Hélice de velocidade constante

Uma Hélice de velocidade constante é uma hélice de passo variável que automaticamente ajusta o passo da pá a fim de manter uma velocidade rotacional determinada.^[1] A potência é proporcional ao produto aritmético da velocidade rotacional e torque (raios/segundo × torque), e a operação da hélice dá ênfase ao torque. Tal hélice é amplamente utilizada em motores modernos, particularmente os modelos superalimentados e as turbinas a gás.

Operação[editar | editar código-fonte]

Uma hélice aeronáutica opera como forma de empuxo que vence o arrasto agindo na aeronave. Pode, também, vencer parcialmente o peso de uma aeronave, fazendo-a subir.

Quando uma aeronave está estacionária e com a hélice girando (em ar calmo), o ar flui na parte mais fina do bordo de ataque da hélice. Esta é a configuração mais eficiente, pois as forças de arrasto na hélice são as menores. Com o movimento da aeronave para frente, o fluxo de ar começa a empurrar para a seção mais larga da hélice, causando um maior arrasto.

Uma hélice de velocidade constante é capaz de rotacionar parcialmente ao longo do eixo mais longo da pá para "morder" uma fatia maior de ar em relação à aeronave, permitindo à hélice orientar-se da forma mais eficiente em relação ao fluxo de ar ao seu redor. Isto balanceia o ganho e a perda de desempenho que uma hélice de passo fixo tem na decolagem e em cruzeiro.

Um ângulo menor de ataque requer menos torque, mas uma maior RPM, pelo fato de a hélice não estar movendo muito ar a cada rotação. Isto é similar a um carro operando em uma baixa marcha. Quando o motorista atinge a velocidade de cruzeiro, ele irá diminuir o motor ao colocar uma marcha maior, mas ainda produzindo força suficiente para manter o veículo se movendo. Isto é atingido em uma aeronave ao aumentar o ângulo de ataque de uma hélice. Isto significa que uma hélice irá mover muito mais ar por rotação e permitir ao motor girar mais lento enquanto movendo um volume equivalente de ar, mantendo assim a velocidade.

As primeiras versões de hélice de velocidade constante eram chamadas de hélices de contrapeso, que era ajustada por mecanismos que operam através da força centrífuga. Sua operação é idêntica ao governador de Watts utilizado em grandes motores a diesel e a vapor. Pesos ecêntricos eram colocados próximos ao spinner, segurados por uma mola. Quando a hélice atingia uma determinada RPM, a força centrífuga fazia com que os pesos fossem "jogados para fora", fazendo com que o mecanismo que girava a hélice a levasse para um ângulo maior. Quando a aeronave reduzia a velocidade, a RPM reduzia o suficiente para que a mola puxasse os pesos de volta, realinhando a hélice para um ângulo menor.

Em modelos mais recentes, óleo é bombeado através do eixo da hélice para empurrar um pistão que ativa o mecanismo para alterar o passo. O fluxo de óleo e o passo são controlados por um governador, consistindo de uma mola, pesos e uma válvula piloot. A tensão da mola é ajustada pela manete de hélice, que seleciona as RPMs. O governador ainda manterá a seleção de RPM até que exista uma condição de sobrevelocidade ou sobvelocidade do motor. Quando uma condição de sobrevelocidade ocorre, a hélice começa a girar mais rápido do que a RPM selecionada. Isto fará com que a aeronave desça e a velocidade aumente. Os pesos começam a ser "jogados para fora" devido à força centrífuga, comprimindo a mola. Ao mesmo tempo, o pistão se move para frente, fazendo com que a válvula piloto se abra e o óleo flua para o cubo. Isto irá aumentar a pressão de óleo e o ângulo da hélice, causando uma redução à RPM selecionada. Quando uma condição de subvelocidade ocorre, como em uma subida com a perda de velocidade, ocorre exatamente o oposto. A velocidade diminui, fazendo com que a hélice diminua. Isto fará com que os pesos se movam para o centro do cubo devido a falta de força centrífuga e a tenção da mola. O pistão se moverá na direção oposta, fazendo com que a válvula piloto permita a passagem de óleo do cubo para o reservatório. O ângulo irá então dimunuir, permitindo que a hélice volte para a RPM selecionada.^[2]

Todas as aeronaves de alto desempenho à hélice possuem hélices de velocidade constante, pois aumentam consideravelmente a eficiência de combustível e o desempenho, especialmente em altas altitudes.

Unidades de velocidade constante[editar | editar código-fonte]

Uma unidade de velocidade constante (em inglês: constant-speed unit) (CSU) ou governador é um dispositivo presente nestas hélices para automaticamente mudar seu passo, tentando manter a velocidade do motor constante.^[2] A maior parte dos motores fornecem sua potência máxima em uma estreita variação de velocidades. Pode-se dizer que a CSU de uma aeronave é comparável a uma transmissão continuamente variável (CVT) de um automóvel: o motor pode manter-se girando em sua velocidade ótima, não importando qual a velocidade que a aeronave está voando em relação ao ar. O advento do CSU trouxe outro benefício: permitiu aos fabricantes de motores aeronáuticos manter o sistema de ignição simples.

Três métodos são usados para variar o passo. A pressão de óleo do motor é o mecanismo mais usual em aeronaves comerciais e motores Continental e Lycoming instalados em aeronaves leves. Alternativa ou adicionalmente, pesos centrífugos podem ser colocados diretamente na hélice, como o Yakovlev Yak-52. Pequenos e modernos motores com uma CSU, como o Rotax 912, podem usar o método hidráulico tradicional ou um mecanismo de controle elétrico.