Estudio del desplazamiento lateral de un decelerador de alas rotatorias de pequeño alargamiento a través de las variaciones cíclicas del paso de las palas

Abstract

El objetivo de la presente tesis es el estudio del comportamiento de un decelerador de alas rotatorias, denominado pararrotor, ante las variaciones cíclicas del ángulo de paso de las palas. En particular, se investiga la posibilidad de controlar el desplazamiento lateral de un pararrotor mediante las variaciones cíclicas del ángulo de paso de las palas, y, extendiendo el análisis, controlar la trayectoria del dispositivo en régimen de descenso, de modo de satisfacer los requerimientos operacionales. El pararrotor es un decelerador aerodinámico que vuela en régimen de autorrotación, es decir, que no extrae ni comunica energía del medio. La descripción aerodinámica formal de su comportamiento se basa en una adaptación de la teoría de elemento de pala, ya que no se realiza la integral a lo largo de la envergadura si no que se supone la fuerza aerodinámica resultante concentrada en un punto de la pala, en virtud del pequeño alargamiento de las mismas. El modelo teórico desarrollado comienza con la formulación de las ecuaciones que describen los efectos dinámicos de las variaciones cíclicas del ángulo de paso. Las fuerzas y torques aerodinámicos son estimados mediante un modelo completo de la pala, obteniéndose una expresión matemética que permite conocer la fuerza y el momento a lo largo de una vuelta. Del análisis de las magnitudes modeladas se observa que los efectos dinámicos son sensiblemente menores que los aerodinámicos, por lo que se puede suponer que los últimos son los dominantes en el cálculo de las acciones dinámicas que alteran el comportamiento del pararrotor. En cuanto al desarrollo experimental, se construyó un modelo a escala con control del ángulo de paso de las palas para ser montado en el túnel de viento, junto a un arreglo adecuado de elementos de medición y adquisición de datos. Con estos ensayos se buscó calcular experimentalmente parámetros característicos que permitieron validar el modelo teórico. Se demostrará que las variaciones cíclicas del ángulo de paso de las palas permiten modificar el torque que se genera sobre el pararrotor y, por lo tanto, es factible utilizar este efecto como elemento de control sobre el dispositivo. También se realizaron una serie de simulaciones numéricas, a partir de un modelo promediado de las fuerzas y los momentos sobre el pararrotor a lo largo de una revolución que fue utilizado en el modelo completo. Estas simulaciones permitieron establecer estados de operación cercanos al equilibrio a partir de soluciones obtenidas para un modelo simplificado de la dinámica del pararrotor.