Hélices en los aviones, tipos y funcionamiento

Hélices en los aviones, tipos y funcionamiento

Sin duda, una de las mayores diferencias entre los aviones comerciales y los aviones de aviación general es el medio de propulsión.

Los aviones comerciales suelen estar equipados con grandes y potentes turbinas mientras que en la aviación general se utilizan las hélices.

En el post de hoy, te hablamos de las características y diferentes tipos de hélices que existen… ¡Así que abróchate el cinturón, que despegamos!

Hélices, un aporte de la náutica

La historia de las hélices en la aviación se remonta al primer vuelo de la historia; y es que, el Flyer I, diseñado por los hermanos Wright, ya llevaba dos grandes hélices. Pero, si queremos saber realmente el origen de las hélices, debemos cambiar de medio de transporte y pasarnos a la náutica.

Jossef Ressel fue el primer inventor capaz de desarrollar una hélice propulsora con éxito, solicitando la patente austriaca el 28 de noviembre de 1826, aunque fue aprobada ya en 1827.

La intención de Ressel era mejorar los barcos de vapor que, hasta entonces, utilizaban las ruedas a modo de propulsión.

Pero tal fue la efectividad de las hélices en los barcos que, años después, se incorporó directamente como medio de propulsión de los primeros aviones.

Como te puedes imaginar, las hélices que utilizan los aviones de hoy no tienen nada que ver con las de 1903. En la actualidad, encontramos hélices de materiales compuestos, metales y madera; además, los ingenieros tratan de hacer diseños cada vez más eficientes.

Pero, ¿qué es una hélice y cómo es su funcionamiento?

Una hélice es un dispositivo constituido por varias palas que se colocan alrededor de un eje accionado por un motor.

Al girar, gracias al perfil aerodinámico que tienen, las hélices generan un cambio en la presión y velocidad del aire, y esto permite generar una fuerza de empuje.

En nuestro post sobre el Principio de Bernoulli, ya te hablamos de la distribución de presiones sobre el perfil alar; pues en las hélices ocurre exactamente lo mismo, con la diferencia de que estas, además, giran.

Pero, antes de seguir profundizando en el tema, es muy importante que repasemos la algunas definiciones:

Cuerda: Línea recta imaginaria que une el borde de ataque y salida de un perfil alar. En este caso, consideraremos la pala de la hélice como un perfil alar.
Ángulo de ataque: Ángulo que se forma entre el aire relativo (aire libre) y la cuerda.
Paso de la hélice: Ángulo formado entre el plano de rotación de la hélice y la cuerda.

Estructura de la hélice

Ahora que ya tienes una idea genérica de qué es una hélice, profundicemos un poquito más.

Quizá nunca has visto una hélice, o no te has dado cuenta, pero debes saber que no son rectas aunque lo parezca a simple vista.

Las hélices van cambiando su ángulo de incidencia, siendo en el centro, la raíz, el mayor ángulo. Esto se hace para aumentar la eficiencia, ya que el extremo gira a mayor velocidad que el centro.

Espera, espera, ¿cómo que gira más rápido? Sí, aunque pueda parecer extraño, el extremo de la hélice gira mucho más rápido que el centro, y esto se debe a que tiene que recorrer más distancia en el mismo tiempo.

La solución para que la hélice produzca una fuerza uniforme, y no se note la diferencia en las velocidades, es ir reduciendo el ángulo de ataque.

De esta manera, por un lado, en la raíz, encontramos un ángulo de ataque alto con una velocidad baja, mientras que, en el extremo, tenemos un ángulo de ataque bajo con una velocidad alta. Al final, las velocidades se compensan, igualándose en todo el perfil de la pala.

¿Sabías que…?

Uno de los aspectos más importantes en el diseño de las hélices, es el cálculo de la velocidad en los extremos de las palas, ya que, si la velocidad es muy próxima a la del sonido, se produce una reducción en el rendimiento como resultado del aumento en la resistencia.

Por este motivo, el diámetro y revoluciones de las hélices están limitados. Para compensar esto, algunos aviones llevan instalados una reductora entre el eje del motor y la hélice.

El paso de la hélice

Hablemos ahora de uno de los conceptos que más dolores de cabeza da a cualquier piloto en los inicios de su formación teórica: el paso de la hélice.

Como ya te explicamos en líneas superiores, llamamos paso al ángulo que se forma entre el plano de rotación de la hélice y la cuerda de la hélice.

Aunque ahora entraremos con más profundidad en el tema, la manera más rápida de entender el paso es relacionarlo con las velocidades de los coches.

Por un lado, un paso bajo nos da una menor velocidad pero una gran tracción; como las primeras velocidades al conducir un coche. Por otro lado, un paso alto da una mayor velocidad y una menor tracción; como las velocidades largas.

¡Atención, curiosidad!

En algunos modelos de aviones, el paso de la hélice puede ser negativo, ayudando a frenar el avión.

Este sistema es muy utilizado en los aviones de lanzamiento de paracaidistas, ya que, una vez los saltadores están en el aire, lo más rentable es volver al suelo con el avión lo antes posible.

Este sistema se puede ver en la Pilatus Porter, monomotor ligero especialmente diseñado para despegues y aterrizajes cortos.

Ajustar el paso de la hélice, una maniobra fundamental

Durante el despegue y aterrizaje es necesario tener un paso bajo ya que lo más importante es tener una buena tracción.

Según el tipo de avión, el control del paso de la hélice puede ser automático o manual. Se diferencian a simple vista porque, en los manuales, la palanca es de color azul.

En los aviones con ajuste manual, un paso bajo se obtiene cuando la palanca está en su posición más adelantada.

En los aviones que disponen de paso variable de ajuste por el motor, el sistema utiliza el aceite del motor para mover la hélice.

Cuando estamos en vuelo, es necesario ir configurando apropiadamente el paso y el throttle para evitar sobrecargas al motor. Por eso, cuando queremos aumentar la potencia es necesario ajustar primero el paso y luego el throttle; y, para reducir potencia, primero es el throttle y luego el paso.

Los pasos de hélice en nuestra flota

Desde nuestros orígenes, en One Air hemos apostado por dar a nuestros alumnos la formación más completa posible; y es por este motivo que encontramos varios modelos de aviones.

Las Diamond DA20 son aviones de paso fijo. Las Cirrus SR20 y las Diamond DA42 son aviones de paso variable ajustado automáticamente por el propio motor. Y las Diamond DA40 son de paso variable de ajuste manual.

Esto hace que nuestros alumnos puedan comprobar, en primera persona, las diferencias entre los distintos tipos de hélices. Algo muy enriquecedor como piloto, ¿no crees?

Tipos de hélices

Hélice de paso fijo

En este tipo de hélices, el paso viene dado por el fabricante, y este no puede ser cambiado por el piloto. De esta manera, una buena hélice para ascensos y descensos no será tan buena en crucero y viceversa.

Generalmente estas hélices se fabrican en función de las revoluciones y características del avión.

Aunque su ajuste en vuelo no es posible, en tierra, con el motor parado, con unas herramientas concretas y la autorización correspondiente, sí que es posible hacerle unas ligeras modificaciones.

Hélice de paso variable

Como su nombre indica, en este tipo de hélices sí es posible ajustar el paso en vuelo. Encontramos tres tipos:

Las más antiguas solo permiten ajustar entre una posición de paso bajo y alto.
Otros modelos permiten que el piloto ajuste de manera libre el paso entre la posición de bajo y alto; es el caso de nuestras Diamond DA40.
Las más modernas son las hélices de velocidad constante. En este tipo de hélices, el paso se ajusta de manera automática para mantener fija y constante la velocidad de giro establecida por el piloto, independientemente del ajuste de potencia. Este sistema es el equipado en las Cirrus SR20 y las Diamond DA42.

Configuración de las hélices

Según su función

Según su función, encontramos dos tipos de configuraciones de las hélices: tractora o propulsora.

Configuración tractora: Es la más habitual. Es en la que la hélice se sitúa en la parte delantera del avión, “tirando” de él.
Propulsora: Cuando la hélice va en la parte de atrás, “empujando” el avión. Este sistema se utiliza en muy pocos modelos.

Puede darse el caso de aviones que combinan hélices tractora y propulsora; es el caso del Cessna 337.

Según el sentido de giro

Según el sentido de giro, encontramos también dos tipos de hélices:

Dextrógira: Son las más comunes; son las que giran en el sentido de las agujas del reloj (vistas desde el asiento del piloto).
Levógira: Son las que giran en sentido contrario a las agujas del reloj (siempre visto desde el asiento del piloto).

Debido a esto, algunos aviones tienen, lo que llamamos, motor crítico; es decir, un motor que, en caso de fallo, hará que el manejo del avión sea más complicado. Para evitar esto, las hélices de algunos aviones multimotor giran en sentidos opuestos.

Un caso muy especial en el montaje de las hélices son las contrarrotatorias. En este sistema, una hélice gira en un sentido y, el aire que expulsa hacia atrás, es aprovechado por otra hélice que gira en sentido contrario, aumentando la eficiencia y eliminando el torque. No obstante, debido a su complejidad, este sistema está en desuso, aunque aún es posible verlo en el Antonov An22.

El torque o par motor

No podíamos acabar este artículo sin hablar del torque, y es que, como te explicamos más arriba, las hélices al girar generan una fuerza.

Según la tercera ley de Newton, a toda fuerza le corresponde una fuerza igual y opuesta, por lo que, si la hélice gira hacia la derecha, se generará una fuerza hacia la izquierda. Esto es lo que se conoce como torque o par motor.

Este efecto se nota más cuando hacemos grandes ajustes de potencia, por eso, si vas a ser piloto de avión, durante los despegues y aterrizajes, siempre oirás a tu instructor diciéndote: “Pie derecho, pie derecho… Más pie derecho”.

Sigue aprendiendo conceptos de aviación

Esperamos que este artículo te haya servido para aprender un poco más acerca de las hélices que se utilizan en los aviones.

Somos conscientes de que es un tema denso y que, al principio, tanta información parece imposible, pero a medida que vas profundizando todo cobra sentido.

Y como te dijimos antes, este tema está presente en el temario para la licencia de piloto privado y piloto comercial, así que te recomendamos que sigas navegando por nuestro blog de aviación, donde explicamos otras muchas curiosidades relacionadas con la aviación.

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