Cómo vuela un helicóptero
El espectacular lanzamiento de Alinghi 5 por una «grúa voladora» Mil MI-26 es una oportunidad para hablar un poco sobre estas maravillas tecnológicas. Para el barco, visite el blog Foilers! Para el helicóptero, sigue leyendo. El MI-26 pesa 28 toneladas sin carga y puede mover una carga máxima de 20 toneladas con 8 toneladas de combustible. Sus dos motores turbopropulsores de 11 ‘240 CV cada uno pueden levantar hasta 56 toneladas en total, a través de un rotor de 32 m de diámetro formado por 8 palas de 16 m de largo.
Si la operación de una hélice de avión ya es un tema bastante complejo [1], un rotor de helicóptero en el que la incidencia de cada pala varía durante la rotación es un verdadero infierno aerodinámico. Pero en el caso simple de «vuelo estacionario» realizado por una grúa voladora, sin embargo, podemos considerar que la carga se suspende bajo una hélice simple y algunos cálculos [3] dar (F = sqrt[3]{2 rho.S.P ^ 2} ) donde F es la fuerza axial generada, ρ la densidad del aire, S el área barrida por la hélice y P la potencia de los motores. Pero parte de esta potencia es utilizada por el rotor de cola y el fuselaje del helicóptero en el flujo del rotor disminuye la eficiencia de la hélice, de modo que al incorporar ρ tenemos en la práctica (F = sqrt[3]{1.4 S.P ^ 2} ) Para MI-26, con S = π.16² = 804 m² y P = 16.8 MW, obtendríamos una fuerza de elevación F = 681[kN], o 69,5 toneladas, significativamente más que las 56 anunciadas.
La explicación se debe probablemente al hecho de que las 56 toneladas se distribuyen en 804 m², lo que da una «carga de ala» de 68,3 daN / m², cerca de los valores por encima de los cuales la eficiencia de una hélice colapsa. [1]. Intuitivamente, para generar una mayor fuerza, la hélice debe ser más grande o rotar más rápido, o las palas deben tener una mayor incidencia. Con las dos últimas opciones, llega un momento en que la siguiente cuchilla cruza el aire perturbado por la cuchilla anterior, lo que disminuye la salida. Esto explica por qué los aviones de despegue vertical han tenido poco éxito en comparación con los helicópteros, que operan rotores grandes con alta eficiencia. Sin embargo, con un rotor grande, la punta de las palas se mueve muy rápidamente. Las palas de 16 m del MI-26 alcanzarían la velocidad del sonido (aproximadamente 300 m / s) si el rotor girara a 3 revoluciones por segundo. El problema es aún peor cuando el helicóptero se mueve hacia adelante: en un lado del helicóptero, la velocidad de la pala se suma a la del movimiento, y en el otro lado, la velocidad del movimiento se resta de la velocidad de la pala. . Este fenómeno limita la velocidad de los helicópteros a unos 300 km / h, porque a 500 km / h una pala iría a la velocidad del sonido cuando la pala opuesta se detuviera con respecto al aire, sin generar elevación … Simulación numérica de la interacción Pale-Tourbillon, documento ONERA (2) Es por eso que los rotores de los helicópteros giran a una velocidad constante.
El piloto no controla la velocidad del rotor, sino solo la incidencia de las palas a través de una placa oscilante, uno de los sistemas mecánicos más elegantes que se pueden ver. Debido al hecho de que gira muy lentamente, el rotor de los helicópteros grandes tiene más palas (8 para el MI-26) que el de los pequeños, pero debe entenderse que el número de palas no influye directamente en la potencia de una hélice. , helicóptero o turbina eólica. Lo importante es el compromiso entre la velocidad de rotación, el número y la incidencia de palas que ofrecen el mejor rendimiento en el rango de uso de la hélice.
