¿Las hélices que giran en sentido contrario tienen las mismas RPM?

Una hélice contrarrotante
Fuente de la imagen

Aquí hay una hélice contrarrotante. La hélice delantera gira en sentido contrario a las agujas del reloj mientras que la hélice trasera gira en el sentido de las agujas del reloj. Mis preguntas son:

  • ¿Giran a la misma velocidad (RPM)?
  • Si no, ¿cuál gira más rápido y por qué?

Respuestas (5)

La mayoría, si no todos, los sistemas de hélices contrarrotantes están acoplados para que ambas secciones giren a la misma velocidad. Esto se hace para que, además de permitir la conversión efectiva de potencia muy alta en empuje, se cancelen el par y el factor P, lo que hace que la aeronave sea más fácil de volar (especialmente en una instalación de un solo motor o dos en uno).

Esta es la razón por la que ve la hélice del mismo diámetro en la parte delantera que en la parte trasera; si giraran a diferentes velocidades, la más lenta podría tener un diámetro mayor (una limitación en el diámetro son las condiciones transónicas en las puntas), pero siempre ve el mismo diámetro en la parte delantera y trasera.

La vibración también sería un problema .
Gracias por la explicación. Tiene sentido si uno es más largo que otro, entonces el más largo debe ser más lento.

Depende de la fuente de alimentación.

  • un motor de un solo pistón que impulsa ambas hélices (como se muestra en la imagen de la pregunta): están engranadas juntas, por lo que las rpm serán las mismas.
  • dos turbinas que impulsan una hélice cada una (por ejemplo, Double Mamba ): sin acoplamiento entre los motores, por lo que las velocidades de las hélices pueden ser diferentes. Incluso podría apagar un motor en vuelo (para un crucero de baja velocidad y bajo consumo de combustible). La velocidad de cada hélice depende de la configuración del acelerador de cada motor, por lo que el piloto puede hacer funcionar la hélice delantera o trasera más rápido, o tener ambas aproximadamente a las mismas rpm.
  • Motor compuesto que impulsa ambas hélices: el Napier Nomad impulsó una hélice desde el cigüeñal y la otra desde una turbina. Si bien RPM estaría relacionado, no necesariamente sería idéntico.
El bombardero Russian Bear tiene una turbina que impulsa cada conjunto de hélices, según recuerdo, y funciona como un motor de un solo pistón, engranajes para impulsar las dos hélices del mismo eje de salida.
@hobbes, estoy bastante confundido con tu respuesta. Volviendo a mi pregunta: ¿giran a la misma velocidad (RPM)? y si no, ¿cuál gira más rápido y por qué? MI pregunta NO es sobre cómo funciona.
Mi respuesta es que la diferencia de rpm (si la hay) depende del avión que esté mirando. En algunas aeronaves, las hélices están acopladas para que siempre funcionen a la misma velocidad, en otras aeronaves las hélices son independientes, por lo que la velocidad de las hélices depende del piloto. Para el avión que ha mostrado en la pregunta, los accesorios están acoplados para que funcionen a la misma velocidad.
Que bueno que las hélices no giran a las mismas RPM. Pero, ¿cuál gira más rápido en el caso de que no giren a las mismas RPM y por qué? Esa es mi segunda pregunta.
Ya he respondido eso.

No, no todas las hélices que giran en sentido contrario giran a las mismas rpm.

Tome dos ejemplos rusos (muy famosos), el Tupolev TU-95 Bear y el Antonov AN-22 Cock (imagínense...). Ambos usan versiones del motor turbohélice NK-12 y, como se puede ver fácilmente en muchos videos disponibles en Internet, sus hélices no están engranadas de manera que las haga girar a las mismas rpm.

La relación de giro de las hélices TU-95 es tal, que por cada vuelta completa de la hélice delantera, la trasera gira un poco más de media vuelta: Arranque del motor TU-95 en Youtube .

Para AN-22, la relación es una vuelta completa para la hélice delantera y aproximadamente 3/4 para la trasera: arranque del motor AN-22 en Youtube .

En cuanto a la razón de esto, no tengo conocimiento al respecto. Mi conjetura más o menos civilizada sería que tiene que ver con la distribución de carga entre las hélices, y tal vez algo que ver con las vibraciones y resonancias del tren motriz.

Las relaciones antes mencionadas se pueden ver durante el arranque del motor, pero si las hélices están engranadas juntas, la relación, por supuesto, se fijará en todo el rango de rpm. Se ha especulado que las hélices del NK-12 son impulsadas por ejes de turbina separados (sin que sus rpm estén conectadas físicamente en absoluto), pero no he podido probar que esto sea correcto o incorrecto.

"La relación de giro de las hélices TU-95 es tal, que por cada vuelta completa de la hélice delantera, la de atrás gira un poco más de media vuelta: arranque del motor TU-95 en Youtube". Durante el arranque inicial, sí, pero esto desaparece una vez que el núcleo del motor alcanza las velocidades de funcionamiento. Vería patrones de interferencia en los accesorios y crearía vibraciones nauseabundas y pulsos de ruido si no fuera así.
¿Has visto los videos? Hay todo tipo de patrones de interferencia durante y después del arranque, en realidad tiene más que ver con la cámara utilizada que con cualquier otra cosa... Si las hélices están engranadas juntas, ¿cómo cambiaría la relación después del arranque? Y lo que es más importante, ¿por qué?
Es posible que las hélices no estén engranadas juntas, sino que utilicen reguladores de hélice independientes para mantener una velocidad constante e igual entre ellas durante la operación. Sí, vi los videos, pero como dije en el primer comentario, esté atento a los patrones de interferencia una vez que el avión esté listo para rodar. No los verás.
Y como dije, los patrones de interferencia dependen de la cámara. Es posible que no sean visibles debido a que la frecuencia es tal que la cámara no puede capturarlos. Con mucho gusto aceptaría estar equivocado aquí, si se presentara evidencia indiscutible. ¿Es posible impulsar dos hélices desde un solo eje con relación de rpm variable? En caso afirmativo, ¿cómo? Si no, ¿por qué?
Podrías, pero ¿por qué querrías hacerlo? Vea mi respuesta a continuación.
Es posible que desee hacerlo si la configuración fuera más eficiente. Admito que no sé de ninguna manera. No ha presentado ninguna evidencia contundente en ninguna dirección.

Para el avión de la imagen, es decir, un corredor ilimitado P-51 muy modificado que conduce una hélice Rotol Contra Rotating, la respuesta es sí. Ambas hélices están engranadas en el mismo cigüeñal y giran a la misma velocidad.

Todas las hélices contrarrotantes giran a la misma velocidad durante el funcionamiento. De lo contrario, anularía el propósito de la configuración, es decir, eliminar un factor P neto, la estela en espiral y los efectos del par motor. También provocarían ruidos de pulsaciones nauseabundas en la cabina que se vuelven muy incómodos después de largos períodos.

La segunda hélice encuentra un flujo de aire afectado por la primera hélice. Para que el factor P se equilibre, las hélices deberían estar girando a las mismas rpm, paso y flujo de aire. Cambie cualquiera de estos, también debe modificar algo más, como rpm, por ejemplo. Y por cierto, TU-95 es famoso por su ruido y vibraciones.
Bien diseñada, una buena hélice contrarrotante cancelará el factor P o lo reducirá significativamente. No creo que el Tu-95 opere con una de las hélices girando más rápido que la otra. Este es un diseño colosalmente estúpido y extremadamente derrochador en términos de resistencia adicional. Ese hecho de que hace ruido y vibra es irrelevante. El hardware militar soviético era brutalmente funcional.
Usted es consciente de que hay propfans con diferente número de palas entre hélices. ¿En qué se diferencia eso de tener dos rpm diferentes? El segundo apoyo recibe un flujo de aire más rápido empujado por el primer apoyo + en una dirección diferente. No tienes que comprar mi reclamo, solo tienes que demostrar que estoy equivocado. Si lo haces, estaré totalmente de acuerdo con eso 👍🏻
.....¿dichos propfans operan de forma contrarrotante? ¿Tienen el mismo momento polar de inercia? ¿Qué pasa con el área de la hoja? Un poco más aquí de lo que parece.
Las aspas del ventilador giran en direcciones opuestas, sí. En cuanto al momento polar de inercia, no tengo ni idea.
Lo que veo en los videos es una clara diferencia en la velocidad de rotación. Entonces, según la pregunta, bueno, todos los CRP no tienen las mismas rpm entre las hélices.
De otra pregunta, un comentario de @Koyovis: "¿Por qué el torque sería un problema en un avión de 4 motores?" Obviamente, hay prioridades involucradas en el diseño de un PCI. La primera prioridad es la eficiencia: ¿cómo se obtiene el mejor rendimiento (empuje y consumo de combustible) de la configuración? Solo después de eso maneja el par o el factor P, porque de todos modos el CRP ya se ocupa de muchos de ellos.

Desde el punto de vista de la eficiencia, las hélices contrarrotatorias son peores que una sola hélice. La excepción a eso son los rotores que giran en sentido contrario en algunos helicópteros donde hay suficiente separación vertical para que la corriente del rotor superior se contraiga y se alimente algo de aire fresco al rotor inferior. Como las hélices de los aviones funcionan la mayor parte del tiempo a alta velocidad, se pierde la entrada de aire fresco, la segunda hélice funciona en la corriente de mayor velocidad y, por lo tanto, la eficiencia es menor. Para responder a su pregunta, necesitaré más información, como lo que desea lograr. Por ejemplo, si el objetivo es eliminar el par, la hélice trasera debe girar más rápido. Si el objetivo es reducir el consumo de combustible, se debe detener y poner en bandera una hélice.

¿Cuál es su fuente para que las hélices contrarrotantes sean menos eficientes que las hélices individuales? Este documento cita dos estudios que muestran al menos un 6 % más de eficiencia para CRP: rcgroups.com/forums/showatt.php?attachmentid=2815700
La turbulencia de las palas delanteras puede reducir la eficiencia de las palas traseras, pero en los casos en los que tiene demasiada potencia para que una sola hélice maneje a RPM que dan puntas subsónicas, una configuración de rotación contraria es mucho más eficiente (y más silenciosa, y más duradero) que una sola hélice con puntas supersónicas.
¿Las hélices que giran en sentido contrario tienen las mismas RPM?
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