Este documento presenta conceptos básicos de aerodinámica aplicados a helicópteros. Explica los tres ejes de rotación, las cuatro fuerzas aerodinámicas, las leyes de Newton, los tipos de perfiles aerodinámicos, el viento relativo, el principio de Bernoulli y los diferentes tipos de resistencia. También define términos clave como sustentación, peso, empuje y resistencia.

1. AERODINAMICA GENERAL
MTP

2. 2
EJE VERTICAL
EJE HORIZONTAL
EJE LONGITUDINAL
LOS TRES EJES

3. 3
LOS TRES EJES
• El control de guiñada o rumbo se hace con
los pedales y es alrededor del eje vertical.
• El control de balanceo o viraje se hace con
el cíclico y es alrededor del eje longitudinal.
• El control de actitud o cabeceo se hace
con el cíclico y es al rededor del eje lateral
u horizontal.

4. 4
LEYES DE NEWTON
• PRIMERA
• Un objeto en reposo o en movimiento
uniforme continuara en ese estado hasta que
intervenga una fuerza externa.
• SEGUNDA
• Fuerza es proporcional a masa x aceleración.
• TERCERA
• Para cada acción existe una reacción igual y
en dirección opuesta.

5. 5
LAS CUATRO FUERZAS
CUATRO FUERZAS
SUSTENTACION PESO EMPUJE RESISTENCIA

6. 6
SUSTENTACION
RESISTENCIA
PESO
EMPUJE

7. 7
LAS CUATRO FUERZAS
• Sustentación = fuerza hacia arriba creada
por el efecto del flujo de aire cuando pasa
alrededor de un perfil aerodinámico.
• Peso = opuesto a la sustentación y es
causada por la fuerza de la gravedad.
• Empuje = fuerza que impulsa el helicóptero a
través del aire.
• requerida para vencer la resistencia del fuselaje y
otros componentes del helicóptero
• Resistencia = fuerza retrazadora creada por
el movimiento de un objeto a través del aire.

8. 8
PERFILES AERODINAMICOS
• Cualquier superficie que provee fuerza
aerodinámica cuando interactúa con un
flujo de aire.
• A pesar de que existen diferentes tipos
de perfiles aerodinámicos para palas, en
la mayoría de las condiciones de vuelo
del helicóptero, todos los perfiles
aerodinámicos se desempeñan de la
misma manera.

9. 9
PERFIL AERODINAMICO
Términos aerodinámicos
• BORDE DE ATAQUE = primera parte del perfil
aerodinámico en encontrarse con el aire que
viene.
• BORDE DE SALIDA = parte trasera donde el
flujo de aire sobre la superficie superior se une
con el flujo de aire sobre la superficie inferior.
• CUERDA = línea recta imaginaria entre el
borde de ataque y el borde de salida de un
perfil aerodinámico.

10. 10
• CENTRO DE PRESION = el punto
donde la resultante de todas las fuerzas
aerodinámicas actuando en un perfil
aerodinámico interceptan la cuerda.
• CENTRO DE GRAVEDAD = el punto
teórico donde el peso entero del
helicóptero se dice estar concentrado.
PERFIL AERODINAMICO
Términos aerodinámicos

11. 11
AIRFOILS
Comba
Superior
Comba
Inferior
Borde de
Salida
Borde de
Ataque
Angulo
de
Ataque
11

12. 12
SIMETRICO
• La distancia entre la cuerda y la
superficie del perfil aerodinámico
es la misma a cada lado de la
cuerda en cualquier punto.
• El centro de presión casi no se
mueve.

13. 13
Simétrico
Asimétrico
PERFILES AERODINAMICOS
DOS TIPOS

14. 14
SIMETRICO
EL CENTRO DE PRESION SE MUEVE MUY POCO
A TRAVES DE LA CUERDA

15. 15
ASIMETRICO
• El diseño asimétrico crea una mayor
diferencia de presión por encima y por debajo
del perfil aerodinámico y produce más
sustentación.
• El centro de presión se mueve a través de la
cuerda cuando cambia el ángulo de ataque.
• Requiere un diseño superior el cual sustente
el centro de presión moviéndose hacia
adelante y hacia atrás.

16. 16
ASIMETRICO
EL CENTRO DE PRESION PUEDE
MOVERSE A LO LARGO DE LA CUERDA

17. 17
ANGULO DE ATAQUE
PUNTO DE SUSTENTACION CERO
C
S
17

18. 18
VIENTO RELATIVO
• El flujo de aire relativo a un perfil
aerodinámico.
• El flujo de aire con respecto a las palas.
• Paralelo y en dirección opuesta a la
dirección de vuelo de un perfil aerodinámico.
• El viento relativo es una combinación de la
rotación de las palas y la velocidad hacia
adelante del helicóptero.

19. 19
VIENTO RELATIVO
Relación entre trayectoria de vuelo y viento relativo.
ASCENSO DESCENSO
VUELO NIVELADO
Viento Relativo
Trayectoria de Vuelo

20. 20
LA RESISTENCIA ACTUA PARALELA Y EN LA
MISMA DIRECCION QUE EL VIENTO RELATIVO
SUSTENTACION
VIENTO RELATIVO
CENTRO DE
PRESION
RESISTENCIA
ANGULO DE
ATAQUE
20

21. 21
TERMINOLOGIA AERODINAMICA
• Angulo de ataque = el ángulo entre el
viento relativo y la cuerda.
• Angulo de incidencia = ángulo entre el
plano de rotación y la cuerda.
• Plano de rotación = plano circular
imaginario delineado por las puntas de
las palas cuando hacen un ciclo de
rotación.

22. 22
TERMINOLOGIA AERODINAMICA
• Flujo inducido = la masa de aire
empujada hacia abajo por la acción del
rotor; la mayoría del flujo inducido pasa
a través del disco de rotor.
• Angulo de flujo descendente = el
ángulo formado entre la dirección del
movimiento del aire cuando se acerca
a un perfil aerodinámico y la dirección
cuando se aleja.

23. 23
VIENTO RELATIVO
(FLUJO DE AIRE RELATIVO)
PLANO DE ROTACION
P.D.R.
FLUJO INDUCIDO
F.I.
ANGULO DE ATAQUE
A.D.A.
ANGULO DE INCIDENCIA
TERMINOLOGIA AERODINAMICA

24. 24
TERMINOLOGIA AERODINAMICA
Eje de Rotación
Angulo de
Ataque
Angulo de
Incidencia
Plano de Referencia

25. 25
AIRE
ESTATICO
FLUJO INDUCIDO (FLUJO DESCENDENTE)
COLUMNA DE AIRE DESCENDENTE
PUNTO A PALA 1 EN
PUNTO
“A”
PALA 2 EN
PUNTO
“A”
PALA 3 EN
PUNTO
“A”
PALA 4 EN
PUNTO
“A”
25

26. 26
AIRE INDUCIDO (flujo descendente)
• El aire inducido (flujo descendente)
predomina bajo condiciones de viento
estable en vuelo estacionario.
• Debido a la circulación de aire descendente
por la acción del rotor, el viento relativo
rotacional se ve modificado por el flujo
inducido.
• El flujo de aire causado por la rotación y
modificado por el flujo inducido produce el
Viento Relativo Resultante.

27. 27
COMPONENTES DEL VIENTO RELATIVO
VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD
DE PALA HACIA ADELANTE
VIENTO RELATIVO ROTACIONAL - VELOCIDAD
DE PALA HACIA ATRAS
VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + FLUJO
INDUCIDO (FLUJO DESCENDENTE)
CUERDA
ANGULO
DE ATAQUE
VIENTO RELATIVO
ROTACIONAL VELOCIDAD
VELOCIDAD
VIENTO RELATIVO
ROTACIONAL
VIENTO RELATIVO
ROTACIONAL
VIENTO RELATIVO
ROTACIONAL
VIENTO
RELATIVO
RESULTANTE
FLUJO
INDUCIDO
27

28. 28
COMPONENTES DEL VIENTO RELATIVO
VIENTO RELATIVO
ROTACIONAL
VIENTO RELATIVO
ROTACIONAL
VIENTO RELATIVO
ROTACIONAL
VIENTO RELATIVO
ROTACIONAL
VIENTO RELATIVO
RESULTANTE
VIENTO RELATIVO
RESULTANTE
VIENTO RELATIVO
RESULTANTE
VIENTO RELATIVO
RESULTANTE
VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD
+ ALETEO ASCENDENTE DE PALA HACIA
ADELANTE ALETEO
ASCENDENT
E
ALETEO
DESCENDENT
E
VELOCIDAD
VELOCIDAD
RAFAGA
DESCENDENT
E
RAFAGA
ASCENDENTE
VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD
+ ALETEO DESCENDENTE DE PALA HACIA
ADELANTE
VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD
+ RAFAGA ASCENDENTE
VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD
+ RAFAGA DESCENDENTE
VELOCIDAD
VELOCIDAD
28

29. 29
PLANO DE PUNTAS DE PALAS
TERMINOLOGIA AERODINAMICA

30. 30
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
• Teorema de Bernouilli
El efecto de Bernoulli es simplemente el resultado de
la conservación de la energía:
• En un flujo aerodinámico de fluido, el flujo de todas
las energías es constante.
• El trabajo realizado en un fluido, la presión por el
volumen, es igual al cambio en energía cinética del
fluido.

31. 31
• Cuando la energía total de una
columna de un fluido en
movimiento permanece constante,
cualquier incremento en la
energía cinética del fluido (su
velocidad) produce un descenso
correspondiente en su energía
potencial (su presión).
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

32. 32
• Cuando un flujo de aire fluye a través de un
conducto convergente
• la presión baja
• la velocidad sube
• Cuando un flujo de aire fluye a través de un
conducto divergente
• la presión sube
• la velocidad baja
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

33. 33
V 100
P 100
T 10
V 150
P 50
T 10
V 100
P 100
T 10
FLUJO DE AIRE
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

34. 34
• El aire que fluye por la superficie superior
de la pala se acelera.
• La pala esta sujeta al Principio de Bernoulli o
efecto Venturi.
• A la vez que la velocidad incrementa a medida
que el aire pasa por la zona angosta de un tubo
Venturi, su presión decrece.
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

35. 35
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
Incremento de la Velocidad
Descenso de la Presión

36. 36
SUSTENTACION
MENOR
PRESION
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

37. 37
• La combinación de la menor presión en la
superficie superior y la mayor presión en la
superficie inferior da como resultado un fuerza
ascendente.
• SUSTENTACION
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

38. 38
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
Sustentación
Baja presión
Alta
presión
Viento
relativo
Angulo del flujo descendente
Angulo del flujo
descendente

39. 39
• A medida que aumentamos el ángulo de
ataque, aumenta la producción de
sustentación.
• Se crea más flujo ascendente a medida que el
punto de estancamiento del borde de ataque se
desplaza por debajo del borde de ataque, y se
crea más flujo descendiente por detrás del borde
de salida.
EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

40. 40
TERCERA LEY DE NEWTON
• El aire que golpea la parte inferior de la pala
proporciona sustentación adicional al ser
desviada hacia abajo.
• De acuerdo con la tercera ley de Newton
(para cada acción existe una reacción igual y
en dirección opuesta), el aire que es
desviado hacia abajo produce una reacción
hacia arriba (sustentación).

41. 41
FORMULA DE LA SUSTENTACION
FACTORES QUE AFECTAN
LA SUSTENTACIÓN

42. 42
SUSTENTACION = CL 1/2 S V²
• CL = COEFICIENTE DE
SUSTENTACION
•  = DENSIDAD DEL AIRE
• S = SUPERFICIE ALAR
• V² = VELOCIDAD DE LA PALA AL
“CUADRADO”

43. 43
SIMPLIFICADO
• CL = Forma del perfil aerodinámico
• La habilidad de torcer el aire.
• /2 = cantidad de partículas de aire
• mas densidad, mas sustentación
• S = Área de la superficie del ala.
• La superficie total de las palas.
• V² = La velocidad de la pala al “cuadrado”
• La velocidad de la pala + el viento relativo.

44. 44
RESISTENCIA
• La fuerza que se opone al
movimiento de un helicóptero a
través del aire cuando éste está
produciendo sustentación.
• La resistencia siempre actúa
paralela al viento relativo.

45. 45
El diseño aerodinámico reduce la
resistencia parásita al disminuir la
separación del flujo de aire.
RESISTENCIA

46. 46
RESISTENCIA
Ejemplo de resistencia parasita. Ejemplo de resistencia de fricción.

47. 47
• RESISTENCIA DE PERFIL
• Generada por la resistencia de las palas a la
fricción a su paso por el aire.
• RESISTENCIA INDUCIDA
• Generada por el flujo de aire circulando alrededor
de las palas mientras éstas producen sustentación.
• RESISTENCIA PARASITA
• Presente siempre que el helicóptero se esté
moviendo a través del aire.
• Aumenta con la velocidad (contribuida por los
componentes del helicóptero que no producen
sustentación: cabina, mástil del rotor, cola, tren de
aterrizaje, etc.).
TRES TIPOS DE RESISTENCIA

48. 48
TRES TIPOS DE RESISTENCIA
Resistencia
Velocidad
Resistencia
Total
Resistencia
Mínima o
L/Dmax
Resistencia
Parásita
Resistencia
de Perfil
Resistencia
Inducida

49. 49
CURVA DE POTENCIA
RESISTENCIA
TOTAL
RESISTENCIA
PARASITA
RESISTENCIA
DE PERFIL
RESISTENCIA
INDUCIDA
VELOCIDAD HACIA
ADELANTE
RESISTENCIA
49

50. 50
Dibujamos una línea desde el origen y tangente a la curva de resistencia total.
El punto de tangencia F identifica el rango de velocidades para obtener la distancia
máxima de planeo y la máxima distancia en una autorotación.
RESISTENCIA
TOTAL
RESISTENCIA
PARASITA
RESISTENCIA
DE PERFIL
RESISTENCIA
INDUCIDA
VELOCIDAD HACIA ADELANTE
RESISTENCIA

51. 51
POTENCIA
VELOCIDAD

52. 52
VELOCIDAD DE
DESCENSO
VELOCIDAD
MINIMA DE
DESCENSO
MEJOR ANGULO DE PLANEO
VELOCIDAD RECOMENDADA
DE AUTO ROTACION
VELOCIDAD

53. 53
PERDIDA DE LA PALA
• Cuando el ángulo de ataque aumenta hasta
aproximadamente 15º, el flujo de aire no
puede seguir la curvatura superior de la pala
debido al cambio de dirección excesivo.
• A medida que nos aproximamos al ángulo de
ataque crítico, el flujo de aire empieza a
separarse de la parte trasera de la superficie
superior de la pala.

54. 54
• Si seguimos aumentando el ángulo de ataque,
la separación se mueve hacia delante a la
zona de la comba alta causando un remolino
mientras el aire intenta seguir la superficie
superior de la pala.
• Esto da como resultado una perdida
considerable de sustentación y la entrada en
perdida de la pala.
PERDIDA DE LA PALA

55. 55
PERDIDA DE LA PALA
SUSTENTACION
PERDIDA

56. 56
Flujo de aire alrededor de un perfil aerodinámico a
distintos ángulos de ataque.
PERDIDA DE LA PALA

57. 57
TORQUE
• A la vez que el rotor principal de un
helicóptero gira en una dirección, el fuselaje
tiende a girar en la dirección opuesta.
• La cantidad de torque es directamente
proporcional a la cantidad de potencia
utilizada del motor para girar el rotor
principal.
• A MEDIDA QUE LA POTENCIA CAMBIA, CAMBIA EL
TORQUE

58. 58
TORQUE
• La mayoría de los helicópteros disponen de
un sistema anti-torque o rotor de cola para
contrarrestar el torque.
• El rotor de cola está diseñado para producir
empuje en la dirección opuesta al torque.

59. 59
TORQUE
DIRECCION DE ROTACION
ROTACION DEL FUSELAJE
EMPUJE

60. 60
Rotor anti-torque
Aletas en estela del rotor
Torque diferencial entre dos rotores
Inclinación diferencial de
empujes de rotor

61. 61
ROTOR DE COLA
SISTEMAS ANTITORQUE

62. 62
TAIL ROTOR
FENESTRON
SISTEMAS ANTITORQUE

63. 63
SISTEMAS ANTITORQUE
TAIL ROTOR
FENETRON
NOTAR
Entrada de Aire
Estela
Rotor
Principal
Tobera
Giratoria
Sustentación
Flujo Descendente
Aire
a
Presión

64. 64
SISTEMAS DE ROTOR
• RIGIDO
• SEMIRRIGIDO
• TOTALMENTE ARTICULADO

65. 65
TOTALMENTE ARTICULADO
(SCHWEIZER)
120° 120°
120°
3 A 8 PALAS

66. 66
CARACTERISTICAS:
• Permite aleteo.
• Permite cambio de paso.
• Permite avance y retraso.
=> Aleteo, avance y retraso y cambio
de paso ocurren independientemente.
TOTALMENTE ARTICULADO
(SCHWEIZER)

67. 67
TOTALMENTE ARTICULADO
(SCHWEIZER)
VENTAJAS
• Más manejable
• Más confortable
(amortiguadores)
• Sin golpeteo de mástil
debido a fuerza G
negativa
DESVENTAJAS
• Mucho mantenimiento
(Más piezas)
• Resonancia terrestre
• Requiere mas espacio
para almacenamiento

68. 68
TOTALMENTE ARTICULADO
(SCHWEIZER)

69. 69
SISTEMA DE 2 PALAS
SEMIRRIGIDO
(R-22)

70. 70
CARACTERISTICAS :
• Permite aleteo.
• Permite cambio de paso.
=> Aleteo y cambio de paso
como una sola unidad.
SEMIRRIGIDO
(R-22)

71. 71
VENTAJAS
• Bajos costos
• Menos piezas
• Ocupa menos espacio
DESVENTAJAS
• Golpeteo de mástil a
causa de fuerza G
negativa
• Menos confortable
SEMIRRIGIDO
(R-22)

72. 72
SEMIRRIGIDO
(R-22)

73. 73
RIGIDO (BO 105)
CARACTERISTICAS :
• No tiene bisagras
• Las palas y el cubo están hechos de
un material fuerte.
• ( El cubo hecho de titanio )
• Coneo y aleteo hecho por las palas.

74. 74
SISTEMA DE ROTOR
DE CUATRO PALAS
RIGIDO
(BO 105)

75. 75
VENTAJAS
• Muy manejable
• Poco mantenimiento
• Sin golpeteo de mástil
DESVENTAJAS
• Incomodo (sin
amortiguadores)
• Costoso
• Requiere más espacio para
almacenar
RIGIDO
(BO 105)

76. 76
RIGIDO
(BO 105)

77. 77
VIBRACIONES
• FRECUENCIA BAJA
• Las vibraciones anormales en el rango de
frecuencia baja están normalmente asociadas con
el sistema de rotor principal.
• FRECUENCIA MEDIA
• Una vibración de frecuencia media que ocurre de
repente durante el vuelo puede ser un indicativo de
un rotor de cola defectuoso (alta en el 300cb).

78. 78
VIBRACIONES
• FRECUENCIA ALTA
• Las vibraciones de alta frecuencia que ocurren en
el helicóptero pueden ser causadas por el motor o
una transmisión defectuosa.