Comenzaré agregando lo que llamaré información complementaria a la gran respuesta dada por Anas Maaz. Si aún no ha visto su respuesta, le recomiendo que lea su respuesta antes de leer el resto de la mía a continuación. Más allá de eso, responderé sus otras preguntas que no parecen haber sido abordadas en absoluto por ninguna de las otras respuestas existentes.
En el caso de los helicópteros con turboeje, comienza con un motor Turbojet básico (motor a reacción sin ventiladores de derivación instalados frente a la sección del compresor o admisión). Primero explicaré los conceptos básicos de un motor Turbojet, porque realmente ayuda a saber cómo funciona uno de esos primero.
Diseño básico de turborreactor
El motor básico Turbojet es uno que tiene un solo eje (el eje central, que se conoce como el eje N1). Todos los motores a reacción tienen al menos un eje N1, incluidos los que se encuentran en grandes aviones comerciales. El eje N1 es lo que impulsa la central eléctrica “central”. Tiene hileras de palas de compresor unidas al extremo frontal, un difusor y una lata de combustión en el medio, y palas de turbina en el extremo de salida. Los aviones a reacción más antiguos tienen esta sección “central” exclusivamente.
Turboshaft / Turboprop Design # 1
Este es el tipo de diseño que NO fue cubierto en la respuesta de Anas. Si toma el eje N1 y conecta un eje de extensión al extremo delantero del mismo (el extremo del compresor), puede colocarle una hélice grande o una pala de rotor. En los motores de aviones Turboprop, como los utilizados en los aviones C-130, P-3 y similares, este es el diseño que se utiliza. Sin embargo, no es tan simple como instalar un eje de extensión básico en la parte delantera del motor. El problema es que el eje N1 generalmente girará a más de 10,000 rpm cuando funciona a su velocidad normal de operación. Sin embargo, el accesorio debe ejecutarse a solo 1,000-1,500 rpm para hacer su trabajo. Como resultado, es necesario diseñar el eje de extensión de manera que evite que gire el puntal / rotor a la misma velocidad que el eje del núcleo N1. El método de diseño n. ° 1 es equipar el eje de extensión básico con lo que se conoce como un conjunto de caja de engranajes de reducción (RGA). El RGA utiliza una serie de engranajes para disminuir la velocidad de entrada del eje hasta la velocidad de salida del eje (el extremo al que está unido el puntal / rotor). Una manera simple de pensar en esto es pensar en cómo están diseñados los engranajes de una bicicleta. Engranajes más pequeños = velocidad de rotación más alta y engranajes más grandes = velocidad de rotación más lenta.
A partir de aquí, la única diferencia entre un diseño de turboeje de ala fija o ala giratoria es si un puntal de ala fija está unido directamente a él O una caja de engranajes angular (que solo cambia la dirección de la fuerza de rotación de horizontal a vertical, pero no necesariamente la velocidad de salida) y un eje adicional está unido a él como lo que se muestra en el extremo frontal de la ilustración que se ve en la respuesta de Anas. Sin embargo, no estoy íntimamente familiarizado con motores específicos de ala giratoria, por lo que no puedo proporcionar ningún ejemplo de qué helicópteros específicos usen este método de diseño de motor específico. Quizás otro Quoran con más conocimiento o experiencia específicamente con aviones de ala giratoria (helicópteros) pueda comentar más adelante con ejemplos de helicópteros que tienen este diseño específico.
Si el motor en cuestión usa un RGA, debe haber un medidor de motor adicional en la cabina que muestre el Par. Aquí hay un ejemplo:
El indicador de Torque indica cuánto torque diferencial existe entre las palas de apoyo / rotor y el eje principal, para decirlo de manera más simple. Ya sea que se trate de un ala fija o giratoria, existe un límite respecto de cuánto puede conducir un extremo al otro antes de que exista el riesgo de impartir un par excesivo. Si se aplica demasiado torque, el eje de extensión puede doblarse o romperse por completo, lo que puede provocar una falla mecánica. En los helicópteros, esto generalmente significa que los pilotos tendrán que rotar automáticamente de emergencia al suelo, si están en vuelo. En el peor de los casos, el prop / rotor puede potencialmente separarse por completo, aunque las redundancias del sistema incorporado normalmente evitan que ocurran tales eventos, con la excepción de los incidentes más raros.
Diseño de turboeje # 2
Este es el método de diseño al que se hace referencia específicamente en la respuesta de Anas. Puede obtener la idea básica entre la respuesta de Anas y la parte “Diseño básico de turborreactor” de mi respuesta anterior. Solo agregaré que en el diseño mencionado por Anas, hay un segundo eje de salida, que puede denominarse el eje N2, al que se une el puntal / rotor. ¿Recuerda cómo mencioné en el Diseño # 1 anterior que el puntal / rotor necesita poder girar a una velocidad diferente a la que gira el eje N1 del núcleo? Esta es precisamente la razón por la cual el diseño al que hace referencia Anas tiene un eje N2 adicional. Los motores de turboventilador que dominan el mundo de los aviones comerciales de ala fija también usan un eje N2. En ambos casos, Turbofan y Turboshaft, el eje N2 puede girar a una velocidad diferente que el eje N1. Eso es porque es un eje completamente separado que gira dentro del eje N1. En el diseño del turboeje (ala giratoria), la hilera de álabes de la turbina que se ve en el extremo de salida del “núcleo” del motor está diseñada de manera que hace que el eje N2 gire a una velocidad mucho más lenta que el eje N1. Esto se puede hacer variando el tamaño o la cantidad de cuchillas, o incluso los ángulos en los que se colocan las cuchillas. En el caso de los diseños de ala giratoria, las palas de la turbina N2 generarán un par significativamente menor al eje N2 que lo que hacen las palas de la turbina N1 principal con el eje N1.
La única diferencia real con el Diseño # 2 en lo que se refiere a los aviones de ala fija (turboventilador) y ala giratoria (turboeje) es que en los motores de turboventilador, las turbinas N2 están diseñadas para rotar el eje N2 a una velocidad muy similar. a la del eje N1. El eje N2 normalmente no gira a una velocidad idéntica al eje N1, pero las velocidades del eje están normalmente dentro del 5% aproximadamente entre sí.
En lo que respecta a los instrumentos de cabina, esperaría, basado solo en la experiencia personal con aeronaves C-130 y otras aeronaves de ala fija, que los helicópteros que usan ejes N2 probablemente NO tengan un indicador de torque, sino que deberían (en teoría) tener un indicador de velocidad N2 (también conocido como tacómetro) en su lugar. También sospecho que variar los ángulos de la cuchilla también causará más variaciones en la velocidad del eje N2 debido a la falta de una conexión sólida que elimine la necesidad de un indicador de torque real. Sin embargo, esto es solo teoría. Intenté encontrar imágenes a través de Google Images para respaldar esta teoría, pero sin saber nada sobre qué helicópteros específicos usan qué diseño específico de turboeje, es mucho más fácil decirlo que tratar de encontrar imágenes de cabinas de helicópteros que puedan probar o refutar esta teoría. Para esa parte, ciertamente necesitaría la ayuda de un Quoran que tenga experiencia específica en ala rotativa para dejar las cosas claras en esta parte.
En cuanto a sus otras preguntas, responderé lo mejor que pueda:
¿Cómo vuela un helicóptero?
Hay cuatro controles básicos en un helicóptero.
- Acelerador
- Ángulo de las palas del rotor principal
- Ángulo del eje
- Ángulo de la cuchilla del rotor de cola
Aquí hay un enlace a una buena descripción de la FAA de lo anterior: https://www.faa.gov/regulations_ …
Empuje
Los controles reales pueden variar de un helicóptero a otro, pero los ángulos del acelerador y la pala del rotor principal generalmente se controlan con la mano izquierda en una entrada que comúnmente se conoce como Colectivo. Empujar o tirar de la palanca hace que los ángulos de la cuchilla cambien. Moverlo en una dirección (quizás hacia adelante) hará que las palas del rotor cambien de empujar sin aire a empujar el aire hacia abajo. Esto a su vez da como resultado la aplicación de torque al eje y / o una disminución correspondiente en la velocidad del eje. Cuando los rotores cortan el aire en ángulos más pronunciados, es necesario aumentar la aceleración para mantener la velocidad del rotor suficiente para producir la elevación requerida. La posición del acelerador a menudo se controla de la misma manera que controlarías el acelerador de una motocicleta, girando la empuñadura. Todo en el Colectivo controla específicamente el aspecto de propulsión del vuelo del ala del rotor, esencialmente.
Control direccional
La siguiente entrada de control proviene de lo que se conoce como cíclico. Es el palo que generalmente se coloca entre las piernas del piloto. Para explicar esto más fácilmente: si el empuje se aplica a través del Colectivo, el helicóptero irá directamente hacia arriba si el Cíclico está en la posición neutral, hacia adelante si está en la posición hacia adelante o hacia atrás si está en la posición de popa. Esto ocurre porque todo el rotor principal se inclinará hacia adelante o hacia atrás según las entradas del Cyclic. Entonces, si el piloto desea volar hacia adelante, aplicaría energía a través del Colectivo y empujaría la palanca Cíclica hacia adelante. Si desean reducir la velocidad, flotar o volar con la cola primero, pueden retroceder en el Cyclic. Si el piloto desea volar de lado y / o inclinarse en un giro, puede usar entradas cíclicas izquierdas o derechas o entradas combinadas hacia adelante / atrás e izquierda / derecha para el cíclico.
Control de guiñada
La última parte de los controles básicos de vuelo de un helicóptero involucra el rotor de cola. El rotor de cola está controlado por lo que se conoce como pedales antipar. En un avión de ala fija, estos se conocerían como pedales de timón. En un helicóptero, los pedales tienen el mismo propósito básico: controlar el guiñada o la rotación de la aeronave a lo largo de su eje vertical (una línea imaginaria dibujada verticalmente a través del eje principal u otro punto de referencia, como la ubicación del CG). En los helicópteros, estos se denominan pedales antipar porque el “par” que se aplica (que es diferente de lo que describí anteriormente como el rotor se conecta al motor) como resultado del movimiento de rotación del rotor principal. Si las palas del rotor giran en sentido contrario a las agujas del reloj en relación con el fuselaje, el fuselaje en sí mismo naturalmente querrá girar en la misma dirección que el rotor principal. Para evitar que esto suceda, es necesario un rotor de cola. Las palas del rotor de cola también se pueden variar en ángulo (solo las palas en relación con el eje al que están unidas, no también el eje en relación con el fuselaje) para contrarrestar la tendencia de torsión del rotor principal con el fuselaje, o puede También se puede utilizar para apuntar deliberadamente el avión en una dirección específica, así como para ayudar con los giros durante el vuelo.
Pero … pero … ¿y si el helicóptero tiene dos rotores verticales y no un rotor de cola (por ejemplo, CH-46 o CH-47)?
En estos casos, las palas del rotor giran en la dirección opuesta entre sí, lo que naturalmente contrarresta / niega los efectos del par del rotor principal en el fuselaje. No puede tener dos rotores orientados verticalmente (por ejemplo, principal y posterior) girando en la misma dirección en relación con el fuselaje sin: (A) causar un efecto de torque aún mayor en el fuselaje y (B) evitar las palas del rotor principal y posterior. de chocar entre sí. Las palas del rotor del helicóptero son muy flexibles, y como puede ver al ver aviones tipo CH-46 y / o CH-47 en persona o mediante videos de YouTube, es muy común que un conjunto de palas del rotor rompa el avión sobre el que se establece el otro de las palas del rotor viaja a través. No es posible permitir que dos conjuntos separados de cuchillas giren a lo largo de sus planos sin chocar entre sí si sus planos de rotación se cruzan en cualquier punto. Por lo tanto, un rotor rotará en sentido horario y el otro rotará en sentido antihorario. Esto permite que los planos de rotación de las cuchillas se crucen entre sí sin causar impactos, lo que se evita por la forma en que los rotores de cada eje están sincronizados entre sí. Además, incluso si los planos rotativos no se cruzaran, esta sincronización aún beneficiaría a la aeronave, ya que al hacerlo reduciría o eliminaría las vibraciones innecesarias, lo cual es fundamental para evitar por igual en aeronaves de ala fija y ala rotativa.
Además, en estos tipos de aviones en particular, dado que no hay un rotor de cola presente para controlar deliberadamente la guiñada, creo que los “pedales del timón” en estos aviones controlan el eje del rotor de popa de la misma manera que el Cyclic controla el eje del rotor principal, pero solo en la dirección izquierda / derecha.
Conclusión
Eso es todo lo que puedo agregar a esto. Obviamente necesitaré la ayuda de alguien con experiencia específica en ala giratoria, especialmente alguien con experiencia en múltiples células de ala giratoria, para garantizar que toda la información anterior sea 100% precisa. Algo que tampoco me importaría ver abordado por alguien con tanta experiencia es una explicación adicional (tal vez en su propia respuesta) de cómo los helicópteros que tienen más de un motor (sí, muchos de ellos tienen dos motores) se unen en todos los información que ya está disponible en mi respuesta anterior, así como las de otros que ya han respondido.
