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Aerodinamica%20 general%201[1]

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aerodinamica general

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Aerodinamica%20 general%201[1]

  1. 1. AERODINAMICA GENERAL MTP
  2. 2. LOS TRES EJES EJE VERTICAL EJE HORIZONTAL EJE LONGITUDINAL
  3. 3. LOS TRES EJES <ul><li>El control de guiñada o rumbo se hace con los pedales y es alrededor del eje vertical. </li></ul><ul><li>El control de balanceo o viraje se hace con el c í clico y es alrededor del eje longitudinal. </li></ul><ul><li>El control de actitud o cabeceo se hace con el c í clico y es al rededor del eje lateral u horizontal. </li></ul>
  4. 4. LEYES DE NEWTON <ul><li>PRIMERA </li></ul><ul><ul><li>Un objeto en reposo o en movimiento uniforme continuara en ese estado hasta que intervenga una fuerza externa. </li></ul></ul><ul><li>SEGUNDA </li></ul><ul><ul><li>Fuerza es proporcional a masa x aceleraci ó n. </li></ul></ul><ul><li>TERCERA </li></ul><ul><ul><li>Para cada acci ón existe una reacci ón igual y en direcci ó n opuesta. </li></ul></ul>
  5. 5. LAS CUATRO FUERZAS CUATRO FUERZAS SUSTENTACION PESO EMPUJE RESISTENCIA
  6. 6. SUSTENTACION RESISTENCIA PESO EMPUJE
  7. 7. LAS CUATRO FUERZAS <ul><li>Sustentación = fuerza hacia arriba creada por el efecto del flujo de aire cuando pasa alrededor de un perfil aerodinámico. </li></ul><ul><li>Peso = opuesto a la sustentaci ó n y es causada por la fuerza de la gravedad. </li></ul><ul><li>Empuje = fuerza que impulsa el helic ó ptero a través del aire. </li></ul><ul><ul><li>requerida para vencer la resistencia del fuselaje y otros componentes del helic ó ptero </li></ul></ul><ul><li>Resistencia = fuerza retrazadora creada por el movimiento de un objeto a través del aire. </li></ul>
  8. 8. PERFILES AERODINAMICOS <ul><li>Cualquier superficie que provee fuerza aerodinámica cuando interact ú a con un flujo de aire. </li></ul><ul><li>A pesar de que existen diferentes tipos de perfiles aerodinámicos para palas, en la mayor í a de las condiciones de vuelo del helic ó ptero, todos los perfiles aerodinámicos se desempeñan de la misma manera. </li></ul>
  9. 9. PERFIL AERODINAMICO T é rminos aerodinámicos <ul><li>BORDE DE ATAQUE = primera parte del perfil aerodinámico en encontrarse con el aire que viene. </li></ul><ul><li>BORDE DE SALIDA = parte trasera donde el flujo de aire sobre la superficie superior se une con el flujo de aire sobre la superficie inferior. </li></ul><ul><li>CUERDA = línea recta imaginaria entre el borde de ataque y el borde de salida de un perfil aerodinámico. </li></ul>
  10. 10. <ul><li>CENTRO DE PRESION = el punto donde la resultante de todas las fuerzas aerodinámicas actuando en un perfil aerodinámico interceptan la cuerda. </li></ul><ul><li>CENTRO DE GRAVEDAD = el punto teórico donde el peso entero del helicóptero se dice estar concentrado. </li></ul>PERFIL AERODINAMICO T é rminos aerodinámicos
  11. 11. AIRFOILS Comba Superior Comba Inferior Borde de Salida Borde de Ataque Cuerda Angulo de Ataque Viento Relativo Trayectoria de vuelo 11
  12. 12. SIMETRICO <ul><li>La distancia entre la cuerda y la superficie del perfil aerodinámico es la misma a cada lado de la cuerda en cualquier punto. </li></ul><ul><li>El centro de presión casi no se mueve. </li></ul>
  13. 13. PERFILES AERODINAMICOS DOS TIPOS Simétrico Asimétrico
  14. 14. SIMETRICO EL CENTRO DE PRESION SE MUEVE MUY POCO A TRAVES DE LA CUERDA
  15. 15. ASIMETRICO <ul><li>El diseño asimétrico crea una mayor diferencia de presión por encima y por debajo del perfil aerodinámico y produce más sustentación. </li></ul><ul><li>El centro de presión se mueve a través de la cuerda cuando cambia el ángulo de ataque. </li></ul><ul><li>Requiere un diseño superior el cual sustente el centro de presión moviéndose hacia adelante y hacia atrás. </li></ul>
  16. 16. ASIMETRICO EL CENTRO DE PRESION PUEDE MOVERSE A LO LARGO DE LA CUERDA
  17. 17. ANGULO DE ATAQUE PUNTO DE SUSTENTACION CERO COMBADO SIMETRICO C S C S 17
  18. 18. VIENTO RELATIVO <ul><li>El flujo de aire relativo a un perfil aerodinámico. </li></ul><ul><ul><li>El flujo de aire con respecto a las palas. </li></ul></ul><ul><li>Paralelo y en dirección opuesta a la dirección de vuelo de un perfil aerodinámico. </li></ul><ul><li>El viento relativo es una combinación de la rotación de las palas y la velocidad hacia adelante del helicóptero. </li></ul>
  19. 19. VIENTO RELATIVO Relación entre trayectoria de vuelo y viento relativo. ASCENSO DESCENSO VUELO NIVELADO Viento Relativo Viento Relativo Viento Relativo Trayectoria de Vuelo Trayectoria de Vuelo Trayectoria de Vuelo
  20. 20. LA RESISTENCIA ACTUA PARALELA Y EN LA MISMA DIRECCION QUE EL VIENTO RELATIVO SUSTENTACION VIENTO RELATIVO CENTRO DE PRESION RESISTENCIA ANGULO DE ATAQUE CUERDA RESULTANTE FUERZA 20
  21. 21. TERMINOLOGIA AERODINAMICA <ul><li>Angulo de ataque = el ángulo entre el viento relativo y la cuerda. </li></ul><ul><li>Angulo de incidencia = ángulo entre el plano de rotación y la cuerda. </li></ul><ul><li>Plano de rotación = plano circular imaginario delineado por las puntas de las palas cuando hacen un ciclo de rotación. </li></ul>
  22. 22. TERMINOLOGIA AERODINAMICA <ul><li>Flujo inducido = la masa de aire empujada hacia abajo por la acción del rotor; la mayoría del flujo inducido pasa a través del disco de rotor. </li></ul><ul><li>Angulo de flujo descendente = el ángulo formado entre la dirección del movimiento del aire cuando se acerca a un perfil aerodinámico y la dirección cuando se aleja. </li></ul>
  23. 23. TERMINOLOGIA AERODINAMICA VIENTO RELATIVO (FLUJO DE AIRE RELATIVO) PLANO DE ROTACION P.D.R. FLUJO INDUCIDO F.I. ANGULO DE ATAQUE A.D.A . ANGULO DE INCIDENCIA
  24. 24. TERMINOLOGIA AERODINAMICA Eje de Rotaci ón Angulo de Ataque Angulo de Incidencia Plano de Referencia Cuerda
  25. 25. AIRE ESTATICO FLUJO INDUCIDO (FLUJO DESCENDENTE) COLUMNA DE AIRE DESCENDENTE PUNTO A PALA 1 EN PUNTO “A” PALA 2 EN PUNTO “A” PALA 3 EN PUNTO “A” PALA 4 EN PUNTO “A” 25
  26. 26. AIRE INDUCIDO (flujo descendente) <ul><li>El aire inducido (flujo descendente) predomina bajo condiciones de viento estable en vuelo estacionario. </li></ul><ul><li>Debido a la circulaci ón de aire descendente por la acción del rotor, el viento relativo rotacional se ve modificado por el flujo inducido. </li></ul><ul><li>El flujo de aire causado por la rotaci ón y modificado por el flujo inducido produce el Viento Relativo Resultante . </li></ul>
  27. 27. COMPONENTES DEL VIENTO RELATIVO 27 VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD DE PALA HACIA ADELANTE VIENTO RELATIVO ROTACIONAL - VELOCIDAD DE PALA HACIA ATRAS VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + FLUJO INDUCIDO (FLUJO DESCENDENTE) CUERDA ANGULO DE ATAQUE VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VELOCIDAD VELOCIDAD VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO RESULTANTE FLUJO INDUCIDO
  28. 28. COMPONENTES DEL VIENTO RELATIVO VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO RESULTANTE VIENTO RELATIVO RESULTANTE VIENTO RELATIVO RESULTANTE VIENTO RELATIVO RESULTANTE VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD + ALETEO ASCENDENTE DE PALA HACIA ADELANTE ALETEO ASCENDENTE ALETEO DESCENDENTE VELOCIDAD VELOCIDAD RAFAGA DESCENDENTE RAFAGA ASCENDENTE VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD + ALETEO DESCENDENTE DE PALA HACIA ADELANTE VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD + RAFAGA ASCENDENTE VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD + RAFAGA DESCENDENTE VELOCIDAD VELOCIDAD 28
  29. 29. TERMINOLOGIA AERODINAMICA PLANO DE PUNTAS DE PALAS
  30. 30. EL PRINCIPIO DE BERNOULLI <ul><li>Teorema de Bernouilli </li></ul><ul><li>El efecto de Bernoulli es simplemente el resultado de la conservaci ón de la energía: </li></ul><ul><ul><li>En un flujo aerodin ámico de fluido, el flujo de todas las energ ías es constante. </li></ul></ul><ul><ul><li>El trabajo realizado en un fluido, la presi ón por el volumen, es igual al cambio en energía cinética del fluido. </li></ul></ul>
  31. 31. <ul><li>Cuando la energ ía total de una columna de un fluido en movimiento permanece constante, cualquier incremento en la energía cinética del fluido (su velocidad) produce un descenso correspondiente en su energía potencial (su presión). </li></ul>EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
  32. 32. <ul><li>Cuando un flujo de aire fluye a través de un conducto convergente </li></ul><ul><ul><li>la presión baja </li></ul></ul><ul><ul><li>la velocidad sube </li></ul></ul><ul><li>Cuando un flujo de aire fluye a través de un conducto divergente </li></ul><ul><ul><li>la presión sube </li></ul></ul><ul><ul><li>la velocidad baja </li></ul></ul>EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
  33. 33. EL PRINCIPIO DE BERNOULLI V 100 P 100 T 10 V 150 P 50 T 10 V 100 P 100 T 10 FLUJO DE AIRE
  34. 34. <ul><li>El aire que fluye por la superficie superior de la pala se acelera. </li></ul><ul><ul><li>La pala esta sujeta al Principio de Bernoulli o efecto Venturi. </li></ul></ul><ul><ul><li>A la vez que la velocidad incrementa a medida que el aire pasa por la zona angosta de un tubo Venturi, su presi ón decrece. </li></ul></ul>EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
  35. 35. EL PRINCIPIO DE BERNOULLI Incremento de la Velocidad Descenso de la Presi ón
  36. 36. EL PRINCIPIO DE BERNOULLI SUSTENTACION MENOR PRESION
  37. 37. <ul><li>La combinaci ón de la menor presión en la superficie superior y la mayor presión en la superficie inferior da como resultado un fuerza ascendente. </li></ul><ul><ul><li>SUSTENTACION </li></ul></ul>EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
  38. 38. EL PRINCIPIO DE BERNOULLI Sustentaci ón Baja presi ó n Alta presi ó n Viento relativo Angulo del flujo descendente Angulo del flujo descendente
  39. 39. <ul><li>A medida que aumentamos el ángulo de ataque, aumenta la producci ón de sustentación. </li></ul><ul><ul><li>Se crea más flujo ascendente a medida que el punto de estancamiento del borde de ataque se desplaza por debajo del borde de ataque, y se crea m ás flujo descendiente por detr ás del borde de salida. </li></ul></ul>EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
  40. 40. TERCERA LEY DE NEWTON <ul><li>El aire que golpea la parte inferior de la pala proporciona sustentaci ón adicional al ser desviada hacia abajo. </li></ul><ul><li>De acuerdo con la tercera ley de Newton (para cada acci ón existe una reacción igual y en dirección opuesta), el aire que es desviado hacia abajo produce una reacción hacia arriba (sustentación). </li></ul>
  41. 41. FORMULA DE LA SUSTENTACIO N <ul><li>FACTORES QUE AFECTAN LA SUSTENTACI ÓN </li></ul>
  42. 42. SUSTENTACIO N = CL 1/2  S V² <ul><li>C L = COEFICIENTE DE SUSTENTACI ON </li></ul><ul><li> = DENSIDAD DEL AIRE </li></ul><ul><li>S = SUPERFICIE ALAR </li></ul><ul><li>V² = VELOCIDAD DE LA PALA AL “CUADRADO” </li></ul>
  43. 43. SIMPLIFICADO <ul><li>C L = Forma del perfil aerodinámico </li></ul><ul><ul><li>La habilidad de torcer el aire. </li></ul></ul><ul><li> /2 = cantidad de partículas de aire </li></ul><ul><ul><li>mas densidad, mas sustentación </li></ul></ul><ul><li>S = Área de la superficie del ala. </li></ul><ul><ul><li>La superficie total de las palas. </li></ul></ul><ul><li>V² = La velocidad de la pala al “cuadrado” </li></ul><ul><ul><li>La velocidad de la pala + el viento relativo. </li></ul></ul>
  44. 44. RESISTENCIA <ul><li>La fuerza que se opone al movimiento de un helic óptero a través del aire cuando éste está produciendo sustentación. </li></ul><ul><li>La resistencia siempre act úa paralela al viento relativo. </li></ul>
  45. 45. RESISTENCIA El diseño aerodin á mico reduce la resistencia par á sita al disminuir la separaci ó n del flujo de aire.
  46. 46. RESISTENCIA Ejemplo de resistencia parasita. Ejemplo de resistencia de fricci ó n.
  47. 47. <ul><li>RESISTENCIA DE PERFIL </li></ul><ul><ul><li>Generada por la resistencia de las palas a la fricci ón a su paso por el aire. </li></ul></ul><ul><li>RESISTENCIA INDUCIDA </li></ul><ul><ul><li>Generada por el flujo de aire circulando alrededor de las palas mientras éstas producen sustentaci ón . </li></ul></ul><ul><li>RESISTENCIA PARASITA </li></ul><ul><ul><li>Presente siempre que el helic óptero se esté moviendo a través del aire. </li></ul></ul><ul><ul><li>Aumenta con la velocidad (contribuida por los componentes del helic óptero que no producen sustentación: cabina, mástil del rotor, cola, tren de aterrizaje, etc.). </li></ul></ul>TRES TIPOS DE RESISTENCIA
  48. 48. TRES TIPOS DE RESISTENCIA Resistencia Velocidad Resistencia Total Resistencia M í nima o L/D max Resistencia Par á sita Resistencia de Perfil Resistencia Inducida
  49. 49. CURVA DE POTENCIA RESISTENCIA TOTAL RESISTENCIA PARASITA RESISTENCIA DE PERFIL RESISTENCIA INDUCIDA VELOCIDAD HACIA ADELANTE RESISTENCIA 49
  50. 50. Dibujamos una l í nea desde el origen y tangente a la curva de resistencia total. El punto de tangencia F identifica el rango de velocidades para obtener la distancia m á xima de planeo y la m á xima distancia en una autorotaci ó n. RESISTENCIA TOTAL RESISTENCIA PARASITA RESISTENCIA DE PERFIL RESISTENCIA INDUCIDA VELOCIDAD HACIA ADELANTE RESISTENCIA
  51. 51. POTENCIA VELOCIDAD
  52. 52. VELOCIDAD DE DESCENSO VELOCIDAD M INIMA D E DESCENSO MEJOR ANGULO DE PLANEO VELOCIDAD RECOMENDADA DE AUTO ROTACION VELOCIDAD
  53. 53. PERDIDA DE LA PALA <ul><li>Cuando el ángulo de ataque aumenta hasta aproximadamente 15º, el flujo de aire no puede seguir la curvatura superior de la pala debido al cambio de dirección excesivo. </li></ul><ul><li>A medida que nos aproximamos al ángulo de ataque crítico, el flujo de aire empieza a separarse de la parte trasera de la superficie superior de la pala. </li></ul>
  54. 54. <ul><li>Si seguimos aumentando el ángulo de ataque, la separación se mueve hacia delante a la zona de la comba alta causando un remolino mientras el aire intenta seguir la superficie superior de la pala. </li></ul><ul><li>Esto da como resultado una perdida considerable de sustentaci ón y la entrada en perdida de la pala. </li></ul>PERDIDA DE LA PALA
  55. 55. PERDIDA DE LA PALA SUSTENTACION PERDIDA
  56. 56. PERDIDA DE LA PALA Flujo de aire alrededor de un perfil aerodin á mico a distintos á ngulos de ataque.
  57. 57. TORQUE <ul><li>A la vez que el rotor principal de un helic óptero gira en una dirección, el fuselaje tiende a girar en la dirección opuesta. </li></ul><ul><li>La cantidad de torque es directamente proporcional a la cantidad de potencia utilizada del motor para girar el rotor principal. </li></ul><ul><ul><li>A MEDIDA QUE LA POTENCIA CAMBIA, CAMBIA EL TORQUE </li></ul></ul>
  58. 58. TORQUE <ul><li>La mayor ía de los helicópteros disponen de un sistema anti-torque o rotor de cola p ara contrarrestar el torque. </li></ul><ul><ul><li>El rotor de cola est á diseñado para producir empuje en la dirección opuesta al torque. </li></ul></ul>
  59. 59. TORQUE DIRECCION DE ROTACION ROTACION DEL FUSELAJE EMPUJE
  60. 60. Rotor anti-torque Aletas en estela del rotor Torque diferencial entre dos rotores Inclinaci ó n diferencial de empujes de rotor
  61. 61. SISTEMAS ANTITORQUE ROTOR DE COLA
  62. 62. SISTEMAS ANTITORQUE TAIL ROTOR FENESTRON
  63. 63. SISTEMAS ANTITORQUE TAIL ROTOR FENETRON NOTAR Entrada de Aire Estela Rotor Principal Tobera Giratoria Sustentaci ó n Flujo Descendente Aire a Presi ó n
  64. 64. SISTEMAS DE ROTOR <ul><li>RIGIDO </li></ul><ul><li>SEMIRRIGIDO </li></ul><ul><li>TOTALMENTE ARTICULADO </li></ul>
  65. 65. TOTALMENTE ARTICULADO (SCHWEIZER) 3 A 8 PALAS 120° 120° 120°
  66. 66. TOTALMENTE ARTICULADO (SCHWEIZER) <ul><li>CARACTERISTICAS: </li></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Permite aleteo. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Permite cambio de paso. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Permite avance y retraso. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>=> Aleteo, avance y retraso y cambio de paso ocurren independientemente. </li></ul></ul></ul></ul></ul>
  67. 67. TOTALMENTE ARTICULADO (SCHWEIZER) <ul><li>VENTAJAS </li></ul><ul><li>M á s manejable </li></ul><ul><li>M á s confortable (amortiguadores) </li></ul><ul><li>Sin golpeteo de mástil debido a fuerza G negativa </li></ul><ul><li>DESVENTAJAS </li></ul><ul><li>Mucho mantenimiento </li></ul><ul><li>(M á s piezas) </li></ul><ul><li>Resonancia terrestre </li></ul><ul><li>Requiere mas espacio para almacenamiento </li></ul>
  68. 68. TOTALMENTE ARTICULADO (SCHWEIZER)
  69. 69. SEMIRRIGIDO (R-22) SISTEMA DE 2 PALAS
  70. 70. SEMIRRIGIDO (R-22) <ul><li>CARACTERISTICAS : </li></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Permite aleteo. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Permite cambio de paso. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>=> Aleteo y cambio de paso como una sola unidad. </li></ul></ul></ul></ul></ul>
  71. 71. <ul><li>VENTAJAS </li></ul><ul><li>Bajos costos </li></ul><ul><li>Menos piezas </li></ul><ul><li>Ocupa menos espacio </li></ul><ul><li>DESVENTAJAS </li></ul><ul><li>Golpeteo de m á stil a causa de fuerza G negativa </li></ul><ul><li>Menos confortable </li></ul>SEMIRRIGIDO (R-22)
  72. 72. SEMIRRIGIDO (R-22)
  73. 73. RIGIDO (BO 105) CARACTERISTICAS : <ul><li>No tiene bisagras </li></ul><ul><li>Las palas y el cubo est á n hechos de un material fuerte. </li></ul><ul><ul><li>( El cubo hecho de titanio ) </li></ul></ul><ul><li>Coneo y aleteo hecho por las palas. </li></ul>
  74. 74. SISTEMA DE ROTOR DE CUATRO PALAS RIGIDO (BO 105)
  75. 75. <ul><li>VENTAJAS </li></ul><ul><li>Muy manejable </li></ul><ul><li>Poco mantenimiento </li></ul><ul><li>Sin golpeteo de m á stil </li></ul><ul><li>DESVENTAJAS </li></ul><ul><li>Incomodo (sin amortiguadores) </li></ul><ul><li>Costoso </li></ul><ul><li>Requiere m á s espacio para almacenar </li></ul>RIGIDO (BO 105)
  76. 76. RIGIDO (BO 105)
  77. 77. VIBRACIONES <ul><li>FRECUENCIA BAJA </li></ul><ul><ul><li>Las vibraciones anormales en el rango de frecuencia baja est á n normalmente asociadas con el sistema de rotor principal . </li></ul></ul><ul><li>FRECUENCIA MEDIA </li></ul><ul><ul><li>Una vibraci ó n de frecuencia media que ocurre de repente durante el vuelo puede ser un indicativo de un rotor de cola defectuoso (alta en el 300cb). </li></ul></ul>
  78. 78. VIBRACIONES <ul><li>FRECUENCIA ALTA </li></ul><ul><ul><li>Las vibraciones de alta frecuencia que ocurren en el helic ó ptero pueden ser causadas por el motor o una transmisi ó n defectuosa. </li></ul></ul>

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