El gran giro de la hélice Las hélices pueden ser de diversos tamaños y venir en diferentes colores, pero básicamente son de dos clases: de paso fijo y de velocidad constante. En un avión con hélice de paso fijo (como el Skyhawk SP que ya ha pilotado), una palanca (el acelerador) controla tanto la potencia como las rpm de hélice; sin embargo, el Baron posee lo que se conoce como hélice de velocidad constante, constante, que quiere decir que existen controles distintos para la potencia y para las rpm de hélice. La hélice de paso fijo del Skyhawk SP tenía el cabeceo (ángulo de ataque) fijo o se establecía de forma permanente durante el proceso de forja. En definitiva, que el ángulo está hecho a fuego (bueno, en realidad en aluminio). No es posible modificar el cabeceo a menos que se reemplace la hélice, lo que resulta un buen método para evitar cambiar el cabeceo de la hélice durante el vuelo. No es que las hélices de paso fijo sean perfectas para todo, pero sí lo más práctico en mucho casos. Representan el equilibrio entre el mejor ángulo de ataque de una pala de la hélice y el mejor ángulo para el vuelo de crucero. Las hélices de paso fijo no presentan dificultad alguna a la hora de operar con ellas y, además, su mantenimiento es más simple (esto es, menos caro). Como ya he dicho, en los aviones con este tipo de hélice, como el Skyhawk SP, el control de la potencia y de las rpm del motor se realiza a través del acelerador. Todo (potencia y rpm) por medio de una palanca. Y no hay más. Sin embargo, los aviones complejos tienen lo que se denomina hélices de velocidad constante (o constante (o de paso regulable).
Figura 1-7
Los aviones con este tipo de hélice cuentan generalmente con un acelerador y un control de hélice, de manera que la potencia y las rpm de la hélice se controlan por separado, tal y como se muestra en la figura 1-7. A pesar de estar volando con un Baron, las ilustraciones muestran aquí un avión complejo monomotor, dado que llegará un punto en que quiera pilotar un aparato de tales características. Así que, si desea aplicar este material al Baron, duplique todo lo que digo (excepto los chistes).
En los aviones con hélices de velocidad constante, será el movimiento del acelerador lo que determine la cantidad de combustible y de aire que llega a los cilindros. Dicho de otra forma más simple, el acelerador establece cuánta potencia puede desarrollar el motor. El movimiento del control de la hélice altera el cabeceo de ésta (el ángulo de ataque), lo que repercute directamente en el control de la velocidad de giro de la hélice (rpm), tal y como se muestra en la figura 1-8.
Figura 1-8
Si el acelerador determina la potencia del motor, el cabeceo de la hélice define la eficacia con que esta potencia se emplea. Ahora procederemos a analizar el modo en que la hélice regulable funciona. Tras ello, analizaremos los motivos por los que cambiar el cabeceo de la hélice en el Baron resulta de gran utilidad. La finalidad del control de hélice El movimiento hacia delante del control de hélice provoca que las dos mitades de la hélice giren alrededor de sus ejes y ataquen el viento con un ángulo inferior (esto es, cojan un menor volumen de aire), tal y como se muestra en la figura 1-9.
Figura 1-9
Por nuestra charla anterior sobre aerodinámica, sabrá que un ángulo de ataque menor implica menor resistencia al movimiento hacia delante y, como consecuencia, si se mueve el control de hélice hacia delante, las rpm de la hélice aumentarán. Así, si este control se mueve hacia atrás, la hélice atacará el viento con un ángulo de ataque mayor (es decir, tomará un mayor volumen de aire). La resistencia de la hélice aumentará, mientras que las rpm disminuirán, tal y como se muestra en la figura 1-10.
Figura 1-10
Del mismo modo que el taquímetro indica la velocidad de giro de la hélice (sus rpm), el manómetro del colector de admisión señala cuánta aceleración se está aplicando, al tiempo que proporciona una medida aproximada de la potencia de motor utilizada (figura 1-11).
Figura 1-11
Para entender a qué hace referencia el manómetro del colector de admisión, es necesario que aporte unas nociones acerca del primer ciclo de un motor de cuatro ciclos. Cabeceo bajo y altas rpm Al subir una cuesta muy escarpada en coche, espera que el motor del coche desarrolle prácticamente el cien por cien de su potencia máxima, por eso empieza con una marcha baja. Una marcha baja se traduce en altas rpm de motor y, en consecuencia, en una potencia de motor mayor que se transmite a las ruedas (figura 1-21, posición A). El resultado final es que existen pocas probabilidades de que el coche se quede empantanado en la subida. Si no, preste atención la próxima vez que suba por una cuesta escarpada: verá cómo da muchos pasitos cortos (altas rpm) en lugar de grandes zancadas como haría en llano.
Figura 1-21
La misma filosofía podría aplicarse a los aviones. En un ascenso, queremos que el motor del avión desarrolle la máxima potencia, ya que así es posible c onseguir un impulso mayor (recuerde que es un exceso de impulso lo que lleva a un avión a ascender). La potencia del motor depende de sus rpm. Para que un motor desarrolle la máxima potencia, debe funcionar al máximo valor de rpm permitido. Con un valor de rpm inferior, el motor desarrollaría sólo una parte del total de caballos de potencia. Esta es la razón por la que al despegar (o al hacer una maniobra de falso despegue) queremos que la hélice esté establecida en la posición de cabeceo más baja (máximas rpm), es decir, con la palanca de la hélice totalmente hacia delante. En tal posición, la hélice opone menor resistencia al aire y, como consecuencia, las rpm son más altas (figura 1-21, posición B). En estas condiciones el motor desarrolla su potencia máxima y, por tanto, el impulso necesario para el ascenso y la aceleración. Ahora quizá se pregunte cómo es posible que la hélice desarrolle el máximo impulso sin tomar un volumen de aire mayor. Piénselo de este modo: si la hélice cogiera un volumen
grande de aire (un ángulo de ataque grande), es probable que se obtuviera un mayor impulso, pero únicamente si la hélice continuara girando a gran velocidad. Ahí está el problema Si cogiera grandes volúmenes de aire, aumentaría la resistencia de la hélice (igual que un ala con un ángulo de ataque grande). De esta forma, la velocidad de la hélice aumenta desproporcionadamente y se evita que el motor desarrolle la máxima potencia (el aparato se empantana, como le pasaba al coche). El resultado último es que la hélice produce un impulso menor del que es capaz de conseguir. Otra forma de concebir esto es pensando en una licuadora. Si no tiene, no se preocupe. Empiece por enviar unas pocas invitaciones de boda. Si echa las verduras antes de que la palas empiecen a girar, la máquina se empantanará (las rpm permanecerán bajas), de tal modo que no se troceará nada porque el motor tiene menos fuerza de giro a velocidades más reducidas. Pero en el momento en que las palas de la licuadora funcionen a más velocidad, nada podrá resistirse a su fuerza giratoria. Por altas rpm de motor se entiende que se desarrolla la máxima potencia y que las palas de la licuadora se resisten a ceder cuando se encuentran con trozos de verdura duros. El resultado global con altas rpm de motor en el avión es que se obtiene el mayor impulso del motor cuando la hélice gira más rápido, incluso cuando las palas están en una posición de cabeceo más baja. Cabeceo alto y bajas rpm ¿Hay algún momento en el que no es necesario desarrollar la máxima potencia del motor? Sí. Por ejemplo, si está en una autopista, el automóvil sólo precisará de la potencia necesaria para moverse a una velocidad razonable (puede que a un 55 o un 65 por ciento de su potencia máxima). La marcha alta (bajas rpm del motor) se selecciona para mantener las velocidades de autopista (figura 1-22, posición A). Por marcha alta se entiende aquella que hace girar el motor a bajas rpm, de modo que sólo se producen los caballos de potencia necesarios para que el coche se mantenga en movimiento a una velocidad aceptable. Esto se consigue con un consumo de combustible inferior a si el coche fuera a toda máquina.
Figura 1-22
Los aviones funcionan de manera parecida en los vuelos de crucero (figura 1-22, posición B), ya que no es preciso desarrollar la máxima potencia. Nuestro interés reside en obtener una velocidad de aire razonablemente rápida consumiendo poco combustible. Al fin y al cabo, podríamos manejar el Baron en vuelo de crucero con el acelerador a fondo... ¿pero por qué? La gran resistencia que va unida a las máximas velocidades se traduciría en un consumo desmesurado de combustible y, además, no nos permitiría desplazarnos mucho más rápidamente (no olvide que la resistencia total aumenta muy significativamente cuanto mayor sea la velocidad del aire). Por lo tanto, un vuelo de crucero es el resultado del equilibrio entre una velocidad del aire alta y un consumo de combustible bajo. Con la combinación adecuada de presión del colector y rpm de motor, es posible obtener una velocidad del aire razonable para un determinado consumo de combustible (consulte la figura 1-20 para ver algunas de estas combinaciones). En los vuelos de crucero, seleccionamos la presión del colector deseada con el acelerador y las rpm del motor, con el control de hélice. Así, la hélice producirá una cantidad determinada de elevación (impulso) en relación a un consumo de combustible (menor) específico. ¿Por qué hélices de velocidad constante? Las hélices de cabeceo regulable en aviones complejos pertenecen a la variedad de velocidad constante. Una vez establecidas las rpm, los cambios que tengan lugar en la presión del colector (por accionamiento del acelerador) no influirán en la velocidad del motor; esto es, la apertura (figura 1-23) o el cierre (figura 1-24) del acelerador (o el cambio de actitud del aparato) no inciden en las rpm del motor. Este es el motivo por el que las hélices regulables se denominan también de velocidad constante. Evidentemente, si se tira del acelerador totalmente para atrás, no existirá potencia suficiente para mantener el giro de la hélice, de manera que las rpm del motor descenderán irremediablemente.
Figura 1-23
Figura 1-24
El motivo de que un avión cuente con hélices de velocidad constante es que se reduce la carga de trabajo del piloto, ya que, en lugar de tener que reajustar las rpm cada vez que la potencia cambia, tan sólo hay que fijarlas y permanecerán invariables. Ocurre como con un termostato, que mantiene una temperatura constante (aunque el mío en casa sólo tiene dos opciones: frío y Kenia). ¿Cuáles son las ventajas de tener una hélice que mantiene una velocidad (constante) preestablecida? Por lo pronto, hay un elemento menos que reajustar mientras se controla la potencia. Supongamos que el manual operativo para pilotos del avión recomienda emplear 25 pulgadas de presión del colector y 2500 rpm (25 al cuadrado en la jerga de los pilotos, lo que demuestra que el fuerte de algunos no son las matemáticas) como método más eficaz para la potencia del motor en los ascensos. A medida que ascienda, la presión del colector irá decreciendo una pulgada por cada mil pies de altitud ganados (puesto que la presión del aire externo disminuye en la misma proporción). Dado que posee una hélice de velocidad constante, las rpm se establecerán automáticamente en 2500, con independencia de las variaciones que la presión del colector (o las posiciones del acelerador) pudiera sufrir. Todo lo que ha de hacer es seguir acelerando para conservar la presión del colector deseada en el ascenso. Las rpm no necesitan ningún ajuste. En el Baron, todos los despegues han de realizarse con el acelerador a fondo (a aproximadamente 29 pulgadas de presión del colector) y con los controles de hélices totalmente hacia delante, con lo cual se alcanzará un valor de 2700 rpm. Esto se denomina potencia de despegue, y con ella se garantiza el máximo impulso en esta situación. No obstante, cuando el aparato llegue a una altitud de maniobra segura, reduciremos la potencia a 25 pulgadas de presión del colector y a 2500 rpm. Así, se evita la sobrecarga del motor y, en consecuencia, que éste sufra algún daño por un calentamiento excesivo. Una altitud de 500 pies está considerada como segura para realizar maniobras (a no ser que yo mismo recomiende una altitud mayor en otra lección, que es posible). ¿Y por qué 500 pies? Existe una escuela de pensamiento que asegura que la primera reducción de potencia tras el despegue cambia el nivel de fatiga del motor y, posiblemente, agrava
cualquier problema que el motor pudiera tener, por lo que se corre el riesgo de que se produzca una avería. Así, parece bastante lógico no ajustar la potencia hasta alcanzar una altitud en la que sea menos complicado maniobrar con el avión y volver para aterrizar. En un vuelo de crucero, emplearemos un valor de presión del colector comprendido entre 19 y 23 pulgadas y unas rpm de alrededor de 2300, según las especificaciones fijadas para la lección.
