Enviado por
Javier Jiménez Hernández

Motores de hélice, hélices delanteras o traseras

 Fecha y hora de inicio
 18/06/2014 11:15:09
2841 vistas

Tengo una duda que siempre me he quedado con las ganas de resolver. Motores que llevan las hélices delante y otros que las llevan en la parte trasera (ignoro si el motor también va invertido o sólo el paso de la hélice). Hoy viendo una magnífica fotografía (como nos tiene acostumbrados)de Francisco Andreu leyendo el comentario de la foto habla de motores y hélices propulsoras,¿tiene algo que ver con la propulsión y la tracción de coches por ejemplo), ¿que ventajas o inconvenientes tiene una opción u otra?, ¿para que no entre agua? ¿o simplemente estética?
Pido perdón por tanta pregunta, pero agradecería mucho saber algo sobre el tema.
Muchas gracias y un cordial saludo a todos AviationCorneros ;)
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Respondido por
Eliseo Vergara

 Respuesta 2
 21/06/2014 18:51:42

Hola Javier:

Que la configuración de un avión sea propulsora o tractora depende de las características con que el diseñador quiera dotar al avión.

Personalmente creo que tienen ciertas ventajas en determinado tipo de usos (mejora de la visibilidad –aviones en la primera guerra mundial, aviones de reconocimiento, etc.-, dejar libre el morro para otros usos –aviones sin piloto-, reducir la resistencia aportando energía a la capa límite –el enorme Convair B-36-, etc.), pero pienso que, en general, las desventajas son superiores a las posibles ventajas.

Por ir al caso que comentas, que creo que es la foto de un hidroavión, o mejor dicho, una hidrocanoa (porque usa su fuselaje con forma de casco para amerizar), suelen tener esa configuración para mejorar la visibilidad durante las fases de aterrizaje y despegue, donde la proyección de partículas de agua podría reducirla, y el no ver un objeto flotando en el agua –y sea por las partículas o por el disco de la hélice, podría ser un muy peligroso. Ejemplos más o menos actuales de esta configuración son el Lake Buccaneer o el Republic SeaBee.

En estos casos, el motor suele ir en posición elevada para alejarlo de la superficie del agua, ya sea montándolo la parte superior del fuselaje o sobre un pilón. Esta posición plantea un serio problema: el cambio de potencia puede afectar al control del avión en el eje de cabeceo, debido a que la línea de empuje del motor está por encima del centro de gravedad, creando un momento de cabeceo (el morro tiende a bajar) cuando se aumenta la potencia, efecto que se une, en el caso de las hidrocanoas, al momento de cabeceo, también hacia abajo, debido a la fuerza de rozamiento del casco con el agua, que está por debajo del centro de gravedad).

Para solucionar esto, se suele colocar el estabilizador horizontal en medio de la estela de la hélice (puede verse claramente en el Lake Bucaneer o en el Repulic SeaBee) para que la componente descendente del flujo empuje al estabilizador hacia abajo, ayudando a levantar el morro cuando se aumenta la potencia. Este truco ayuda, pero es difícil llegar a una solución que funcione bien para todas las velocidades, por lo que los aviones con hélices en posición elevada siempre van a tener ciertos problemas de compensación en el eje de cabeceo.

Debido a que hay que considerar que existen múltiples configuraciones aerodinámicas en las que se han montado diferentes configuraciones motrices propulsoras (desde alas volantes, hasta cazas con doble cola, pasando por aviones deportivos “canard” o por hidrocanoas), y por tanto, cada combinación tiene sus ventajas e inconvenientes, sólo puedo hablar de forma muy genérica de las desventajas que tiene este sistema, pero en mi opinión son estas, además de la que he comentado para el caso de motores elevados:

1.- El flujo de aire llega a la hélice tras pasar por el fuselaje, es un flujo turbulento que hace que la hélice pierda eficacia. Además este flujo “sucio” provoca vibraciones que pueden afectar a la duración de los materiales, y genera un ruido más elevado.

2.- La hélice pude llegar a tocar en el suelo durante la maniobra de despegue, por lo que suele ser una hélice más pequeña que en la configuración tractora (por ejemplo, el prototipo de caza Northrop XP-56, llevaba en la cola dos pequeñas hélices contrarrotatorias).

3.- La situación del centro de gravedad presenta ciertos problemas, ya que la posición del motor lo retrasa y debe ser compensado con el peso de los pasajeros o por lastre, lo que hace que algunos de estos aviones en tierra –sin pasajeros- adopten posiciones curiosas (como el caso del Rutan VariEze, que descansa sobre su morro, con el tren delantero retraído).

4.- Una mayor dificultad para refrigerar el motor, ya que, por un lado, está en posición retrasada probablemente apantallado por el fuselaje del avión, y por otro lado, el flujo de aire de la hélice no incide directamente sobre él.

5.- Si los motores van colocados en las alas, se pierde superficie de control, ya que el espacio ocupado por ellos no puede ser usado como alerones o flaps.

Un saludo


Respondido por
Eliseo Vergara

 Respuesta 4
 23/06/2014 14:18:02

Hola de nuevo:

La pérdida de eficiencia de la hélice a la que hacía referencia es debida al paso de un flujo de aire distorsionado por culpa del fuselaje a través del disco de la hélices. En el caso del Beriev Be-200, al tener motores a reacción, su entrada de aire es mucho menor, relativamente hablando, y no creo que haya sido mucho problema para sus diseñadores lograr "enderezar" el flujo de entrada al motor, por lo que, seguramente, no debe tener grandes problemas por ello.

Respecto al problema con los motores elevados, no es que el CdG se eleve, sino que el vector de empuje esrá por encima de la línea horizontal imaginaria que pasaría por el CdG. Ese vector de empuje, crea un momento de giro en el eje de cabeceo que hace girar el morro hacia abajo, y este momento será mayor cuanto mayor sea el empuje del motor y la distancia al CdG. Un momento se define como el producto vectorial de un vector fuerza por un vector distancia M=Fxd

Para entendernos, recortamos en cartón el perfil de un avión, y lo atravesamos con una aguja por un punto en el medio (donde vamos a suponer que está su CdG). Ahora lo sujetmos por la aguja que lo atraviesa, y con la otra mano tiramos hacia delante del perfil de cartón (estamos simulando el empuje de un motor elevado respecto al fuselaje). El avión rotará hacia delante (momento de giro) usando el punto que hemos definido como CdG como eje de giro.

Ahora, sujetándolo igualmente por la aguja, cogemos la parte inferior del perfil y tiramos de él hacia atrás (ahora estamos simulando la fuerza de rozamiento con el agua). El avión volverá a girar bajando el morro.

En una hidrocanoa, ambos momentos de giro se suman ya que ambos tienden a bajar el morro y convertir el avión en un submarino :-)

Es decir, no se trata de un efecto que sólo ocurre con las hélices en configuración propulsora, sino que es un efceto físico que ocurre siempre, en mayr o menor medida, que la fuerza de empuje, está por encima o por debajo del CdG (porm debjo tenderá a hacer subir el morro).

En el caso del Beriev, algo así tiene que ocurrir en mayor o menor medida, ya que tiene los motores por encima del CdG. Ahora bien, sin conocer en detalle el avión sería un poco aventurado hablar de en qué medida se da este efecto, aunque me arriesgaría a decir, que al ser un avión "fly-by-wire", seguramente no debe presentar un grave problema.

Probablemente sea más importante el cabeceo por el rozamiento con el agua. He encontrado información sobre este avión donde se afirma que las mayores distorsiones de cabeceo aparecen cuando está deslizándose por el agua a velocidades de 0,6-0,85 veces la velocidad de despegue.

Un saludo



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