¿El propósito de las hélices de paso variable es mantener un ángulo de ataque óptimo?

Lo que sabe acerca de las hélices de paso variable es generalmente correcto. Si realiza un pequeño cambio, su instructor de vuelo no habría tenido ningún motivo para objetar: mantienen las palas de la hélice cerca de su ángulo de ataque óptimo en un amplio rango de velocidades.

A medida que aumenta la distancia desde el cubo, la sección de pala gana velocidad circunferencial mientras mantiene la misma velocidad de avance que todas las demás secciones. Por lo tanto, el giro de la pala de la hélice debería cambiar linealmente desde el cubo hasta la punta. Si gira la hoja completa en su raíz, agrega un cambio constante a cada sección transversal, por lo que a alta velocidad, la raíz de la hoja ve un ángulo de ataque demasiado alto y la punta tiene un ángulo de ataque demasiado pequeño. Normalmente, la sección en aproximadamente el 75 % de la envergadura de la hélice se mantiene en su ángulo ideal para lograr el mejor compromiso general. Eso es lo suficientemente bueno para el uso práctico.

Idealmente, la hélice giraría más rápido al aumentar la velocidad de vuelo, pero eso requeriría una caja de cambios y cambiar de marcha con los rangos de velocidad limitados de los motores de combustión, daría poco empuje al comienzo de la carrera de despegue y a alta velocidad correría. en problemas de compresibilidad en las puntas mucho antes: las hélices prácticas de alta velocidad giran más lentamente que las típicas hélices de baja velocidad.

Si observa el gráfico de eficiencia de una hélice de paso variable de tres palas a continuación, verá que la eficiencia alcanza su punto máximo para una velocidad (dada como una relación de avance en el gráfico a continuación) y un ángulo de paso. Aquí es cuando la pala completa vuela en el ángulo de ataque óptimo para cada sección. Este óptimo cambiaría a velocidades más altas para menos torsión y velocidades más bajas para más torsión. Operar la hélice lejos de su punto de diseño incurre en pequeñas pérdidas ya que no toda la pala está exactamente en su ángulo de ataque óptimo, pero si compara la eficiencia general con la de un ajuste de paso único, la ventaja del paso variable se vuelve obvia.

Gráfico de eficiencia de una hélice de paso variable. Fuente: McCormick BW Aerodinámica, Aeronáutica y Mecánica de Vuelo. John Wiley & Sons, Inc., 1979.

El propósito de una hélice de paso variable es permitir que el piloto seleccione en qué parte de la curva de potencia del motor desea operar el motor. Cuando se necesita toda la potencia, como para el despegue y el ascenso inicial, el acelerador se abre por completo y el paso se establece tan bajo como sea necesario para permitir que el motor alcance el pico de su curva de potencia nominal. Para un crucero económico, el paso de la hélice se profundiza para cargar el motor a una velocidad de rotación más baja a la que produce menos potencia y consume menos combustible.

En este sentido, puede considerar el control de cabeceo en la hélice como el análogo de la transmisión en su automóvil: Primera marcha = paso fino, marcha superior/sobremarcha = paso grueso.

Tenga en cuenta aquí que esto significa que una combinación de propulsor y motor de velocidad constante será el análogo del sistema de control de crucero en su automóvil.

Hay dos tipos de hélice:

• Hélice de paso fijo, que el paso o más familiarmente decir como el ángulo de ataque (AoA) siempre es el mismo todo el tiempo, las RPM del motor se ajustan para cumplir con los requisitos.
• Hélice de velocidad constante, en la que las RPM del motor son variables debido al cambio en el paso.

La primera hélice es la antigua y más barata. No hay posibilidad de cambiar el tono. El tono es normalmente bajo, alrededor de 5 grados (depende del diseño del productor). Este último es más caro y más adecuado para ser utilizado en el vuelo actual. Una hélice con un paso bajo es adecuada para el despegue, mientras que un paso alto es más adecuado durante el crucero. "Alto" aquí depende del productor, pero será de alrededor de 15 grados, el límite máximo antes de que se detenga, lo que significa que la potencia del motor no es más efectiva para mover el avión hacia adelante.

Paso bajo con la hélice de paso fijo podemos pensar como un automóvil con marcha baja que se usa para mover un automóvil desde la parada y luego subir una ruta de senderismo. Y después de cierta distancia, encontrará una carretera de peaje llana y suave. Durante el ascenso, la marcha 1 (paso bajo) es más adecuada, pero no mientras se circula por una carretera de peaje llana y suave. Durante la conducción en esa carretera de peaje es más adecuado utilizar la marcha 5 (paso alto). Lo mismo también se aplica al avión. Durante el despegue, el avión requiere un cabeceo bajo pero altas RPM. Eso para permitir que la hélice "muerda" el aire poco a poco, y empuje lentamente el avión hacia adelante, luego despegue, hasta alcanzar el nivel de crucero. Después del nivel de crucero (que el avión obligará a ser de alta velocidad), la hélice se ajusta con el paso adecuado para cumplir con las RPM adecuadas., que es RPM más bajo pero TAS más alto o al menos el mismo TAS. Las RPM más bajas significan una carrera del pistón más baja por minuto. Menor carrera del pistón por minuto significa menor consumo de gas. Entonces, la palabra del instructor con " óptimo " significa " mejor consumo de gas debido a las RPM más bajas ". Las RPM más bajas reducirán la temperatura del motor y, finalmente, alargarán el ciclo de vida del motor.