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3. INFLUENCIA DE LAS REVOLUCIONES DEL MOTOR
El “Yak” esta dotado de una hélice de paso variable,
con regulador de revoluciones centrifugo. En la cabina se encuentra el
mando del regulador que permite sin tocar la palanca de gas, variar las
revoluciones en un rango muy amplio. Esto está hecho para:
1)
Antes del despegue comprobar el correcto funcionamiento del
regulador y del mecanismo de variación del ángulo de ataque de las palas
de la hélice;
2)
En épocas frías calentar el grupo de cilindros de la hélice para
evitar que se produzca la sobrerevolución de la hélice durante el
despegue;
3)
Durante vuelos de largo alcance y/o duración, ajustar las
revoluciones óptimas (económicas) para una velocidad dada;
4)
En caso de sobrecalentamiento del motor, reducir la temperatura
del aceite y del agua, cuando otros medios ya habían sido empleados sin
éxito.
Muy a menudo los pilotos colocan la hélice en paso
grueso para aumentar la máxima velocidad horizontal y ascensional.
Habitualmente los pilotos lo justifican diciendo que el avión muestra
sus mejores prestaciones entre 2.200 y 2.400 r.p.m., que el incremento
de las revoluciones por encima de las 2.400 r.p.m. no tiene sentido,
dado que en este caso la hélice “tira” mal. Dicen que a revoluciones de
2.700 r.p.m. existe peligro de sobrerevolucionar la hélice, con lo cual
luego es obligatorio desmontar y revisar el filtro Kuno, etc. Para
justificar que la reducción de las revoluciones incrementa la velocidad,
los pilotos en ocasiones ponen de ejemplo el caso cuando en el momento
de poner el paso grueso sienten cómo el avión da un fuerte tirón hacia
delante.
La hipótesis que considera que las revoluciones de
2.700 r.p.m. equivalen a sobrerevolución de la hélice, es decir, a las
máximas revoluciones permitidas, no tiene ningún fundamento. Estas son
precisamente las revoluciones a las cuales el motor pasó sus pruebas y a
estas revoluciones fueron registradas todas las características del
avión durante los vuelos de prueba. Según la ficha técnica y el
formulario del motor VK-105PF, las 2.700 r.p.m. son consideradas como
revoluciones nominales, y las revoluciones máximas permitidas son 2.800
r.p.m. funcionando durante 30 segundos. Por consiguiente, las
revoluciones consideradas como peligrosas para el motor son las que
superan los 2.800 r.p.m. o las 2.800 r.p.m. justas durante más de 30
segundos.
Referente al tirón que realiza el avión tras poner
la hélice en paso grueso, este fenómeno realmente si se produce. A pesar
de ello, esto no significa para nada que el paso grueso incremente la
velocidad. El caso es que el tirón solamente se produce justo en el
momento de poner la hélice en paso grueso, antes de que el tacómetro
marque la reducción de las revoluciones, así que si el piloto se fija
bien y espera durante un tiempo, se dará cuenta de que la tracción se
reducirá con el tiempo, y la velocidad disminuirá.
¿Por qué el piloto nota un tirón en el momento de
poner la hélice en paso grueso?
Cuando el piloto retira la palanca del paso de la
hélice, lo que hace es colocar sus palas a un ángulo de ataque mayor. El
VMG (grupo hélice-motor), girando a revoluciones nominales, por inercia
conserva estas revoluciones, por eso el motor durante un tiempo muy
breve es capaz de mover la hélice más “pesada” girando a revoluciones
nominales (o cercanas a las nominales). Es así como se puede explicar el
fenómeno del “tirón”.
Dicho lo anterior, aquella argumentación de los
pilotos no tiene ningún fundamento.
¿Cuáles con las consecuencias de poner la hélice en
paso grueso?
Las palas del supercompresor tienen una transmisión
fija (no se puede desconectar), conectada con el cigüeñal del motor. Por
eso, al reducir las revoluciones del motor, se reduce la velocidad de
giro de las palas del supercompresor, con lo que se reduce la compresión
del aire que producen las palas, y por consiguiente, se reduce el límite
de altitud del motor, es decir, aquella altitud, a partir de la cual la
potencia del motor se reduce.
Por cada 150 r.p.m que aumentamos el paso grueso de
la hélice, se produce una reducción del límite de altitud en 450m.
Debido a que las velocidades horizontal y vertical
en el limite de altitud a efectos prácticos son consideradas como las
máximas, (reduciéndose por encima y por debajo de la misma, ver Fig.5),
entonces la reducción de las revoluciones no solamente provoca una caída
de potencia prematura, sino también una reducción de velocidad
horizontal y vertical por encima de un nuevo limite de altitud.
Fig.5. Variación de las máximas velocidades
horizontales y verticales a causa de la reducción del límite de altitud
al poner la hélice en paso grueso.
De esta manera, poner la hélice en paso grueso en
primer lugar hace que se reduzcan los límites de altitud, reduciéndose
al mismo tiempo la máxima velocidad horizontal y vertical.
En el motor VK-105PF, como en cualquier otro motor
de combustión interna, la potencia con el estrangulador (admisión de
gases) totalmente abierto depende de las revoluciones del motor y de la
altitud de vuelo. La relación entre estos parámetros se muestra en
Fig.6. En esta grafica podemos observar una particularidad del motor
VK-105PF, y es que volando más bajo respecto al límite de altitud el
motor desarrolla la velocidad máxima no a revoluciones nominales, sino a
2.600 r.p.m. Si el motor gira a revoluciones nominales (2.700 r.p.m.) o
a 2.500 r.p.m., en ambos casos se pierden 50hp de potencia en
comparación con la potencia que el motor hubiese suministrado a
2.600r.p.m. Cuando el motor gira a 2.400 r.p.m., se pierden 110hp de
potencia.
Fig.6. Características del motor VK-105PF: potencia
en función de revoluciones y altitud de vuelo
Volando por encima del límite de altitud, el motor
entrega la máxima potencia girando a revoluciones nominales (2.700 r.p.m.).
En esta situación, poner la hélice en paso grueso en cualquier caso
reduce la potencia del motor. Por ejemplo, reduciendo las revoluciones
de 2.700 a 2.600 r.p.m., la potencia se reduce en 30hp, y cuando las
revoluciones se pasan de 2.700r.p.m. a 2.500 r.p.m., se pierden 80hp. Y
así sucesivamente.
La máxima velocidad horizontal y ascensional del
avión analizado anteriormente depende de la potencia del motor de tal
manera que cuanto mayor sea ésta, mayor será la máxima velocidad
horizontal y ascensional. Por eso la variación de estos dos últimos
parámetros será proporcional a la variación de la potencia del motor.
De esta manera, el segundo efecto causado por la
puesta de la hélice en paso grueso será la reducción de la potencia del
motor, y al mismo tiempo, reducción de la máxima velocidad horizontal y
ascensional. No será difícil darse cuenta de que en unos casos poner la
hélice en paso grueso da resultados positivos, y en otros - negativos.
El tercer efecto derivado de poner la hélice en
paso grueso es la variación del rendimiento de la propia hélice.
El coeficiente del rendimiento de una hélice es una
función compleja que relaciona las revoluciones, la potencia, la altitud
y la velocidad de vuelo, por tanto analizar su rendimiento será
imposible con un análisis tan elemental como habíamos empleado para
definir los dos factores anteriores. En cualquier caso podemos destacar
lo siguiente:
1. Volando a gran velocidad y a bajas altitudes, la
disminución de las revoluciones de la hélice puede incrementar su
rendimiento. Por ejemplo, volando en vuelo rasante y a máxima velocidad,
la disminución de revoluciones de 2.700 a 2.400 r.p.m. incrementa el
rendimiento de la hélice en 10-12% aproximadamente. La explicación es
simple.
La hélice muestra el mayor rendimiento en aquel
caso cuando sus palas están fijadas a un ángulo de ataque que
corresponde a la “calidad optima”, o αopt (Fig.7). El
incremento o la reducción del ángulo de ataque de las palas aleja la
hélice de la zona de la “calidad optima”, reduciendo su rendimiento.
Volando en vuelo rasante, a máxima velocidad y a revoluciones del motor
de 2.700 r.p.m., el ángulo estándar de las palas será demasiado pequeño,
por eso un ligero incremento del paso grueso de la hélice incrementa su
rendimiento. Por otro lado, este incremento del rendimiento también se
produce a causa de la reducción de las perdidas que sufre la hélice,
derivadas de la compresibilidad del aire.
A medida que vamos subiendo, debido a que la
densidad del aire se reduce, la hélice pasa automáticamente a ángulos de
ataque superiores, por eso poner la hélice en paso grueso ya no produce
ese efecto positivo.
Fig.7. El ángulo de ataque de las palas en función
de la velocidad de vuelo (a las mismas revoluciones del motor).
2. A medida que se vaya ganando la altitud, la
reducción de revoluciones no aumenta sino reduce el rendimiento de la
hélice. Esto se explica por lo siguiente: durante la subida, debido a la
baja velocidad de vuelo el ángulo de ataque de las hélices ya es grande
por definición, por eso ponerla en paso grueso solamente hará reducir su
rendimiento.
Esto son algunas de las consecuencias derivadas de
poner la hélice en paso grueso. Durante el vuelo, todos estos factores
no influyen de manera separada sino que lo hacen en conjunto, y además,
hay otros efectos que también influyen, como es la “presión de velocidad”,
el régimen de vuelo y etc. Como resultado, al variar las revoluciones
del motor la velocidad máxima a diversas altitudes varia tal y como se
muestra en la Fig.8.
Fig.8. La máxima velocidad horizontal en función de
la altitud y el número de revoluciones del motor.
En la Fig.8 podemos observar que poner la hélice en
paso grueso reduciendo las revoluciones de 2.700 a 2.550 r.p.m. aumenta
ligeramente la máxima velocidad en el tramo entre la tierra y el primer
límite de altitud, y también desde la altitud en la cual se cambia la
velocidad del supercompresor a 2.700 r.p.m. hasta el segundo límite de
altitud. Por encima del primer limite de altitud hasta la altitud en la
cual se cambian las velocidades del supercompresor a revoluciones de
2.700 r.p.m. y por encima del segundo limite de altitud hasta el techo
del avión, la velocidad máxima a 2.550 r.p.m. es menor que a
revoluciones nominales.
Cuando la hélice se pone en paso grueso
excesivamente, por ejemplo hasta reducirse a 2.300 r.p.m., la velocidad
máxima será muy inferior respecto a la velocidad a las revoluciones
nominales en todo el rango de altitudes, sobre todo por encima de los
límites de altitud del avión.
La variación de la velocidad en función de las
revoluciones se muestra en la Fig.9
Fig.9. La velocidad máxima en función de las
revoluciones del motor.
Dicho lo anterior, las revoluciones óptimas para
lograr la máxima velocidad, dependen de la altitud de vuelo: a bajas
altitudes, conviene reducir un poco las revoluciones, mientras que a
grandes altitudes no conviene reducir las revoluciones. El incremento de
velocidad derivado de la reducción de las revoluciones puede ser
obtenido solamente en aquel caso cuando esta reducción no provoca una
disminución de la supercompresion (Pk).
A pesar de que haciendo un poco más pesada la
hélice puede producirse un cierto incremento de velocidad en
determinados tramos de altitud por debajo del límite de altitud, en la
instrucción para el piloto no se recomienda hacerlo por lo siguiente:
1) El incremento de velocidad no supera los 6-7 km/h;
2) El incremento de velocidad se produce en un
tramo de altitudes bastante limitado y poco usado durante un combate
aéreo;
3) Si el mando del paso de la hélice es giratorio (y
partiendo de que la hélice esta inicialmente en paso grueso), el cambio
a las revoluciones nominales exige tiempo, el cual puede faltar durante
el combate aéreo; el piloto se verá obligado a efectuar el combate aéreo
a revoluciones reducidas, que no son óptimas ni para efectuar ascensos
ni para lograr la mejor maniobrabilidad vertical, ni tampoco para
efectuar combates a la máxima velocidad a grandes altitudes;
4) Si el mando del paso de la hélice es una palanca,
la dirección de la hélice se dificulta porque las palancas del paso de
la hélice y de la palanca de gas van en paralelo.
Así influyen las revoluciones sobre la velocidad
máxima.
Veamos a continuación, cómo influyen sobre la
velocidad ascensional.
Si para lograr la máxima velocidad horizontal las
mejores revoluciones son determinadas por la altitud, para lograr la
máxima velocidad ascensional, sin duda alguna, las mejores son las
revoluciones nominales (2.700 r.p.m.) con independencia de la altitud.
Más aún, si las revoluciones de 2.800 r.p.m. fueran permitidas, éstas,
por las causas indicadas anteriormente, serían incluso mejores que las
nominales.
¿Qué pasa si el piloto efectúa el ascenso a
revoluciones reducidas?
Como muestra la Fig.10, haciendo pesada la hélice,
pasando de 2.700 a 2.550 y a 2.400 r.p.m., el tiempo de trepada hasta
5.000m de altitud se incrementa en 0.6 y 1.35 minutos respectivamente, y
al mismo tiempo se reduce el techo del avión.
Fig.10. El tiempo de trepada en función de las
revoluciones del motor.
Resumiendo, podemos concluir que con una hélice
pesada no es posible lograr ni la máxima velocidad ascensional ni el
techo del avión. |
