La disimetría de sustentación [1] : 2–20 [2] (también conocida como asimetría de sustentación [3] : 342 [4] o sustentación asimétrica [5] [6] ) en la aerodinámica de los helicópteros se refiere a una cantidad desigual de sustentación en lados opuestos del disco del rotor . Es un fenómeno que afecta a los helicópteros de un solo rotor y a los autogiros en vuelo hacia adelante.
La pala del rotor que se mueve en la misma dirección que la aeronave se denomina pala que avanza y la pala que se mueve en la dirección opuesta se denomina pala que retrocede. Vistos desde arriba, la mayoría de los rotores de los helicópteros estadounidenses giran en sentido contrario a las agujas del reloj; los de los helicópteros franceses y rusos giran en el sentido de las agujas del reloj. [3] : 141
El equilibrio de la sustentación a lo largo del disco del rotor es importante para la estabilidad de un helicóptero. La cantidad de sustentación generada por un perfil aerodinámico es proporcional al cuadrado de su velocidad aerodinámica. En vuelo estacionario, las palas del rotor tienen velocidades aerodinámicas iguales y, por lo tanto, sustentación igual. Sin embargo, en vuelo hacia adelante, la pala que avanza tiene una velocidad aerodinámica mayor que la pala que retrocede, lo que crea una sustentación desigual a lo largo del disco del rotor. [7] [8] : 1–104
Consideremos un helicóptero de un solo rotor en el aire en calma. En un helicóptero estacionario (en vuelo estacionario), cuyas palas de longitud r metros giran a ω radianes por segundo, la punta de la pala se mueve a una velocidad r ω metros por segundo. A medida que las palas giran, la velocidad de las puntas de las palas en relación con el aire permanece constante.
Ahora imaginemos el helicóptero en vuelo hacia adelante, a v metros por segundo. La velocidad de la punta de la pala en el punto A del diagrama con respecto al aire es la suma de la velocidad de la punta de la pala y la velocidad de vuelo hacia adelante del helicóptero: r ω+ v . Pero la velocidad de la punta de la pala en el punto B, con respecto al aire, es la diferencia entre su velocidad de rotación y la velocidad de vuelo hacia adelante: r ω- v .
Como la sustentación generada por un perfil aerodinámico aumenta a medida que aumenta su velocidad relativa, en un helicóptero que se mueve hacia adelante, la punta de la pala en la posición A produce más sustentación que en el punto B. Por lo tanto, el disco del rotor produce más sustentación en el lado derecho que en el lado izquierdo (en un helicóptero de estilo americano). Este desequilibrio se denomina "disimetría de sustentación".
La disimetría de la sustentación provoca un cabeceo hacia atrás, no un balanceo. [1] : 2–20
A velocidades de avance muy altas, la pala en retroceso no tiene suficiente velocidad aerodinámica para mantener la sustentación, una condición llamada pérdida de sustentación por pala en retroceso . Esto hace que el helicóptero se incline hacia el lado de retroceso y se incline hacia arriba. Esta situación, cuando no se reconoce de inmediato, puede causar una pérdida grave de controlabilidad de la aeronave. La pérdida de sustentación por pala en retroceso es un factor que determina la velocidad máxima de avance del helicóptero, la velocidad que nunca se excede (V NE ).
A velocidades de avance muy altas, la pala que avanza puede alcanzar velocidades supersónicas . Este es otro factor que determina la velocidad que nunca se debe superar.
La asimetría de sustentación se contrarresta reduciendo el ángulo de ataque de la pala que avanza y aumentando el ángulo de ataque de la pala que retrocede. Esto se logra agitando las palas y haciendo que se ciclen las banderas.
El aleteo de las palas es el principal medio para contrarrestar la asimetría de la sustentación. [1] : 2–14 Las palas del rotor están diseñadas para aletear: la pala que avanza aletea hacia arriba y desarrolla un ángulo de ataque más pequeño debido a un cambio en los vectores de viento relativos, produciendo así menos sustentación que una pala rígida. Por el contrario, la pala que retrocede aletea hacia abajo, desarrolla un ángulo de ataque más alto debido a un cambio en los vectores de viento relativos y genera más sustentación. El aleteo da como resultado un flapback , una inclinación hacia atrás del disco del rotor.
La disimetría de la sustentación también se contrarresta con el movimiento cíclico, es decir, un cambio en el ángulo de incidencia de las palas del rotor a medida que giran alrededor del cubo.
Existe un límite al cual los cambios en el ángulo de ataque pueden contrarrestar la asimetría de sustentación. Esto impone un límite a la velocidad máxima de avance del helicóptero.
En los helicópteros con rotores coaxiales , los dos discos del rotor giran en sentidos opuestos. La asimetría de sustentación de un disco del rotor se compensa con la asimetría de sustentación del otro disco del rotor. [ cita requerida ]
Los helicópteros de rotor en tándem, como el CH-47 Chinook, aún sufren de disimetría de sustentación, debido a que los rotores están desfasados entre sí. Los helicópteros de rotor en tándem están equipados con sistemas automáticos de abanderamiento cíclico. A bajas velocidades aerodinámicas, el aleteo de las palas compensa la disimetría de sustentación. A medida que aumenta la velocidad aerodinámica, normalmente por encima de los 70 nudos, estos sistemas permiten una actitud de fuselaje más nivelada que reduce las tensiones en los mecanismos de accionamiento del rotor. [8] : 1–112