¿Por qué las RPM de una hélice de paso fijo cambian con el paso de un avión?

La variable de conducción aquí es la velocidad aerodinámica, no la actitud de cabeceo per se. Tu avión, naturalmente, va más rápido cuando mueves la palanca hacia adelante y disminuyes el ángulo de ataque del ala, y esto cambia las rpm de la hélice.

Su entrada de cabeceo está cambiando el ángulo de ataque del ala, lo que conduce a un cambio de velocidad aerodinámica. Incluso con el motor apagado, la aeronave volaría (planearía) a una mayor velocidad con la palanca hacia adelante que con la palanca hacia atrás. Y para una posición dada del acelerador, una hélice de paso fijo gira más rápido a una velocidad aerodinámica alta que a una velocidad aerodinámica baja.

Tal como lo hace una turbina eólica.

Su tacómetro se puede utilizar como indicador de velocidad aerodinámica.

El factor clave es la velocidad del aire que fluye a través del disco de la hélice; con una hélice de paso fijo, esto empequeñece cualquier efecto relacionado con la cantidad de aire que ingresa al motor.

Y sí, este efecto se puede explicar en términos del ángulo de ataque de las palas de la hélice. El aumento de la velocidad del aire disminuye el ángulo de ataque de las palas de la hélice, "descargando" las mismas o, en casos extremos, sometiéndolas a una carga negativa para que la hélice impulse el motor y no al revés.

En una inmersión rápida con un ajuste de baja potencia, el viento (flujo de aire) hace que la hélice se mueva, y no al revés, y ganarías más velocidad aerodinámica si la hélice se cayera. Pero incluso con una velocidad aerodinámica más baja y un ajuste de potencia más alto, la velocidad del flujo de aire que se aproxima tiene una gran influencia en la velocidad de rotación de la hélice.

Porque la velocidad del aire influye en el ángulo de ataque efectivo de las palas de la hélice.

Considere lo que sucede cuando mueve esta hélice de una condición de crucero estable a una inmersión. En una inmersión, la corriente de aire entrante aumenta, por lo que una hélice con un paso geométrico fijo tendrá un ángulo de ataque efectivo menor . Entonces generará menos sustentación y arrastre, y por lo tanto necesitará menos torque para rotar.

Considere esta maravilla paint.exe:

Un componente de velocidad de avance creciente tiende a alinear el flujo de aire con la pala de la hélice, reduciendo su ángulo de ataque.

Dado que las rpm de la combinación hélice-motor se estabilizan donde el par de salida del motor es igual al requisito de par de la hélice, las rpm aumentarán hasta el nuevo equilibrio.

Porque tu carga hidrostática cambió

Las RPM cambiaron instantáneamente porque cambió la carga hidrostática en su hélice. Porque el aire es un fluido . Efectivamente, su apoyo es un acoplamiento fluido.

Un ejemplo de "no es un fluido" es un motor con ruedas dentadas en un tren de cremallera. Un cambio de RPM debe coincidir con un cambio de velocidad. Aqui no.

Compare con el convertidor de par de transmisión automática de su automóvil, el acoplamiento de fluido más común en la vida normal. Tiene intencionalmente un "deslizamiento" para que el motor pueda funcionar en ralentí a 600 rpm mientras el automóvil está detenido. Este deslizamiento varía según la fuerza del motor: si presiona el acelerador, el motor acelerará más mientras aún está parado. En una bajada ligera, resbala menos, y en una bajada empinada, puede empujar (¿un molino de viento?) el motor*.

Existe una relación entre la posición del acelerador, las RPM del motor y la carga hidrostática (resistencia).

Su hélice es el lado del motor de un convertidor de par.

Cuando baja el tono, cambia la resistencia inducida, es decir, el flujo de aire se resiste menos . Ha eliminado instantáneamente la carga hidrostática de la hélice, por lo que las RPM del motor aumentan instantáneamente.

Dicho de otra manera, a cualquier altitud, peso, cabeceo y posición del acelerador, el avión buscará "equilibrarse" a unas RPM y velocidad determinadas. Pero no llegará allí al instante . Puede cambiar el ángulo de cabeceo muy rápidamente, pero la velocidad aerodinámica tarda un tiempo en cambiar.

Entonces en ese momento cuando has cabeceado y no has ganado velocidad, el aire está resistiendo menos (porque el avión quiere bajar por sí mismo, como bajando una cuesta en bicicleta)... entonces las RPM deben aumentar .

Una vez más, el aire no es un tren cremallera.

* Sin embargo, no puede "molino de viento" iniciar un automóvil de transmisión automática. Esto se debe a que los engranajes se acoplan hidráulicamente mediante una bomba en el lado del motor...