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 a partir de las rpm de entrada más altas del motor. [1] Esto permite el uso de motores de combustión interna de pequeña cilindrada para hacer girar las hélices de las aeronaves dentro de un rango de velocidad eficiente.
Los hermanos Wright reconocieron la necesidad de contar con engranajes de reducción para la hélice en 1903, pero no se utilizaron de manera generalizada en motores de aeronaves hasta que se diseñaron motores más grandes en la década de 1920. [1] Los motores grandes con altas velocidades del cigüeñal y altas potencias de salida exigían una reducción de la hélice; los pilotos notaron el aumento en el rendimiento de aeronaves similares equipadas con engranajes de reducción. [1]
Los tipos de unidades de reducción de velocidad de la hélice incluyen: [1]
El motor Rolls-Royce Falcon de 1915 contaba con un engranaje de reducción de hélice epicicloidal que contenía un embrague diseñado para limitar el par máximo , protegiendo así los engranajes de reducción. [2] El motor Merlin posterior de la misma empresa utilizó engranajes de reducción de rotación opuesta para proporcionar hélices contrarrotativas para aviones bimotores, un método mucho más económico que diseñar y construir los motores para que funcionen en direcciones opuestas. [3]
El desafío que supone acoplar cajas de cambios a motores de combustión interna es principalmente la resonancia torsional que puede desarrollarse a determinadas velocidades. La carga de una hélice y una unidad de reducción puede alterar las frecuencias de resonancia del cigüeñal, lo que permite que la vibración torsional aumente rápidamente hasta alcanzar niveles elevados a determinadas velocidades de rotación. Las medidas adoptadas 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 de reducción. A veces se utilizan embragues o acoplamientos flexibles para evitar que la resonancia torsional alcance niveles perjudiciales.
Los motores de la serie Continental Tiara usaban un solo conjunto 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 de reducción de hélice fue muy común durante el auge del uso de motores de pistón en la aviación (desde la década de 1930 hasta la de 1940), y prácticamente todos los motores de pistón más potentes jamás construidos para su uso en aeronaves fueron diseñados para utilizar engranajes de reducción.
El uso de una unidad reductora es común en la construcción de aeronaves experimentales de fabricación casera cuando se pueden utilizar motores de automóviles. Estos motores, además de su menor costo, suelen tener menos cilindrada que los motores de aeronaves ligeras construidos especialmente y desarrollan una potencia máxima a altas revoluciones por minuto (rpm), normalmente por encima de las 4.000 rpm. Los motores de aeronaves 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: de 2.500 a 3.000 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 como parte integral de su diseño. El Cessna 175 utilizó una unidad reductora que forma parte del motor Continental GO-300 , mientras que el Helio Courier y varios bimotores Beechcraft , entre otros, utilizaron los Lycoming GO-435 y GO-480 con reductores . Muchas aeronaves deportivas ligeras utilizan motores Rotax, como el Rotax 912, que incorpora un reductor con reductores.