Principios Aerodinámicos Fundamentales en Rotores de Helicóptero

Fuerza Aerodinámica en Rotores

La fuerza aerodinámica es la resultante de dos componentes perpendiculares: la sustentación y la resistencia al avance.

Generación de Sustentación

La diferencia de presión entre la parte superior del perfil (extradós) y la inferior (intradós) es pequeña, alrededor del 1%, pero aplicada a lo largo de la pala de un rotor resulta bastante significativa. El flujo de aire es desviado hacia abajo. Si recordamos la tercera ley de Newton (cada acción tiene una reacción opuesta), se generará una fuerza hacia arriba. Esta fuerza se suma a la fuerza aerodinámica total.

Factores que Influyen en la Sustentación

• El incremento de velocidad causa un aumento de sustentación debido a la diferencia de presiones entre el extradós y el intradós. La sustentación se incrementa con el cuadrado de la velocidad. Así, una pala con una velocidad de 500 nudos genera cuatro veces más sustentación que una que vuele a 250 nudos.
• La sustentación varía con la superficie que tenga la pala. Un área de 100 pies cuadrados generará el doble de sustentación que una de 50.
• El ángulo de ataque.
• La densidad del aire.
• Normalmente, un aumento de la sustentación generará un aumento de la resistencia.

Resistencias Aerodinámicas

La resistencia es la fuerza que se opone al movimiento del helicóptero en el aire. Es básicamente función de la velocidad y es la suma de la resistencia inducida, la resistencia del perfil y la resistencia parásita.

Tipos de Resistencia

Resistencia Inducida

Es la resistencia producida como resultado de la sustentación. Altos ángulos de ataque, que producen más sustentación, generan alta resistencia inducida. En las alas rotativas, al aumentar la velocidad del helicóptero, la resistencia inducida disminuye.

Resistencia Parásita

Es la producida por todos aquellos componentes no generadores de sustentación.

Resistencia de Perfil o de Forma

Es la provocada por la fricción del perfil con el aire. Esta no cambia significativamente con la variación del ángulo de ataque, pero se incrementa moderadamente con el aumento de la velocidad.

Fuerza Centrífuga y Dinámica del Rotor

Efectos de la Rotación

La rotación de las palas de un helicóptero produce una fuerza centrífuga muy alta que se aplica sobre el rotor y el conjunto de las palas.

Comportamiento de las Palas

1. Cuando las palas del rotor no están girando, caen hacia abajo debido a su propio peso.
2. Cuando comienza la rotación del conjunto, las palas comienzan a elevarse de su posición de descanso debido a la fuerza centrífuga.
3. A velocidad operacional, debido a su ángulo de ataque, las palas se encuentran en posición recta; todavía no están generando sustentación.
4. Cuando el rotor comienza a generar sustentación, las palas abandonan su posición recta y comienzan a formar una posición de cono.

El Cono del Rotor

La medida de este cono depende de las RPM, el peso total y las fuerzas G experimentadas en el vuelo.

Variación del Cono

• Si las RPM permanecen constantes, el cono aumenta cuando el peso total y las fuerzas G son aumentadas.
• También, si las RPM disminuyen, manteniendo el peso y las G constantes, el cono va a aumentar.

Consecuencias del Cono Excesivo

Un cono excesivo causa fatiga sobre las palas y una disminución de la sustentación al reducir el área del disco del rotor.