidad del motor sea siempre correcta en cualquier ajuste de paso colectivo determinado. Debido a que el control de paso cíclico y colectivo determina el movimiento del helicóptero, no es necesario ajustar la velocidad del motor como ocurre con el motor de un avión. Así, durante el vuelo normal, la velocidad del motor (RPM) permanece constante y el piloto sólo necesita «afinar» la configuración del acelerador cuando es necesario.
Sin embargo, existe una conexión directa entre la potencia del motor y el control de guiñada en un helicóptero: las palas del rotor principal que giran más rápido producen más par, por lo que se requiere un mayor paso de las palas del rotor de cola para producir más empuje.
Vale la pena señalar que cada control de un helicóptero es fácil de entender y operar. ¡La dificultad está en utilizar todos los controles al mismo tiempo, con perfecta coordinación! Mover un control afecta drásticamente a los demás controles y, por lo tanto, también debe moverse para compensar.
Más recursos/artículos
Lista de proyectos CAD/CAM – resumen, descargar informe
software CAD | tutoriales de CAD
Notas conceptuales mecánicas y subjetivamente básicas, artículos.
Nuevos proyectos mecánicos 2020 (lista índice de todos los proyectos)
Mensajes recientes
Enlace a Cojinetes lisos: tipos, aplicaciones de trabajo y ventajas
Cojinetes lisos: tipos, aplicaciones de trabajo y ventajas
Introducción a los cojinetes lisos principales Los cojinetes lisos principales son componentes críticos en diversas máquinas y sistemas mecánicos. Estos rodamientos brindan soporte y reducen la fricción entre la rotación…
Enlace a materiales para herramientas de corte: tipos, composición, propiedades, aplicación
Materiales de corte: tipos, composición, propiedades, aplicación.
El material de la herramienta se puede dividir en dos tipos: 1. Material de la herramienta de corte. 2. Material para máquinas herramienta, calibres, prensas y útiles de prensado, útiles y útiles. 1. Tipos, propiedades y aplicaciones…
Componentes de un helicóptero: vuelo y principio de control
Un helicóptero es un tipo de aeronave que utiliza alas giratorias, llamadas palas, para volar. A diferencia de un avión o un planeador, un helicóptero tiene alas móviles. A diferencia de un globo, un helicóptero es más pesado que el aire y utiliza un motor para volar. Las palas giratorias de un helicóptero le permiten hacer cosas que un avión no puede.
Para poder volar, un objeto debe tener «sustentación», una fuerza que lo mueve hacia arriba. La sustentación generalmente se produce mediante alas. Las alas generan sustentación debido a una relación llamada Principio de Bernoulli. El Principio de Bernoulli describe cómo la velocidad del aire y la presión del aire están relacionadas. Cuando la velocidad aumenta, la presión disminuye y lo contrario también es cierto. Las alas tienen forma curva en la parte superior y plana en la parte inferior. Esta forma se llama perfil aerodinámico. Esa forma hace que el aire fluya más rápido sobre la parte superior que bajo la parte inferior. Como resultado, hay menos presión de aire en la parte superior del ala; esto causa succión y hace que el ala se eleve. Las palas del rotor de un helicóptero son alas y generan sustentación. Un avión debe volar rápido para mover suficiente aire sobre sus alas y proporcionar sustentación. Un helicóptero mueve el aire sobre su rotor haciendo girar sus palas.
Terminología de ala rotativa
En la mayoría de los helicópteros, el motor hace girar un eje que se conecta a una pluma de entrada en la transmisión; el mástil principal del rotor sale directamente de la parte superior de la transmisión y el eje de transmisión del rotor de cola se conecta a una clavija de salida a 90 grados del mástil.
– Girar el rotor, que tiene una sección de perfil aerodinámico, crea sustentación, permitiendo que el helicóptero se eleve verticalmente o se mantenga en el aire.
– Inclinar el rotor en rotación causará un vuelo en la dirección de la inclinación.
Existen muchos términos asociados con el vuelo de ala rotativa y es importante que un estudiante se familiarice con ellos para comprender la mecánica del vuelo de ala rotativa.
Componentes de un helicóptero
1. Palas del rotor principal: Las palas del rotor principal realizan la misma función que las alas de un avión, proporcionando sustentación a medida que las palas giran, siendo la sustentación una de las fuerzas aerodinámicas críticas que mantiene a una aeronave en el aire. Un piloto puede afectar la sustentación cambiando las revoluciones por minuto (rpm) del rotor o su ángulo de ataque, que se refiere al ángulo del ala giratoria en relación con el viento que se aproxima.
2. Estabilizador: La barra estabilizadora se ubica sobre y a través de la pala del rotor principal. Su peso y rotación amortiguan las vibraciones no deseadas en el rotor principal, ayudando a estabilizar la aeronave en todas las condiciones de vuelo. Arthur Young, el diseñador del helicóptero Bell 47, se le atribuye la invención de la barra estabilizadora.
3. Mástil del rotor: También conocido como eje del rotor, el mástil conecta la transmisión con el conjunto del rotor. El mástil hace que la placa de fijación superior y las palas giren.
4. Transmisión: Al igual que en un vehículo motorizado, la transmisión de un helicóptero transmite energía desde el motor hasta los rotores principales y de cola. La caja de cambios principal de la transmisión reduce la velocidad del rotor principal para que no gire tan rápidamente como el eje del motor. Una segunda caja de cambios hace lo mismo para el rotor de cola, aunque el rotor de cola, al ser mucho más pequeño, puede girar más rápido que el rotor principal.
5. Motor: El motor genera la potencia para la aeronave. Los primeros helicópteros dependían de motores de gasolina alternativos, pero los helicópteros modernos utilizan motores de turbina de gas como los que se encuentran en los aviones comerciales.
Este artículo continúa en el blog original. Puede encontrar más información sobre el principio de control del helicóptero, el sistema del rotor principal y el sistema de controles en el siguiente enlace: [Enlace al artículo completo en inglés]
Recursos adicionales:
– Lista de proyectos de CAD/CAM: descarga de informes y resumen
– Software de CAD | Tutoriales de CAD
– Notas de conceptos básicos de materias mecánicas
– Nuevos proyectos mecánicos 2020 (Lista de índice de todas las publicaciones de proyectos)