Jojojojo, pregunta del año antibetiko. Poca gente se cosca de eso.
Pregunta muy inteligente si señor.
Iba a contartelo yo, pero mejor te pego un post de un colega de meristation, piloto y que siempre nos hecha una mano
Bueno,a la carga. Preparaos para el ladrillo, que yo sintetizo muy mal
Hablo del paso variable en la vida real, no en el IL2/FB, en el cual, al menos cuanto al CEM (Complex Engine Management) ruso, dista bastante de ser real, aunque conn el parche 1.1b se han acercado algo en algunos modelos (en otros sigue igual, no se por qué. Quizás porque es gente distinta la que trabaja en cada modelo/familia de aviones, y trabajan a ritmos diferentes).
Mi experiencia, aparte de la teórica del curso de piloto privado, y los años de lectura aficionada, se basa en que una de las avionetas que vuelo habitualmente es una Cessna 172 Rocket con 210 hp y hélice de velocidad constante (vel. cte. a partir de ahora), que es todo un monstruo volador teniendo en cuenta que lo normal para las 172 es que tengan 150, 160 ó 180 hp como mucho, y paso fijo.
Aunque aparentemente una Cessnita tenga poco que ver con un Yak-3, lo cierto es que los motores de aviación alternativos (pistón) son iguales ahora que hace 70 años, salvando las distancias entre modelos pequeños para avionetas de recreo, y monstruos de 2.000 hp para aviones de combate (tienen dos magnetos, control de mezcla, calefacción de carburador.....). Lo mismo para los mecanismos de las hélices (el regulador o “governor” siguen siendo iguales).
Evidentemente con los años han ido apareciendo “refinamientos” (muchos ya usados por los alemanes en la 2ªGM, como sabéis), pero en lo básico siguen siendo iguales.
Sobre la vel.cte. he de decir que a mí me costó bastante llegar a comprender cómo funciona. Mucha gente lo asocia al funcionamiento del cambio de marchas de un coche, cuando no es así (sobre todo en el caso de la hélice de vel. Ctte. )
Mmmmm bueno, mejor empiezo desde cero.
El paso fijo todos sabemos lo que es. El giro del cigüeñal se transmite directamente a al hélice (caso de los típicos motores Lycoming de la aviación ligera), o a través de una reductora (caso de los típicos motores Rotax de los ultraligeros, porque estos motores trabajan a más revoluciones y hay que “rebajarlas” para la hélice). Aunque haya un reductor de por medio, el giro de la hélice va directamente ligado al cigüeñal, aunque sea en proporción 1:2, por ejemplo, en caso de reductora. Nada que ver con paso variable.
Osea, en el caso de los Lycoming, si el motor gira a 2.300 rpm, la hélice también.
Ventajas: simplicidad y precio.
Inconvenientes: no se puede extraer el máximo rendimiento del motor en cada fase del vuelo. Lo que se hace es poner un paso que sea un compromiso entre capacidad de ascenso y vuelo de crucero.
En una helice de paso fijo, si picamos, la velocidad aerodinámica que absorbe la hélice (porque vamos más rápido de la capacidad motor/hélice – como si hacéis girar esos molinillos de papel con una varilla que hacen para los críos-) hace que esta gire más rápido, y transmite su velocidad al motor, con lo que este se puede sobrerevolucionar. Lo contrario sucede en un ascenso prolongado: el motor tiende a “infrarrevolucionarse” (habré inventado yo esta palabra??)
Estooooo, por cierto, supongo que todos sabemos lo que es el paso: es lo que avanza la hélice “hacia adelante” por cada vuelta completa. Si el paso es corto, en cada vuelta avanza poco, aunque con poca resistencia. Así a lo bruto, en paso muy corto el piloto desde la cabina vería –si se pudiera- las palas de la hélice planas. Como si os ponés la mano delante de la cara con la palma mirando hacia vosotros (y los dedos mirando hacia arriba).
En paso largo, por cada vuelta avanza más, pero también le cuesta más trabajo.
Si la palma de la mano la vais rotando sobre la muñequa/brazo hasta que la veáis perpendicularmente, es como si estuviérais aumentando el paso (perpèndicular =máximo). Si seguís rotando la mano, es como si pusiérais paso inverso (la reversa). Evidentemente, las hélices no son planas, sino que tienen, además del paso, un perfíl aerodinámico (como las alas, a grosso modo).
Detalle importante que se presta a confusión: Sea cual sea el tipo de hélice (fija, variable, vel.cte.), las RPM’s de la hélice SIEMPRE van ligadas al giro (RPM’s) del cigüeñal (directamente o a través de reductora).
Sobre lo que inciden los diferentes mecanismos del paso variable con velocidad constante es en la incidencia de las palas de la hélice con el aire, no en la relación entre las RPM’s del motor y las RPM’s de la hélice. Se suele comparar el paso variable con el cambio de marchas de una bici. Según ese ejemplo, el poner una marcha corta equivaldría a poner paso corto (más capacidad de tracción aunque menor velocidad). No es correcto, porque en la bici, al poner marcha corta lo que hacemos es que los pedales (tracción animal J ), que serían el cigüeñal del motor, giran el doble de veces (por ejemplo) que la rueda. Una equivalencia correcta con el paso aeronáutico sería que al poner esa misma marcha corta, la rueda trasera se hiciera la mitad de pequeña. El efecto es el mismo (necesitamos dos pedaleadas en vez de una para el mismo avance, pero con menor esfuerzo) .
En caso de una marcha larga (por ejemplo, en una pedaleada la rueda trasera da dos vueltas) la equivalencia sería que hemos cambiado la rueda trasera por una con el doble de diámetro).
La difrencia es que la bici tiene un conjunto plato/piñones entre los pedales y la rueda (cambio de marchas) que permite que las velocidades de giro entre el cigüeñal/pedales y la rueda pueda variar, y la hélice SIEMPRE gira solidaria con el motor. La presencia del regulador en las hélices de vel cte. NO equivale a la presencia de un cambio de marchas. Equivaldría a un “mecanismo” que permitiera cambiar en marcha el diámetro de la rueda trasera de la bici.
Bueno, sigamos....luego está el paso variable en tierra. Simplemente es que puedes variar la incidencia de las palas antes de despegar (llave inglesa en mano ). Su comportamiento no deja de ser como una de paso fijo, solo que tú eliges si ese paso es largo (para buenas velocidades de crucero) o corto (para mejores ascensos) –a grosso modo-
Luego está el paso variable en vuelo. Básicamente es como el paso variable en tierra, sólo que con un mando en la cabina puedes variar el paso en vuelo. Ojo, importante !!: Para cada paso que hayamos elegido, lá hélice se comporta como una hélice de paso fijo.
El famoso Komandogerat alemán, lo que hacía es cambiar automáticamente el paso (más o menos óptimamente) para cada situación de vuelo, sustituyendo la labor del piloto. En esencia, no deja de ser una hélice de paso variable en vuelo. Nada que ver con las hélices de vel.cte.
La hélice de paso variable en vuelo es ya un avance considerable, porque te permite despegar en paso corto (capacidad de tracción y ascenso), y tener buenas velocidades de crucero (paso largo). También puedes poner paso XXL –extra largo
, y en un picado ese paso largo permite “absorber” el incremento de velocidad sin que se sobrerevoluciones el motor (dentro de unos límites, claro está).
Finalmente, sobre los tipos de hélices mencionados, una cosa muy imprtante: (tomemos las de paso variable sin vel.cte. como si fueran de paso fijo, como ya he explicado). El mando de gases (throttle) actúa DIRECTAMENTE sobre las RPM’s del motor (y en consecuencia sobre las RPM’s del la hélice).
Por ejemplo (a lo bruto) si desde una posición del 100% del thorttle paso al 50%, las RPM’s pasan de 2.000 a 1.000, tanto en el cigüeñal como en la hélice -recordemos que giran solidarios- (son números simplemente de ejemplo)
Y ahora hay que cambiar el chip, porque aunque no lo parezca, el funcionamiento de una hélice de vel.cte es bastante diferente que la paso variable “normal”. Hay que recordar el ejemplo del mecanismo "fantástico" del cambio de diámetro de la rueda trasera de la bici.
En un avión con hélice de vel.cte. tenemos dos controles en vez de uno (recordad: en paso fijo sólo actuamos sobre el throttle).
Estos dos controles son el throttle (que ahora no controla las RPM’s, sino la presión de admisión, o “manifold pressure” –manifold para los amigos-) y el “Pitch”, (o control de paso, o mando de RPM’s).
Nota: aparte hay otros mandos, por supuesto: Mezcla, Carb. Heat, .... pero yo me refiero sólo a los que tienen que ver con el binomio motor-hélice)
En la vel.cte., la hélice sigue girando solidaria con el motor, como siempre, pero tenemos el governor, que se encarga él solito, sin nuestra intervención, de ajustar el ángulo de incidencia de las palas según sea necesario.
El cómo funciona el governor lo dejamos para otra ocasión. Lo importante son sus efectos.
El efecto es que el governor se lo monta para mantener constantes las RPM’s que nosotros hemos eleccionado con el pitch. Error común (y lógico) de comprensión: con el pitch no seleccionamos el paso. Seleccionamos las RPM’s que queremos para el motor, y el governor se encarga de ajustar el paso para mantenerlas.
Además con el mando de gas controlamos la presión de admisión. Esto es, a efectos prácticos, la cantidad de mezcla que entra en los cilindros, y en consecuancia la fuerza (no confundir con potencia) que es capaz de ejercer el motor.
Combinando los mandos de gas y pitch, obtenemos las potencias requeridas para cada ocasión, y el governor nos ayuda a mantenerla, ajustando las palas. Recordemos que con paso fijo, por ejemplo , en unas subida el motor tiende a bajar revoluciones, con lo que perdemos potencia, aunque mantengamos el gas a tope.
Aclaratorio: Diferencia fuerza-trabajo-potencia. El trabajo es fuerza por desplazamiento (W=FxD). Si empujamos una pared, estamos haciendo fuerza, pero como esta no se mueve no estamos desarrollando un trabajo. Si empujamos un coche, sabiendo la fuerza que ejercemos (con dinamómetros o lo que sea, no viene al caso), y sabiendo el espacio que hemos recorrido (teóricamente, sin contar rozamientos, etc) , sabremos el trabajo que hemos desarrollado al mover el coche X metros. Si además sabemos el tiempo que hemos empleado, sabremos la potencia. P=W/T (potencia = trabajo entre tiempo).
En un motor tenemos el par motor, que es la fuerza que ejerce al detonar la mezcla y empujar los pistones, y la potencia, que es el par multiplicado por las RPM’s (las RPM`s son un desplazamiento circular, por unidad de tiempo). Obviamente, a mayor RPM’s, mayor potencia con el mismo par motor.
Lo ideal es que cada situación se saque el rendimiento óptimo (mayor potencia, mejor consumo,....). Para ello no sólo hay que actuar sobre el mando de las RPM’s, sino tambien en en el gas (presión de admisión). Y luego el governor nos ayudará manteniendo la incidencia de las palas adecuadas para que estas puedan absorber un incremento de potencia (cuando le damos gas) o el incremento de velocidad (en un picado, por ejemplo, aunque no demos gas)
Ejemplos prácticos con la Cessna:
Al despegue necesitamos máxima potencia. Ponemos RPM’s y gas a tope. El governos, él sólito, se encarga de ajustar el paso al mínimo. Como el avión empiueza a avanzar desde cero, no lleva una velocidad previa que le ayude en el avance. Como un coche que arranque cuesta arriba. Neceita la primera. En cuarta seguro que no arranca. Pues es el governor el que manda sobre la posición requeridalde las palas, no nosotros.
Conforme vamos ganando velocidad, el paso se va alargando porque ya tenemos velocidad (si no se alargara, el motor se sobrerevolucionaría).
Una vez en el aire, como el tope de rpm’s no se puede mantener mucho rato, bajamos el motor a unas condiciones de ascenso. En caso de la Cessna 23” (pulgadas) de manifold y 2500 rpm.
Para volar nivelados, ponemos 21” y 2300. Ese es el rendimiento óptimo del motor. Supongamos que hemos nivelado a 80 nudos de velocidad. El avión irá acelerando poco a poco hasta los 100 nudos que se consiguen con esas rpm y manifold. Conforme va acelerando, si fuera de paso constante aumentaría tambien las RPM’s del motor/hélice, pero en la velcte. El governor se encarga de ir alargando poco a poco el paso para que sea la hélice la que se adapte al incremento de velocidad, y no el motor. El motor ha seguido girando todo el rato a 2300. Por eso se llama de velocidad constante, en referencia al motor.
Sin variar manifold ni rpm, picamos levemente. El avion se pone a 120. Ese incremento de velocidad se debe al picado, no a mayor rendimiento del motor. Da igual, el gov. alarga el paso para adaptarse a esa velocidad. Las rpm’s siguen fijas. Lo mismo si picamos más fuerte, sólo que ahora hay que cortar gas para que no se acelere demasiado. Además, llega un momento en el que el governor ya no puede “controlar la situación”, pues trabaja dentro de unos márgenes que no hay que traspasar.
Para descensos prolongados (y pronunciados) se seleccionan 2500 rpm, para que así se fuerce al gov. a que mantenga un paso más corto, y la hélice no permita alcanzar mucha velocidad. Es el equivalente a poner una marcha corta en el coche en un descenso prolongado, para que retenga.
En corta final, al aterrizar, se ponen máximas RPM’s, por dos motivos: máxima “retención” (con el gas cortado, obviamente), y además, en caso de tener que hacer motor y al aire, ya tenemos seleccionadas las RPM’s para máxima potencia.
El funcionamiento del motor de un Yak, MiG, Lavotchkin, etc etc... casi todos los de la 2ª GM salvo los alemanes, es idéntico (los de verdad, no los del FB).
Tienes un rango de RPM’s y manifold (el dato del manifold requerido no lo especifica en las caractarísticas de los aviones en el manual avanzado, al contrario que las RPM’s) para cada situación. Despegue, ascenso, crucero económico, crucero rápido, combate, descenso.....)
Y creo que ya está todo........,
Espero que os sea útil (como mínimo para las noches en que cuesta coger el sueño J )
RedEye_Apre
Edito:
tranqui que en el lomac esto no pasa, los aviones de ahora son muy listos, tu solo le dices: 80% de potencia, y el ordenador regula todo lo que necesita para poner 80% en el menor tiempo posible
el gran fallo de los aviones rusos me parece, lo que tardan en subir desde ralenti hasta full afterburner