Diseño aerodinámico de palas de un helicoptero

Diseño aerodinámico de palas


El diseño aerodinámico debe ser desarrollado previo al diseño estructural de la pala. En él se deben definir los parámetros tales como radio del rotor, longitud de la cuerda, perfil aerodinámico, torcimiento y conicidad. Todos estos parámetros definirán la forma externa de la pala a la cual se deberá ajustar la estructura interna que se realizará mediante unposterior diseño estructural.

El diseño de palas de rotor en la actualidad implica una compleja búsqueda de la mejor relación entre una gran diversidad de factores que pueden afectar el desempeño del mismo, la elección del número de palas, la gran cantidad de perfiles que han sido desarrollados con el paso del tiempo, la dimensión de las cuerdas, distribuciones de torcimiento, materiales, etc.La justificación de cada una de estas elecciones siempre representa una serie de consideraciones conflictivas que necesitan ser analizadas a fondo. Por ejemplo, perfiles delgados son deseables por su alta relación de levantamiento-resistencia al avance, mientras que los perfiles con un espesor mayor sacrifican algunas de esas cualidades para adquirir la mayor rigidez, requerida por ejemplo paraun rotor más grande. Los pros y contras de estas consideraciones tienen que ser explorados para tener un mejor entendimiento del actual estado del arte del diseño de rotores y palas. Cuando el tamaño del rotor se incrementa se obtienen algunos resultados que representan limitaciones, que a su vez gobiernan las tendencias en el diseño, por ejemplo un rotor de mayor diámetro resulta en bajosvalores de solidez, incremento en los espesores de los perfiles y coeficientes de levantamiento mayores, junto con un incremento en la velocidad de punta en el rotor. Todos estos parámetros deben tomarse en cuenta para llegar a un diseño eficiente del rotor en cuestión.




Perfiles para aeronaves de ala rotativa

Uno de los elementos de mayor importancia en una pala son los perfiles, lascaracterísticas deseables de un perfil se encuentran en la observación del tamaño del rotor y el tamaño de la pala. Rotores grandes requerirán perfiles con espesores mayores y los mayores coeficientes de levantamiento posibles para minimizar el peso y el costo de la pala. Para rotores pequeños el máximo coeficiente de levantamiento no es tan importante y el incremento o decremento en la solidez de estetipo de rotores no afectan el costo del mismo. Deberán ser perfiles que operen a bajos números de Reynolds para evitar una separación significativa de flujo y resulten en una resistencia excesiva, un inconsistente levantamiento máximo y ruido.







Materiales

En la actualidad existen muchos materiales que pueden ser utilizados para la manufactura de productos con diversasaplicaciones, estos materiales van desde los más ordinarios como el cobre, hierro y el latón, los cuales han estado disponibles por cientos de años, hasta los desarrollos más recientes de materiales avanzados como los compuestos, los cerámicos y aceros de alto desempeño. Debido a la amplia gama de materiales, la selección de estos y el método de manufactura adecuado se vuelven un gran reto. Mazumdar haceuna clasificación de los materiales en cuatro grupos principales: metales, plásticos, cerámicos y compuestos los cuales se resumen a continuación.

Metales: Los metales han sido durante mucho tiempo los materiales dominantes para aplicaciones estructurales, para las cuales es más frecuente el empleo de aleaciones metálicas que de metales puros. Las aleaciones están formadas de la mezcla dediferentes materiales y algunas veces pueden incluir elementos no metálicos. Las aleaciones ofrecen mejores propiedades que los metales puros.

Los metales son en general pesados si se comparan con materiales plásticos o compuestos.
Solamente el aluminio, magnesio y berilio brindan o tienen propiedades cercanas a la de los plásticos, por ejemplo, el acero es de 4 a 7 veces más pesado que los...