Como se usa la hélice?

Este es el último referido a hélices, creo...

En entregas anterior ya expliqué, masomenos, cómo funciona una hélice y que hay con los aviones con hélices. Hoy toca el turno de como se usan, ya sea en vuelo, aterrizaje, despegue o emergencias.
Antes de seguir, hay aclarar qué es lo que se controla de una hélice. A grandes rasgos es la velocidad a la que gira la misma. Haciendo un analisis un poco mas fino se puede afirmar que la velocidad de rotación depende del angulo que tienen la mismas respecto de la dirección del avance, que a fin de cuentas influye en los efectos aerodinamicos que expliqué en el post sobre el funcionamiento. A esto se lo conoce como paso.

Hechas estas aclaraciones se puede empezar, sin intentar meterme en lo que son los distintos tipos de control como por ejemplo los de velocidad constante. Pero voy si voy a decir que hay 3 tipos de hélice. De paso fijo, de paso ajustable y variable.

De paso fijo

No hay mucho para explicar, como su nombre lo indica, el paso es fijo y viene dado de fabrica. No se puede modificar. Un claro ejemplo, una hélice de madera.

De paso ajustable

En este caso son similares a las de paso fijo, con la unica diferencia que el paso se puede ajustar solamente en tierra. Si yo quiero cambiar, digamos la característica de vuelo en crucero, antes de salir a volar, ajusto el paso y asi va a quedar hasta que no lo modifique de nuevo. Supusieron un avance parcial entre una de paso fijo y otra de paso variable.

De paso variable

Este tipo, es de los que se puede modificar en vuelo dependiendo de lo que uno busque. El piloto posee una palanca en la cabina con la que modifica la "situación" de la hélice.
Lo que se hace es ajustar un dispositivo que se encuentra en el cubo de la hélice (donde se une al motor), que trabaja con aceite del motor y es, a grandes rasgos, una especie de piston que mueve las palas. A este dispositivo se lo llama governor. 

Hechas estas aclaraciones sobre los distintos tipos vamos a lo que dice el titulo... Cómo se usa?

Condiciones normales (despegue, aterrizaje, crucero)

En despegue vamos a necesitar toda la potencia que el motor pueda entregar, esto sucede cuand  entrega las maximas RPM o lo que se dice, potencia de despegue. En este caso, el control de las helices en cabina va a estar en maximas RPM ó todo adelante. Entonces, que va a hacer la hélice? Bueno, como ya saben, RPM es cantidad de vueltas en un minuto (velocidad angular), si estamos en maximas RPM quiere decir que la helice va girar a su maxima velocidad, como estamos en todo adelante, el paso va a estar como se dice "fino". Y qué es fino? Bueno, en cada vuelta, la hélice va avanzando, si pudiesemos dibujar la trayectoria sería como un espiral, esa distancia que avanza entre vuelta y vuelta es el paso (otra definición). En paso fino, la hélice avanza poco en cada vuelta, pero como está girando muy rapido obtenemos la maxima potencia que el motor puede entregar.

Acá se vé el camino que sigue una hélice (La foto no es mia)

Este regimen de maximas RPM se mantiene hasta que el avión llega a la altitud crucero. Una vez en crucero, necesitamos que el motor vaya un poco mas "relajado", en otras palabras menos RPM. Para hacer esto, el piloto tiene que tirar la palanca hacia atras, cambiando el angulo de las palas y en consecuencia su paso. En este caso la hélice va a recorrer una distancia mayor en cada vuelta que dé. Entonces por qué el motor va mas "relajado"? Voy a dar un ejemplo:

Supongamos que el avión va a una velocidad de 150kts con el control de paso a maximas RPM. Recuerden que en cada vuelta la hélice recorrerá un distancia corta, entonces dada una determinada distancia tendrá que dar mas vueltas para cubrir dicha distancia. Supongamos ahora que el avión viene a la misma velocidad pero con el control de RPM un poco hacia atrás. En este caso la hélice va a recorrer una distancia mayor en cada vuelta y, dada la misma distancia que antes, va a tener que girar menos veces para recorrer la misma distancia. En consecuencia, el motor va a un régimen mas relajado, menores RPM y consume menos combustible. Ideal para recorrer la maxima distancia con el menor gasto. Está claro que en todos los casos se busca una combinacion de RPM y acelerador, donde los distintos escenarios se dan con una combinacion de ambas.

Para el caso de aproximación y aterrizaje se buscan maximas RPM ya que en el caso de tener que realizar un escape por algun problema que haya en la pista, el piloto va a querer la maxima potencia para salir de ahí cuanto antes. No bien el avión toca el suelo se busca que el avión se quede en el piso y frene lo antes posible. Aquellos que han viajado, o visto videos de aterrizajes, saben que cuando el avión toca el piso se levantan unas chapas en las alas (spoilers) y se escucha como los motores se aceleran. Esas chapas son frenos aerodinámicos, cortan el flujo de aire sobre las alas evitando que estas generen sustentación. Los motores acelerandose estan produciendo empuje inverso, conocido tambien como reversa. Ojo! El motor no invierte su sentido de giro, sino que se redirige el flujo de aire para que "apunte" hacia adelante. 

Reversas de un A340. Foto: Aviation Corner

Spoilers en un A320. Foto: Aviationknowledge.

Y en los aviones con estos sistemas de paso variable que se hace? Muchos de estos no poseen estas chapas sobre las alas, pero se valen de la hélice para frenarse y hacer la reversa. Como? Supongo que se lo imaginan, pero en caso de que no, es cambiando el paso de la hélice. 

Al aterrizar el control del acelerador se mueve hacia una posicion que lo que hace es mover las palas hacia un angulo "negativo" o de cero grados. Esto hace que la hélice, en caso de tener un angulo negativo genere un empuje hacia adelante, contrario a la dirección del avance. En cambio, si el angulo es cero se genera como una especia de "plato", siendo como una especie de paracaidas que tambien frena el avance. Por lo general, en el ángulo negativo (que es bajo respecto a aquel usado para ir hacia adelante) se da tambien este efecto del "plato".

Hélice con angulo negativo, o reversa. Foto: airmasterpropellers

Condiciones anormales (parada de uno o ambos motores).

Supongamos que venimos disfrutando la vista a 25000 pies sobre el terreno, relajados, hablando con el copiloto sobre la vida. Una alarma interrumpe la calma, vemos como los parametros del motor caen indicando una falla en el mismo, tras un breve análisis de la situación se llega a una conclusión. Hay que apagarlo.

Qué se hace en este caso? Si bien todos los aviones multimotor tienen la capacidad de volar sin un motor, en el caso de los aviones a hélice hay que hacer un pasito mas. 

Una hélice detenida genera mucha resistencia al avance y lo que se busca en una emergencia es la mejor velocidad de avance ó la mejor relación de velocidad de avance y tasa de descenso en caso de que ambos motores estén detenidos. Si tenemos la hélice  detenida y en  condicion normal de operacion,  esta relación y/o velocidad se ve fuertemente afectada por la resistencia que esta genera. Para que el impacto sea el menor posible la hélice se pone en lo que se llama posición bandera, las palas se ponen de forma tal que el ángulo formado con la dirección de avance es cero. Visto de frente la hélice presenta la menor área frontal, haciendo que no genera tanta resistencia.

Comparación entre bandera (feathered) y normal (unfeathered).

Conclusiones

-Qué es el paso? El ángulo que forma la hélice con el plano del motor ó la distancia recorrida por la hélice en cada vuelta.

-Cuantos tipos de hélices hay? 3, de paso fijo, ajustable y variable.

-Como se opera una hélice? Cambiando el paso para lograr distincas velocidades de rotación de la hélice.

Espero les haya sido claro y que les haya gustado. 

Fuentes: Notas de clase.