Motores: Hélice de velocidad constante y paso variable

Introducción

Las hélices fijas están diseñadas para dar los mejores resultados bajo condiciones normales de vuelo con motores adecuados para su funcionamiento. Lo mismo se aplica a las hélices de paso controlable, las que resultan más eficientes cuando se necesita una mayor eficiencia : al despegar y al ascender rápidamente, así cómo para economizar fuerza a velocidades de crucero. Esto, como puede verse, es como disponer de un cambio de velocidades y proporciona un máximo de eficiencia bajo todas las condiciones de vuelo.

Para obtener el mejor resultado del trabajo del motor y de la hélice, el motor debe funcionar a una velocidad regularmente constante, porque cada motor tiene su mejor velocidad de funcionamiento, y el paso de la hélice debe variar de acuerdo con las condiciones de vuelo de ese momento. En otras palabras, en lugar de estar cambiando constantemente lavelocidad del motor y el desarrollo de su potencia, se cambia el paso de la hélice para que rinda su mejor trabajo a esa velocidad del motor. Esto es lo que hace la hélice de velocidad constante.

Gobernol

Por lo general, el piloto no necesita tocar el mecanismo de paso variable, ya que el paso de las palas se cambia automáticamente durante el vuelo, pero puede hacerlo si lo deseay puede fijar los límites de variación del ángulo de las palas. De lo contrario, al paso de la hélice lo fija una unidad llamada el control de velocidad constante o gobernol. En cuanto al cubo de la hélice, el mecanismo operante es prácticamente el mismo que el quegobierna la hélice de paso controlable. La diferencia principal consiste en que el aceite está automáticamente controlado por el gobernol.

A medida que el gobernol regula la velocidad de la hélice, también controla la velocidad del motor. Por lo tanto puede verse que la velocidad del motor está realmente controladaindependientemente del acelerador del motor.

Cómo actúa el gobernol

Cuando la velocidad del motor comienza a incrementarse sobre las R.P.M. para las cuales el gobernol fue ajustado por el piloto, el gobernol activa el mecanismo de cambio de ángulo en el cubo de la hélice para que el ángulo de las palas se incremente. Esto incrementa el ángulo de ataque de las palas y, por lo tanto, su resistencia y la carga sobre las mismas, que disminuye la velocidad de las palas. Como las R.P.M. del motor disminuyen el gobernol invierte el proceso en el mecanismo de cambio de ángulo en el cubo de la hélice, retornando el ángulo de las palas a su posición original, y el motor a la velocidaddeseada. Cuando la velocidad del motor decrece por debajo de las R.P.M. selectadas, el proceso es llevado a cabo en el orden inverso, primero disminuyendo el ángulo de las palas y luego retornandolo a la posición selectada. De esta forma se logra que el motor no se embale.

Cómo es el gobernol

Al ajustar el comando del gobernol el piloto determina la velocidad del motor que se hade mantener y el gobernol controla el flujo de aceite, elevado a alta presión, hasta dondese halla un pistón en el cubo de la hélice. La fuerza centrífuga que actúa sobre los contrapesos del gobernol hace que las palas se coloquen en posición de paso fino y la presión del aceite mueve el pistón de la hélice llevando las palas hacia paso grueso.

El gobernol hidráulico de la hélice es una unidad completa que al cambiar el ángulo de las palas de la hélice mantiene automáticamente las revoluciones del motor escogidas manualmente por el piloto. El gobernol consiste en sí, en una bomba o engranajes que refuerza el aceite desde el sistema de lubricación del motor hasta la presión requerida para operar el mecanismo que cambia el paso de la hélice. Una válvula auxiliar accionada por contrapesos balanceados por resortes, que controlan el flujo de aceite hasta y desde la hélice. Un sistema de válvulas de desahogo que limita la presión producida por la bomba
de engranaje y una palanca de control que incorpora un resorte, este resorte es sólo una medida de seguridad que coloca automáticamente un brazo control del gobernol en la posición de paso fino ( altas R.P.M. ), en el caso de que se rompa el control manual del gobernol.

Los ajustes del gobernol en la pista pueden hacerse por medio de un tornillo de altas revoluciones o bien por medio del largo de la varilla de control. Las demás regulaciones son preestablecidas en el banco de pruebas y deben ser mantenidas. Las R.P.M. que indica el taquímetro son las del motor y se transmiten al instrumento por una tripa flexible.

Ventajas de las hélices de velocidad constante

La principal ventaja de una hélice de velocidad constante es que convierte un muy alto porcentaje del poder del motor en empuje sobre un amplio rango de combinaciones de R.P.M. y velocidades. Además de ser más eficiente, la operación de hélices de velocidad constante permite al piloto selectar la combinación optima de poder de motor y R.P.M.
Manteniendo constantes las R.P.M. se estabiliza el régimen de consumo de combustible.
También, a cualquier ajuste de potencia dado, el piloto puede selectar las R.P.M. que producen el menor ruido y vibración, además de reducir las fuerzas de fatiga que actúan en el motor, fuselaje, y piloto. El término “buena performance’’ puede tener varias connotaciones. Sea cual sea el criterio de operación que se utilice, siempre hay que basarse en el manual de vuelo.

Operación de las hélices de velocidad constante

Además de proveer el óptimo ángulo de las palas para un ancho rango de combinaciones de velocidad y R.P.M., el control del paso de hélice afecta directamente a los caballos de fuerza del motor. Los caballos de potencia desarrollados por el motor dependen de la presión interna del motor y de las R.P.M. Aumentando la presión absoluta de manifold
( MAP ), las R.P.M., o ambos, se deberá incrementar la salida de caballos de fuerza del motor.

Una salida máxima de caballos de fuerza es obtenida al máximo MAP y R.P.M. que el motor pueda mantener a una altitud, temperatura, y velocidad dada. Una salida máxima de caballos de fuerza produce el máximo empuje potencial, mayor velocidad, mayor régimende ascenso, y mayor régimen de consumo de combustible. Obtener el máximo empuje escríticamente importante para el despegue y ascenso de alta performance; por lo tanto el
máximo permisible u obtenible MAP y R.P.M. son usados durante estos períodos. Durante ascensos, cuando el ascenso de alta performance no es crítico, o durante el crucero, disminuir la salida de caballos de fuerza ligeramente puede resultar en una significante economía de consumo de combustible y desgaste del motor, sin una gran reducción de la
potencia o la velocidad. La mejor forma de reducir los caballos de fuerza varía de sistema a sistema; sin embargo, con una hélice de velocidad constante, disminuyendo las R.P.M., MAP, o ambos se pueden lograr los resultados deseados.

El piloto deberá ejercitar su buen juicio para selectar la combinación de potencia y R.P.M. más conveniente para sus necesidades de performance. Además, deberá observarlas recomendaciones del fabricante concernientes a los procedimientos y limitaciones operacionales del motor.

Los procedimientos operacionales generales para motores equipados con hélices de velocidad constante son con el propósito de ayudar al piloto a mantener al motor dentro de sus limitaciones operacionales. Por ejemplo, el motor puede ser dañado por intentar obtener una alta MAP a un ajuste bajo de R.P.M. Por lo tanto, cuando se incrementa la salida de
caballos de fuerza del motor, las R.P.M. se incrementan primero usando el control de paso de la hélice. Luego, la MAP será incrementada, usando el acelerador. Cuando se disminuye la potencia, la MAP se deberá reducir primero, usando el acelerador. Luego, las R.P.M. deberán ser reducidas, usando el control de paso.

Los procedimientos operacionales para ciertos motores pueden variar levemente, y el piloto deberá consultar el manual de vuelo apropiado. También es posible dañar un motor por mantener altas R.P.M. a elevadas alturas y velocidades cuando la MAP es reducida aun ajuste de baja potencia. Las presiones internas en un motor tienden a absorver el choque al final de un golpe de pistón, y la ausencia de esas presiones a unas altas R.P.M.
puede ser perjudicial. En vuelo, es necesario mantener la MAP y las R.P.M. dentro de sus respectivos rangos operacionales, indicados por el arco verde en el indicador de presión de manifold y el tacómetro.

Fuente: Aviation mechanics simplified.