Una unidad de reducción de velocidad de la hélice es una caja de cambios o un dispositivo de correa y polea que se utiliza para reducir las revoluciones por minuto (rpm) de salida de las rpm de entrada más altas del motor. [1] Esto permite el uso de motores de combustión interna de pequeño desplazamiento para hacer girar las hélices de los aviones dentro de un rango de velocidad eficiente.
Los hermanos Wright reconocieron la necesidad de engranajes reductores de hélice en 1903, pero no se utilizaron generalmente en motores de aviones hasta que se diseñaron motores más grandes en la década de 1920. [1] Los motores grandes con altas velocidades de cigüeñal y potencia de salida exigían una reducción de la hélice; los pilotos notaron el aumento en el rendimiento de aviones similares equipados con engranajes reductores. [1]
Los tipos de unidades de reducción de velocidad de la hélice incluyen: [1]
El motor Rolls-Royce Falcon de 1915 presentaba un engranaje reductor epicicloidal de hélice que contenía un embrague diseñado para limitar el par máximo , protegiendo así los engranajes reductores. [2] El motor Merlin posterior de la misma compañía utilizó engranajes reductores de rotación opuesta para proporcionar hélices contrarrotativas para aviones bimotores, un método mucho más económico que diseñar y construir motores para que funcionen en direcciones opuestas. [3]
El desafío al acoplar cajas de cambios a motores de combustión interna es principalmente la resonancia de torsión que se puede desarrollar a determinadas velocidades. La carga de una hélice y una unidad reductora puede alterar las frecuencias resonantes del cigüeñal, permitiendo que la vibración torsional aumente rápidamente a niveles altos a ciertas velocidades de rotación. Las medidas tomadas por el diseñador para mitigar las resonancias torsionales en el diseño original del motor pueden resultar ineficaces si la frecuencia de resonancia se altera mediante el uso de una unidad reductora. A veces se utilizan embragues y/o acoplamientos flexibles para evitar que la resonancia torsional alcance niveles dañinos.
Los motores de la serie Continental Tiara utilizaban un solo juego de engranajes para impulsar tanto la hélice como el árbol de levas , esto permitía que la hélice funcionara a la mitad de la velocidad del motor. [4]
El uso de engranajes reductores de hélice fue muy común durante el apogeo del uso de motores de pistón en la aviación (desde la década de 1930 hasta la década de 1940), y esencialmente todos los motores de pistón más potentes jamás construidos para su uso en aviones se diseñaron para utilizar engranajes reductores.
El uso de una unidad reductora es común en la construcción de aviones experimentales caseros cuando se pueden utilizar motores de automóvil. Estos motores, además de su menor costo, suelen tener menos cilindrada que los motores de aviones ligeros especialmente diseñados y desarrollan una potencia máxima a altas revoluciones por minuto (rpm), normalmente por encima de 4.000 rpm. Los motores de avión tradicionales, en los que la hélice suele estar fijada directamente al cigüeñal del motor, desarrollan una potencia máxima cerca de la velocidad máxima segura y eficiente de la hélice: 2500 a 3000 rpm. Esta velocidad se considera la rpm máxima típica para una hélice de avión monomotor debido a la necesidad de mantener la velocidad de la punta de la hélice por debajo de la velocidad del sonido.
Los motores de avión certificados de fábrica también han utilizado unidades reductoras integrales en su diseño. El Cessna 175 utilizó una unidad de engranajes que forma parte del motor Continental GO-300 mientras que el Helio Courier y varios gemelos Beechcraft , entre otros, utilizaron los engranajes Lycoming GO-435 y GO-480 . Muchos aviones deportivos ligeros utilizan motores Rotax , como el Rotax 912 , que incorpora un reductor de engranajes.