Como funciona una hélice?

Ese ventilador que esta adelante del avión...

Ya escribí un poco sobre los aviones con hélices, que no son necesariamente viejos y que distintos tipos de aeronaves hay con las mismas. Alguien se preguntó como funciona una hélice en algún momento? Mas allá de la gente que las diseña, claro está.

Quizá estén pensando -Ya sé, ya sé! La helice tira un chorro de aire que empuja al avión, simple. Hasta acá leo. - Bueno, permitanme decirles que no es así, de hecho yo pensaba lo mismo hasta que lo estudié. Los aviones que funcionan con el principio anterior son los llamadas "a reacción" que, como su nombre lo indica, se basan en el principio de accion y reacción. Una rapida busqueda va a aclarar las cosas. Entonces esto hace que volvamos a la pregunta del titulo... Como funciona una hélice? La respuesta es mediante la resultante de fuerzas aerodinámicas que se ponen en manifiesto sobre el plato que la hélice forma al hacer girar sus palas. Conocida como Teoría de elemento de pala ó Blade element theory. 

Arranco? Como quizas se puedan imaginar, una hélice esta compuesta, en su forma mas básica, por 2 palas. A diferencia de las del ventilador de techo o el turbito que puedan tener en su casa, las de un avión tienen forma de ala. Como ya saben en el ala se produce esa fuerza mágica que nos hace volar, conocida vulgarmente como sustentación. Este post del blog flightlevel360 (pueden acceder al mismo clickeando al costado) explica de manera simple como es que las alas funcionan. 

Entonces, al hacer girar una hélice esta corta el aire. Una analogía puede ser pensar, justamente, a la hélice como un ala que se mueve por el aire. Al hacerlo, al igual que un ala, esta produce una fuerza de sustentación, PERPENDICULAR a la dirección del viento que impacta con el borde de ataque de la misma (viento relativo con cierto angulo de ataque, al igual que un ala).

Ahora bien, quizás piensen -La sustentación mueve al avión! Todavía falta un poquito mas. Las helices están colocados de manera perpendicular al eje que sale del motor y que la conecta con el mismo, para que funcionen las mismas forman un angulo con el "frente" del avión, a este angulo se le conoce como "paso". Otra definicion del paso es la distancia que recorre la hélice al realizar un giro completo siguiendo un camino igual al de un sacacorchos (espiral), esto a modo anécdotico.

Si la sustentación se descompone de forma que nos queda una paralela al piso y la otra perpendicular al mismo, ahi tenemos las fuerzas generadas por la hélice y que nos mueven al avión, el EMPUJE y el TORQUE. El siguiente grafico, cortesía de Wikipedia deja un poco mas en claro las cosas, creo. Hay que imaginar que el cubo de la hélice (donde se agarra al motor, cubierto por el cono) está en el eje inferior.

Dónde:  -dL es sustentación.

              -dD es resistencia.

              -dF es resultante.

              -dT es el empuje.

              -dN es el torque.

              - alfa y beta: angulo de ataque e influencia, respectivamente.

Si una hélice funciona bajo el mismo principio que un ala. Puede entrar en pérdida? La respuesta es si, de hecho este efecto se utiliza para frenar en el aterrizaje ya que esta "configuración" ofrece la maxima resistencia, al igual que un ala en pérdida que es "pura resistencia y cero sustentación". Esto lo dejaré para otro post con las distintas configuraciones que se le puede dar a la hélice y como afecta al vuelo y por qué tienen esa forma torsionada.

Para resumir:

 -El chorro de la hélice mueve al avión? - NO!

 -Qué forma tienen las palas de la hélice? - Igual que un ala.

 -Qué mueve al avión? - La resultante de fuerzas que se pone de manifiesto sobre el plato de la hélice.

 -Cómo se llama dicha teoría? - Teoría de elementos de pala.

 -Sé como funciona una hélice ahora? - SI! 

Espero haya sido informativo y claro, dentro de los conceptos un poco avanzados que quizas pueda llegar a tener.

Fuentes: Wikipedia y apuntes de clase