Noções básicas de hélices de aeronaves

Jul 9, 2020

O propósito da hélice é fornecer um método de propulsão para que a aeronave seja capaz de avançar através do ar. A própria hélice consiste em duas ou mais pás ligadas entre si por um cubo central que prende as pás ao eixo do motor. As pás da hélice têm a forma de uma asa de uma aeronave, usando a potência de rotação de um motor gira as pás da hélice produz o elevador (este elevador é referido como impulso) que move a aeronave para a frente.

Como funcionam as hélices

Os fundamentos por trás de como as hélices funcionam estão relacionados com as teorias físicas de movimento desenvolvidas há mais de duzentos anos por Sir Isaac Newton. Mais especificamente sua Terceira Lei, que é para cada ação, há uma reação igual e oposta (Sir Isaac Newton, 1687).

Mantendo esta teoria em mente, a hélice de uma aeronave é usada para transformar a potência rotacional de um motor em impulso à frente. A hélice funciona deslocando o ar puxando-o para trás (a acção), este movimento do ar resulta então no avanço da aeronave a partir da diferença de pressão resultante (a reacção oposta). Quanto mais ar for puxado para trás da hélice, mais propulsão é gerada.

As hélices podem ser compostas de qualquer lugar, desde uma única pá até seis ou mais pás, de acordo com as necessidades de eficiência de diferentes aeronaves. Os requisitos de desempenho e potência do motor da aeronave são os principais fatores determinantes no número de pás da hélice. À medida que a potência do motor aumenta, são necessárias pás adicionais para utilizar eficientemente o aumento do nível de potência. O ângulo das pás de uma hélice e seu tamanho e forma geral (juntamente com a potência do motor) afetam a quantidade de impulso gerado.

Teoria da Hélice – Forças Atuando em uma Hélice

Pás de hélice são construídas de forma similar a uma asa, como tal estão sujeitas a algumas das mesmas forças aerodinâmicas como arrasto e elevação (com as asas isto é elevação, com a hélice isto é chamado de impulso). A diferença é que uma hélice tem as forças adicionais da velocidade de rotação e do momento de ação para frente.

• Forças Centrífugas. A força centrífuga é a força experimentada pelas pás da hélice ao girar à velocidade. Esta força está efetivamente puxando-as para longe da aeronave.
• Torção centrífuga e aerodinâmica. Qualquer objeto de giro assimétrico gera uma força centrífuga de giro, a hélice não é diferente com a força de sua ação de giro girando as pás a um passo fino.
• Vibração. A vibração das pás da hélice é causada pela perturbação é a aerodinâmica da hélice ao passar através do ar, e perto das asas e fuselagem, bem como variações do motor.
• Curvatura por Torque. As forças de flexão por torque são a resistência natural do ar produzindo resistência contra as pás ao girar e a propensão resultante das pás da hélice para querer dobrar no sentido oposto da rotação.
• Flexão por Impulso. A força da hélice empurrando o ar para trás é chamada de empuxo, isto coloca as pás da hélice sob pressão e dobra as pás para frente.

Concepção da hélice de avião

A engenharia básica por trás de como as pás da hélice funcionam não mudou muito ao longo dos anos, no entanto, houve uma série de modificações significativas nos materiais usados para construir hélices e modificações no seu uso consistente com os ganhos em potência e tecnologia do motor, o que levou a uma maior eficiência.

• Pás de madeira. A madeira era o principal material utilizado para fazer hélices para aeronaves antes da Segunda Guerra Mundial. Hoje em dia, elas são normalmente vistas apenas em aviões de hobby ou de época de colheita, de acordo com a era da restauração. O processo de construção da hélice de madeira consiste em várias camadas (5-9) de madeira colada para torná-la mais forte, mais resistente e menos susceptível de deformar. Os tipos comuns de madeira utilizados são bétula amarela, cerejeira preta, bordo de açúcar e nogueira preta
• Lâminas de Liga de Alumínio. A introdução de motores de aeronaves mais potentes tornou obsoleto o uso de hélices de madeira em aeronaves maiores. Lâminas de liga de alumínio são mais fortes, leves e fáceis de reparar, além de terem velocidades de rotação mais altas, tornando-as uma escolha mais popular.
• Lâminas compostas. As pás de hélices compostas são feitas de fibra de carbono, estas pás oferecem peso reduzido, menos ruído e menor vibração, e são mais duráveis e fáceis de reparar do que outros tipos de hélices.

Tipos de hélices de aeronaves

Existem três tipos básicos de hélices de aeronaves, cada um com as suas próprias variações – a hélice de passo fixo, a hélice de velocidade constante ou a hélice ajustável ao solo.

• Hélice de passo fixo. Estas hélices são feitas com o ângulo (passo) incorporado na hélice, não podendo ser alterada. Elas são projetadas para uma operação ótima sob condições ótimas, o que significa que o desempenho da aeronave será afetado sob condições variáveis. Hélices de passo fixo são frequentemente vistas em aeronaves monomotor que voam a baixas velocidades, com alcance limitado, ou altitude.
• Hélices de Velocidade Constante. Algumas vezes chamadas de hélices de passo variável, estas hélices são projetadas com um passo variável (ângulo) que pode ser alterado em vôo enquanto a hélice está girando. Isto significa que a hélice pode ser ajustada durante o voo para melhor se adaptar às condições de mudança.
• Hélices Ajustáveis à Terra. Como o nome sugere, estas hélices só podem ser ajustadas durante o voo quando a hélice não está a ser utilizada. O ângulo ou passo da pá é alterado manualmente, estas hélices não são frequentemente vistas nas aeronaves modernas de hoje em dia.

Propeller Basics

Embora tenha havido muitos ajustes no design da hélice ao longo do último século, os fundamentos desta parte relativamente simples de uma aeronave permanecem em grande parte inalterados. Aqui estão os termos básicos associados à operação de hélices de aeronaves.

• Linha de Acorda. A linha de acordes de uma hélice é uma linha imaginária desenhada através do centro da pá desde o seu bordo de ataque (no cubo) até ao seu bordo de fuga (ponta).
• Passo. As pás de uma hélice não são retas, elas estão em um ângulo semelhante ao de um parafuso. O passo é efetivamente uma medida de quão longe a hélice se moveria para a frente em uma rotação. O passo é utilizado para controlar a velocidade do ar que sai da parte de trás da hélice. O passo de uma pá de hélice muda à medida que se move ao longo da sua superfície de uma extremidade para a outra. É mais íngreme ou mais curto no cubo central e mais raso na ponta exterior. O passo é calculado utilizando a fórmula: passo = 2,36 diâmetro altura/largura.
• Ângulo da pá. Este é o ângulo entre a linha da corda e o plano de rotação e é medido (em graus) em um ponto específico ao longo do comprimento da lâmina. Enquanto os termos passo e ângulo são frequentemente utilizados alternadamente, o passo não é tecnicamente o ângulo da pá da hélice. No entanto, o passo é em grande parte determinado pelo ângulo da pá, os dois termos são frequentemente utilizados de forma intercambiável. Um aumento ou diminuição num está normalmente associado a um aumento ou diminuição no outro.
• Ângulo de Ataque. Isto é definido como o ângulo em que o ar atinge a pá da hélice. Em termos simples o ângulo de ataque pode ser descrito como a diferença entre onde uma asa está apontando e para onde ela está indo. Aumentar o ângulo de ataque resulta num aumento tanto no levantamento como no arrasto induzido, até ao ponto de uma batida. O giro de uma pá de hélice é usado para manter um ângulo de ataque mais constante ao longo do comprimento da pá para neutralizar as diferenças de velocidade da pá no cubo e na ponta da hélice.

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