Análisis comparativo de teorías para rotores en vuelo axial ascendente

Abstract

En el estudio de las actuaciones de rotores en vuelo axial son muchas las teorías utilizadas para modelar el comportamiento de estos. Así, el presente trabajo se enfoca en el estudio del vuelo axial ascensional de un rotor de helicóptero, considerando diversas teorías que van desde las más sencillas a las más complejas. El desarrollo de las teorías se realizará de forma incremental en complejidad, comenzando con teorías muy básicas las cuales permiten comprender ideas generales del comportamiento del rotor. Estas teorías serán cruciales para etapas iniciales del desarrollo de un proyecto de diseño, donde únicamente valores rápidos y estimados son requeridos. A medida que se avanza en el desarrollo, se introducirán teorías más complejas, las cuales permiten un modelado local del problema, modelando fenomenología compleja y permitiendo valores de las variables de interés mucho más cercanos a los esperados en la realidad. Estos valores son necesarios cuando la precisión toma mayor importancia, especialmente en etapas más avanzadas del proceso de diseño. El aspecto clave de todo este desarrollo reside en la comparativa de las diferentes teorías a estudiar, identificando puntos fuertes y débiles de cada una de ellas, regímenes de aplicación, etc. De esta forma, dada la necesidad de realizar un dimensionado de un rotor en una situación particular, se tengan las herramientas necesarias para poder saber qué metodología ofrece mejores resultados, en precisión y tiempo de cálculo. Finalmente, se pretende realizar un estudio de detalle de la distribución de fuerzas generadas en las palas del rotor con la teoría más avanzada a modelar, donde podrán identificarse las zonas de mayor carga aerodinámica, así como la distribución de velocidades en el rotor de forma local.

In the study of rotor performances in axial flight, there are many theories used to model their behavior. Thus, this work focuses on the study of the ascending axial flight of a helicopter rotor, considering various theories ranging from the simplest to the most complex. The development of these theories will be carried out incrementally in complexity, starting with very basic theories that allow for a general understanding of rotor behavior. These theories will be crucial for the initial stages of design projects, where only quick and estimated values are required. As the development progresses, more complex theories will be introduced, allowing for local modeling of the problem, and capturing intricate phenomena, thereby providing values of variables of interest much closer to real-world expectations. These values are necessary when precision becomes more critical, especially in later stages of the design process. The key aspect of this entire development lies in the comparison of the different theories under study, identifying their strengths, weaknesses, applicable regimes, etc. Thus, when sizing a rotor for a specific situation, one will have the necessary tools to determine which methodology offers better results in terms of accuracy and calculation time. Eventually, a detailed study of the distribution of forces generated on the rotor blades will be conducted using the most advanced theory to be modeled. This study will help identify areas of higher aerodynamic load and the local distribution of velocities in the rotor.