Ao longo dos anos, muitos tipos diferentes de hélices de aeronaves foram experimentados. Alguns têm mais sucesso do que outros. Descubra alguns dos tipos mais comuns de hélices em aeronaves e aprenda as diferenças entre cada um deles.
O dispositivo que converte a energia rotacional gerada pelo motor ou qualquer outra fonte mecânica em força propulsora é chamado de hélice. As hélices são uma parte essencial da aeronave, pois sem elas um avião não pode voar.
Existem diferentes tipos de hélices de aeronaves disponíveis hoje. Veremos alguns dos tipos mais comuns de hélices de aeronaves e veremos como eles são diferentes uns dos outros.
1. Pitch fixo
A hélice que tem o ângulo da pá ou passo da pá dentro da hélice é categorizada como uma hélice de passo fixo. Uma vez que a hélice foi construída, o ângulo da pá não pode ser alterado. As hélices de passo fixo são geralmente de uma só peça e feitas de liga de alumínio ou madeira.
Essas hélices são projetadas para fornecer a melhor eficiência em velocidades de avanço. Eles se encaixam em um conjunto específico de condições de velocidade do motor e do avião. Qualquer mudança nessas condições reduz a eficiência da hélice e do motor. Hélices de passo fixo são usadas em aviões de baixa velocidade, potência, altitude ou alcance.
Muitos aviões monomotores têm hélices de passo fixo instaladas e as vantagens que oferecem incluem operação simples e menos despesas. Essas hélices não requerem entrada de controle do piloto durante o voo.
As hélices de passo fixo são posteriormente categorizadas em hélices de madeira e hélices de metal.
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| Hélice vintage de passo fixo de madeira |
Hélices fixas de madeira ou hélices de madeira dificilmente são encontradas nas aeronaves de hoje, mas eram amplamente utilizadas antes da introdução das hélices de metal. Essas hélices foram construídas camada por camada com madeira especialmente preparada. Madeira de nogueira preta, madeira de bordo de açúcar, madeira de bétula amarela e madeira de cerejeira preta eram os mais comumente usados na fabricação dessas hélices de madeira, agora antigas.
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| Hélice de metal de passo fixo |
As primeiras hélices de metal foram usadas nas aeronaves para operações militares durante 1940. Essas hélices foram feitas com liga de alumínio incrivelmente forte e durável. O material metálico usado na fabricação dessas hélices foi tratado para melhorar suas propriedades e torná-lo menos sujeito a empenamento devido a danos causados pelo calor ou frio. Hoje, é difícil encontrar uma hélice de avião feita de qualquer coisa além de metal.
2. Hélice ajustável no solo
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| Hélice ajustável no solo |
A operação de hélices ajustáveis no solo é semelhante à de uma hélice de aeronave de passo fixo. O ângulo ou passo da pá só pode ser alterado quando a hélice não está girando. Um mecanismo de fixação mantém a lâmina da hélice no lugar. O ângulo da lâmina pode ser alterado afrouxando este mecanismo.
Não há como mudar o passo das pás durante o voo para atender a requisitos variáveis, que é uma das razões pelas quais hélices ajustáveis no solo não são usadas nas aeronaves modernas.
3. Hélices de passo controlável
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| Hélice de passo variável controlável |
Como o nome sugere, o passo da pá ou ângulo de uma hélice de passo controlável pode ser alterado durante o voo enquanto a hélice da aeronave ainda está funcionando. Isso significa que o ângulo da pá da hélice pode ser alterado para atender às condições de voo.
No entanto, o número de posições de passo é limitado - o passo pode ser ajustado para ângulos entre as configurações de passo máximo e mínimo da hélice. Com hélices de passo controlável, é possível atingir uma determinada rotação do motor para atender a condições de voo específicas.
É fácil confundir hélices de passo controlável com hélice de velocidade constante, mas os dois são diferentes. As hélices de passo controlável permitem que o ângulo da pá seja alterado enquanto a hélice está girando. No entanto, a pá da hélice deve ser trocada diretamente pelo piloto. O ângulo da pá da hélice não mudará até que o piloto o altere. Por outro lado, o ângulo da pá de uma hélice de velocidade constante pode mudar automaticamente.
4. Hélices de velocidade constante
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| O mecanismo de funcionamento interno de uma hélice de velocidade constante |
As hélices de velocidade constante aumentam a velocidade quando o avião mergulha e diminuem a velocidade quando sobe devido à mudança de carga no motor. Para garantir que a hélice proporcione um voo eficiente, o piloto tenta manter a velocidade o mais constante possível.
O mecanismo que permite que uma hélice de velocidade constante funcione é conhecido como governador da hélice . Um governador de hélice detecta a velocidade do motor da aeronave e altera o ângulo da pá da hélice para manter uma rotação específica, independentemente das condições operacionais da aeronave.
O uso do governador da hélice para aumentar e diminuir o passo da hélice permite que o piloto mantenha a velocidade do motor constante. Quando a aeronave sobe, o ângulo da pá da hélice diminui, evitando que a velocidade do motor da aeronave diminua.
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| Governador de hélice em uma aeronave |
Quando a aeronave entra em mergulho, o ângulo da pá da hélice aumenta, evitando o excesso de velocidade e, portanto, a potência de saída não muda - uma vez que não há alteração na configuração do acelerador.
Se as configurações de aceleração do avião forem alteradas em vez de alterar sua velocidade mergulhando ou subindo, o ângulo da pá da hélice diminui ou aumenta conforme necessário para manter uma rotação constante. A potência do motor muda de acordo com as alterações no ajuste do acelerador da aeronave.
O mecanismo de mudança de passo de uma hélice de velocidade constante usa um arranjo de pistão e cilindro e é operado hidraulicamente usando pressão de óleo. Qualquer um dos cilindros se moverá sobre um pistão ou o pistão se moverá em um cilindro estacionário. O movimento linear do pistão é convertido em movimento rotativo por diferentes tipos de ligações mecânicas para alterar o ângulo da pá da hélice.
Engrenagens podem ser usadas para a conexão mecânica - o mecanismo de mudança de passo responsável por girar a coronha de cada lâmina. Um rolamento é montado em cada lâmina que permite girar para alterar o ângulo da lâmina.
A pressão do óleo necessária para operar os vários mecanismos de mudança de passo hidraulicamente vem diretamente do sistema de lubrificação do motor. A pressão de óleo mais alta fornece uma mudança rápida do ângulo da lâmina. O óleo pressurizado é direcionado pelo governador para a operação do mecanismo de mudança de passo da hélice.
O governador usado para controlar os mecanismos de mudança de passo de uma hélice é conectado ao virabrequim do motor da aeronave e responde às mudanças na rotação do motor. Quando a rotação aumenta acima de seu valor definido, o governador faz com que o mecanismo de mudança de passo da hélice aumente o ângulo das pás. A mudança no ângulo aumenta a carga do motor da aeronave e diminui a rotação do motor.
Quando a rotação do motor diminui abaixo do valor específico do governador (para o qual o governador está definido), o governador faz com que o mecanismo de mudança de passo da hélice diminua o ângulo da pá. Isso diminui a carga do motor, aumentando assim a rotação. Dessa forma, o regulador tende a manter a rotação constante.
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| Diagrama de hélice de velocidade constante |
Em uma hélice de velocidade constante, o sistema de controle ajusta automaticamente o passo com a ajuda de um regulador para manter uma rotação predefinida do motor. Portanto, a atenção do piloto não é necessária para ajustar o passo da hélice.
Por exemplo, se a velocidade do motor aumentar, ocorrerá uma condição de velocidade excessiva e a hélice precisará diminuir a velocidade. O governador aumenta automaticamente o ângulo da pá da hélice até que a rotação desejada seja estabelecida. Boas hélices de velocidade constante respondem a pequenas variações para garantir que uma rotação constante do motor seja mantida durante todo o voo.
5. Hélices de difusão
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| Pena de hélice em um Antonov 140 |
Essas hélices são usadas com aeronaves multimotoras. Se um ou mais motores falharem, essas hélices reduzem o arrasto da hélice ao mínimo. O embaçamento das hélices pode alterar o ângulo da pá de uma hélice para aproximadamente 90 graus. As hélices geralmente ficam emplumadas quando o motor da aeronave deixa de gerar a potência necessária para girar a hélice.
A pá da hélice é girada em um ângulo paralelo à linha de voo para reduzir significativamente o arrasto do avião. Quando as pás ficam paralelas à corrente de ar, a hélice da aeronave para de girar e o movimento do vento é minimizado.
Na maioria das hélices pequenas embandeiradas, a pressão do óleo é usada para diminuir o ângulo da pá da hélice, enquanto os pesos da pá, ar comprimido e molas são usados para aumentar o ângulo da pá.
As travas travam a hélice da aeronave no ângulo da pá baixa à medida que ela desacelera no desligamento do motor. As travas podem ser externas ou internas e estão localizadas dentro do cubo da hélice. A força centrífuga mantém as travas fora de seus assentos durante um voo normal para garantir que elas não impeçam as lâminas de embaçar.
6. Hélices de passo reverso
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| Hélices Lockheed Martin C-130J Super Hercules |
As hélices de passo reverso são hélices controláveis cujos ângulos das pás podem ser alterados para um valor negativo em voo. O objetivo de um passo reversível é criar um ângulo negativo da lâmina para produzir impulso na direção oposta. As pás da hélice podem ser movidas para um passo negativo depois que o avião pousar para que pare completamente.
Conforme as pás da hélice se movem em um ângulo negativo, a potência do motor aumenta o empuxo negativo. Isso desacelera a aeronave aerodinamicamente e reduz o rolamento no solo. Inverter as hélices reduz rapidamente a velocidade da aeronave após o toque e minimiza o desgaste do freio. O Hercules C-130, com suas hélices reversíveis de velocidade constante totalmente embandeiradas, é capaz de reverter usando a inclinação reversa.
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