Aero 8 Helices

7/24/2019 Aero 8 Helices

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ACADEMIA DEAVIACION WORLDFLIGHT TRAINING

GUIA DEAERODINAMICA 1

PILOTO PRIVADO 1 de 12

ELABORADO POR Versin FechaCp. Ramn Paredes Original 24/11/2006


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PAGINA INTENCIONALMENTE DEJADA EN

BLANCO


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AERO 08.- HELICES.

CONTENIDO

8.1.- Generalidades

8.2.- Funcionamiento de la hlice.

8.3.- Hlice de paso fijo.

8.4.- Hlice de paso variable.

8.5.- Hlice de velocidad constante.

8.6.- Notas.

8.7.- Sumario.

8.1.- Generalidades

La hlice es un dispositivo constituido por un nmero variable de aspas o palas queal girar alrededor de un eje producen una fuerza propulsora. Cada pala estformada por un conjunto de perfiles aerodinmicos que van cambiandoprogresivamente su ngulo de incidencia desde la raz hasta el extremo mayor en laraz, menor en el extremo.

La hlice est acoplada directamente o a travs de engranajes o poleas (reductores)al eje de salida de un motor(de pistn o turbina), el cual proporciona el movimientode rotacin.


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Aunque en principio las hlices se construyeron de madera, actualmente se fabricancon materiales ms ligeros y resistentes. El empleo de hlices como elemento

propulsor en aviacin ha decado por la progresiva utilizacin de la propulsin porturbinas de gas, cada vez ms potentes, ligeras, y con consumos ms ajustados. Noobstante, aunque la propulsin por hlice es poco utilizada en aviacin comercial, suuso est generalizado en aviones ligeros.

8.2.- Funcionamiento de la hlice.

Los perfiles aerodinmicos que componen una hlice estn sujetos a las mismasleyes y principios que cualquier otro perfil aerodinmico, por ejemplo un ala. Cadauno de estos perfiles tiene un ngulo de ataque, respecto al viento relativo de la palaque en este caso es cercano al plano de revolucin de la hlice, y un paso (igual alngulo de incidencia). El giro de la hlice, que es como si se hicieran rotar muchaspequeas alas, acelera el flujo de aire hacia el borde de salida de cada perfil, a lavez que deflecta este hacia atrs (lo mismo que sucede en un ala). Este proceso dalugar a la aceleracin hacia atrs de una gran masa de aire, movimiento queprovoca una fuerza de reaccin que es la que propulsa el avin hacia adelante.


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Las hlices se fabrican con "torsin", cambiando el ngulo de incidencia de formadecreciente desde el eje (mayor ngulo) hasta la punta (menor ngulo). Al girar amayor velocidad el extremo de la parte ms cercana al eje, es necesario compensaresta diferencia para producir una fuerza de forma uniforme. La solucin consiste endisminuir este ngulo desde el centro hacia los extremos, de una forma progresiva, yas la menor velocidad pero mayor ngulo en el centro de la hlice se va igualandocon una mayor velocidad pero menor ngulo hacia los extremos. Con esto, seproduce una fuerza de forma uniforme a lo largo de toda la hlice, reduciendo lastensiones internas y las vibraciones.

Un punto crtico en el diseo radica en la velocidad con que giran los extremos,porque si est prxima a la del sonido, se produce una gran disminucin en elrendimiento. Este hecho pone lmites al dimetro y las r.p.m. de las hlices, y es porlo que en algunos aviones se intercala un mecanismo reductor basado enengranajes o poleas, entre el eje de salida del motor y la hlice.


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La fuerza de propulsin del aeroplano est directamente relacionada con la cantidadde aire que mueve y la velocidad con que lo acelera; depende por tanto deltamao de la hlice, de su paso, y de su velocidad de giro . Su diseo, forma,nmero de palas, dimetro, etc. Debe ser el adecuado para la gama de velocidadesen que puede operar el avin. Una hlice bien diseada puede dar un rendimientode hasta 0,9 sobre un ideal de 1.

Con independencia del nmero de palas (2, 3, 4...), las hlices se clasificanbsicamente en hlices de paso fijo y hlices de paso variable. Se denominapaso de la hlice al ngulo que forma la cuerda de los perfiles de las palas con elplano de rotacin de la hlice.

8.3.- Hlice de paso fijo.

En este tipo, el paso est impuesto por el mejor criterio del diseador del aeroplanoy no es modificable por el piloto. Este paso es nico para todos los regmenes devuelo, lo cual restringe y limita su eficacia; una buena hlice para despegues o

ascensos no es tan buena para velocidad de crucero, y viceversa. Una hlice depaso fijo es como una caja de cambios con una nica velocidad; compensa su faltade eficacia con una gran sencillez de funcionamiento.

En aviones equipados con motores de poca potencia, la hlice suele ser dedimetro reducido, y est fijada directamente como una prolongacin delcigeal del motor; las r.p.m. de la hlice son las mismas que las del motor.Con motores ms potentes, la hlice es ms grande para poder absorber la fuerzadesarrollada por el motor; en este caso entre la salida del motor y la hlice se sueleinterponer un mecanismo reductor y las r.p.m. de la hlice difieren de las r.p.m.del motor.


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8.4.- Hlice de paso variable.

Este tipo de hlice, permite al piloto ajustar el paso, acomodndolo a las diferentesfases de vuelo, con lo cual obtiene su rendimiento ptimo en todo momento. Elajuste se realiza mediante la palanca de paso de la hlice, la cual acciona unmecanismo que puede ser mecnico, hidrulico o elctrico. En algunos casos, estapalanca solo tiene dos posiciones: paso corto (menor ngulo de las palas) y pasolargo (mayor ngulo de las palas), pero lo ms comn es que pueda seleccionarcualquier paso comprendido entre un mximo y un mnimo.


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Para entender como funciona el paso variable, partimos de:

(1) La mayora de los motores de combustin interna obtienen su mxima potenciaen un punto cercano al mximo de r.p.m.

(2) La potencia requerida para volar de forma econmica a velocidad de crucero esusualmente menor a la potencia mxima.

El paso corto, implica menor ngulo de ataque de la pala y por tanto menorresistencia inducida, por lo que la hlice puede girar ms libre y rpidamente,permitiendo el mejor desarrollo de la potencia del motor. Esto le hace el pasoidneo para maniobras en las que se requiere mxima potencia: despegue yascenso, aunque no es un paso adecuado para rgimen de crucero, estepaso es como las marchas cortas (1, 2) de la caja de cambios de unautomvil, que se emplean para arrancar o subir cuestas empinadas pero noson eficientes para viajar por autopista. Con estas marchas el motor de un

automvil alcanza rpidamente su mximo de r.p.m., lo mismo que el motorde un avin con paso corto en la hlice.

El paso largo, supone mayor ngulo de ataque y por ello mayor resistenciainducida, lo que conlleva menos r.p.m. en la hlice y peor desarrollo de lapotencia del motor, pero a cambio se mueve mayor cantidad de aire. Con estepaso, decrece el rendimiento en despegue y ascenso, pero sin embargo seincrementa la eficiencia en rgimen de crucero.

Volviendo al ejemplo de la caja de cambios, este paso es como las marchas largas(4, 5), que son las ms adecuadas para viajar por autopista pero no para arrancar


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o subir una cuesta empinada. Con estas marchas, el motor del automvil nodesarrolla sus mximas r.p.m., pero se obtiene mejor velocidad con un consumoms econmico, exactamente lo mismo que un avin con la hlice puesta en pasolargo.

En algunos manuales, se identifica el paso corto con velocidades pequeas delavin debido a que las maniobras en las cuales est indicado este paso (despegue,ascenso...) implican baja velocidad en el avin. Por la misma razn se identifica elpaso largo con altas velocidades (crucero).

8.5.- Hlice de velocidad constante.

Es una hlice de paso variable, cuyo paso se regula de forma automtica,manteniendo fija la velocidad de giro de la hlice, con independencia de los cambiosde potencia en el motor. Estas hlices tienen un regulador que ajusta el paso de laspalas para mantener las revoluciones seleccionadas por el piloto, utilizando mseficazmente la potencia del motor para cualquier rgimen de vuelo.

8.6.- Notas.

Las hlices modernas, sobre todo aquellas que equipan a aviones bimotores ocomerciales, tienen un mecanismo que en caso de fallo de motor permite ponerlas"en bandera", es decir, presentando al viento el perfil de la hlice que ofrece menorresistencia. En algunos aeroplanos equipados con motores muy potentes, es posibleinvertir el paso de la hlice para ayudar en la frenada y hacer ms corta la carrera deaterrizaje.

La densidad del aire es un factor que interviene en el rendimiento tanto de la hlicecomo del motor: a mayor densidad mayor rendimiento. Puesto que la densidad

disminuye con la altura, a mayor altura menor rendimiento de la hlice y del motor.

Se denomina paso geomtrico a la distancia horizontal terica que avanza unahlice en una revolucin. Pero como el aire no es un fluido perfecto, la hlice"resbala" y avanza algo menos. Este avance real, se conoce como paso efectivo. Esobvio que el resbalamiento de la hlice es igual a la diferencia entre ambos pasos.


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En aviones monomotores, la hlice gira en el sentido de las agujas del reloj, vistadesde el asiento del piloto. Para contrarrestar la guiada adversa producida por lahlice, en algunos aviones con ms de un motor, las hlices de un ala giran en unsentido y las de la otra en sentido contrario.

La hlice necesita unos cuidados bsicos para que no pierda efectividad: mantenerlalibre de suciedad, melladuras, grietas, Cuando se rueda en terrenos no asfaltados,

debe hacerse con precaucin para evitar que las piedras levantadas por el aire de lahlice la golpeen, pudiendo producirle melladuras o fisuras. Por la misma razn, si lapista es asfaltada pero no as sus accesos o calles de rodaje, conviene realizar laprueba de motores si es posible sobre la pista.

8.7.- Sumario.

La hlice est formada por un nmero variable de palas que giran alrededorde un eje produciendo una fuerza propulsora.

Cada pala es un conjunto de perfiles aerodinmicos que cambianprogresivamente su ngulo de incidencia desde la raz hasta el extremo de la

hlice. Estos perfiles estn sujetos a las mismas leyes y principios que otros perfiles

aerodinmicos, tal como el ala. Las hlices son movidas por motores de pistn o turbina. El acoplamiento de

la hlice al motor puede ser directo o bien mediante mecanismos reductores. La "torsin" dada a la hlice tiene como principal objetivo producir de forma

uniforme la fuerza que acelera la masa de aire. Las puntas de la hlice tienen mayor velocidad que la parte central. La proximidad a la velocidad del sonido en el giro de la hlice produce una

gran disminucin en su rendimiento. Esto limita su dimetro y la velocidad derotacin.


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Se llama paso al ngulo que forma la cuerda de los perfiles de las palas conel plano de rotacin de la hlice.

Las hlices se clasifican bsicamente en hlices de paso fijo y hlices depaso variable.

Como su propio nombre indica, una hlice de paso fijo es aquella cuyo pasoes nico para todos los regmenes de vuelo; no es modificable por el piloto.Este tipo de hlice compensa su falta de eficacia con una gran sencillez defuncionamiento.

Una hlice de paso variable posibilita al piloto ajustar el paso de la hlice a lasdistintas condiciones de vuelo. El ajuste se realiza con una palanca que,

habitualmente, permite seleccionar un paso dentro de un rango, entre un pasomnimo y un paso mximo.

El paso corto provoca menos resistencia y permite el mejor desarrollo de lapotencia del motor, ms r.p.m.. Este paso incrementa el rendimiento endespegue y ascenso, pero no es adecuado para rgimen de crucero.

El paso largo implica mayor resistencia y menor desarrollo de la potencia delmotor, menos r.p.m., pero mueve una masa de aire mayor. Es el utilizado enrgimen de crucero y no es eficaz en despegue y ascenso.

Los pasos de la hlice son como las marchas de la caja de cambios de unautomvil: marchas cortas (paso corto) para arrancar y subir cuestasempinadas; marchas largas (paso largo) para autopistas.

Una hlice de velocidad constante, es una hlice de paso variable quemantiene su velocidad constante con independencia de los cambios depotencia del motor.

Paso geomtrico es la distancia horizontal terica que avanza una hlice enuna revolucin, y paso efectivo es la distancia real.


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