馃敶馃殎 108. Helic贸ptero: Vuelo Hacia Adelante - Forward Flight ✈️
Forward Flight - Helic贸ptero: Vuelo hacia adelante
En el vuelo de avance constante, sin cambios en la velocidad del aire ni en la velocidad vertical, las cuatro fuerzas de sustentaci贸n, empuje, resistencia y peso deben estar en equilibrio. Una vez que el plano de la trayectoria de la punta se inclina hacia delante, la fuerza total de sustentaci贸n-empuje tambi茅n se inclina hacia delante. (Todo sobre Helic贸pteros)
Esta fuerza de sustentaci贸n y empuje resultante puede dividirse en dos componentes: la sustentaci贸n que act煤a verticalmente hacia arriba y el empuje que act煤a horizontalmente en la direcci贸n del vuelo. Adem谩s de la sustentaci贸n y el empuje, existen el peso (la fuerza que act煤a hacia abajo) y la resistencia (la fuerza que se opone al movimiento de un avi贸n en el aire). (Todo sobre Helic贸pteros)
En vuelo recto y nivelado, sin aceleraci贸n hacia delante (el vuelo recto y nivelado es el vuelo con un rumbo constante y a una altitud constante), la sustentaci贸n es igual al peso y el empuje es igual a la resistencia.
Si la sustentaci贸n es mayor que el peso, el helic贸ptero acelera verticalmente hasta que las fuerzas se equilibran; si el empuje es menor que la resistencia, el helic贸ptero reduce la velocidad hasta que las fuerzas se equilibran. (Todo sobre Helic贸pteros)
Cuando un helic贸ptero inicia un movimiento hacia adelante, comienza a perder altitud porque la sustentaci贸n se pierde a medida que el empuje se desv铆a hacia adelante.
Sin embargo, a medida que el helic贸ptero comienza a acelerar desde su posici贸n de vuelo estacionario, el disco del rotor se vuelve m谩s eficiente debido a la sustentaci贸n por traslaci贸n. El resultado es un exceso de potencia con respecto a la que se necesita para flotar. (Todo sobre Helic贸pteros)
La aceleraci贸n continuada provoca un aumento a煤n mayor del flujo de aire a trav茅s del disco del rotor (hasta un m谩ximo determinado por la resistencia y el l铆mite de potencia del motor), y un vuelo m谩s eficiente.
Para mantener el vuelo sin aceleraci贸n, el piloto debe entender que con cualquier cambio de potencia o de movimiento c铆clico, el helic贸ptero comienza a subir o a bajar.
Una vez obtenido el vuelo recto y nivelado, el piloto debe tomar nota de la potencia (ajuste de torque) requerida y no hacer grandes ajustes en los controles de vuelo. (Todo sobre Helic贸pteros)
Flujo de aire en vuelo de avance - Airflow in Forward Flight
El flujo de aire a trav茅s del disco del rotor en vuelo de avance var铆a del flujo de aire en vuelo estacionario. En el vuelo de avance, el aire fluye en direcci贸n contraria a la trayectoria de vuelo de la aeronave.
La velocidad de este flujo de aire es igual a la velocidad de avance del helic贸ptero. Dado que las palas del rotor giran en un patr贸n circular, la velocidad del flujo de aire a trav茅s de una pala depende de la posici贸n de la pala en el plano de rotaci贸n en un instante dado, su velocidad de rotaci贸n y la velocidad del helic贸ptero. (Todo sobre Helic贸pteros)
Por lo tanto, el flujo de aire que se encuentra con cada pala var铆a continuamente a medida que la pala gira. La mayor velocidad del flujo de aire se produce sobre el lado derecho (posici贸n de las 3 en punto) del helic贸ptero (pala que avanza en un disco de rotor que gira en sentido contrario a las agujas del reloj) y disminuye la velocidad de rotaci贸n sobre la nariz. (Todo sobre Helic贸pteros)
Contin煤a disminuyendo hasta que la velocidad m谩s baja del flujo de aire se produce sobre el lado izquierdo (posici贸n de las 9 en punto) del helic贸ptero (pala en retroceso). A medida que la pala sigue girando, la velocidad del flujo de aire aumenta hasta alcanzar la velocidad de rotaci贸n sobre la cola. Contin煤a aumentando hasta que la pala vuelve a estar en la posici贸n de las 3 en punto. (Todo sobre Helic贸pteros)
La pala que avanza, posici贸n A, se mueve en la misma direcci贸n que el helic贸ptero. La velocidad del aire que se encuentra con esta pala es igual a la velocidad de rotaci贸n de la pala m谩s la velocidad del viento resultante de la velocidad del aire de avance. La pala en retirada (posici贸n C) se mueve en un flujo de aire que se mueve en la direcci贸n opuesta al helic贸ptero. (Todo sobre Helic贸pteros)
La velocidad del flujo de aire que se encuentra con esta pala es igual a la velocidad de rotaci贸n de la pala menos la velocidad del viento resultante de la velocidad del aire hacia delante.
Las palas (posiciones B y D) sobre el morro y la cola se mueven esencialmente en 谩ngulo recto con el flujo de aire creado por la velocidad del aire hacia delante; la velocidad del flujo de aire que se encuentra con estas palas es igual a la velocidad de rotaci贸n.
El resultado es un cambio en la velocidad del flujo de aire a lo largo del disco del rotor y un cambio en el patr贸n de elevaci贸n del disco del rotor. (Todo sobre Helic贸pteros)
Pala de avance - Advancing Blade
A medida que la velocidad relativa del viento de la pala que avanza aumenta, la pala gana sustentaci贸n y empieza a flapsar. Alcanza su m谩xima velocidad de aleteo hacia arriba en la posici贸n de las 3 en punto, donde la velocidad del viento es mayor.
Esta aleta ascendente crea un flujo de aire descendente y tiene el mismo efecto que el aumento de la velocidad del flujo inducido al imponer un vector de velocidad vertical descendente al viento relativo que disminuye el AOA. (Todo sobre Helic贸pteros)
Pala en retroceso - Retreating Blade
A medida que la velocidad del viento relativo de la pala en retirada disminuye, la pala pierde sustentaci贸n y empieza a flapsar hacia abajo. Alcanza su m谩xima velocidad de aleteo hacia abajo en la posici贸n de las 9 horas, donde la velocidad del viento es menor.
Este aleteo hacia abajo crea un flujo de aire ascendente y tiene el mismo efecto que la disminuci贸n de la velocidad del flujo inducido al imponer un vector vertical de velocidad ascendente al viento relativo que aumenta el AOA. (Todo sobre Helic贸pteros)
Disimetr铆a de la sustentaci贸n - Dissymmetry of Lift
La disimetr铆a de la sustentaci贸n es la sustentaci贸n diferencial (desigual) entre las mitades que avanzan y retroceden del disco del rotor, causada por la diferente velocidad del flujo de viento en cada mitad.
Esta diferencia de sustentaci贸n provocar铆a que el helic贸ptero fuera incontrolable en cualquier situaci贸n que no fuera el vuelo estacionario con viento en calma. Debe haber un medio de compensar, corregir o eliminar esta sustentaci贸n desigual para lograr la simetr铆a de la sustentaci贸n. (Todo sobre Helic贸pteros)
Cuando el helic贸ptero se mueve en el aire, el flujo de aire relativo a trav茅s del disco del rotor principal es diferente en el lado que avanza y en el que retrocede.
El viento relativo que encuentra la pala que avanza se ve incrementado por la velocidad de avance del helic贸ptero, mientras que la velocidad relativa del viento que act煤a sobre la pala que retrocede se ve reducida por la velocidad de avance del helic贸ptero.
Por lo tanto, como resultado de la velocidad relativa del viento, el lado de la pala que avanza del disco del rotor puede producir m谩s sustentaci贸n que el lado de la pala que retrocede. (Todo sobre Helic贸pteros)
Si se permitiera esta condici贸n, un helic贸ptero con un giro de las palas del rotor principal en sentido contrario a las agujas del reloj rodar铆a hacia la izquierda debido a la diferencia de sustentaci贸n. En realidad, las palas del rotor principal flaps y plumas autom谩ticamente para igualar la sustentaci贸n en todo el disco del rotor. (Todo sobre Helic贸pteros)
Los discos de rotor articulados, normalmente con tres o m谩s palas, incorporan una bisagra horizontal (bisagra de aleteo) para permitir que las palas individuales del rotor se muevan, o aleteen hacia arriba y hacia abajo mientras giran.
Un disco de rotor semirr铆gido (dos palas) utiliza una bisagra oscilante, que permite que las palas aleteen como una unidad. Cuando una de las palas aletea hacia arriba, la otra aletea hacia abajo. (Todo sobre Helic贸pteros)
Cuando la pala del rotor llega al lado de avance del disco del rotor (A), alcanza su m谩xima velocidad de flaps hacia arriba. Cuando la pala aletea hacia arriba, el 谩ngulo entre la l铆nea de cuerda y el viento relativo resultante disminuye.
Esto disminuye el AOA, lo que reduce la cantidad de sustentaci贸n producida por la pala. En la posici贸n (C), la pala del rotor est谩 ahora en su m谩xima velocidad de flaps hacia abajo. Debido al aleteo hacia abajo, el 谩ngulo entre la l铆nea de cuerda y el viento relativo resultante aumenta. Esto aumenta el AOA y, por tanto, la cantidad de sustentaci贸n producida por la pala. (Todo sobre Helic贸pteros)
La combinaci贸n del aleteo de la pala y el viento relativo lento que act煤a sobre la pala en retroceso normalmente limita la velocidad m谩xima de avance de un helic贸ptero. A una velocidad de avance elevada, la pala en retroceso entra en p茅rdida debido al elevado AOA y a la lenta velocidad del viento relativo.
Esta situaci贸n se denomina p茅rdida de la pala en retirada y se manifiesta por un cabeceo del morro hacia arriba, vibraciones y una tendencia a rodar, normalmente hacia la izquierda en los helic贸pteros con rotaci贸n de la pala en sentido contrario a las agujas del reloj. (Todo sobre Helic贸pteros)
Los pilotos pueden evitar la p茅rdida de las palas en retroceso si no superan la velocidad de no superaci贸n. Esta velocidad se denomina VNE y se indica en un cartel y se marca en el indicador de velocidad del aire con una l铆nea roja. (Todo sobre Helic贸pteros)
El aleteo de las palas compensa la disimetr铆a de la sustentaci贸n de la siguiente manera. En el vuelo estacionario, se produce una sustentaci贸n igual alrededor del disco del rotor con igual paso (AOI) en todas las palas y en todos los puntos del disco del rotor (sin tener en cuenta la compensaci贸n de la tendencia a la traslaci贸n). El disco del rotor es paralelo al horizonte. (Todo sobre Helic贸pteros)
Para desarrollar una fuerza de empuje, el disco del rotor debe estar inclinado en la direcci贸n de movimiento deseada. La pluma c铆clica modifica el 谩ngulo de incidencia de forma diferencial alrededor del disco del rotor. Para una rotaci贸n en sentido contrario a las agujas del reloj, el movimiento c铆clico hacia adelante disminuye el 谩ngulo de incidencia a la derecha del disco del rotor y lo aumenta a la izquierda. (Todo sobre Helic贸pteros)
Al pasar al vuelo hacia delante, ya sea desde un vuelo estacionario o al despegar del suelo, los pilotos deben ser conscientes de que a medida que aumenta la velocidad del helic贸ptero, la sustentaci贸n traslacional se hace m谩s efectiva y hace que el morro se eleve o cabecee hacia arriba (lo que a veces se denomina retroceso).
Esta tendencia est谩 causada por los efectos combinados de la disimetr铆a de la sustentaci贸n y el flujo transversal. Los pilotos deben corregir esta tendencia manteniendo una actitud constante del disco del rotor que mueva el helic贸ptero a trav茅s del rango de velocidad en el que se produce el retroceso. (Todo sobre Helic贸pteros)
Si se permite que la nariz se incline hacia arriba al pasar por este rango de velocidad, la aeronave tambi茅n puede tender a rodar hacia la derecha.
Para corregir esta tendencia, el piloto debe mover continuamente el c铆clico hacia adelante a medida que la velocidad del helic贸ptero aumenta hasta que el despegue se haya completado y el helic贸ptero haya hecho la transici贸n al vuelo hacia adelante. (Todo sobre Helic贸pteros)
La figura ilustra la inclinaci贸n hacia delante del disco del rotor, que es el resultado de un cambio en el 谩ngulo de inclinaci贸n con la c铆clica hacia delante.
En vuelo estacionario, el c铆clico est谩 centrado y el 谩ngulo de inclinaci贸n de las palas que avanzan y retroceden es el mismo. A bajas velocidades de avance, al mover el c铆clico hacia delante se reduce el 谩ngulo de paso en la pala que avanza y se aumenta el 谩ngulo de paso en la pala que retrocede. (Todo sobre Helic贸pteros)
Esto provoca una ligera inclinaci贸n del disco del rotor. A velocidades de avance m谩s altas, el piloto debe seguir moviendo el c铆clico hacia adelante.
Esto reduce a煤n m谩s el 谩ngulo de inclinaci贸n de la pala que avanza y aumenta a煤n m谩s el 谩ngulo de inclinaci贸n de la pala que retrocede. Como resultado, la inclinaci贸n del disco del rotor es a煤n mayor que a velocidades m谩s bajas. (Todo sobre Helic贸pteros)
Una componente de sustentaci贸n horizontal (empuje) genera una mayor velocidad aerodin谩mica del helic贸ptero. La mayor velocidad del aire induce el aleteo de las palas para mantener la simetr铆a de la sustentaci贸n. La combinaci贸n de flaps y el aleteo c铆clico mantiene la simetr铆a de la sustentaci贸n y la actitud deseada en el disco del rotor y en el helic贸ptero. (Todo sobre Helic贸pteros)
Elevaci贸n traslacional - Translational Lift
La mejora de la eficiencia del rotor resultante del vuelo direccional se denomina sustentaci贸n traslacional. La eficiencia del disco del rotor en vuelo estacionario mejora considerablemente con cada nudo de viento entrante obtenido por el movimiento horizontal de la aeronave o el viento de superficie.
A medida que el viento entrante producido por el movimiento de la aeronave o el viento de superficie entra en el disco del rotor, las turbulencias y los v贸rtices quedan atr谩s y el flujo de aire se vuelve m谩s horizontal. Adem谩s, el rotor de cola se vuelve m谩s eficiente desde el punto de vista aerodin谩mico durante la transici贸n del vuelo estacionario al vuelo de avance. (Todo sobre Helic贸pteros)
Elevaci贸n traslacional efectiva (ETL) - Effective Translational Lift (ETL)
Durante la transici贸n al vuelo de avance a unos 16 a 24 nudos, el helic贸ptero pasa por la sustentaci贸n traslacional efectiva (ETL). Como se mencion贸 anteriormente en la discusi贸n sobre la sustentaci贸n traslacional, las palas del rotor se vuelven m谩s eficientes a medida que aumenta la velocidad del aire hacia adelante.
Entre los 16 y los 24 nudos, el disco del rotor supera por completo la recirculaci贸n de los antiguos v贸rtices y comienza a trabajar en un aire relativamente inalterado. (Todo sobre Helic贸pteros)
El flujo de aire que atraviesa el disco del rotor es m谩s horizontal, lo que reduce el flujo inducido y la resistencia, con el correspondiente aumento del 谩ngulo de enganche y de la sustentaci贸n.
La elevaci贸n adicional disponible a esta velocidad se denomina ETL, lo que hace que el disco del rotor funcione con mayor eficiencia. Esta mayor eficiencia contin煤a con el aumento de la velocidad del aire hasta que se alcanza la mejor velocidad de ascenso y la resistencia total est谩 en su punto m谩s bajo. (Todo sobre Helic贸pteros)
A medida que aumenta la velocidad, la sustentaci贸n traslacional se vuelve m谩s eficaz, el morro se eleva o cabecea y la aeronave rueda hacia la derecha. Los efectos combinados de la disimetr铆a de la sustentaci贸n, la precesi贸n girosc贸pica y el efecto del flujo transversal causan esta tendencia.
Es importante entender estos efectos y anticiparse a corregirlos. Una vez que el helic贸ptero pasa por el ETL, el piloto necesita aplicar una entrada c铆clica lateral hacia delante y hacia la izquierda para mantener una actitud constante del disco del rotor. (Todo sobre Helic贸pteros)
Empuje de traslaci贸n - Translational Thrust
El empuje de traslaci贸n se produce cuando el rotor de cola se vuelve m谩s eficiente aerodin谩micamente durante la transici贸n de vuelo estacionario a vuelo de avance.
A medida que el rotor de cola trabaja en un aire progresivamente menos turbulento, esta eficiencia mejorada produce m谩s empuje antitorque, lo que hace que la nariz de la aeronave gire hacia la izquierda (con un rotor principal que gira en sentido contrario a las agujas del reloj) y obliga al piloto a aplicar el pedal derecho (disminuyendo el AOA en las palas del rotor de cola) como respuesta.
Adem谩s, durante este periodo, el flujo de aire afecta a los componentes horizontales del estabilizador que se encuentra en la mayor铆a de los helic贸pteros, lo que tiende a llevar el morro del helic贸ptero a una actitud m谩s nivelada. (Todo sobre Helic贸pteros)
Flujo inducido - Induced Flow
Cuando las palas del rotor giran, generan lo que se denomina viento relativo de rotaci贸n. Este flujo de aire se caracteriza por fluir paralelo y opuesto al plano de rotaci贸n del rotor y por golpear perpendicularmente al borde de ataque de las palas del rotor.
Este viento relativo de rotaci贸n se utiliza para generar sustentaci贸n. Cuando las palas del rotor producen sustentaci贸n, el aire se acelera sobre la l谩mina y se proyecta hacia abajo. Siempre que un helic贸ptero est谩 produciendo sustentaci贸n, mueve grandes masas de aire verticalmente y hacia abajo a trav茅s del disco del rotor. Este flujo descendente o inducido puede cambiar significativamente la eficiencia del disco del rotor. (Todo sobre Helic贸pteros)
El viento relativo rotacional se combina con el flujo inducido para formar el viento relativo resultante. A medida que el flujo inducido aumenta, el viento relativo resultante se vuelve menos horizontal.
Dado que el AOA se determina midiendo la diferencia entre la l铆nea de cuerda y el viento relativo resultante, a medida que el viento relativo resultante se vuelve menos horizontal, el AOA disminuye. (Todo sobre Helic贸pteros)
Flujo transversal - Transverse Flow
Efecto A medida que el helic贸ptero acelera en vuelo hacia delante, el flujo inducido cae casi a cero en el 谩rea del disco delantero y aumenta en el 谩rea del disco de popa.
Estas diferencias de sustentaci贸n entre las partes delantera y trasera del disco del rotor se denominan efecto de flujo transversal. Esto aumenta el AOA en la zona del disco delantero, haciendo que la pala del rotor flamee hacia arriba, y reduce el AOA en la zona del disco de popa, haciendo que la pala del rotor flamee hacia abajo. (Todo sobre Helic贸pteros)
Como el rotor act煤a como un giroscopio, el desplazamiento m谩ximo se produce a 90° en la direcci贸n de rotaci贸n. El resultado es una tendencia del helic贸ptero a rodar ligeramente hacia la derecha cuando acelera a unos 20 nudos o si el viento en contra es de unos 20 nudos. (Todo sobre Helic贸pteros)
El efecto de flujo transversal se reconoce por el aumento de las vibraciones del helic贸ptero a velocidades del aire de entre 12 y 15 nudos y puede ser producido por el vuelo hacia adelante o por el viento mientras est谩 en suspensi贸n.
Esta vibraci贸n se produce a una velocidad del aire justo por debajo de la ETL en el despegue y despu茅s de pasar por la ETL durante el aterrizaje. (Todo sobre Helic贸pteros)
La vibraci贸n se produce cerca de la misma velocidad del aire que la ETL porque es cuando existe la mayor diferencia de sustentaci贸n entre las partes delantera y trasera del sistema del rotor.
Por ello, algunos pilotos confunden la vibraci贸n sentida por el efecto de flujo transversal con el paso por el ETL. Para contrarrestar el efecto de flujo transversal, puede ser necesaria una entrada c铆clica a la izquierda. (Todo sobre Helic贸pteros)
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