Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 2, Pagina: 7-35
Aviation: Hamilton Standard Hydromatic Propellers
Muchas de las hélices hidromáticas se utilizan con aviones de tipo más antiguo que participan en operaciones de carga. Una hélice hidromática tiene un gobernador de doble acción que usa presión de aceite en ambos lados del pistón de la hélice.
Muchos sistemas turbohélice más grandes también usan este tipo de sistema. Los gobernadores son similares en construcción y principio de operación en sistemas normales de velocidad constante. La principal diferencia está en el mecanismo de cambio de tono.
En la hélice hidromática no se utilizan contrapesos y las partes móviles del mecanismo están completamente encerradas. La presión del aceite y el momento de torsión centrífugo de las palas se utilizan juntos para girar las palas a un ángulo más bajo.
Las principales ventajas de la hélice hidromática son el amplio rango de ángulos de las palas y las funciones de cambio de dirección y marcha atrás.
Este sistema de hélice es un sistema de hélice hidráulica de doble efecto en el que la presión hidráulica (presión del aceite del motor) en la cúpula de un pistón se usa contra la presión del aceite del regulador en el otro lado del pistón.
Estas dos fuerzas hidráulicas opuestas se utilizan para controlar y cambiar el ángulo o el paso de la hoja.
Aunque los sistemas de hélices hidromáticas son muy antiguos, algunos todavía se utilizan en motores radiales. Los nuevos sistemas turbohélice más grandes también utilizan esta fuerza hidráulica opuesta y sistemas de gobernadores de doble efecto.
La válvula distribuidora o conjunto de extensión del eje del motor proporciona conductos de aceite para el regulador o aceite auxiliar al lado interior del pistón y para el aceite del motor al lado exterior.
Durante la operación de desplumado, el distribuidor cambia bajo la presión auxiliar e invierte estos pasajes para que el aceite de la bomba auxiliar fluya hacia el lado exterior del pistón y el aceite del lado interior fluya de regreso al motor. El conjunto de extensión del eje del motor se usa con hélices que no tienen capacidad de bandera.
La hélice hidromática se compone de cuatro componentes principales:
1. El conjunto del cubo (The hub assembly) ,
2. El conjunto del domo (The dome assembly),
3. El conjunto de la válvula distribuidora (para banderas en hélices de acción simple) o el conjunto de extensión del eje del motor (para las hélices sin banderas o de doble efecto). hélices activas) - (The distributor valve assembly (for feathering on single-acting propellers) or engine-shaft-extension assembly (for nonfeathering or double-acting propellers), y
4. El conjunto antihielo (The anti-icing assembly).
El conjunto del cubo es el mecanismo básico de la hélice. Contiene tanto las palas como los medios mecánicos para mantenerlas en posición. Las cuchillas son sostenidas por la araña y retenidas por el cañón. Cada pala es libre de girar sobre su eje bajo el control del conjunto de la cúpula.
El conjunto de la cúpula contiene el mecanismo de cambio de paso de las palas. Sus componentes principales son:
1. Leva giratoria (Rotating cam),
2. Leva fija (Fixed cam),
3. Pistón (Piston) y
4. Cúpula (Dome shell).
Cuando el conjunto de cúpula está instalado en el cubo de la hélice, la leva fija permanece estacionaria con respecto al cubo. La leva giratoria, que puede girar dentro de la leva fija, engrana con segmentos de engranajes en las palas.
El pistón opera dentro de la cubierta del domo y es el mecanismo que convierte la presión del aceite del motor y del gobernador en fuerzas que actúan a través de las levas para hacer girar las palas de la hélice.
Principios de Operación - Principles of Operation
El mecanismo de cambio de paso de las hélices hidromáticas es un sistema mecánico-hidráulico en el que las fuerzas hidráulicas que actúan sobre un pistón se transforman en fuerzas mecánicas de torsión que actúan sobre las palas.
El movimiento lineal del pistón se convierte en movimiento giratorio mediante una leva cilíndrica. Un engranaje cónico en la base de la leva se acopla con segmentos de engranajes cónicos unidos a los extremos traseros de las palas, girando así las palas. Esta acción de cambio de paso de pala puede entenderse estudiando el esquema de la figura.
La fuerza centrífuga que actúa sobre un álabe giratorio incluye una fuerza componente que tiende a mover el álabe hacia un paso bajo. Como se muestra en la figura, se suministra una segunda fuerza, la presión del aceite del motor, al lado exterior del pistón de la hélice para ayudar a mover las palas hacia un paso bajo.
El aceite del regulador de la hélice, tomado del suministro de aceite del motor y aumentado en presión por el regulador de la hélice impulsado por el motor, se dirige contra el lado interior del pistón de la hélice. Actúa como contrafuerza, que puede mover las palas hacia un paso más alto.
Al dosificar este aceite a alta presión o drenarlo desde el lado interior del pistón de la hélice por medio de la unidad de control de velocidad constante, la fuerza hacia el paso alto puede equilibrar y controlar las dos fuerzas hacia el paso bajo. De esta forma, el ángulo de la pala de la hélice se regula para mantener las rpm seleccionadas.
Las fuerzas básicas de control de la hélice que actúan sobre la hélice Hamilton Standard son la fuerza de torsión centrífuga y el aceite a alta presión del gobernador.
La fuerza centrífuga que actúa sobre cada pala de una hélice giratoria incluye una fuerza componente que da como resultado un momento de torsión alrededor de la línea central de la pala que tiende, en todo momento, a mover la pala hacia un paso bajo.
El aceite de salida de la bomba del gobernador es dirigido por el gobernador a cualquier lado del pistón de la hélice. El aceite del lado del pistón opuesto a este aceite de alta presión regresa al lado de admisión de la bomba del gobernador y se vuelve a usar.
El aceite del motor a la presión de suministro del motor no ingresa directamente a la hélice, sino que se suministra solo al gobernador. Durante las operaciones a velocidad constante.
Operación de emplumado - Feathering Operation
En la figura se muestra una instalación típica de puesta en bandera de una hélice hidromática. Cuando se presiona el interruptor de botón pulsador, el circuito de baja corriente se establece desde la batería a través de la bobina de retención del botón pulsador y desde la batería a través del relé del solenoide.
Mientras el circuito permanezca cerrado, la bobina de retención mantiene el botón pulsador en la posición presionada. Al cerrar el solenoide, se establece el circuito de alta corriente desde la batería hasta la unidad de bomba del motor de cambio de dirección.
La bomba de bandera recoge aceite de motor del tanque de suministro de aceite, aumenta su presión, si es necesario, hasta el ajuste de la válvula de alivio de la bomba y lo suministra a la conexión de la válvula de transferencia de alta presión del gobernador.
El aceite auxiliar que ingresa a la conexión de la válvula de transferencia de alta presión cambia la válvula de transferencia del gobernador, que desconecta hidráulicamente el gobernador de la hélice y al mismo tiempo abre la línea de aceite del gobernador de la hélice al aceite auxiliar.
El aceite fluye a través de los anillos de transferencia del motor, a través del conducto de aceite del gobernador del eje de la hélice, a través del puerto de la válvula del distribuidor, entre las zonas planas y, finalmente, al extremo interior del pistón a través de la salida interior de la válvula.
La válvula distribuidora no cambia durante la operación de puesta en bandera. Simplemente proporciona un pasaje de aceite al extremo interior del pistón para el aceite auxiliar y al extremo del pistón exterior para el aceite del motor.
Las mismas condiciones descritas para la operación a baja velocidad existen en la válvula distribuidora, excepto que el aceite a la presión auxiliar reemplaza al aceite de drenaje en el extremo interior de la zona y entre las zonas.
El resorte de la válvula distribuidora está respaldado por la presión del aceite del motor, lo que significa que en todo momento el diferencial de presión requerido para mover el pistón es idéntico al que se aplica a la válvula distribuidora.
El pistón de la hélice se mueve fuera de borda bajo la presión de aceite auxiliar a una velocidad proporcional a la tasa de suministro de aceite.
Este movimiento del pistón se transmite a través de los rodillos del pistón que operan en las pistas de leva inclinadas opuestas de la leva fija y la leva giratoria y se convierte mediante los engranajes cónicos en el momento de torsión de la hoja.
Solo durante el emplumado o el desplumado se utiliza la porción de baja ventaja mecánica de las pistas de levas. (La porción de ventaja mecánica baja se encuentra entre el freno y el extremo exterior del perfil de la pista).
El aceite a la presión del motor, desplazado desde el extremo del pistón exterior, fluye a través de la entrada exterior de la válvula distribuidora, pasa el extremo exterior de la superficie de la válvula, a través de el puerto de la válvula, en el conducto de aceite del motor del eje de la hélice, y finalmente se envía al sistema de lubricación del motor.
Por lo tanto, una vez alcanzada la posición de pluma completa, el movimiento adicional del mecanismo se evita mediante el contacto entre el anillo de tope de ángulo alto en la base de la leva fija y las orejetas de tope colocadas en los dientes de la leva giratoria.
La presión en el extremo interior del pistón ahora aumenta rápidamente y, al alcanzar la presión establecida, el interruptor de corte eléctrico se abre automáticamente. Esta presión de corte es menor que la requerida para cambiar la válvula distribuidora.
Al abrir el interruptor, se desactiva la bobina de retención y se libera el interruptor de control del botón pulsador de cambio de dirección. La liberación de este interruptor interrumpe el circuito del relé del solenoide, lo que apaga el motor de la bomba de bandera.
Las presiones en los extremos interior y exterior del pistón caen a cero y, dado que todas las fuerzas están equilibradas, las palas de la hélice permanecen en posición de bandera.
Mientras tanto, la válvula de transferencia de alta presión del gobernador ha cambiado a su posición normal tan pronto como la presión en la línea del gobernador de la hélice cae por debajo de la requerida para mantener abierta la válvula.
Operación Desplume - Unfeathering Operation
Para desbandar una hélice hidromática, presione y mantenga presionado el interruptor de control del botón pulsador del interruptor de bandera.
Como en el caso de poner en bandera una hélice, los circuitos de control de baja corriente de la batería a través de la bobina de retención y de la batería a través del solenoide se completan cuando el solenoide se cierra.
El circuito de alta corriente de la batería arranca la unidad de motor-bomba y se suministra aceite a alta presión a la válvula de transferencia del gobernador.
El aceite auxiliar que ingresa a través de la conexión de la válvula de transferencia de alta presión cambia la válvula de transferencia del gobernador y desconecta el gobernador de la línea de la hélice; en la misma operación se admite aceite auxiliar.
El aceite fluye a través de los anillos de transferencia de aceite del motor, a través del conducto de aceite del gobernador del eje de la hélice y hacia el conjunto de la válvula del distribuidor.
Cuando comienza la operación de desplumado, el pistón está en la posición extrema exterior. El aceite entra en el extremo interior del pistón del cilindro a través de la salida interior de la válvula distribuidora.
A medida que aumenta la presión en el extremo interior del pistón, se acumula la presión contra la tierra de la válvula del distribuidor.
Cuando la presión se vuelve mayor que la fuerza opuesta combinada del resorte de la válvula distribuidora y la presión de aceite detrás de este resorte, la válvula se desplaza.
Una vez que la válvula se desplaza, se invierten los pasajes a través del conjunto de la válvula distribuidora hacia la hélice. Se abre un paso entre las zonas planas ya través de un puerto hasta el extremo exterior del pistón a través de la salida de la válvula distribuidora.
A medida que el pistón se mueve hacia adentro bajo la presión de aceite de la bomba auxiliar, el aceite se desplaza desde el extremo interior del pistón a través de los puertos de entrada entre las superficies de válvulas, en las tomas de aceite del motor del eje de la hélice y en el conducto de aceite del motor del eje de la hélice donde se descarga al sistema de lubricación del motor.
Al mismo tiempo, la presión en el interruptor de corte aumenta y el interruptor se abre. Sin embargo, el circuito a la bomba de bandera y la unidad de motor permanece completo mientras se mantenga presionado el interruptor de bandera.
Con el extremo interior del pistón de la hélice conectado al drenaje y la presión auxiliar fluyendo hacia el extremo exterior del pistón, el pistón se mueve hacia el interior, desbandando las palas.
A medida que las palas están desplumadas, comienzan a moverse como un molino de viento y ayudan a la operación de desplumado mediante la fuerza añadida hacia el paso bajo provocada por el momento de torsión centrífugo.
Cuando la velocidad del motor ha aumentado a aproximadamente 1000 rpm, el operador apaga el motor de la bomba de bandera. La presión en la válvula del distribuidor y en la válvula de transferencia del gobernador disminuye, lo que permite que la válvula del distribuidor se desplace bajo la acción del resorte de la válvula de transferencia de alta presión del gobernador.
Esta acción vuelve a conectar el gobernador con la hélice y establece los mismos pasajes de aceite a través de la válvula distribuidora que se usan durante las operaciones de velocidad constante y puesta en bandera.
Configuración del gobernador de la hélice - Setting the Propeller Governor
El gobernador de la hélice incorpora un tope ajustable que limita la velocidad máxima a la que puede funcionar el motor. Tan pronto como se alcanzan las rpm de despegue, la hélice sale del tope de paso bajo. El mayor ángulo de pala de la hélice aumenta la carga sobre el motor, manteniendo así la velocidad máxima prescrita del motor.
En el momento de la instalación de la hélice, el regulador de la hélice o el motor, normalmente se toman los siguientes pasos para garantizar que el motor obtenga rpm de despegue.
Durante la aceleración en tierra, mueva el acelerador a la posición de despegue y observe las rpm resultantes y la presión del múltiple.
Si las rpm obtenidas son mayores o menores que las rpm de despegue prescritas en las instrucciones del fabricante, reposicionar el tope regulable del gobernador hasta obtener las rpm prescritas.