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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

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JAVIER

La presente tesina no se habría podido realizar sin el apoyo de

innumerables e importantes personas en mi vida tanto personal como profesional.

A mi familia:

Principalmente quisiera agradecer a mis padres y a mi tío, que han sido el

principal apoyo en la realización no solo de este trabajo sino de todos mis logros

que mas que míos son de ELLOS.

A mis mentores y amigos:

Adicionalmente quisiera hacer un especial agradecimiento a los Ingenieros

Gustavo Acevedo y Gerardo Iglesias, los cuales de no ser por su motivación y

ejemplo no se hubiera podido realizar la presente tesina; así como a toda el área

de Ingeniería de Mantenimiento de Volaris por su incondicional apoyo en mi

desarrollo profesional.

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RICARDO

A mi madre:

Por el apoyo incondicional que me brindo a lo largo de mi educación, y que una

vez más se ve reflejado en la conclusión de un ciclo de mi preparación profesional,

por la confianza y el esfuerzo invertidos en mi, por la paciencia y serenidad que

tuvo todos estos años, y por poner a mi disposición lo mejor que pudo haber

tenido a pesar de las carencias, para mi es el pilar fundamental de mi formación

como persona y como profesionista.

A mi familia:

Agradezco a mi familia por la confianza, apoyo y aliento que me han dado para

continuar con este gran sueño, por el ejemplo y dedicación que me han puesto

frente a mí, así como los valores y principios que me han inculcado.

A mis profesores y amigos:

A todas aquellas personas que nunca terminaría de mencionar, que han

fomentado un espíritu de superación, brindándome las herramientas para lograr

todos mis objetivos, compartiendo sus conocimientos y experiencias para la

formación de profesionistas; A todos mis amigos y compañeros que junto conmigo

compartieron este gran sueño de ser Ingenieros, por su apoyo y compañía.

Siempre estaré eternamente agradecido.

Page 5: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

RODOLFO

El presente trabajo es la culminación de mi carrera como profesionista, no

lo hubiera logrado solo, y agradezco a las personas que estuvieron siempre

apoyándome:

A MIS PADRES, por ser el apoyo incansable, por inculcarme los valores que

tengo, por alimentar en mí el espíritu de superación y por motivarme día a día para

cumplir mis metas.

A MIS HERMANOS, por demostrarme que las metas pueden cumplirse sin

importar los obstáculos.

A TI YADIRA, por estar siempre a mi lado, por tu paciencia, por compartir mis

experiencias y por brindarme tu apoyo incondicional.

A MIS PROFESORES, por ser los guías en mi carrera profesional, resolviendo mis

dudas y compartiendo su experiencia.

A MIS AMIGOS, por los recuerdos y por el apoyo que mostraron.

GRACIAS

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

ii

CONTENIDO

CONTENIDO ii

LISTA DE SÍMBOLOS Y LETRAS GRIEGAS iii

LISTA DE FIGURAS, TABLAS Y GRÁFICAS iv

RESUMEN v

ABSTRACT v

INTRODUCCIÓN vi

OBJETIVO vii

OBJETIVOS PARTICULARES vii

JUSTIFICACIÓN viii

CAPÍTULO 1 ESTADO DEL ARTE 1

A160 HUMMINGBIRD HELICÓPTERO UAV MODELO ATR-35 K-MAX SR-20

EAGLE EYE

CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO 5

CONSIDERACIONES LEVANTAMIENTO LEYES DE DE MOVIMIENTO NEWTON PRINCIPIO DE BERNOULLI VUELO ESTACIONARIO VUELO EN TRASLACIÓN

MÉTODO DE ELEMENTO DE PALA

CAPÍTULO 3 ANÁLISIS AERODINÁMICO 17

CAPÍTULO 4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 27

REFERENCIAS 31

APÉNDICES 32

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

iii

LISTA DE SIMBOLOS Y LETRAS GRIEGAS

Símbolo Descripción Unidades

b Número de Palas ----

B Factor de Prandtl ----

C Cuerda m

CL Coeficiente de levantamiento ----

CP Carga de Paga Kg

e/R Excentricidad ----

Imax Cortante máximo N

Imin Cortante mínimo N

K Pendiente del perf i l 1/rad

L Levantamiento N

Mcomb Capacidad de combustible Kg

M Imax Momento cortante máximo Nm

M Im in Momento cortante mínimo Nm

M tow Masa máxima de despegue Kg

R Radio m

S Superf icie disco rotor m2

S f Superf icie de fuselaje m2

T Tracción N

U (ωr) Velocidad en punta de pala m/seg

UT Velocidad Tangencial en vuelo en traslación

Rad/seg

V i Velocidad inducida m/s

Vne Velocidad máxima nunca exceder Km/hr

Wdisp Potencia disponible HP

α Ángulo de ataque rad

μ Relación de avance ----

ω Velocidad angular rad/seg

ψ Ángulo de acimut de la pala °

Θ Ángulo de paso rad

Θ0 Ángulo de paso en raíz rad

Θ1 Torcimiento lineal rad

Θ t Ángulo de paso en punta rad

ρ Densidad kg/m3

σ Solidez -----

φ Ángulo de incidencia rad

Φ t Ángulo de incidencia en punta rad

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

iv

Lista de Figuras Página

CAPÍTULO 1

Figura 1.1 Boeing A160 Hummingbird . 1

Figura 1.2 Helicóptero UAV modelo ATR-35. 2

Figura 1.3 Helicóptero K-Max. 3

Figura 1.4 SR-20. 4

Figura 1.5 Eagle eye de Bell. 4

CAPÍTULO 2

Figura 2.1 Helicóptero UAV de RC. 5

Figura 2.2 Pala convencional . 6

Figura 2.3 Movimientos de una pala en operación . 7

Figura 2.4 Diferentes configuraciones del borde de salida de una pala.

8

Figura 2.5 Constitución de una pala convencional . 8

Figura 2.6 Fuerzas sobre un perf i l aerodinámico. 9

Figura 2.7 Deflexión del f luido por un perf i l aerodinámico . 10

Figura 2.8 Distribución de presiones en un perf i l aerodinámico.

10

Figura 2.9 Distribución de presiones con diferentes ángulos de ataque.

11

Figura 2.10 Levantamiento producido por un rotor convencional.

11

Figura 2.11 Diagrama del elemento de la pala . 13

Figura 2.12 El elemento de la pala. 16

CAPÍTULO 3

Figura 3.1 Velocidad tangencial en vuelo en traslación . 18

Figura 3.2 Estaciones de la pala. 19

Figura 3.2 Relación de los ángulos del rotor . 23

Lista de Tablas Página

CAPÍTULO 2

Tabla 2.1 Helicóptero experimental. 6

CAPÍTULO 3

Tabla 3.1 Valores de UT y L por cada estación de la pala . 20

Tabla 3.2 Valores de distribución de levantamiento con perdida en la punta .

25

Lista de Gráficas Página

CAPÍTULO 3

Gráfica 3.1 Levantamiento teórico de la pala. 21

Gráfica 3.2 Distr ibución de levantamiento de la pala considerando la pérdida en la punta.

26

CAPÍTULO 4

Gráfica 4.1 Levantamiento requerido en función del peso . 28

Gráfica 4.2 Representación del área bajo la curva equivalente al valor del levantamiento de la pala del rotor principal.

29

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

v

RESUMEN

En este trabajo se determina la curva de distribución de levantamiento

de una pala de rotor principal considerando las pérdidas existentes en la punta

y en el claro de la raíz, definiendo así el levantamiento efectivo de las palas del

rotor principal del helicóptero experimental.

ABSTRACT

This paper determines the lift distribution curve of a main rotor blade

considering tip loss and root cutout, defining the effective lifting of the main rotor

blades of the experimental helicopter.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

vi

INTRODUCCIÓN

Para poder desarrollar el diseño de un nuevo helicóptero UAV, se tienen

que contemplar un gran número de variables, una de las cuales es la

aerodinámica del rotor principal, en el presente trabajo se desarrollará el

cálculo de de la curva de distribución de levantamiento en la pala del rotor

principal considerando las pérdidas existentes en la punta y en el claro de la

raíz.

En el capítulo I que es el estado del arte se hace breve referencia a

algunos modelos VTOL UAV que anteceden al desarrollo del helicóptero

experimental del cual forma parte este trabajo.

En el capítulo II se presentarán algunas consideraciones teóricas para

poder hacer el análisis aerodinámico de las palas de un helicóptero

experimental.

En el capítulo III se mostrará la metodología para la obtención de la

distribución de levantamiento en la pala, primero sin considerar la

perdida en la punta y después incorporando este parámetro.

En el capítulo IV se analizarán e interpretarán los resultados y se

plantearán recomendaciones para trabajos futuros.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

vii

OBJETIVO

Obtener la curva de distribución de levantamiento de la pala del rotor

principal del helicóptero experimental.

OBJETIVOS PARTICULARES

Determinación analítica y numérica de la distribución de levantamiento

en la pala del rotor principal usando las ecuaciones aproximadas del

elemento de pala.

Comparar la distribución de levantamiento obtenida con las ecuaciones

aproximadas con la distribución de levantamiento que se obtendrá al

incorporar las perdidas en la punta y el claro de la raíz de la pala.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

viii

JUSTIFICACIÓN

El presente trabajo se desarrolla para contribuir al desarrollo de un

helicóptero experimental, llevando a cabo el análisis aerodinámico de las palas

del rotor principal.

Si bien existen ya modelos avanzados que combinan tecnología VTOL y

UAV, se pretende que este helicóptero experimental sea desarrollado

localmente.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

1

CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE

En el presente capítulo se hace breve mención de algunos helicópteros UAV.

A160 Hummingbird

El A160 Hummingbird, es un helicóptero UAV capaz de llevar a cabo la

inteligencia persistente, vigilancia y reconocimiento, adquisición de datos de

enlaces de comunicaciones y las misiones de reabastecimiento de precisión. La

aeronave opera de forma autónoma y vuela a 260 km/h en una altitud máxima de

9.150 m, con una capacidad de vuelo estacionario hasta 4.570 m para un máximo

de 20 horas.

Figura 1.1. Boeing A160 Hummingbird.

Boeing Integrated Defense Systems, división de sistemas avanzados es la

fabricante de los tres A160 Hummingbird vehículos aéreos no tripulados de los

EE.UU. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) y de los ocho

para el Comando de Operaciones Especiales de EE.UU. (SOCOM).

En mayo de 2008, el A160T completó con éxito todas las fases y demostraciones

de vuelo de prueba, incluyendo: un vuelo a una velocidad máxima de 263 km/h, un

vuelo de ocho horas con 450 kg de carga útil, una autonomía de 18,7 horas vuelo

con 136kg de carga útil.

El primer prototipo del A160 Hummingbird, con tres palas en el rotor principal, tuvo

su primer vuelo en diciembre de 2001, para luego dar paso a un rotor de cuatro

palas.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

2

El Hummingbird A160T es alimentado por un turbo eje Pratt & Whitney

Canadá PW207D. El motor puede producir un 426.7kW continua (572shp).

Helicóptero UAV modelo ATR-35

El helicóptero ATR-35 es una plataforma, de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de ala rotatoria concebido para uso industrial y labores de investigación en los ámbitos civil y militar.

Figura 1.2. Helicóptero UAV modelo ATR-35.

La mecánica de este helicóptero se basa en un motor de dos tiempos refrigerado

por aire forzado. Proporciona una potencia de 18 Hp y en combinación con un

diámetro de rotor de 3,2 m dispone de una capacidad de carga de 33,5 Kg, que se

reparte entre carga de combustible y la carga útil.

En su configuración Standard el helicóptero está equipado con dos depósitos de

combustible de 5 lts cada uno que le proporciona una autonomía de vuelo de 90

minutos, en función del tipo de vuelo.

Es construido en aluminio y materiales compuestos, y manipulado por radio

control.

K-Max

Lockheed Martin y Kaman Aerospace demostraron la viabilidad de usar su

helicóptero no tripulado como apoyo de transporte a la United States Army and

Marine Corps. El helicóptero no ha sido usado en situación militares aun, pero ha

funcionado exitosamente transportando cargas pesadas en el sector industrial, así

como transportando agua para combatir incendios forestales.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

3

El K-Max helicóptero usa un sistema de rotor síncrono que elimina la necesidad de

usar un rotor de cola y permite que toda la potencia generada por el motor se use

para hacer girar los rotores principales. Su diseño hace posible que el K-Max

pueda cargar arriba de 6000 lb (más que su propio peso).

Figura 1.3. Helicóptero K-Max.

SR-20

El SR-20 de INGEKRAFT puede realizar un vuelo totalmente autónomo con

un operador (humano) de seguridad para los despegues y aterrizajes y para

activar/desactivar el *Sistema de control de vuelo autónomo (*AFCS, por sus

siglas en inglés). El AFCS emplea un avanzado sistema de control de vuelo

estable (Patentado).

El helicóptero tiene varios modos de operación:

Modo de comando por velocidad (Modo VC). La palanca comanda al

helicóptero para que se mueva en la dirección indicada a una velocidad

proporcional al movimiento aplicado en dicha palanca en el transmisor.

Modo de ruta con waypoints (Modo WAY): El helicóptero vuela una serie de

puntos o waypoints pre programados (con coordenadas, rumbo, altitud,

velocidad y otros).

Modo de comando (Modo CMD): El helicóptero se dirige en forma

personalizada mediante comandos enviados desde un computador.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

4

Figura 1.4 SR-20.

Eagle eye

El programa de desarrollo del Eagle eye por Bell, comenzó en 1993, con el

prototipo del TR911X, el fuselaje de material compuesto fue originalmente

diseñado por Bell por la compañía Scaled composites en California, las dos

aeronaves de prueba fueron propulsadas por un motor turbo-eje.

Allison 250-C20 montado en el centro del fuselaje, con una transmisión que

manejaba un tilting rotor en el final de cada ala.

Figura 1.5 Eagle eye de BELL.

El presente trabajo aportará datos para el desarrollo de un UAV-VTOL, cuyo

diseño y producción sea realizado en México.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

5

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO

?

Figura 2.1 Helicóptero UAV de RC.

En el presente capítulo se hace referencia al trabajo realizado por el M. en

C. Rogelio G. Hernández García avocado al desarrollo de un prototipo de un

VTOL-UAV, así como a algunas consideraciones teóricas para el desarrollo del

presente trabajo.

El M. en C. Rogelio G. Hernández García plantea la posibilidad de desarrollar un

prototipo de una aeronave de ala rotativa no tripulada, multi misión, eficiente, de

bajo costo y lo que es más importante, cuya producción sea desarrollada en

México.

En la fase del diseño conceptual los requerimientos de la aeronave, debieron

cubrir esencialmente a [1]:

Especificaciones de desempeño.

Especificaciones de misión.

Especificaciones de embarque.

Utilización de componentes existentes.

Empleo de tecnologías

Terminada esta fase se obtuvieron los parámetros que definirán al helicóptero, que

serán empleados en el presente trabajo para realizar el análisis aerodinámico.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

6

Tabla 2.1 Helicóptero experimental.

CONSIDERACIONES

Una pala es un elemento de geometría compuesta por uno o varios perfiles

aerodinámicos a lo largo de toda su longitud, llamada radio; esta geometría

proporciona en conjunto con otras palas la sustentación necesaria para que la

aeronave vuele.

Figura 2.2. Pala convencional.

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7

Las palas están acopladas a un eje rotatorio (rotor), por medio de mecanismos

que permiten el aleteo (flapping), torcimiento (feathering) y atraso (lagging).

Figura 2.3. Movimientos de una pala en operación.

Según la configuración del rotor; existen 3 tipos, de acuerdo a los movimientos

que tienen permitidos las palas.

Rígido: Sólo permite el movimiento de torcimiento de la pala (feathering)

Semirrígido: Además de permitir el movimiento de torcimiento (feathering)

permite el movimiento de aleteo de la pala (flapping)

Articulado: Permite el movimiento de torcimiento (feathering) y aleteo

(flapping) adicionando un movimiento a la pala de adelanto y atraso

(lagging)

La elección del o los perfiles que conformaran a la pala, están determinados por

los requerimientos operacionales del helicóptero.

Un punto crítico en las palas, son sus puntas, ya que aquí es donde se soportan

las presiones dinámicas más altas, y se genera la mayor resistencia y ruido del

rotor, además de de la formación vórtices en esta zona.

Adelanto y

Retraso

Aleteo Torcimiento

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

8

Figura 2.4. Diferentes configuraciones del borde de salida de una pala.

Las palas están constituidas por una viga central, un recubrimiento de pequeño

espesor comúnmente de metal, corazón o relleno que comúnmente es de material

compuesto y la punta de la pala, siendo esta última en general de acero

inoxidable.

Figura 2.5. Constitución de una pala convencional.

Para realizar el análisis aerodinámico de las palas del rotor principal se

consideraron las fuerzas que actúan sobre ellas, las cuales se describen a

continuación:

Peso

Fuerza centrífuga

Levantamiento

Resistencia al avance

Fuerzas de inercia

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9

La actuación combinada de estas fuerzas sobre la superficie de las palas generan

una serie de momentos y esfuerzos que por diseño deberá soportar la pala, en

cuanto al material empleado para su construcción así como a la estructura

propuesta de la misma.

LEVANTAMIENTO

Si un cuerpo se encuentra inmerso en un seno fluido, éste ejerce una fuerza

en la superficie del mismo. El levantamiento es la componente de esta fuerza que

es perpendicular a la dirección de incidencia del fluido (viento relativo).

Figura 2.6 Fuerzas sobre un perfil aerodinámico.

Existen diversas teorías que explican cómo se genera esta fuerza, se hará

referencia sólo a las que se consideran como las más adecuadas para describir

este fenómeno:

Leyes de Newton Principio de Bernoulli

Leyes de de movimiento Newton.

Newton planteó en su segunda y tercera ley que: “el cambio de movimiento

en un cuerpo es proporcional al momento aplicado, y sobre la misma línea de

acción y que para cada acción corresponde una reacción de la misma magnitud,

pero en sentido contrario”, al incluirla en la explicación del comportamiento del

fluido sobre una superficie, Newton asumió que cuando el fluido impacta la

superficie del objeto, la reacción directa será que el fluido cambie de dirección(el

fluido sea empujado en la dirección que indique el objeto), por lo tanto la reacción

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

10

será el movimiento del objeto en la dirección opuesta, generándose así la fuerza

de sustentación, la fuerza se define simplemente en función del momento en que

se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma

tasa de cambio en el momento del objeto. Si la masa y la aceleración valen 1, la

fuerza también valdrá 1; así, pues, el Newton es la fuerza que aplicada a una

masa de un kilogramo le produce una aceleración de 1 m/s²

Fig. 2.7 Deflexión del fluido por un perfil aerodinámico.

Principio de Bernoulli

La aplicación del teorema de Bernoulli, es sabido que cuando un objeto

(perfil aerodinámico) es inmerso en un seno fluido y su ángulo de incidencia es

alterado, resultará en la creación de dos zonas de presión, una de alta presión y

baja velocidad y otra de baja presión y alta velocidad, generando así un efecto de

succión en el sentido donde el valor de presiones sea menor.

Figura 2.8 Distribución de presiones en un perfil aerodinámico.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

11

Figura 2.9 Distribución de presiones con diferentes ángulos de ataque.

A diferencia de una aeronave de ala fija, la pala de un helicóptero se encuentra en

continuo movimiento, si bien el número de palas es directamente proporcional a la

fuerza de sustentación generada, también lo es para la potencia requerida, es por

ello que la configuración mas empleada es la de 2 palas.[2]

Figura 2.10. Levantamiento producido por un rotor convencional.

El cálculo del levantamiento será abordado más adelante en este capítulo.

Page 25: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

12

VUELO ESTACIONARIO

El vuelo estacionario es el estado de operación en el cual el rotor de

sustentación no tiene velocidad relativa del aire, vertical u horizontal. El vuelo

vertical involucra flujo axial respecto al rotor y simetría axial de éste, es por esto

que las velocidades y cargas sobre las palas del rotor son independientes de su

posición acimutal. El principal objetivo del análisis de vuelo estacionario del rotor y

palas, es predecir las fuerzas y cargas que en éste se originan, ya que en esta

condición es cuando la demanda de potencia es mayor.

VUELO EN TRASLACIÓN

El vuelo en traslación es el estado de operación en el cual el rotor de

sustentación involucra velocidad relativa del aire, vertical y horizontal. Dentro de

este intervalo aparece una componente de sustentación adicional, característica

del vuelo horizontal, denominada “sustentación de traslación”. El desplazamiento

de la aeronave produce un mayor flujo de entrada de aire a través del disco rotor

principal, lo que se traduce en un aumento de la sustentación por mejora del

rendimiento del rotor.

Para calcular las características aerodinámicas de un rotor de sustentación

existen algunos métodos como son:

El método de momentum o Rankine-Froude

El método de elemento de pala

El método combinado

El método de vórtice.

Para fines aplicables al presente trabajo de tesina sólo se hará referencia al

Método de Elemento de Pala.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

13

MÉTODO DE ELEMENTO DE PALA

Con el método de elemento de pala se calculan las fuerzas que se generan

sobre la pala debido a su movimiento a través del aire, básicamente, el método de

elemento de pala es un método de sustentación aplicado a ala rotativa dentro del

cual se establecen criterios de análisis, al igual que en el método de momentum se

asume que:

La fuerza de sustentación es uniforme a lo largo de la pala.

El rotor se encuentra completamente inmerso en la estela.

Cada sección de pala actúa como un perfil bidimensional con ángulo

inducido para producir fueras aerodinámicas.

Se considera una carga alar baja.

El ala tiene gran alargamiento.

Se desprecian los efectos de compresibilidad y estancamiento.

La geometría del elemento de pala se muestra en la Figura 2.7 un elemento de

pala es una pequeña porción de pala a una distancia “r” desde el centro de

rotación con envergadura “dr”.

Figura 2.11. Diagrama del elemento de pala.

Page 27: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

14

Se define la geometría, velocidades y las fuerzas que actúan sobre la sección de

pala, ésta tiene un ángulo de paso θ, medido desde el plano de rotación a la línea

de cero sustentación. La velocidad del aire que incide sobre la pala tiene

componentes ωr y Vi, tangente y perpendicular del disco del plano,

respectivamente. La magnitud de la velocidad resultante está dada por:

Dentro del método de elemento de pala sólo se consideran las pérdidas de

arrastre por la forma del perfil.

El incremento de sustentación, dL, sobre dicho elemento de pala es:

Donde ωr es la velocidad tangencial expresada en metros por segundo, esta

velocidad es cero en el eje de rotación e incrementa linealmente hacia la punta y

cdr es la superficie del elemento de pala. CL es el coeficiente de sustentación local

del elemento de pala y puede expresarse como:

α es el ángulo de ataque local y k es la pendiente de la curva de sustentación del

perfil, dicho ángulo esta determinado geométricamente por el ángulo de paso de la

pala θ y el ángulo de entrada de flujo φ:

El ángulo de entrada de flujo se define a través de dos velocidades mutuamente

perpendiculares, ωr y Vi:

Si φ es menor que 10°, lo cual es normal para la mayoría de rotores, entonces

(una suposición para ángulos pequeños es utilizada) es aceptable establecer que:

Por lo que el ángulo de ataque y el coeficiente de sustentación locales son

respectivamente:

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

15

El incremento de sustentación obre el elemento de pala es:

La fuerza de sustentación sobre la pala es la integración de la sustentación sobre

todos los elementos de pala desde el eje de rotación hasta la punta de la pala. Al

realizar la integración se debe considerar que la pala tiene torcimiento ideal. La

mayoría de las palas de los helicópteros actuales están torcidas de forma tal que

el ángulo de paso en la punta de la pala es menor que el ángulo de paso en la

raíz. Siendo lo más común, el torcimiento lineal:

Donde θ es el ángulo de paso que tendría la pala si ésta se extendiera hasta el eje

de rotación y θ1 es el ángulo de torcimiento entre el eje de rotación y la punta de

la pala. El valor de torcimiento lineal se encuentra en el intervalo de -5° a -16°.

Para palas con torcimiento ideal en lugar de torcimiento lineal, el valor del ángulo

de paso local es:

Θt es el ángulo de paso en la punta. El torcimiento ideal genera un mejor

desempeño del rotor que cualquier otro tipo de torcimiento, pero el margen de

incremento sobre el torcimiento lineal es pequeño, es por eso que las palas de los

rotores helicópteros se fabrican con torcimiento lineal en lugar de torcimiento ideal

debido a la facilidad de cálculo, diseño y construcción.

Previamente, se estableció que el ángulo de entrada de flujo es:

Esta expresión puede rescribirse:

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

16

Donde Θt es el ángulo de entrada de flujo en la punta. Sustituyendo las

ecuaciones para el ángulo de paso y el ángulo de entrada de flujo en la punta de

la pala en la ecuación para obtener la fuerza de sustentación se obtiene:

O también:

dT/dr representa la fuerza de sustentación por unidad de longitud a lo largo de la

pala y ésta es lineal, describe una distribución triangular sobre los elementos de

pala. La fuerza total de sustentación sobre la pala completa es proporcional al

área del triángulo:

Por lo que la fuerza de sustentación para vuelo estacionario por pala es:

Y el empuje total del rotor estará dado por el levantamiento multiplicado por el

número total de palas [2]:

Figura 2.12 El elemento de pala.

Page 30: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

17

CAPÍTULO 3:

ANÁLISIS AERODINÁMICO

El análisis aerodinámico de la pala del rotor principal del helicóptero

experimental se llevo a cabo, haciendo consideraciones de vuelo en traslación

(Forward Flight) del método de “Elemento de Pala”.

Se requiere obtener la curva de levantamiento que genera la pala en movimiento,

para obtener dicha gráfica fue necesario realizar una serie de cálculos que se

evidenciarán a continuación:

Justo como en vuelo estacionario, el método de momento o energía es útil en la

comprensión de la física del vuelo en traslación y para hacer cálculos

aproximados, pero la teoría del elemento de pala debe ser usada para definir las

limitaciones en vuelo y hacer más acertados los cálculos. En vuelo en traslación,

la velocidad actuando sobre el elemento de pala está en función de la estación de

radio y la posición del acimut de la pala.

El ángulo de acimut ψ está definido como se muestra en la figura 3.1 con ψ=0

sobre la punta. La velocidad actuando sobre el elemento de pala es el vector total

de la velocidad debido a la rotación, Ωr, y la velocidad de traslación del

helicóptero, V. El estudio del barrido aerodinámico del ala ha mostrado que la

componente perpendicular de la velocidad hacia el borde de la punta es la única

velocidad que importa en el establecimiento de las fuerzas aerodinámicas. La

velocidad perpendicular hacia el borde de la punta o tangencial hacia la cuerda del

elemento es:

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

18

Figura 3.1 Velocidad tangencial en vuelo en traslación.

Sobre la nariz y sobre la cola, el elemento de pala observa la misma velocidad que

en vuelo estacionario, pero sobre la pala que avanza se ve una mayor velocidad y

sobre la pala que retrocede una menor. Como un hecho de importancia, sobre la

pala que retrocede existen elementos donde la velocidad perpendicular hacia el

borde de ataque es actualmente negativa que es, aire que golpea el borde de

salida en lugar del borde de ataque de la pala. En la figura 3.1 se muestra el

vector adicional de la velocidad para la pala hacia la posición cardinal del acimut.

Si la ecuación para UT se establece en cero, la estación del radio hacia la cual la

velocidad se desvanece es:

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

19

Una impresión de esta relación es un círculo que es tangente a la línea central del

rotor, dentro de este círculo UT es negativa, y la zona es llamada región de flujo

inverso.

Usando la definición de la relación de velocidad en la punta, µ, la ecuación para la

velocidad tangencial ahora puede ser escrita:

El ángulo de acimut de la pala se consideró de 90º por ser el valor máximo que

alcanza la pala que avanza en un ciclo de rotación, teniendo en cuenta un sistema

inercial que a 0º coincide la nariz de la aeronave y el rotor gira en sentido levógiro.

UT por lo tanto tendrá un valor numérico por cada estación (r), en el presente

proyecto se consideró una estación por cada mm de la pala.

Figura 3.2 Estaciones de la pala.

Después de que se obtuvo un valor de UT por cada valor de r, se procedió a

calcular el levantamiento que genera cada estación de la pala con la siguiente

ecuación:

Page 33: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

20

Tabla 3.1 valores de UT y L por cada estación de la pala.

r Ut ΔL

0,00 24,833 0,000

0,01 26,299 0,058

0,02 27,765 0,130

0,03 29,231 0,216

0,04 30,698 0,317

0,05 32,164 0,435

0,06 33,630 0,571

0,07 35,096 0,726

0,08 36,562 0,900

0,09 38,028 1,096

0,10 39,494 1,313

0,11 40,960 1,554

0,12 42,426 1,818

0,13 43,892 2,109

0,14 45,358 2,425

0,15 46,824 2,769

0,16 48,290 3,141

0,17 49,757 3,543

0,18 51,223 3,976

0,19 52,689 4,441

0,20 54,155 4,938

0,21 55,621 5,470

0,22 57,087 6,036

0,23 58,553 6,639

0,24 60,019 7,279

0,25 61,485 7,957

0,26 62,951 8,674

0,27 64,417 9,433

0,28 65,883 10,232

0,29 67,349 11,075

0,30 68,816 11,961

0,31 70,282 12,892

0,32 71,748 13,868

0,33 73,214 14,892

0,34 74,680 15,964

0,35 76,146 17,085

0,36 77,612 18,257

0,37 79,078 19,479

0,38 80,544 20,755

0,39 82,010 22,083

0,40 83,476 23,467

0,41 84,942 24,905

0,42 86,408 26,401

0,43 87,875 27,955

0,44 89,341 29,567

0,45 90,807 31,240

0,46 92,273 32,974

0,47 93,739 34,770

0,48 95,205 36,629

0,49 96,671 38,552

0,50 98,137 40,541

0,51 99,603 42,597

0,52 101,069 44,720

0,53 102,535 46,912

0,54 104,001 49,174

0,55 105,467 51,506

0,56 106,934 53,911

0,57 108,400 56,389

0,58 109,866 58,941

0,59 111,332 61,568

0,60 112,798 64,271

0,61 114,264 67,052

0,62 115,730 69,911

0,63 117,196 72,850

0,64 118,662 75,869

0,65 120,128 78,971

0,66 121,594 82,155

0,67 123,060 85,423

0,68 124,526 88,776

0,69 125,993 92,215

0,70 127,459 95,741

0,71 128,925 99,356

0,72 130,391 103,060

0,73 131,857 106,854

0,74 133,323 110,740

0,75 134,789 114,718

0,76 136,255 118,790

0,77 137,721 122,957

0,78 139,187 127,220

0,79 140,653 131,580

0,80 142,119 136,038

0,81 143,585 140,594

0,82 145,052 145,251

0,83 146,518 150,010

0,84 147,984 154,871

0,85 149,450 159,835

0,86 150,916 164,904

0,87 152,382 170,078

0,88 153,848 175,359

0,89 155,314 180,748

0,90 156,780 186,246

0,91 158,246 191,854

0,92 159,712 197,573

0,93 161,178 203,404

0,94 162,644 209,348

0,95 164,111 215,406

0,96 165,577 221,580

Page 34: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

21

Con los valores de r y L se construyó la gráfica de distribución de levantamiento

que a continuación se muestra:

Gráfica 3.1 Levantamiento teórico de la pala.

En esta gráfica se puede observar que la distribución de levantamiento se genera

a todo lo largo de la pala, sin considerar las pérdidas que las ecuaciones exactas

han mantenido a un lado, a razón de que los resultados se puedan usar de forma

rápida en los cálculos, en realidad se deben considerar tres fenómenos

importantes que ocurren en la pala en movimiento:

Pérdida en la punta o en la región de la raíz de la pala.

Región de flujo inverso.

Coeficiente de arrastre en elemento de pala no constante.

0

50

100

150

200

250

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

Leva

nta

mie

nto

(N

)

Estaciones r/R

Page 35: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

22

El método de sustentación uniforme no es estrictamente válido cerca de la punta

del rotor. Cuando la cuerda en la punta es finita, el método de elemento de pala

arroja un valor de fuerza de sustentación diferente de cero para las zonas que

están hasta el fin de la pala, sin embargo, la carga cae hasta cero en la punta a

una distancia finita debido a las efectos de flujo tridimensional en la punta. Como

la presión dinámica es proporcional a r al cuadrado, la carga para un ala rotativa

se concentra en la punta y la caída es más rápida que para un ala fija. La pérdida

de sustentación en la punta es un factor importante en el cálculo del desempeño

del rotor; si esta pérdida es despreciada, la fuerza de sustentación para una

potencia dada será significativamente sobreestimada. Atención especial merece la

carga en la punta ya que requiere un análisis superficial de sustentación, sin

embargo se puede hacer una aproximación de las pérdidas en la punta.

Dichas pérdidas pueden representarse en términos de vórtices. El modelo de

disco actuador, con carga diferente de cero extendida hasta el límite del disco, es

aceptable. Entonces la pérdida en la punta puede considerarse como la influencia

de un número finito de palas, es decir; la concentración de carga sobre un número

finito de palas, sólo que distribuida sobre el disco, tomando en cuenta los efectos

tridimensionales de la estela sobre el flujo a través del rotor. Con un número finito

de palas, los vórtices en la estela contraen el flujo en un volumen menor que la

estela en la frontera. Las pérdidas en la punta en este sentido tienen un área

efectiva menor en la estela, o equivalente una carga efectiva alta en el disco, lo

que implica una potencia inducida alta.

Un método aproximado para cuantificar las pérdidas en la punta es asumir que los

elementos de pala fuera de la estación en el radio r = BR tienen un perfil que tiene

arrastre pero que no genera sustentación. El parámetro B se conoce como factor

de pérdida en la punta, existen varios métodos para calcula el valor de dicho

factor. Prandtl estableció una expresión basada en un modelo bidimensional de la

estela, para flujo bajo de entrada:

Donde N es el número de palas.

El valor típico para el resultado de Prandtl se encuentra entre B=0.96 y B=0.98

Page 36: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

23

Donde tc es la cuerda en la punta. Es posible también, cuantificar la pérdida en las

puntas por medio de la expresión:

Es común que el factor de pérdida en la punta tenga un valor cercano a 0.97, el

cual generalmente coincide con datos experimentales. [2]

En el presente proyecto se consideró la pérdida en la punta de la pala y la

región de la raíz sin pala, por lo que en los cálculos se considera la longitud

comprendida entre r=Xo (excentricidad) y R=B punta de la pala; para obtener una

gráfica de distribución de levantamiento más exacta; en la obtención de dicha

gráfica se utilizó el siguiente desarrollo:

Figura 3.3 Relación de los ángulos del rotor.

Page 37: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

24

El primer paso para el cálculo de la sustentación es encontrar el radio de flujo de

incidencia con respecto al ángulo de ataque en la trayectoria de la punta de la

pala :

A continuación se calcula parte del ángulo de ataque en la trayectoria de la punta

de la pala, conocido como a1=B1-a1s esto para poder conocer el valor del

coeficiente de tracción con respecto a la solidez de la pala:

Se consideran los valores de θ calculados con anterioridad para conocer el valor

del coeficiente de tracción con respecto a la solidez de la pala:

Conociendo el valor de este coeficiente se procede a calcular un nuevo valor para

el ángulo de paso en la raíz de la pala, con este nuevo valor de θ se calcula α y se

determina el valor de ΔL para conocer la nueva gráfica con pérdida en la punta.

Page 38: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

25

Tabla 3.2 Valores de distribución de levantamiento con pérdida en la punta.

r Ut ΔL

0.00 24.833 0.000

0.01 26.299 0.058

0.02 27.765 0.130

0.03 29.231 0.215

0.04 30.698 0.317

0.05 32.164 0.435

0.06 33.630 0.570

0.07 35.096 0.724

0.08 36.562 0.899

0.09 38.028 1.094

0.10 39.494 1.311

0.11 40.960 1.551

0.12 42.426 1.815

0.13 43.892 2.104

0.14 45.358 2.420

0.15 46.824 2.763

0.16 48.290 3.135

0.17 49.757 3.536

0.18 51.223 3.968

0.19 52.689 4.432

0.20 54.155 4.929

0.21 55.621 5.459

0.22 57.087 6.024

0.23 58.553 6.626

0.24 60.019 7.265

0.25 61.485 7.941

0.26 62.951 8.658

0.27 64.417 9.414

0.28 65.883 10.212

0.29 67.349 11.053

0.30 68.816 11.938

0.31 70.282 12.867

0.32 71.748 13.842

0.33 73.214 14.863

0.34 74.680 15.933

0.35 76.146 17.052

0.36 77.612 18.221

0.37 79.078 19.442

0.38 80.544 20.714

0.39 82.010 22.040

0.40 83.476 23.421

0.41 84.942 24.857

0.42 86.408 26.350

0.43 87.875 27.901

0.44 89.341 29.510

0.45 90.807 31.179

0.46 92.273 32.910

0.47 93.739 34.702

0.48 95.205 36.558

0.49 96.671 38.478

0.50 98.137 40.463

0.51 99.603 42.514

0.52 101.069 44.634

0.53 102.535 46.821

0.54 104.001 49.079

0.55 105.467 51.407

0.56 106.934 53.807

0.57 108.400 56.280

0.58 109.866 58.826

0.59 111.332 61.448

0.60 112.798 64.146

0.61 114.264 66.922

0.62 115.730 69.776

0.63 117.196 72.709

0.64 118.662 75.722

0.65 120.128 78.818

0.66 121.594 81.996

0.67 123.060 85.257

0.68 124.526 88.604

0.69 125.993 92.036

0.70 127.459 95.556

0.71 128.925 99.163

0.72 130.391 102.860

0.73 131.857 106.647

0.74 133.323 110.525

0.75 134.789 114.496

0.76 136.255 118.560

0.77 137.721 122.719

0.78 139.187 126.974

0.79 140.653 131.325

0.80 142.119 135.774

0.81 143.585 140.322

0.82 145.052 144.970

0.83 146.518 149.719

0.84 147.984 154.571

0.85 149.450 159.525

0.86 150.916 164.584

0.87 152.382 169.749

0.88 153.848 175.019

0.89 155.314 180.398

0.90 156.780 185.885

0.91 158.246 191.482

0.92 159.712 197.190

0.93 161.178 203.010

0.94 162.644 100.000

0.95 164.111 50.000

0.96 165.577 0.000

Page 39: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

26

Gráfica 3.2 Distribución de levantamiento de la pala considerando la pérdida en la

punta.

0

50

100

150

200

250

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Leva

nta

mie

nto

(N

)

r/R

Page 40: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

27

CAPÍTULO 4:

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Las metodologías existentes para el cálculo de las fuerzas aerodinámicas

de un rotor se hacen mediante el uso de ecuaciones exactas o cerradas, la

finalidad es simplificar los procedimientos y hacer que las ecuaciones sean más

fáciles de manipular.

Las consideraciones que se hacen para el desarrollo de estas ecuaciones son:

Que no hay pérdida en la punta de la pala.

La región del flujo inverso es ignorada.

El coeficiente de resistencia al avance en el elemento de pala se

considera constante.

En el presente trabajo se realizó el cálculo de la distribución del levantamiento a lo

largo de la pala con el uso de ecuaciones aproximadas, primero sin considerar el

fenómeno de pérdida de sustentación en la punta de la pala y en el claro de la

raíz, para posteriormente hacer una comparación con la curva que resultara de la

incorporación de esta variable.

Adicionalmente y en base a los requerimientos que demanda la aeronave

experimental, se podrá hacer un cálculo más aproximado del valor de la tracción

que requerirá para poder operar satisfactoriamente.

Realizando el arreglo matemático la ecuación queda:

Se sabe que la tracción será igual a:

Por lo tanto el levantamiento será igual a:

Page 41: ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR …

ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

28

Para tener una aproximación del levantamiento requerido en función del peso se

traza una gráfica con esta relación:

Gráfica 4.1 Levantamiento requerido en función del peso.

Se puede afirmar que el levantamiento que la aeronave demandará será de 80 N

por pala, por lo tanto:

Y:

De la gráfica 3.2 que se obtuvo previamente del levantamiento con pérdida en la

punta, se debe obtener el área bajo la curva, cuyo valor corresponderá al

levantamiento en la pala.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Leva

nta

mie

nto

(N

)

Mtow

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

29

Gráfica 4.2 Representación del área bajo la curva equivalente al valor del

levantamiento de la pala del rotor principal.

Teniendo en cuenta la ecuación 4.5b para el cálculo del levantamiento en vuelo en

traslación y resolviendo para el caso de la gráfica 4.2 se tiene que el valor de

sustentación será de:

L = 53.4 N sin consideraciones de pérdidas

L = 48.7 N con consideraciones de pérdidas

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL

30

En este caso la pérdida de para una pala esto representaría casi el 9%

del levantamiento con un ángulo de ataque α= 1.43°.

El valor de este levantamiento representa el área bajo la curva de levantamiento

con las consideraciones de pérdida en la punta y el claro de la raíz, es de notarse

que este valor es mucho menor que el requerido teóricamente (L=80N), por lo que

se puede suponer que no es suficiente, ya que el valor de la tracción sería:

T = 106.8 N sin consideraciones de pérdidas

T = 97.4 N con consideraciones de pérdidas

El diseño preliminar no cumple con los requerimientos operacionales de la

aeronave.

Para lograr que el diseño cumpla con dichos requerimientos se tienen que

considerar los siguientes parámetros:

Número de palas (b)

Cuerda (c)

Velocidad angular (ω)

Angulo de ataque (α)

Manipulando esos parámetros se podría conseguir un aumento en el valor de

sustentación del rotor principal, los primeros tres parámetros antes mencionados

presentan un grado de dificultad elevado para su manipulación, a diferencia del

ángulo de ataque (α= 1.43°) que no varía en vuelo estacionario, ni en traslación.

Se propone que el diseño se modifique con un ángulo de ataque de las palas de

α = 2.5°, introduciendo este valor modificado en la ecuación 4.5b, se tiene que:

L = 88.5 N

Y:

T = 177 N

El análisis realizado permite visualizar que el aumento del valor del ángulo

de ataque puede contrarrestar el efecto de pérdida en la punta de la pala y el

claro de la raíz.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL  

 31 

REFERENCIAS [1]-Hernández García Rogelio Gerardo, Introducción al diseño del helicóptero, Cuaderno de apuntes, 2008. [2]-Oropeza Osornio Armando, Modelo matemático para el diseño aerodinámico de un rotor de levantamiento de alta eficiencia, tesis de Maestría, 2005. [3]-Prouty Raymond W., Helicopter Performance, Stability and Control, Krieger Publishing Company, reprint with additional corrections edition 2005.

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ANÁLISIS AERODINÁMICO DE UNA PALA DE ROTOR PRINCIPAL DE UN HELICÓPTERO EXPERIMENTAL  

 32 

Apéndice 1

Data Sin pérdida en la punta  Con pérdida en la punta 

MTOW  16  kg 

  

B  0,931  m 

  g  9,81  kg/s`2  X0  0,078  m 

ρ  1,225  kg/m`3  λ  ‐0,01154  rad 

R  0,96  m  αTPP  ‐1,676  deg  ‐0,02925  rad

c  0,10  m  D  4,683  N       

b  2  ‐  CT/σ  0,164  ‐       

Ω  1400  RPM  B1+a1s  0,131633  rad  7,542554  deg

ω  146,61  rad/s  θ0  0,217  rad  12,45905  deg

σ  0,0663  ‐  (B‐XO)  0,8528  ‐ 

  

U  140,743  m/s  (B²‐XO²)  0,8610  ‐ 

S  2,8953  m^2  (B³‐XO³)  0,8070  ‐ 

k  5,7300  1/rad  (B⁴‐XO⁴)  0,7519  ‐ 

θ1  ‐0,1745  rad  ‐10  deg  γ  5  ‐ 

θ0  0,2175  rad  12,463  deg  ao  0,110613  ‐ 

θt  0,0577  rad  3,309  deg  A1‐b1s  ‐0,0362  rad  ‐2,07454  deg

Φt  0,0338  rad  1,934  deg  θ  0,058  rad  3,3060  deg

α  0,024  rad  1,3745  deg  α  0,024  rad  1,3719  deg

Vmax  27,778  m/s  100  km/h                

Vih  4,7508  m/s 

  

              

Vit  0,8122  m/s                

μ  0,1974  ‐                

Clm  0,2062  ‐                

Ct  0,0023  ‐                

Cl  0,1375  ‐                

Ct/σ  0,0344  ‐                

T  160,10  N L y T teóricos 

              

L  80,0496  N                

ε  0,0784  ‐                   

γ  1,5707  rad  90  deg                

L  53,366  N   

L  48,677  N   

T  106,733  N  T  97,354  N 

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