Existen dos tipos de propulsión de aeronaves: la propulsión a hélice y la propulsión a chorro.
La propulsión a hélice
A pesar de que actualmente la mayoría de las aeronaves disponen de sistemas de propulsión a chorro, la propulsión a hélice sigue siendo empleada en la aviación ligera, deportiva y privada. Además, el interés en la propulsión a hélice se sigue manteniendo gracias al desarrollo de sistemas mixtos de propulsión como el turbohélice.
La propulsión a hélice requiere la creación de una fuerza impulsora en la dirección del movimiento gracias al movimiento giratorio de la hélice. Este apartado constará de dos partes: la descripción del funcionamiento de la hélice y por otro lado los fundamentos del funcionamiento de los tipos de motores asociados a la hélice.
Geometría de la hélice
El sistema de propulsión a hélice consiste en la generación de una fuerza de tracción debida a las fuerzas aerodinámicas que aparecen como consecuencia del giro de la propia hélice, que es un sistema que está formado por varias palas, análogas a las de las alas, ya que están formadas por perfiles aerodinámicos.
Para tener en cuenta los efectos del giro las secciones aerodinámicas de las palas presentan una variación de la inclinación de la cuerda respecto al plano de rotación que se denomina torsión geométrica de la pala. El ángulo de torsión geométrica de una pala aumenta según la sección de la pala se encuentre más cerca del buje.
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| Partes de una pala de hélice |
El giro de la hélice, que es como si se hicieran rotar numerosas pequeñas alas, acelera el flujo de aire hacia el borde de salida de cada perfil, a la vez que deflecta este hacia atrás. Este proceso da lugar a la aceleración hacia atrás de una gran masa de aire, movimiento que provoca una fuerza de reacción que es la que propulsa a la aeronave hacia delante.
Las hélices se fabrican con torsión, es decir, cambiando el ángulo de incidencia de forma creciente desde el eje con un ángulo mayor hasta la punta con un ángulo menor. Los extremos giran a mayor velocidad que la parte del centro, por lo que es necesario compensar esta diferencia para producir una fuerza uniforme. Para ello se disminuye el ángulo desde el centro hacia los extremos, haciendo que la velocidad se vaya igualando y reduciendo las tensiones internas y las vibraciones.
Sistema motor asociado a una hélice
Para producir la tracción que realiza la hélice es necesario comunicarle una cierta potencia. El sistema motor es el responsable de producir esta potencia, existiendo básicamente dos alternativas, el motor alternativo y el turboeje.
En ambos casos, el sistema motor produce una potencia, Pm, y mediante un sistema de transmisión mecánica, se comunica dicha potencia a la hélice. El sistema de transmisión mecánica consta de ejes, rodamientos, cojinetes, caja de engranajes, etc, que indudablemente producen pérdidas, de modo que la potencia que llega a la hélice, P, se puede expresar en función de la potencia que produce el sistema motor, según: P=Nt(rendimiento de la transmisión mecánica) Pm
De todos los elementos del sistema de transmisión la caja de engranajes es sin duda el elemento indispensable, pues gracias a este mecanismo se pueden adaptar las velocidades de giro del sistema motor y la hélice.
En un motor alternativo la velocidad angular de funcionamiento suele ser del orden de 1000 a 10000 rpm, mientras que la velocidad de giro de las hélices suele estar en torno a 1000 rpm. Es preciso, pues, emplear cajas de engranajes con relación de reducción pequeña, ya que los problemas de rendimiento son pequeños.
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| Motor alternativo |
En un turboeje la velocidad de giro suele estar entre 10000 y 30000 rpm, mientras que la velocidad de giro de la hélice es de una 1000 rpm, al igual que en el motor alternativo, lo que exige emplear cajas de engranajes con relación de reducción más grandes.
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| Turbohélice |
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