馃敶馃殎156. Componentes Principales del Helic贸ptero - Helicopter Structures ✈️
Helic贸ptero y Componentes Principales
Las estructuras del helic贸ptero est谩n dise帽adas para darle sus caracter铆sticas 煤nicas de vuelo. Una explicaci贸n simplificada de c贸mo vuela un helic贸ptero es que los rotores son perfiles aerodin谩micos giratorios que proporcionan una sustentaci贸n similar a la de las alas en un avi贸n de ala fija. (Todo sobre Helic贸pteros)
El aire fluye m谩s r谩pido sobre la superficie superior curvada de los rotores, provocando una presi贸n negativa y, por tanto, elevando la aeronave. El cambio del 谩ngulo de ataque de las palas giratorias aumenta o disminuye la sustentaci贸n, elevando o bajando el helic贸ptero, respectivamente. La inclinaci贸n del plano de rotaci贸n del rotor hace que la aeronave se mueva horizontalmente. (Todo sobre Helic贸pteros)
Estructura - Airframe
El fuselaje, o estructura fundamental, de un helic贸ptero puede estar hecho de metal o de materiales compuestos de madera, o de una combinaci贸n de ambos. Normalmente, un componente de material compuesto est谩 formado por muchas capas de resinas impregnadas de fibra, unidas para formar un panel liso. (Todo sobre Helic贸pteros)
Las subestructuras tubulares y de chapa met谩lica suelen ser de aluminio, aunque a veces se utilizan acero inoxidable o titanio en zonas sometidas a mayores esfuerzos o calor. El dise帽o del fuselaje abarca la ingenier铆a, la aerodin谩mica, la tecnolog铆a de los materiales y los m茅todos de fabricaci贸n para lograr un equilibrio favorable de rendimiento, fiabilidad y coste. (Todo sobre Helic贸pteros)
Fuselaje - Fuselage
Al igual que en las aeronaves de ala fija, los fuselajes de los helic贸pteros y las barras de cola suelen ser estructuras de tipo truss o semimonocasco de dise帽o de pieles de tensi贸n.
Se suelen utilizar tubos de acero y aluminio, aluminio conformado y piel de aluminio. El dise帽o moderno de los fuselajes de los helic贸pteros incluye tambi茅n una creciente utilizaci贸n de materiales compuestos avanzados. (Todo sobre Helic贸pteros)
Los cortafuegos y las cubiertas de los motores suelen ser de acero inoxidable. Los fuselajes de los helic贸pteros var铆an mucho, desde los que tienen un armaz贸n de celos铆a, dos asientos, sin puertas y un compartimento de vuelo monocasco, hasta los que tienen cabinas totalmente cerradas de tipo avi贸n, como los que se encuentran en los helic贸pteros bimotores m谩s grandes.
La naturaleza multidireccional del vuelo en helic贸ptero hace que la visibilidad de amplio alcance desde la cabina sea esencial. Son comunes los parabrisas grandes de policarbonato, vidrio o plexigl谩s. (Todo sobre Helic贸pteros)
Tren de aterrizaje o patines - Landing Gear or Skids
Como se ha mencionado, el tren de aterrizaje de un helic贸ptero puede ser simplemente un conjunto de patines met谩licos tubulares. Muchos helic贸pteros tienen un tren de aterrizaje con ruedas, algunas retr谩ctiles. (Todo sobre Helic贸pteros)
Motor y transmisi贸n - Powerplant and Transmission
Los dos tipos de motores m谩s comunes utilizados en los helic贸pteros son el motor rec铆proco y el motor de turbina. Los motores rec铆procos, tambi茅n llamados motores de pist贸n, se utilizan generalmente en los helic贸pteros m谩s peque帽os. La mayor铆a de los helic贸pteros de entrenamiento utilizan motores rec铆procos porque su funcionamiento es relativamente sencillo y barato. (Todo sobre Helic贸pteros)
Motores de turbina - Turbine Engines
Los motores de turbina son m谩s potentes y se utilizan en una gran variedad de helic贸pteros. Producen una enorme cantidad de potencia para su tama帽o, pero su funcionamiento suele ser m谩s caro. El motor de turbina utilizado en los helic贸pteros funciona de forma diferente a los utilizados en los aviones.
En la mayor铆a de las aplicaciones, las salidas de escape simplemente liberan los gases gastados y no contribuyen al movimiento de avance del helic贸ptero. Dado que el flujo de aire no pasa en l铆nea recta como en los motores a reacci贸n y no se utiliza para la propulsi贸n, el efecto de refrigeraci贸n del aire es limitado. Aproximadamente el 75% del flujo de aire entrante se utiliza para refrigerar el motor. (Todo sobre Helic贸pteros)
El motor de turbina de gas montado en la mayor铆a de los helic贸pteros est谩 compuesto por un compresor, una c谩mara de combusti贸n, una turbina y un conjunto de caja de cambios accesoria. El compresor introduce el aire filtrado en la c谩mara plenaria y lo comprime.
Los filtros m谩s comunes son los tubos de remolino centr铆fugos, en los que los residuos son expulsados hacia el exterior y soplados por la borda antes de entrar en el compresor, o los filtros de barrera del motor (EBF), un filtro de tipo elemento de papel, encerrado en un marco con una pantalla/rejilla sobre la entrada, y normalmente recubierto con un aceite. (Todo sobre Helic贸pteros)
Este dise帽o reduce significativamente la ingesti贸n de residuos de objetos extra帽os (FOD). El aire comprimido se dirige a la secci贸n de combusti贸n a trav茅s de tubos de descarga donde se inyecta combustible atomizado. La mezcla de combustible y aire se enciende y se deja expandir.
A continuaci贸n, este gas de combusti贸n es forzado a pasar por una serie de ruedas de turbina que las hacen girar. Estas ruedas de turbina proporcionan potencia tanto al compresor del motor como a la caja de cambios de accesorios. Dependiendo del modelo y del fabricante, el rango de rpm puede variar desde un rango bajo de 20.000 hasta un rango alto de 51.600. (Todo sobre Helic贸pteros)
La potencia se suministra a los sistemas del rotor principal y del rotor de cola a trav茅s de la unidad de rueda libre que est谩 unida al eje de engranaje de salida de la caja de cambios de accesorios. El gas de combusti贸n se expulsa finalmente a trav茅s de una salida de escape.
La temperatura de los gases se mide en diferentes lugares y cada fabricante la denomina de forma diferente. Algunos t茅rminos comunes son: temperatura interturbina (ITT), temperatura de los gases de escape (EGT) o temperatura de salida de la turbina (TOT). La TOT se utiliza a lo largo de esta discusi贸n para simplificarla. (Todo sobre Helic贸pteros)
Transmisi贸n - Transmission
El sistema de transmisi贸n transfiere la potencia del motor al rotor principal, al rotor de cola y a otros accesorios durante las condiciones normales de vuelo. Los principales componentes del sistema de transmisi贸n son la transmisi贸n del rotor principal, el sistema de transmisi贸n del rotor de cola, el embrague y la unidad de rueda libre.
La unidad de rueda libre, o embrague autorrotativo, permite que la transmisi贸n del rotor principal accione el eje de transmisi贸n del rotor de cola durante la autorrotaci贸n. (Todo sobre Helic贸pteros)
Las transmisiones de los helic贸pteros suelen estar lubricadas y refrigeradas con su propio suministro de aceite. Se dispone de un visor para comprobar el nivel de aceite. Algunas transmisiones tienen detectores de virutas situados en el c谩rter.
Estos detectores est谩n conectados a las luces de advertencia situadas en el panel de instrumentos del piloto que se iluminan en caso de un problema interno. Algunos detectores de virutas en los helic贸pteros modernos tienen una capacidad de "quemado" e intentan corregir la situaci贸n sin la acci贸n del piloto.
Si el problema no puede ser corregido por s铆 mismo, el piloto debe referirse a los procedimientos de emergencia para ese helic贸ptero en particular. (Todo sobre Helic贸pteros)
Sistema del rotor principal - Main Rotor System
El sistema del rotor es la parte giratoria de un helic贸ptero que genera la sustentaci贸n. El rotor est谩 formado por un m谩stil, un centro y las palas del rotor. El m谩stil es un eje met谩lico cil铆ndrico que se extiende hacia arriba y es impulsado, y a veces apoyado, por la transmisi贸n. En la parte superior del m谩stil se encuentra el punto de fijaci贸n de las palas del rotor, denominado centro. (Todo sobre Helic贸pteros)
Las palas del rotor se fijan al centro por diferentes m茅todos. Los sistemas de rotor principal se clasifican seg煤n la forma en que las palas del rotor principal se fijan y se mueven en relaci贸n con el centro del rotor principal. Hay tres clasificaciones b谩sicas: r铆gido, semirr铆gido o totalmente articulado. (Todo sobre Helic贸pteros)
Sistema de rotor r铆gido - Rigid Rotor System
El m谩s sencillo es el sistema de rotor r铆gido. En este sistema, las palas del rotor est谩n unidas r铆gidamente al centro del rotor principal y no son libres de deslizarse hacia adelante y hacia atr谩s (Resistencia) o de moverse hacia arriba y hacia abajo (flaps).
Las fuerzas que tienden a hacer que las palas del rotor lo hagan son absorbidas por las propiedades flexibles de la pala. El paso de las palas, sin embargo, puede ajustarse mediante la rotaci贸n sobre el eje de la envergadura a trav茅s de las bisagras de las plumas. (Todo sobre Helic贸pteros)
Sistema de rotor semirr铆gido - Semirigid Rotor System
El sistema de rotor semirr铆gido de la figura utiliza una bisagra oscilante en el punto de fijaci贸n de las palas. Aunque se evita que se deslice hacia adelante y hacia atr谩s, la bisagra de balanceo permite que las palas aleteen hacia arriba y hacia abajo. Con esta bisagra, cuando una pala aletea hacia arriba, la otra aletea hacia abajo. (Todo sobre Helic贸pteros)
El aleteo se debe a un fen贸meno conocido como disimetr铆a de sustentaci贸n. Cuando el plano de rotaci贸n de las palas del rotor se inclina y el helic贸ptero comienza a avanzar, se establece una pala que avanza y otra que retrocede (en los sistemas bipalas).
La velocidad relativa del viento es mayor en la pala que avanza que en la que retrocede. Esto hace que se desarrolle una mayor sustentaci贸n en la pala que avanza, haciendo que se eleve o flaps. Cuando la rotaci贸n de la pala alcanza el punto en el que la pala se convierte en la pala en retirada, la elevaci贸n extra se pierde y la pala flapea hacia abajo. (Todo sobre Helic贸pteros)
Sistema de rotor totalmente articulado
Los sistemas de palas de rotor totalmente articuladas disponen de bisagras que permiten que los rotores se muevan hacia delante y hacia atr谩s, as铆 como hacia arriba y hacia abajo.
Este movimiento de avance, arrastre o caza, como se denomina, responde al efecto Coriolis durante los cambios de velocidad de rotaci贸n. Cuando empiezan a girar, las palas se retrasan hasta que la fuerza centr铆fuga se desarrolla por completo. (Todo sobre Helic贸pteros)
Una vez en rotaci贸n, una reducci贸n de la velocidad hace que las palas se adelanten al centro del rotor principal hasta que las fuerzas se equilibran. Las fluctuaciones constantes de la velocidad de las palas del rotor hacen que 茅stas "cacen". Son libres de hacerlo en un sistema totalmente articulado debido a que est谩n montadas en la bisagra de arrastre vertical. (Todo sobre Helic贸pteros)
Una o m谩s bisagras horizontales permiten el flap en un sistema de rotor totalmente articulado. Adem谩s, la bisagra de emplumado permite el cambio de paso de las palas al permitir la rotaci贸n sobre el eje de la envergadura.
Se pueden encontrar varios amortiguadores y topes en diferentes dise帽os para reducir el impacto y limitar el desplazamiento en ciertas direcciones. La figura muestra un sistema de rotor principal totalmente articulado con las caracter铆sticas comentadas. (Todo sobre Helic贸pteros)
Existen numerosos dise帽os y variaciones de los tres tipos de sistemas de rotor principal. Los ingenieros buscan continuamente formas de reducir las vibraciones y el ruido causados por las partes giratorias del helic贸ptero.
Para ello, se est谩 incrementando el uso de cojinetes elastom茅ricos en los sistemas del rotor principal. Estos cojinetes de pol铆mero tienen la capacidad de deformarse y volver a su forma original. De este modo, pueden absorber las vibraciones que normalmente transmitir铆an los cojinetes de acero. Adem谩s, no necesitan lubricaci贸n peri贸dica, lo que reduce el mantenimiento. (Todo sobre Helic贸pteros)
Algunos rotores principales de los helic贸pteros modernos se han dise帽ado con flectores. Se trata de centros y componentes de centros fabricados con materiales compuestos avanzados. Est谩n dise帽ados para absorber las fuerzas de caza de las palas y la disimetr铆a de la sustentaci贸n mediante la flexi贸n. (Todo sobre Helic贸pteros)
De este modo, se pueden eliminar muchas bisagras y cojinetes del sistema tradicional del rotor principal. El resultado es un m谩stil de rotor m谩s sencillo y con menor mantenimiento debido a la reducci贸n de las piezas m贸viles. A menudo, los dise帽os que utilizan flexiones incorporan cojinetes elastom茅ricos. (Todo sobre Helic贸pteros)
Sistema Antitorque
Normalmente, los helic贸pteros tienen entre dos y siete palas del rotor principal. Estos rotores suelen estar hechos de una estructura compuesta. La gran masa giratoria de las palas del rotor principal de un helic贸ptero produce un torque.
Este torque aumenta con la potencia del motor y trata de hacer girar el fuselaje en sentido contrario. El brazo de cola y el rotor de cola, o rotor antitorque, contrarrestan este efecto de torque. (Todo sobre Helic贸pteros)
Controlado con pedales, el antitorque del rotor de cola debe modularse a medida que se modifican los niveles de potencia del motor. Esto se hace cambiando el paso de las palas del rotor de cola. Esto, a su vez, cambia la cantidad de contrapartida, y la aeronave puede girar sobre su eje vertical, lo que permite al piloto controlar la direcci贸n a la que se dirige el helic贸ptero. (Todo sobre Helic贸pteros)
Al igual que un estabilizador vertical en el empenaje de un avi贸n, una aleta o pil贸n es tambi茅n una caracter铆stica com煤n en los helic贸pteros. Normalmente, soporta el conjunto del rotor de cola, aunque algunos rotores de cola se montan en el cono de cola de la pluma. Adem谩s, en el cono de cola o en el pil贸n se construye a menudo un miembro horizontal llamado estabilizador. (Todo sobre Helic贸pteros)
Un Fenestron® es un dise帽o 煤nico de rotor de cola que en realidad es un ventilador de palas m煤ltiples montado en el pil贸n vertical. Funciona igual que un rotor de cola normal, proporcionando empuje lateral para contrarrestar el torque producido por los rotores principales. (Todo sobre Helic贸pteros)
El sistema antitorque NOTAR® no tiene un rotor visible montado en el brazo de cola. En su lugar, un ventilador ajustable accionado por el motor se encuentra dentro del brazo de cola. NOTAR® es un acr贸nimo que significa "sin rotor de cola".
A medida que cambia la velocidad del rotor principal, cambia la velocidad del ventilador NOTAR®. El aire sale por dos ranuras largas en el lado derecho de la barra de cola, arrastrando el lavado del rotor principal para abrazar el lado derecho de la barra de cola, provocando a su vez un flujo laminar y una baja presi贸n (efecto Coanda). (Todo sobre Helic贸pteros)
Esta baja presi贸n provoca una fuerza contraria al torque producido por el rotor principal. Adem谩s, el resto del aire del ventilador se env铆a a trav茅s del botal贸n de cola a un respiradero situado en la parte izquierda de la popa del botal贸n, donde es expulsado. Esta acci贸n hacia la izquierda provoca una reacci贸n opuesta hacia la derecha, que es la direcci贸n necesaria para contrarrestar el torque del rotor principal. (Todo sobre Helic贸pteros)
Controles de Mando
Los mandos de un helic贸ptero difieren ligeramente de los de un avi贸n. El colectivo, operado por el piloto con la mano izquierda, se tira hacia arriba o se empuja hacia abajo para aumentar o disminuir el 谩ngulo de ataque de todas las palas del rotor simult谩neamente.
Esto aumenta o disminuye la sustentaci贸n y mueve la aeronave hacia arriba o hacia abajo. El control del acelerador del motor se encuentra en la empu帽adura del extremo del colectivo. (Todo sobre Helic贸pteros)
El c铆clico es el "stick" de control situado entre las piernas del piloto. Se puede mover en cualquier direcci贸n para inclinar el plano de rotaci贸n de las palas del rotor. Esto hace que el helic贸ptero se mueva en la direcci贸n en que se mueve la c铆clica. Como se ha dicho, los pedales controlan el paso de las palas del rotor de cola, equilibrando as铆 el torque del rotor principal. (Todo sobre Helic贸pteros)
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