Hélice de avión: nombre, clasificación y características

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

La base del movimiento del aire en los principios de la aerodinámica es la presencia de una fuerza que contrarresta la resistencia del aire en vuelo y la gravedad. Todos los aviones modernos, a excepción de los planeadores, tienen un motor cuya potencia se convierte en esta fuerza. El mecanismo que convierte la rotación del eje de la central eléctrica en empuje es la hélice del avión.

Descripción de la hélice

La hélice de la aeronave es un dispositivo mecánico con palas que gira mediante un eje del motor y genera empuje para el movimiento de la aeronave en el aire. Al inclinar las palas, la hélice arroja aire hacia atrás, creando un área de baja presión delante y alta presión detrás. Casi todas las personas en la tierra al menos una vez en su vida tuvieron la oportunidad de ver este dispositivo, por lo que no se requieren numerosas definiciones científicas. La hélice consta de palas, un buje conectado al motor a través de una brida especial, contrapesos colocados en el buje, un mecanismo para cambiar el paso de la hélice y un carenado que cubre el buje.

Otros nombres

¿Qué otro nombre recibe la hélice de un avión? Históricamente, hubo dos nombres principales: la hélice real y la hélice. Sin embargo, más tarde aparecieron otros nombres, enfatizando características de diseño o funciones adicionales asignadas a esta unidad. Específicamente:

• Fenestron. Un tornillo insertado en un canal especial en la cola de un helicóptero.
• Impulsor. Un tornillo encerrado en un anillo especial.
• Profan. Son tornillos en forma de flecha o de sable en dos filas y de diámetro reducido.
• Ventilador de viento. Sistema de suministro de energía de respaldo de emergencia del flujo de aire que se aproxima.
• Rotor. Esto a veces se llama el rotor principal de un helicóptero y algunas otras.

Teoría de la hélice

En esencia, cualquier hélice de avión es una especie de alas móviles en miniatura, que viven de acuerdo con las mismas leyes aerodinámicas que el ala. Es decir, al moverse en el ambiente atmosférico, las palas, por su perfil e inclinación, crean un flujo de aire, que es la fuerza motriz de la aeronave. La fuerza de este flujo, además del perfil específico, depende del diámetro y la velocidad de la hélice. Al mismo tiempo, la dependencia del empuje de las revoluciones es cuadrática y del diámetro, incluso hasta el cuarto grado. La fórmula general de empuje es la siguiente: P=αρn²D^4donde:

• α – coeficiente de empuje de la hélice (depende del diseño y perfil de las palas);
• ρ - densidad del aire;
• n - número de revolucionestornillos;
• D es el diámetro del tornillo.

Es interesante comparar con la fórmula anterior, otra derivada de la misma teoría del tornillo. Esta es la potencia requerida para asegurar la rotación: T=Βρn³D^{5, donde Β es el factor de potencia calculado de la hélice.}

Al comparar estas dos fórmulas, se puede ver que al aumentar la velocidad de la hélice del avión y aumentar el diámetro de la hélice, la potencia requerida del motor crece exponencialmente. Si el nivel de empuje es proporcional al cuadrado de las revoluciones y la cuarta potencia del diámetro, entonces la potencia requerida del motor ya aumenta en proporción al cubo de las revoluciones y la quinta potencia del diámetro de la hélice. A medida que aumenta la potencia del motor, también lo hace su peso, lo que requiere aún más empuje. Otro círculo vicioso en la industria aeronáutica.

Especificaciones de la hélice

Cualquier hélice instalada en una aeronave tiene las siguientes características:

• Diámetro del tornillo.
• Movimiento geométrico (paso). Este término se refiere a la distancia que recorrería el tornillo, chocando contra una superficie sólida teórica en una revolución.
• Tread - la distancia real recorrida por la hélice en una revolución. Obviamente, este valor depende de la velocidad y de la frecuencia de rotación.
• Ángulo de la pala: el ángulo entre el plano y el paso real de la hélice.
• Forma de la hoja: la mayoría de las hojas modernas tienen forma de sable, curvas.
• Perfil de la hoja: la sección transversal de cada hoja tiene, por regla general, forma de ala.
• Mean cuerda de pala –distancia geométrica entre los bordes anterior y posterior.

Al mismo tiempo, la principal característica de la hélice de un avión es su empuje, es decir, para qué se necesita.

Dignidad

Las aeronaves que utilizan una hélice como hélice son mucho más económicas que sus equivalentes turborreactores. La eficiencia alcanza el 86%, valor inalcanzable para los aviones a reacción. Esta es su principal ventaja, que en realidad los volvió a poner en funcionamiento durante la crisis del petróleo de los años 70 del siglo pasado. En distancias cortas, la velocidad no es crítica en comparación con la economía, por lo que la mayoría de los aviones de aviación regional funcionan con hélices.

Defectos

Los aviones de hélice también tienen desventajas. En primer lugar, estos son contras puramente "cinéticos". Durante la rotación, la hélice de la aeronave, que tiene su propia masa, tiene un efecto sobre el cuerpo de la aeronave. Si las palas, por ejemplo, giran en el sentido de las agujas del reloj, entonces la carcasa tiende a girar, respectivamente, en el sentido contrario a las agujas del reloj. Las turbulencias creadas por la hélice interactúan activamente con las alas y el empenaje de la aeronave, creando diferentes flujos hacia la derecha y hacia la izquierda, desestabilizando así la trayectoria de vuelo.

Finalmente, la hélice giratoria es una especie de giroscopio, es decir, tiende a mantener su posición, lo que dificulta cambiar la trayectoria de vuelo por aire.tribunal. Estos defectos de la hélice de los aviones se conocen desde hace mucho tiempo y los diseñadores han aprendido a lidiar con ellos introduciendo una cierta asimetría en el diseño de los propios barcos o de sus superficies de control (timones, alerones, etc.). Para ser justos, cabe señalar que los motores a reacción también tienen deficiencias "cinéticas" similares, pero en menor medida.

El llamado efecto de bloqueo también se puede atribuir a las desventajas, cuando un aumento en el diámetro y la velocidad de rotación de la hélice del avión hasta ciertos límites deja de producir un efecto en forma de aumento en el empuje. Este efecto está asociado a la aparición en determinados tramos de las palas de flujos de aire de velocidad cercana o supersónica, lo que genera una crisis de onda, es decir, la formación de choques de aire. De hecho, superan la frontera del sonido. En este sentido, la velocidad máxima de las aeronaves con hélice no supera los 650-700 km/h.

Quizás la única excepción fue el bombardero Tu-95, que alcanza velocidades de hasta 950 km/h, es decir, una velocidad casi sónica. Cada uno de sus motores está equipado con dos hélices coaxiales que giran en direcciones opuestas. Bueno, el último problema de los aviones propulsados por hélice es el ruido, cuyos requisitos las autoridades aeronáuticas hacen cada vez más estrictos.

Clasificación

Hay muchas formas de clasificar las hélices de los aviones. Se dividen en grupos según el material del que están hechos, la forma de las cuchillas, su diámetro, la cantidad, entre otros.características. Sin embargo, lo más importante es su clasificación según dos criterios:

• Primero: hay hélices de paso variable y de paso fijo.
• Segundo: hay tornillos para tirar y empujar.

El primero está instalado en la parte delantera de la aeronave y el segundo, respectivamente, en la parte trasera. Un avión con una hélice de empuje surgió antes, pero luego se olvidó durante algún tiempo y solo reapareció en el cielo hace relativamente poco tiempo. Ahora bien, este diseño es ampliamente utilizado en aviones pequeños. Incluso hay opciones bastante exóticas, equipadas con cuchillas de tracción y empuje al mismo tiempo. Un avión con hélice trasera tiene una serie de ventajas, entre las que destaca su mayor relación sustentación-resistencia. Sin embargo, debido a la f alta de flujo de aire adicional de la hélice, el ala tiene las peores características de despegue y aterrizaje.

Tornillos de paso variable

Las hélices de paso variable están instaladas en casi todos los aviones medianos y grandes modernos. Con un paso de pala grande, se logra mucho empuje, pero si la velocidad del motor es bastante baja, la aceleración será extremadamente lenta. Esto es muy similar a la situación con un automóvil cuando está en marchas más altas tratando de arrancar.

La alta velocidad y el pequeño paso de la hélice crean el peligro de entrar en pérdida y reducir el empuje a cero. Por lo tanto, durante el vuelo, el tono cambia constantemente. Ahora esto se hace por automatización, pero antes el propio piloto tenía que monitorear constantemente esto manualmente.ajustar el ángulo. El mecanismo para cambiar el paso de la hélice es un buje especial con un mecanismo de accionamiento que gira las palas en relación con el eje de rotación en el grado requerido.

Desarrollo moderno en Rusia

El trabajo para mejorar los dispositivos nunca se ha detenido. En la actualidad se están realizando pruebas de una nueva hélice del avión AB-112. Se utilizará en el avión de transporte militar ligero Il-112V. Se trata de una hélice de 6 palas con un rendimiento del 87%, un diámetro de 3,9 metros y una velocidad de giro de 1200 rpm y hélice de paso variable. Se ha desarrollado un nuevo perfil de pala y se ha aligerado su diseño.