Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 2, Pagina: 7-30
Aviation: Turboprop Engines and Propeller Control Systems
Los motores turbohélice se utilizan en muchos aviones individuales, gemelos y de cercanías. Los motores turbohélice más pequeños, como el PT-6, se utilizan en diseños de motores simples y gemelos; la potencia oscila entre 500 y 2.000 caballos de fuerza en el eje.
Los aviones grandes de cercanías utilizan motores turbohélice, como el P&W 150 y el AE2100, que pueden generar hasta 5000 caballos de fuerza en el eje para impulsar aviones turbohélice de tamaño medio a grande.
La hélice turbohélice es operada por un motor de turbina de gas a través de un conjunto de engranajes reductores. Ha demostrado ser una fuente de energía extremadamente eficiente. La combinación de hélice, conjunto de engranajes reductores y motor de turbina se conoce como motor turbohélice.
El motor turboventilador produce empuje directamente; el motor turbohélice produce empuje indirectamente porque el conjunto de compresor y turbina proporciona par a una hélice, produciendo la mayor parte de la fuerza propulsora que impulsa la aeronave. El control de combustible del turbohélice y el regulador de la hélice están conectados y funcionan en coordinación entre sí.
La palanca de potencia envía una señal desde la cabina al control de combustible para una cantidad específica de potencia del motor. El control de combustible y el gobernador de la hélice juntos establecen la combinación correcta de rpm, flujo de combustible y ángulo de la pala de la hélice para crear suficiente empuje de la hélice para proporcionar la potencia deseada.
El sistema de control de la hélice se divide en dos tipos de control: uno para vuelo y otro para operación en tierra. Para el vuelo, el ángulo de la pala de la hélice y el flujo de combustible para cualquier ajuste de la palanca de potencia se rigen automáticamente de acuerdo con un programa predeterminado.
Por debajo de la posición de la palanca de potencia de "ralentí de vuelo", el programa de ángulo de pala de rpm coordinado se vuelve incapaz de manejar el motor de manera eficiente. Aquí, se encuentra el rango de manejo en tierra, denominado rango beta.
En el rango beta del cuadrante del acelerador, el ángulo de la pala de la hélice no está gobernado por el gobernador de la hélice sino por la posición de la palanca de potencia.
Cuando la palanca de potencia se mueve por debajo de la posición inicial, el paso de la hélice se invierte para proporcionar empuje inverso para una rápida desaceleración de la aeronave después del aterrizaje.
Una característica del turbohélice es que los cambios de potencia no están relacionados con la velocidad del motor, sino con la temperatura de entrada a la turbina. Durante el vuelo, la hélice mantiene una velocidad constante del motor.
Esta velocidad se conoce como la velocidad nominal del motor al 100 por ciento, y es la velocidad de diseño a la que se puede obtener la mayor potencia y la mejor eficiencia general. Los cambios de potencia se ven afectados por el cambio del flujo de combustible.
Un aumento en el flujo de combustible provoca un aumento en la temperatura de entrada a la turbina y un aumento correspondiente en la energía disponible en la turbina. La turbina absorbe más energía y la transmite a la hélice en forma de par. La hélice, para absorber el mayor par, aumenta el ángulo de las palas, manteniendo constantes las rpm del motor con mayor empuje.
Conjunto de engranajes de reducción - Reduction Gear Assembly
La función del conjunto de engranajes de reducción es reducir las altas rpm del motor a unas rpm de la hélice que se puedan mantener sin exceder la velocidad máxima de la punta de la hélice (velocidad del sonido). La mayoría de los conjuntos de engranajes de reducción utilizan una reducción de engranajes planetarios.
Hay disponibles tomas de fuerza adicionales para el regulador de hélice, la bomba de aceite y otros accesorios. A menudo se incorpora un freno de hélice en la caja de cambios.
El freno de la hélice está diseñado para evitar que la hélice gire cuando está en bandera en vuelo y para reducir el tiempo que tarda la hélice en detenerse por completo después de apagar el motor.
Conjunto de turbohélice - Turbo-Propeller Assembly
El turbohélice proporciona un medio eficiente y flexible de utilizar la potencia del motor en cualquier condición de vuelo (rango alfa). Para maniobras en tierra y marcha atrás (rango beta), la hélice se puede operar para proporcionar empuje cero o negativo.
Los principales subconjuntos del conjunto de la hélice son el cilindro, la cúpula, el conjunto de tope de paso bajo, el regulador de sobrevelocidad, la unidad de control de paso, la bomba auxiliar, las válvulas de bandera y desbandera, el motor de torsión, el rotor, el temporizador de descongelación, el conjunto de retroalimentación beta y el control electrónico de la hélice.
Los motores turbohélice modernos utilizan el control digital de motor de autoridad total dual (FADEC) para controlar tanto el motor como la hélice. El conjunto giratorio es una configuración en forma de cono que se monta en la hélice y encierra la cúpula y el cañón para reducir la resistencia.
El sistema de sincrofases está diseñado para mantener una relación angular predeterminada entre la hélice maestra designada y las hélices esclavas.
El funcionamiento de la hélice se controla mediante un enlace mecánico desde la palanca de potencia montada en la cabina y la palanca de parada de emergencia del motor (si la aeronave cuenta con una) hasta el coordinador, que, a su vez, está conectado a la palanca de entrada de control de la hélice. Los diseños más nuevos utilizan un control electrónico del acelerador que está vinculado al controlador FADEC.
Los conjuntos de control de las turbohélices tienen un sistema de bandera que hace que la hélice se ponga en bandera cuando el motor se apaga en vuelo. La hélice también se puede desbandar durante el vuelo, si es necesario volver a arrancar el motor.
Los sistemas de control de hélices para motores turbohélice grandes se diferencian de los motores más pequeños porque son de doble acción, lo que significa que se usa presión hidráulica para aumentar y disminuir el ángulo de las palas de la hélice.