ABSORCIÓN DE VIBRACIONES EN UN HELICÓPTERO

VIBRACIONES EN UN HELICÓPTERO  

·         Análisis de los modos de vibración y frecuencias:

–          en flexión (tanto en batimiento como en arrastre), y

–          en torsión.

·         En general se asume que son independientes unos respecto de los otros.

·         Existen ciertos acoplamientos elásticos y de inercia; casos de torsión en la pala o bien cuando los ejes elástico y másico no coinciden.

–          El flameo de palas es un acoplamiento clásico entre fuerzas aerodinámicas y de inercia.

·         Las cargas aerodinámicas en una pala de helicóptero varían notablemente a lo largo de un ciclo (a lo largo de su azimut ψ), y en vuelo estacionario, estas cargas son periódicas.

·         Las fuerzas y momentos del rotor causan vibración sobre el fuselaje:

–          son transmitidas desde las palas a la cabeza del rotor,

–          desde ahí al eje de transmisión del rotor,

–          a los cojinetes de la caja reductora principal,

–          de ahí a la carcasa de la caja reductora, y

–          finalmente al fuselaje, a través de las fijaciones entre este y la caja de transmisión principal.

·         Estas fuerzas son tanto aerodinámicas como de inercia, producidas por el movimiento de batimiento y arrastre de las palas.

·         Las fluctuaciones de las fuerzas en el rotor de cola pueden también actuar.

·         La mayoría de los casos el rotor principal es la principal causa de vibración no deseada.

·         El control de las vibraciones es importante por varias razones:

–          Mejorar la eficacia de la tripulación, y la seguridad en operación.

–          Mejorar la confortabilidad del pasaje.

–          Mejorar fiabilidad de la aviónica y equipamiento.

–          Mejorar la vida a fatiga de los componentes estructurales de la célula.

 Las vibraciones forzadas del helicóptero no pueden ser totalmente eliminadas

·         Las fuerzas y momentos en ejes fijos al helicóptero son : X, Y, Z, L, M, N.

–          La fuerza total Z sólo tiene armónicos múltiplos del número de palas,

·         (con rotores perfectamente equilibrados y en senda; sino es así, aparecerán otros armónicos).

–          La fuerzas X, Y tienen armónicos múltiplos del número de palas ±1,

SISTEMAS DE MONTAJE DE LA TRANSMISIÓN PRINCIPAL

·         Con objeto de minimizar las fuerzas vibratorias sentidas en el fuselaje, se han usado varios métodos de montaje de la caja reductora del rotor principal.

·         Veamos algunos ejemplos de sistemas pasivos que se han utilizado:

·         Montaje suave -blando- entre rotor/reductor/turbina.

–          Una suspensión suave, derivado de los sistemas sencillos de un grado de libertad de una masa más un muelle. La fuerza trasmitida a través del muelle al soporte se ve reducida a medida que la frecuencia natural del muelle relativa a la frecuencia de excitación, baja.

–          Como las deflexiones estáticas del sistema suspendido pueden ser inaceptablemente grandes si el sistema de suspensión suave se monta en la base de la transmisión principal, puede ser necesario aislar la masa tanto como se pueda.

–          En este sentido, se monta la caja de la transmisión y las turbinas en una plataforma. Se fija la plataforma con el fuselaje usando los montajes elegidos.

–          Sin embargo, la atenuación de las fuerzas vibratorias de esta forma es bastante modesta, y ciertas cargas serán transmitidas sin ninguna reducción

·         Un sistema de montaje rotor/transmisión principal/motores diseñado para responder a la frecuencia forzante bΩ de manera que las fuerzas de inercia y de rigidez generadas por la respuesta se cancelen, tanto como sea posible, los efectos generados forzados en el rotor.

–          Sistemas que empleen el DAVI (Dynamic Anti-Resonant Vibration Isolator).

Originalmente desarrollado para los asientos de tripulación por la compañía Kaman, se ha aplicado con éxito al montaje de la transmisión principal.

–          Se introduce entre la masa de la transmisión y el motor y la masa del fuselaje un brazo rígido que lleva una pequeña masa centrífuga (bobweight).

–          Se puede proporcionar una gran atenuación en un estrecho margen de frecuencias.

–          Para ello, se deben utilizar valores de rigidez que eviten el problema de excesiva deformación estática.

* Sistema de montaje de la transmisión Nodamatic, de Bell.

*Se intercala una viga entre la transmisión y el fuselaje.

–          Se configura el conjunto suspendido de los puntos nodales del sistema de la viga, cuando está vibrando en respuesta a las cargas y momentos forzadas por el rotor.

SISTEMAS QUE ABSORBEN VIBRACIONES

Se dividirán en dos categorías:

–          aquellos diseñados para reducir los niveles de vibración

–          a lo largo del fuselaje.

–          aquellos diseñados para producir una reducción en la vibración en una zona localizada del fuselaje

 Los métodos pasivos de la primera categoría -reducen niveles vibración todo fuselaje- son:

–          La cabeza del rotor está montado en un sistema que absorbe la vibración, de los cuales existen dos tipo.

   El absorbedor pendular centrífugo (bifilar) desarrollado por Sikorsky.

–          La rigidez del muelle requerida se consigue por fuerza centrífuga.

–          La frecuencia natural del dispositivo varía con la velocidad de giro del rotor, como la frecuencia forzadora.

Absorbedor de frecuencia fija (flexispring) desarrollado por Westland. En la figura se muestra el sistema que monta la cabeza del rotor del Ecureil AS350.

Un absorbedor del tipo pendular centrífugo se monta en la pala del rotor.

–          Este tipo de absorbedor se ha usado en el BO105 y en el Hughes 500.

–          En el caso del Hughes 500 la instalación consiste en absorbedores sintonizados a 3Ω y 5Ω para la versión de 4 palas:

–          –          reducir la respuesta del 2 y 3 tercer modo de flexión de la pala a la 3Ω y 5Ω

frecuencia oscilatoria de cargas aerodinámicas en el sistema rotatorio

 Métodos pasivos de la segunda categoría - reducción en la vibración en una zona localizada del fuselaje:

–          El fuselaje montado en un sistema clásico masa-muelle.

–          Implica el montaje de un sistema con una masa relativamente pesada (por ejemplo, la batería o masas parásitas), generalmente en la zona de operación de la tripulación y los pasajeros, sintonizado a las frecuencia forzadora bΩ.

–          En la figura se muestra la masa montada bajo los asientos de tripulación en el Ecureil AS350.