Helicópteros

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  Descripción del curso

  • La asignatura tiene asignadas un total de 4 horas semanales a lo largo de 15 semanas lectivas.
    Estas 4 horas se reparten de la siguiente forma: 2 horas de clases teóricas y 2 horas de clases prácticas.
    Tiempo total previsto de aprendizaje: 120 horas.

    
    

    PRERREQUISITOS Y CONOCIMIENTOS PREVIOS RECOMENDADOS

    Se considera necesario que el alumno haya cursado las asignaturas básicas de primer curso, así como tener conocimientos de mecáncia de fluidos, aerodinámica y mecánica del vuelo.

     

    DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA

    La asignatura está orientada a que el alumno sea capaz de utilizar con soltura los modelos teóricos para el cálculo básico de las actuaciones y aerodinámica del helicóptero. Además, que conozca tanto el fundamento téorico como el desarrollo, desde el punto de vista de la ingeniería aplicada, de los principales sistemas que identifican una aeronave de alas giratorias.

    Para ello la asignatura se apoya en tres pilares: modelos téoricos de las principales configuraciones de vuelo, aplicación práctica de los mismos y, por último, descripción de sistemas y elementos específicos del helicóptero.
     

    OBJETIVOS: CONOCIMIENTOS Y CAPACIDADES

    • Llegar a un conocimiento somero de las características básicas de un helicóptero: vuelo, actuaciones, estabilidad, sistemas y estructura.
    • Analizar los fundamentos de las teorías que explican la actuación del rotor.

     

    OBJETIVOS DE CADA BLOQUE TEMÁTICO

    Bloque 1:

    • Definir criterios para la clasificación de las aeronaves.

     Bloque 2:

    • Estudiar las principales teorías que calculan las características aerodinámicas del vuelo del rotor.

     Bloque 3:

    • Analizar las principales actuaciones de un helicóptero.
    • Determinar las condiciones necesarias para la estabilidad del vehículo.

    Bloque 4:

    • Introducir las herramientas elementales para el análisis dinámico de los principales elementos del helicóptero, centrándonos en el rotor.

    Bloque 5:

    • Conocer los principales elementos y sistemas que constituyen el helicóptero, así como su funcionamiento.

    
    

    MATERIAL DOCENTE

    Se incluye todo el material utilizado en las clases, clasificado y estructurado por bloques y temas, en la guía del aprendizaje.

     

    ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN O TAREAS PRÁCTICAS

    La evaluación de asignatura consistirá en un examen, cuyo peso ponderado de las partes antes mencionadas será el siguiente:

    • Teoría (40%),
    • Problemas, ejercicios prácticos (20%),
    • Sistemas del Helicóptero (20%),

    El 20% restante, se alcanzará tras la evaluación del trabajo de cálculo de actuaciones del helicóptero, a completar por el alumno durante el desarrollo de la asignatura (que se incluye en la parte de "prácticas").

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  Programa

  • BLOQUE 1. Preliminares

    • INICIOS DEL HELICÓPTERO.
      Un poco de historia. La Cierva, cita obligada. El autogiro. El helicóptero.
    • INTRODUCCIÓN AL HELICÓPTERO.
      Aeronaves de alas rotatorias, tipos. Definición helicóptero. Tipos de helicópteros. Conjuntos específicos del helicóptero, generalidades.

    
    

    BLOQUE 2. Aerodinámica del rotor

    • VUELO VERTICAL.
      Teoría de cantidad de movimiento. Tracción, potencia y velocidad inducida. Teoría de elemento de pala. Distribución de velocidad inducida. Rotor de velocidad inducida constante. Efecto suelo. Estimación rápida de la potencia. Vuelo vertical descendente. Autorrotación vertical.
    • VUELO EN AVANCE.
      Teoría de cantidad de movimiento. Teoría de Elemento de pala. Estudio cualitativo del rotor en vuelo de avance. Calculo de las fuerzas aerodinámicas. Resolución de las ecuaciones. Rotor antipar.

    
    

    BLOQUE 3. Aerodinámica y actuaciones del helicóptero

    • AERODINÁMICA DEL HELICÓPTERO.
      Potencia parásita del fuselaje. Placa plana; área parásita. Elementos. Autorrotación.
    • ACTUACIONES.
      Método equilibrio de fuerzas. Método de la energía. Cálculo potencia necesaria. Velocidades características. Autonomía. Alcance. Actuaciones en vuelo de subida.

    
    

    BLOQUE 4. Análisis dinámico del helicóptero

    • ANÁLISIS DEL HELICÓPTERO EN VUELO EQUILIBRADO.
      Ecuaciones equilibrio. Equilibrio longitudinal. Equilibrio latero-direccional.
    • ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD Y CONTROL.
      Vuelo a punto fijo. Modos. Respuesta al control. Vuelo en avance.
    • ANÁLISIS DINÁMICO EN LAS PALAS.
      Tipos de rotores. Equilibrio sobre el eje de batimiento. Equilibrio sobre el eje de arrastre. Modos de vibración.

    
    

    BLOQUE 5. Descripción del helicóptero

    • ESTRUCTURA DEL HELICÓPTERO.
      Estados de masas y normas. Casos de vuelo. Casos de tierra. Estructura del fuselaje. Estructura de las palas. Vibraciones. Contrapesos. Centro de gravedad. Estabilizador horizontal. Estabilizador vertical. Alas. Tren de aterrizaje.
    • SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA.
      Reductor principal. Rueda libre. Transmisión intermedia. Engranaje intermedio. Engranaje de cola. Sistema de desacoplamiento. Freno.
    • SISTEMA SUSTENTADOR. CABEZA DEL ROTOR. PALAS DE ROTOR.
      Rotores articulados. Rotores rígidos. Rotores Teening. Rotores semi-rígidos y semi-articulados. Plato distribuidor. Forma en planta. Torsión. Perfiles. Punta de la pala. Cadena de control. SAS, FCS.
    • SISTEMAS DEL HELICÓPTERO.
      Mandos de Vuelo. Combustible. Hidráulico. Eléctrico.
    • NORMATIVA DE DISEÑO Y CERTIFICACIÓN.
      JAR-OPS 3, JAR-27, JAR-29.
    • DISEÑO CONCEPTUAL. CRITERIOS DE DISEÑO PRELIMINAR.

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  Bibliografía

  • • LO-B-001. Helicópteros. Teoría y descriptiva.
      Miguel Ángel Barcala y Ángel A. Rodríguez Sevillano. Sección Publicaciones E.U.I.T. Aeronáutica. Fundación General UPM.
    • LO-B-002. Helicópteros Teoría y Diseño Conceptual.
      López Ruiz, J.L. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos, Madrid 1993.
    • LO-B-003. Helicopter Performance, Stability and Control.
      Prouty, R.W.; Krieger Publishing Company, Florida 1990.
    • LO-B-004. L’Helicoptere, Théorie et pratique.
      Lefort, P., Hamann, J;. 9ª Edición ; Éditions Chiron, Paris 1999.
    • LO-B-005. Bramwell’s Helicopter Dynamics.
      A.R.S. Bramwell, George Done, David Balmford.. Butterwoth Heinemann, 2 edition 2001.
    • LO-B-006. Principles of Helicopter Aerodynamics.
      J. Gordon Leishman. Cambridge University Press, 2000.
    • LO-B-007. Basic Helicopter Aerodynamics.
      J. Seddon, Simon Newman.. Blackwell Science, second edition 2002.
    • LO-B-008. The Art of the Helicopter.
      John Watkinson.. Elsevier Butterwoth Heinemann, 2004.
    • LO-B-009. Stability and Control Handbook for Helicopters.
      Kellet Aircraft Corporation. KAC Report 159ª-90-1.
    • LO-B-010. A simplified theoretical method of determining the characteristics of a lifting rotor in forward flight.
      Bailey, F.J., Jr. NACA Report 716, 1941.
    • LO-B-011. Aircraft Design: A conceptual approach.
      Daniel P. Raymer. AIAA Education Series. 1992.

    
    

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  Material de clase

  • • MC-F-001. Descripción y tipos
      - Español (PDF)
      - Ingles (PDF)
    • MC-F-002. Aerodinámica del rotor
      Teoría de la Cantidad de Movimiento. Vuelo vertical ascendente.
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-003. Aerodinámica del rotor 2
      Teoría del Elemento de Pala. Vuelo vertical ascendente.
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-004. Aerodinámica del rotor 3
      Teoría de Cantidad de Movimiento Modificada. Vuelo vertical descendente.
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-005. Aerodinámica del rotor 4
      Teoría de Cantidad de Movimiento. Vuelo de avance.
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-006. Estructura del helicóptero
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-007. Sistema de transmisión de potencia
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-008. Sistema sustentador
      Tipos de cabezas de rotor.
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-009. Palas
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-010. Sistema de control
      Mandos de vuelo.
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)
    • MC-F-011. Sistema de absorción de vibraciones
      - Español (PDF)
      - Inglés (PDF)

    
    

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  Ejercicios, Proyectos y casos

  • EP-F-001. Problemas de Helicópteros (PDF).
    

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  Prácticas

  • PR-F-001. Trabajo (PDF)
    Helicóptero. Cálculo de actuaciones.
    

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  Otros recursos

  • Introducción al helicóptero

    AVISO: Los siguientes contenidos funcionan mediante Shockwave Flash. Asegúrese de que su navegador permite este tipo de contenidos y de que tiene permitida la ejecución de los mismos.

    • OR-F-001. Aeronaves de alas rotatorias

    Vuelo vertical

    • OR-F-002. Disco actuador
      Distribución de presiones y velocidades en el volumen de control.
    • OR-F-003. Vuelo vertical ascendente
    • OR-F-004. Vuelo a punto fijo
    • OR-F-005. Régimen de anillos turbillonarios
    • OR-F-006. Vuelo en autorrotación
    • OR-F-007. Régimen de estela turbillonaria
    • OR-F-008. Molinete frenante
    • OR-F-009. Relación de velocidades y regímenes en vuelo vertical ascendente
    • OR-F-010. Autorrotación vertical
    • OR-F-011. Efecto suelo

     

    Actuaciones

    • OR-F-012. Landing
      Approach at designated airspeed and rate of descent.
    • OR-F-013. Rearward Take Off
    • OR-F-014. Take Off

     

    Estructura del helicóptero

    • OR-F-015. Par de acción y par de reacción
    • OR-F-016. Elementos estructurales
      Partes estructurales principales.
    • OR-F-017. Generalidades
    • OR-F-018. Sistemas y componentes principales
    • OR-F-019. Estructura de cola
    • OR-F-020. Cárter inferior

     

    Sistema de transmisión de potencia

    • OR-F-021. Rueda libre
    • OR-F-022. Transmisión principal
    • OR-F-023. Sistemas de lubricación
      Para motor de pistón y para motor de turbina.
    • OR-F-024. Sistema de amortiguación

     

    Sistema sustentador. Cabeza del rotor. Palas de rotor

    • OR-F-025. Aerodinámica del rotor
    • OR-F-026. Rotor articulado
      Articulaciones y fuerzas limitadoras de batimiento.
    • OR-F-027. Articulación de arrastre
    • OR-F-028. Articulaciones del rotor y control
    • OR-F-029. Rotor sin articulaciones
    • OR-F-030. Barra estabilizadora Bell
    • OR-F-031. Sistema Hiller
    • OR-F-032. Rotor. Movimiento de rotación MPG)
    • OR-F-033. Rotor. Rotación y batimiento MPG)
    • OR-F-034. Rotor. Paso cíclico MPG)
    • OR-F-035. Rotor. Paso colectivo MPG)
    • OR-F-036. Palas. Separación de la corriente en la punta de la pala BERP

     

    Sistemas del helicóptero:
    Mandos de vuelo. Combustible. Hidráulico. Eléctrico

    • OR-F-037. Controles de vuelo
    • OR-F-038. Control del rotor de cola
    • OR-F-039. Funcionamiento del plato oscilante
    • OR-F-040. Tándem. Funcionamiento del plato oscilante
    • OR-F-041. Brazo araña
    • OR-F-042. Funcionamiento del sistema NOTAR
    • OR-F-043. Control del sistema NOTAR
    • OR-F-044. Efecto Coanda
    • OR-F-045. CG Tándem
    • OR-F-046. Morfología del sistema hidráulico
    • OR-F-047. Fluidos hidráulicos
    • OR-F-048. Sistema hidráulico derecho
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  Guía de aprendizaje

  • Temas	Bibliografía recomendada	Materiales de estudio y lectura básicos	Materiales de estudio y lectura complementarios	Actividades de refuerzo al aprendizaje
    Inicios del helicóptero	LO-B-001
    Introducción al helicóptero	LO-B-001 LO-B-008	MC-F-001(PDF)	OR-F-001(SWF) OR-F-045(SWF)
    Vuelo vertical	LO-B-001 LO-B-002	MC-F-002(PDF) MC-F-003(PDF) MC-F-004(PDF)	OR-F-002(SWF) OR-F-003(SWF) OR-F-004(SWF) OR-F-005(SWF) OR-F-006(SWF) OR-F-007(SWF) OR-F-008(SWF) OR-F-009(SWF) OR-F-010(SWF) OR-F-011(SWF)	PR-F-001(PDF) EP-F-001(PDF) Problemas 1,2,3,4,7,11,12
    Vuelo en avance	LO-B-001 LO-B-002 LO-B-005 LO-B-006 LO-B-010	MC-F-005(PDF)	OR-F-015(SWF)	PR-F-001(PDF) EP-F-001(PDF) Problemas 5,6,8
    Aerodinámica del helicóptero	LO-B-001 LO-B-002 LO-B-003 LO-B-005 LO-B-006
    Actuaciones	LO-B-001 LO-B-002 LO-B-003 LO-B-005 LO-B-006		OR-F-012(SWF) OR-F-013(SWF) OR-F-014(SWF)	PR-F-001(PDF) EP-F-001(PDF) Problemas 9,10,13,14
    Análisis del helicóptero en vuelo equilibrado. Análisis de la estabilidad y control Análisis dinámico en las palas	LO-B-001 LO-B-002 LO-B-003 LO-B-005 LO-B-006 LO-B-009
    Estructura del helicóptero	LO-B-001 LO-B-008	MC-F-006(PDF)	OR-F-015(SWF) OR-F-016(SWF) OR-F-017(SWF) OR-F-018(SWF) OR-F-019(SWF) OR-F-020(SWF)
    Sistema de tranmisión de potencia	LO-B-001 LO-B-008	MC-F-007(PDF)	OR-F-021(SWF) OR-F-022(SWF) OR-F-023(SWF) OR-F-024(SWF)
    Sistema sustentador. Cabeza del rotor Palas de rotor	LO-B-001 LO-B-008	MC-F-008(PDF) MC-F-009(PDF)	OR-F-025(SWF) OR-F-026(SWF) OR-F-027(SWF) OR-F-028(SWF) OR-F-029(SWF) OR-F-030(SWF) OR-F-031(SWF) OR-F-032(MPG) OR-F-033(MPG) OR-F-034(MPG) OR-F-035(MPG) OR-F-036(SWF)
    Sistemas del helicóptero: Mandos de vuelo. Combustible. Hidráulico. Eléctrico	LO-B-001 LO-B-008	MC-F-010(PDF) MC-F-011(PDF)	OR-F-015(SWF) OR-F-037(SWF) OR-F-038(SWF) OR-F-039(SWF) OR-F-040(SWF) OR-F-041(SWF) OR-F-042(SWF) OR-F-043(SWF) OR-F-044(SWF) OR-F-045(SWF) OR-F-046(SWF) OR-F-047(SWF) OR-F-048(SWF)
    Normativa de diseño y certificación	LO-B-002		OR-F-012(SWF) OR-F-013(SWF) OR-F-014(SWF)
    Diseño conceptual. Criterios de diseño preliminar	LO-B-002 LO-B-003 LO-B-011

    
    

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  Autores del material

  • 	Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica
    	Departamento de Aerotecnia

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    Miguel Barcala Montejano Profesor Titular de Escuela Universitaria

     

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    Ángel A. Rodríguez Sevillano Profesor Titular de Escuela Universitaria