SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano1

HELICPTEROSProfesores: Miguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano

SISTEMA de ABSORCIN DE VIBRACIONES

VIBRACIONES EN EL HELICPTEROAnlisis de los modos de vibracin y frecuencias:en flexin (tanto en batimiento como en arrastre), yen torsin.En general se asume que son independientes unos respectode los otros.Existen ciertos acoplamientos elsticos y de inercia; casos detorsin en la pala o bien cuando los ejes elstico y msico nocoinciden. El flameo de palas es un acoplamiento clsico entre fuerzas aerodinmicas y de inercia.Las cargas aerodinmicas en una pala de helicptero varannotablemente a lo largo de un ciclo (a lo largo de su azimut), y en vuelo estacionario, estas cargas son peridicas.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano4

VIBRACIONES EN EL HELICPTEROLas fuerzas y momentos del rotor causan vibracinsobre el fuselaje:son transmitidas desde las palas a la cabeza del rotor,desde ah al eje de transmisin del rotor,a los cojinetes de la caja reductora principal,de ah a la carcasa de la caja reductora, yfinalmente al fuselaje, a travs de las fijaciones entre estey la caja de transmisin principal.Estas fuerzas son tanto aerodinmicas como deinercia, producidas por el movimiento de batimientoy arrastre de las palas.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano5

VIBRACIONES EN EL HELICPTEROLas fluctuaciones de las fuerzas en el rotor de cola puedentambin actuar.La mayora de los casos el rotor principal es la principalcausa de vibracin no deseada.El control de las vibraciones es importante por variasrazones:Mejorar la eficacia de la tripulacin, y la seguridad en operacin.Mejorar la confortabilidad del pasaje.Mejorar fiabilidad de la avinica y equipamiento.Mejorar la vida a fatiga de los componentes estructurales de la clula.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano6

VIBRACIONES EN EL HELICPTEROEl tipo de rotor influye en el sistema de cargasaplicado al fuselaje.Los momentos vibratorios generados en cabeceo yalabeo por un rotor articulado:significativamente ms pequeos que los producidos porun rotor rgido o sin articulaciones.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano7

VIBRACIONES EN EL HELICPTEROLa eleccin del nmero de palas tambin esimportante:El nivel de las cargas oscilatorias aerodinmica tiende adecrecer a medida que el orden del armnico aumenta.Como el trmino b es la primera causa de la vibracindel fuselaje, a medida que tengamos un mayor nmero depalas, menor ser la entrada aerodinmica vibratoriabsica.El diseo dinmico correcto de las palas de helicpteroes esencial por dos razones fundamentales:Minimizar la amplificacin de la carga aerodinmica vibratoriaen la pala del rotor que se transmite al fuselaje; yMinimizar la carga total vibratoria de la pala para conseguir unavida a fatiga aceptable.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano8

VIBRACIONES EN EL HELICPTEROLa generacin de cargas aerodinmicasoscilatorias a frecuencias que sean mltiplosenteros de la velocidad de rotacin:importante en la operacin del helicptero en vuelo.Las vibraciones forzadas del helicptero no puedenser totalmente eliminadas.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano9

VIBRACIONES EN EL HELICPTEROLas fuerzas y momentos en ejes fijos al helicptero son : X,Y, Z, L, M, N. La fuerza total Z slo tiene armnicos mltiplos del nmero de palas,(con rotores perfectamente equilibrados y en senda; sino es as,aparecern otros armnicos).La fuerzas X, Y tienen armnicos mltiplos del nmerode palas 1,que se cancelan de forma que la cabeza del rotor slo setransmiten mltiplos del nmero de palas.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano10

VIBRACIONES EN EL HELICPTERODurante muchos aos, los helicpteros utilizaron palas dehelicptero de distribucin de masa y rigidez bsicamenteconstante.Caractersticas dinmicas no muy buenas, pero aceptables,en el caso de:con cabezas de rotor con bajas excentricidades de la articulacin debatimiento, y velocidades de crucero moderadas.Sin embargo, debido a:sistemas con valores ms altos de la excentricidad, real o efectiva, dela articulacin,velocidades de crucero mayores,Han conducido a la necesidad de redefinir el diseoestructural de las palas, para reducir las cargasaerodinmicas.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano11

VIBRACIONES EN EL HELICPTEROLas palas modernas en material compuesto:con mezcla adecuada de fibras de vidrio y de carbono,permiten conseguir valores adecuados de rigidez enflexin y a torsin, casi de forma independiente.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano12

Sistemas de montaje de la transmisin principalCon objeto de minimizar las fuerzas vibratoriassentidas en el fuselaje, se han usado varios mtodosde montaje de la caja reductora del rotor principal.Veamos algunos ejemplos de sistemas pasivos quese han utilizado:SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano13

Sistemas de montaje de la transmisin principalMontaje suave -blando- entrerotor/reductor/turbina.Una suspensin suave, derivado delos sistemas sencillos de un grado delibertad de una masa ms un muelle.La fuerza trasmitida a travs delmuelle al soporte se ve reducida amedida que la frecuencia natural delmuelle relativa a la frecuencia deexcitacin, baja.Como las deflexiones estticas delsistema suspendido pueden serinaceptablemente grandes si elsistema de suspensin suave semonta en la base de la transmisinprincipal, puede ser necesario aislarla masa tanto como se pueda.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano14

Sistemas de montaje de la transmisin principalEn este sentido, se monta la cajade la transmisin y las turbinas enuna plataforma. Se fija laplataforma con el fuselaje usandolos montajes elegidos.Sin embargo, la atenuacin de lasfuerzas vibratorias de esta formaes bastante modesta, y ciertascargas sern transmitidas sinninguna reduccin.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano15

Sistemas de montaje de la transmisin principalUn sistema de montaje rotor/transmisinprincipal/motores diseado para responder a la frecuenciaforzante b de manera que las fuerzas de inercia y derigidez generadas por la respuesta se cancelen, tanto comosea posible, los efectos generados forzados en el rotor.Por ejemplo, un posible criterio de diseo para un sistema puede serminimizar la frecuencia b del momento de cabeceo del helicpterorespecto del CG.La eficiencia en la atenuacin del sistema sera solamente ptimapara una condicin especfica de vuelo teniendo una determinadarelacin entre las fuerzas y los momentos en la cabeza del rotor.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano16

Sistemas de montaje de la transmisin principalSistemas que empleen el DAVI(Dynamic Anti-Resonant VibrationIsolator).Originalmente desarrollado para losasientos de tripulacin por la compaaKaman, se ha aplicado con xito almontaje de la transmisin principal.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano17

Sistemas de montaje de la transmisin principalSe introduce entre la masa de latransmisin y el motor y la masa delfuselaje un brazo rgido que lleva unapequea masa centrfuga (bobweight).Se puede proporcionar una granatenuacin en un estrecho margen defrecuencias.Para ello, se deben utilizar valores derigidez que eviten el problema deexcesiva deformacin esttica.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano18

Sistemas de montaje de la transmisin principalSistema de montaje de la transmisin Nodamatic, deBell.Se intercala una viga entre la transmisin y el fuselaje.Se configura el conjunto suspendido de los puntosnodales del sistema de la viga, cuando est vibrando enrespuesta a las cargas y momentos forzadas por el rotor.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano19

Sistemas que absorben vibracionesSe dividirn en dos categoras:aquellos diseados para reducir los niveles de vibracina lo largo del fuselaje.aquellos diseados para producir una reduccin en lavibracin en una zona localizada del fuselaje.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano20

Sistemas que absorben vibracionesLos mtodos pasivos de la primera categora -reducenniveles vibracin todo fuselaje- son:La cabeza del rotor est montado en un sistema que absorbe lavibracin, de los cuales existen dos tipos:El absorbedor pendular centrfugo (bifilar) desarrollado por Sikorsky. La rigidez del muelle requerida se consigue por fuerza centrfuga. La frecuencia natural del dispositivo vara con la velocidad de giro del rotor, como la frecuencia forzadora.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano21

Sistemas que absorben vibracionesAbsorbedor de frecuencia fija (flexispring) desarrollado porWestland. En la figura se muestra el sistema que monta la cabezadel rotor del Ecureil AS350.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano22

Sistemas que absorben vibracionesUn absorbedor del tipo pendular centrfugo se monta en la paladel rotor.Este tipo de absorbedor se ha usado en el BO105 y en el Hughes 500.En el caso del Hughes 500 la instalacin consiste en absorbedoressintonizados a 3 y 5 para la versin de 4 palas:reducir la respuesta del 2 y 3 tercer modo de flexin de la pala a la 3 y 5frecuencia oscilatoria de cargas aerodinmicas en el sistema rotatorio.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano23

Sistemas que absorben vibracionesMtodos pasivos de la segunda categora -reduccin en la vibracin en una zona localizada delfuselaje-:El fuselaje montado en un sistema clsico masa-muelle.Implica el montaje de un sistema con una masa relativamentepesada (por ejemplo, la batera o masas parsitas), generalmenteen la zona de operacin de la tripulacin y los pasajeros,sintonizado a las frecuencia forzadora b .En la figura se muestra la masa montada bajo los asientos detripulacin en el Ecureil AS350.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano24

Sistemas que absorben vibracionesEn la figura se muestra la masa montada bajo los asientos detripulacin en el Ecureil AS350.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano25

BibliografaM.A. Barcala Montejano y ngel A. Rodrguez Sevillano.Helicpteros. Teora y Descriptiva. Seccin dePublicaciones E.U.I.T. Aeronutica. Fundacin GeneralU.P.M.Alastair K. Cooke, Eric W.H. Fitzpatrick. Helicopter Testand Evaluation. Blackwell Science.A.R.S. Bramwell, George Done, David Balmford.Bramwells Helicopter Dynamics. Butterwoth Heinemann, 2edition 2001.J. Gordon Leishman. Principles of HelicopterAerodynamics. Cambridge University Press, 2000.J. Seddon, Simon Newman. Basic HelicopterAerodynamics. Blackwell Science, second edition 2002.John Watkinson. The Art of the Helicopter. ElsevierButterwoth Heinemann, 2004.SISTEMA DE ABSORCIN DE VIBRACIONESMiguel A. Barcala Montejanongel A. Rodrguez Sevillano26