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Una unidad reductora de velocidad de hélice es una caja de engranajes o un dispositivo de correa y polea que se utiliza para reducir las revoluciones por minuto (rpm) de salida a partir de las rpm de entrada más altas del motor. [ 1 ] Esto permite que los motores de combustión interna de pequeña cilindrada hagan girar las hélices de las aeronaves dentro de un rango de velocidad eficiente.
Historia y funcionamiento
Los hermanos Wright reconocieron la necesidad de engranajes reductores de hélice en 1903, pero no se generalizó su uso en motores de aeronaves hasta que se diseñaron motores más grandes en la década de 1920. [ 1 ] Los motores grandes con altas velocidades del cigüeñal y potencias de salida exigían reducción de hélice; los pilotos notaron el aumento en el rendimiento de aeronaves similares equipadas con engranajes reductores. [ 1 ]
Tipos
Los tipos de unidades reductoras de velocidad de hélice incluyen: [ 1 ]
- Transmisión por cadena
- Engranaje de reducción simple o de dientes rectos
- Engranaje recto interno
- Tipo planetario Farman o de bisel
- engranaje solar fijo
- Engranaje interno fijo
- Transmisión por correa
- Engranaje epicíclico
Variaciones de diseño
El motor Rolls-Royce Falcon de 1915 presentaba engranajes reductores de hélice epicicloidales que contenían un embrague diseñado para limitar el par máximo , protegiendo así los engranajes reductores. [ 2 ] El posterior motor Merlin de la misma compañía utilizaba engranajes reductores de rotación opuesta para proporcionar hélices contrarrotatorias para aeronaves bimotores, un método mucho más económico que diseñar y construir los motores para que funcionaran en direcciones opuestas. [ 3 ]
El principal desafío al acoplar cajas de engranajes a motores de combustión interna radica en la resonancia torsional que puede desarrollarse a ciertas velocidades. La carga de la hélice y la unidad reductora puede alterar las frecuencias de resonancia del cigüeñal, lo que permite que la vibración torsional aumente rápidamente hasta alcanzar niveles elevados a determinadas velocidades de rotación. Las medidas adoptadas por el diseñador para mitigar las resonancias torsionales en el diseño original del motor pueden resultar ineficaces si la frecuencia de resonancia se ve alterada por el uso de una unidad reductora. En ocasiones, se utilizan embragues o acoplamientos flexibles para evitar que la resonancia torsional alcance niveles perjudiciales.
Los motores de la serie Continental Tiara utilizaban un único conjunto de engranajes para accionar tanto la hélice como el árbol de levas , lo que permitía que la hélice girara a la mitad de la velocidad del motor. [ 4 ]
Aplicaciones
El uso de engranajes reductores de hélice fue muy común durante el apogeo del uso de motores de pistón en la aviación (desde la década de 1930 hasta la de 1940), y prácticamente todos los motores de pistón más potentes jamás construidos para su uso en aeronaves fueron diseñados para utilizar engranajes reductores.
El uso de una unidad reductora es común en la construcción de aeronaves experimentales de fabricación casera cuando se utilizan motores de automóviles. Estos motores, además de su menor costo, suelen tener menor cilindrada que los motores de aeronaves ligeras diseñados específicamente para este fin y desarrollan su potencia máxima a altas revoluciones por minuto (rpm), generalmente por encima de las 4000 rpm. Los motores de aeronaves tradicionales, donde la hélice suele estar fijada directamente al cigüeñal, desarrollan su potencia máxima cerca de la velocidad máxima segura y eficiente para la hélice: de 2500 a 3000 rpm. Esta velocidad se considera la velocidad máxima típica para la hélice de una aeronave monomotor debido a la necesidad de mantener la velocidad de la punta de la hélice por debajo de la velocidad del sonido.
Los motores de aeronaves con certificación de fábrica también han utilizado reductores integrados en su diseño. El Cessna 175 empleaba un reductor de engranajes, parte del motor Continental GO-300, mientras que el Helio Courier y varios bimotores Beechcraft , entre otros, utilizaban los motores Lycoming GO-435 y GO-480 , también con reductores de engranajes . Muchas aeronaves deportivas ligeras utilizan motores Rotax , como el Rotax 912 , que incorpora un reductor de engranajes.
Véase también
Referencias
Notas
Bibliografía
- Hélices
- Mecanismos (ingeniería)