Introducción a las hélices del avión
Introducción a las hélices del avión
Como la hélice es diseñada para absorber la potencia desarrollada por el motor que la mueve, su tamaño y forma dependerá del tipo de motor utilizado.
Los aviones de entrenamiento ligero tienen generalmente hélices biplanas, y los aviones de mayores performances, hélices de tres y cuatro palas. Investigaciones recientes para reducir el ruido de los aviones han demostrado las ventajas de utilizar hélices multipalas a velocidades más bajas, pues al reducir la velocidad de la hélice, en mayor grado cuanto mayor es el número de palas, se reduce el ruido y lo que es más importante, la velocidad de las puntas de la hélice.
En todos los aviones, excepto los ligeros, el paso de la hélice, o sea la distancia que avanzaría a través del aire en condiciones ideales, puede ser controlado desde la cabina, de manera que el piloto puede regular las revoluciones de la hélice para obtener la mejor performance posible en las distintas condiciones. Como en el decolaje y la trepada la carga sobre la hélice es mayor, ésta se coloca en paso bajo, lo que significa que girará a un alto número de r. p. m. (revoluciones por minuto).
En un principio, esto correspondería a la primera velocidad de un automóvil o de una bicicleta. Al nivelarse para vuelo crucero, es preferible que la hélice aumente la velocidad, ya que la carga es menor y el piloto debe desarrollar una mayor velocidad. En consecuencia, se ajusta el paso de la hélice, disminuyendo las r. p. m. de la misma y haciendo que sus palas se inclinen en un ángulo mayor. En algunos de los aviones más pequeños, el paso de la hélice puede ser ajustado en tierra antes del vuelo. En este caso, el piloto debe elegir entre un buen decolaje y trepada con una velocidad crucero consecuentemente menor, o un decolaje relativamente pobre y una velocidad de crucero mayor. Se usa entonces una hélice llamada de paso ajustable.
Otros tipos incluyen la hélice de paso controlable, la cual puede ser cambiada en vuelo; la hélice de velocidad constante que gira al número de r. p. m. deseado (seleccionado por el piloto al fijar o ajustar el control de la hélice en la cabina), la cual es mantenida por la acción del gobernador a través de todas las distintas condiciones de vuelo.
Algunas hélices cuentan además con medios para colocar las palas en bandera, es decir, inclinarlas hacia la corriente del aire, el cual fluye a través de la hélice de manera que la resistencia al avance es reducida todo lo posible y ésta no gira sino que permanece estacionaria (la corriente del aire corresponde al flujo dirigido sobre el avión, hacia atrás, por la hélice).
Las palas de la hélice pueden considerarse como actuando sobre el aire de la misma manera que el remero mueve los remos de su bote. Cuando aquél pone sus remos «en bandera», los coloca en la posición en que atravesarán el agua con el mínimo de resistencia. Esto es lo que sucede con las hélices. El control de la puesta en bandera se utiliza cuando, en un avión multimotor, un motor falla y el giro lento de la hélice, provocado por la acción del aire que fluye a través de ella, provoca aun más resistencia al avance. Es preferible evitar esto para disminuir la resistencia al avance y también porque si la hélice continúa rotando, aumentarán las posibilidades de daños al motor y el peligro de incendio.
HÉLICE EN BANDERA
El grabado muestra un avión en pleno vuelo con el motor del extremo derecho detenido, lo que permite apreciar las palas de hélice en bandera, o sea en el lecho de la corriente de aire para ofrecer menor resistencia.
Una hélice de diámetro grande, girando a baja velocidad, resulta más eficaz que una de diámetro más pequeño girando a alta velocidad, aunque sus otras características sean similares. Por esta razón, los motores de alta velocidad están condicionados para mantener la hélice a un número de r. p. m. relativamente bajo.
El mecanismo de ésta consiste en un sistema de engranajes y otro de control del paso, en los motores más grandes. El sistema para controlar el paso de la hélice consiste generalmente en un pistón y cilindro hidráulicos en la parte frontal, a menudo en combinación con contrapesos. El pistón es impulsado, al moverse el control de la hélice, en la cabina, para cambiar el paso de las palas a la posición de paso bajo, enviando aceite al eje cíe la hélice y forzando al cilindro hacia adelante, lo cual disminuye el paso de las palas.
Cuando se desea volver a éstas nuevamente a paso alto, el aceite en el cilindro retorna al eje de la hélice y la fuerza centrífuga que actúa sobre los contrapesos tiende a alejarlos hacia afuera del centro de rotación, haciendo girar las palas a la posición de paso alto y volviendo al cilindro nuevamente sobre el pistón.
El dispositivo de puesta en bandera que se encuentra en los grandes aviones multimotores, al ser accionado, hace que las palas giren aproximadamente 90°, de manera que queden perfiladas con respecto al flujo del aire. Una modalidad reciente es la de invertir el paso de la hélice para producir un efecto de frenado, que permite un aterrizaje corto a aviones que ordinariamente requieren pistas muy largas, permitiéndoles así el uso de aeropuertos existentes, que de otro modo no serían adecuados para recibir los aviones de gran potencia.
Por algunas consideraciones sobre el funcionamiento de la hélice se ha podido comprobar que la alta velocidad de rotación de las palas hace necesario que la hélice esté perfectamente balanceada. El más ligero desequilibrio provocado por muescas, rajaduras, pintado desparejo o por el hielo al depositarse, produce una vibración perjudicial en extremo y aun mayores daños.
Como la hélice debe ser diseñada para producir, en todos los puntos a lo largo de la pala, una tracción con el mejor rendimiento, y teniendo en cuenta que las secciones cercanas a las puntas giran a velocidades mayores que las que están cerca del cubo, estas últimas se mueven a una velocidad comparativamente más baja y son construidas de manera que presenten un ángulo de paso mayor. Esto es necesario debido a que la sustentación, o en este caso, la propulsión, aumentarán con el aumento de la velocidad. Como la propulsión va a ser igual en todas las secciones de la pala, su forma permite que, al variar el ángulo de paso, se produzca una propulsión igual en todas las secciones.
La hélice es más gruesa en la raíz que en la punta, dando así mayor resistencia estructural donde es más necesaria. La fuerza centrífuga, al tirar hacia afuera a las palas cuando giran, impone esfuerzos considerables en la parte de fijación de la pala, cerca del cubo. La propulsión también determina un gran esfuerzo tendiente a doblar las palas hacia adelante.
Por esta razón, las muescas y rajaduras en las superficies de las palas ‘de la hélice pueden causar serias consecuencias.
HÉLICES CONTRARROTATORIAS
La contrarrotación elimina la cupla de torsión y las hélices duales aumentan el área cubierta por las palas sin aumentar el diámetro de la hélice (y por lo tanto, la velocidad en las puntas de las palas), lo cual permite el uso de trenes de aterrizaje más pequeños y espacios menores entre motores en los grandes aviones multimotores
Para saber más:
Para mí que soy un neófito de la aeronáutica, me parece un artículo excelente, tanto la explicación como la presentación.
Felicitaciones.