miércoles, 12 de agosto de 2009

UNIDAD 4.4 ¿QUÉ ES FUERZA CENTRÍFUGA?

El sistema de rotor de un helicóptero depende principalmente de su rotación para generar la sustentación necesaria para el vuelo. Debido a su rotación y peso, el rotor esta sujeto a fuerzas y momentos característicos de todas las masas en rotación. Una de las fuerzas producidas es la Fuerza Centrífuga. Esta, es definida como la fuerza que tiende a que todos los cuerpos en rotación traten de alejarse de su eje.


Otra de la fuerza que se generan es la Fuerza Centrípeta. Esta es la fuerza opuesta a la centrífuga, que hace que los componentes de un sistema en rotación traten de acercarse a su eje.


La rotación de las palas de un helicóptero producen una muy alta fuerza centrífuga, cargando la misma sobre el rotor y el conjunto de las palas. Imaginen que la carga sobre la raíz de la pala puede estar en el orden de las 6 a las 12 toneladas, en un helicóptero de 2 a 4 pasajeros. Helicópteros más grandes pueden experimentar, en cada pala, unas 40 toneladas sobre la raíz.

La fuerza centrífuga es una de las fuerzas dominantes en el estudio de las alas rotativas.

Cuando las palas del rotor de un helicóptero no están girando, caen hacia abajo debido a su propio peso. Cuando comienza la rotación del conjunto las palas comienzan a elevarse de su posición de descanso debido a la fuerza centrifuga. A velocidad operacional, debido a su ángulo de ataque, las palas se encuentran en posición "recta", todavía no están generando sustentación.


Cuando el rotor comienza a generar sustentación, las palas abandonan su posición "recta" y comienzan a generar una posición de "cono". La medida de este cono depende de las RPM, el peso total, y las fuerzas G experimentadas en el vuelo. Si las RPM permanecen constantes, el cono aumenta si, el peso total y las fuerzas G son aumentadas. También, si las RPM disminuyen, manteniendo el peso y las G constantes, el cono va a aumentar.


Excesivo "cono" (coning) causa fatiga sobre las palas además de una disminución de la sustentación al disminuir el área del disco rotor.


Fig_2-30.gif (7037 bytes)


Note que el diámetro efectivo del disco del rotor, con el coning incrementado, es menor que el otro disco sin coning. A menor diámetro de disco obtendremos menor sustentación.


La fuerza centrífuga y los efectos de la sustentación pueden ser mejor entendidos con un gráfico. Primero mire un eje de rotor y una pala rotando.


Fig_2-31.gif (3161 bytes)


Ahora observe el mismo rotor cuando una fuerza vertical le es aplicada en la puntera de la pala.


Fig_2-32.gif (4790 bytes)


La fuerza aplicada es la sustentación producida cuando las palas aumentan su ángulo de ataque. La fuerza horizontal es la fuerza centrífuga generada por el rotor al girar. Debido a que la raíz de la pala está sujeta al árbol, sólo el otro extremo tiene la libertad de moverse y se obtiene una resultante en la pala como muestra la siguiente figura.


Fig_2-33.gif (6404 bytes)


La posición de la pala es la resultante de dos fuerzas: la sustentación y la fuerza centrifuga.

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