Hélices

A escolha da hélice é uma das coisas que vai deixar o avião com características mais ou menos agradáveis, dependendo, claro, do seu gosto pelo aeromodelismo. Primeiramente, tenha em mãos o manual do seu motor, nele, estará uma lista com as possíveis combinações de passo de diâmtro recomendáveis para seu aeromodelo, evidentemente, se você não tiver em mãos o manual do motor, provavelmente o importador ou fabricante deste disponibiliza na internet.

Como eu já mencionei antes, duas grandezas são muito relevantes em se tratando de hélices, uma é seu diâmetro e a outra é seu passo. Normalmente, esses valores são medidos em polegadas, até mesmo porque, seus fabricantes são basicamente americanos ou ingleses, ou fornecedores para estes. Como o próprio nome se refere, o diâmetro é a distância entre as pontas das pás, ou mais formalmente especificando, o diâmetro é a média entre as distâncias das pontas das pás ao centro multiplicado por dois, essa forma esquisita de referenciar ao diâmtro é devido ao caso de hélices com números ímpares de pás.

O funcionamento das hélices não é muito complexo embora haja inúmeros estudos sobre seu funcionamento, principalmente o que se diz respeito quanto à eficiência. Atualmente, a dinâmica de flúidos é um dos poucos fenômenos físicos amplamente estudados do campo da física clássica, portanto, as informações mais relevantes são descobertas empriricamente (vai lá e testa!).

Basicamente, o trabalho da hélice é puxar o ar ao seu redor e empurrá-lo para uma direção orientada. No caso dos aeromodelos, as hélices puxam o ar da frente do avião e empurram no sentido oposto, assim, uma força faz com que o avião se desloque para frente (se seu avião voa diferentemente da situação descrita é um caso a parte). Esse é um processo físico que pode ser explicado pela conservação de momento, ou seja, para que as coisas não gerem nenhum “cataclisma” científico, quando a hélice altera o estado do ar ao seu redor, este faz algo para que o avião se mova.

Deixando um pouco a “papagaiada” de lado, vamos ao que interessa. Quando falamos em desempenho de hélices, estamos preocupados em basicamente saber qual será a força realizada e a velocidade possível, e para isso, basta olharmos para o giro que o motor aplica, o passo da hélice e seu raio.

Para um mesmo valor de rotação de motor, quanto maior for o raio da hélice, mantidos todos os outros parâmetros, maior será a quantidade de ar deslocada por volta, então maior força, note que por não alterar o passo da hélice, não se altera a quantidade de ar por tempo por área, ou seja, a velocidade do ar ao passar pela hélice não se altera.

Se para uma mesma rotação aumentarmos o passo da hélice, faremos com que uma quantidade maior de ar passe por tempo por área e assi m, a velocidade do ar torna-se maior. Concluindo, se você aumentar o passo da hélice, a velocidade do avião poderá ser maior, e vice-versa.

Mas como na vida nem tudo é um mar de flores, não podemos aumentar o passo da hélice sem que o motor perceba algo a mais para segurá-lo, então, esbarramos na limitação da capacidade do motor.

Não é muito complicado entender que quanto maior o passo e raio da hélice, mais do motor será cobrado, e quanto menor o passo e raio da hélice menos força será exigido do motor, porém, todos os parâmetros comentados estão interligados.

Agora que conhecemos um pouco mais dos motores, vejamos o que acontece com a eficiência quando, na prática, mexemos na hélice:

Diâmetro:

Quando aumentamos seu diâmetro, teremos mais realizado pelo motor, entretanto, se forçarmos mais o motor, teremos uma diminuição na rotação, então, a velocidade do ar que passa pela hélice será menor. Do contrário, se o diâmetro for diminuido, o motor terá maior giro, e assim, maior velocidade de ar passando pela hélice.

Passo:

Quano aumentamos o passo do motor, aumentamos a velocidade de ar pela hélice, assim, o motor terá uma perda de rotação em virtude do aumento na velocidade de ar. Se ao contrário diminuirmos o passo, sua rotação aumentará.

Número de pás:

Quanto mais pás uma hélice tiver, mais força ela exercerá por volta. Geralmente, aumentamos o número de pás na hélice quando a hélice ideal é muito grande comparada ao tamanho do avião, aí, aumentamos o número de pás para diminuir seu diâmetro.

Um efeito muito polêmico é que quanto menor o número de pás de uma hélice maior sua eficiência devido a uma pá entrar no “vácuo da outra”. Eu ainda não achei nenhum estudo que falasse a esse respeito, e tomando como base motores e hélices de barcos, diria que esta é uma preocupação no mínimo desnecessária, pois se no barco há uma relação de pelos menos um de diâmetro para um de passo, e o meno no qual o hélice é imerso tem densidade muito superior a do ar, a chance de ocorer esse efeito de turbulência devido a “sombra” da pá anterior no ar é ao meu ver mais sensível para rotações muito elevadas, fora do intervalo de rotações que os motores operam. Como disse antes, eu não fiz nenhum experimento para avaliar este efeito, então, é apenas uma especulação.

Formato das pás:

A eficiência das hélices estão intrinsecamente relacionadas com o desenho das pás, ou seja, um pedaço de madeira plano em um eixo tem menor eficiência do quem uma modelagem que acompanha uma inclinação proporcional ao longo do raio da hélice, existe um desenho próprio para cada aplicação, podemos pegar por exemplo as hélices ne nylon comuns da Master-Airscrew com uma APC, notoriamente, percebemos uma diferença no desenho, e sabe-se uma hélice APC tem maior rendimento do que sua equivalente Master-Airscrew se suas pontas estiverem intactas, o que podemos comcluir é que a performance da hélice APC está sujeita às condiçoes de suas pontas.

A largura da pá também é um parâmetro a ser considerado, pois quanto mais larga for a pá, maior a quantidade de ar por tempo, com efeito análogo ao diâmtro da hélice.

Os materiais das hélices também tem seu papel no desempenho das hélices, pois como o formato é importante para a performance, quanto mais rígidas forem as pás, mais elas manterão seu formato e se comportarão com mais previsibilidade. Peguemos uma hélice de madeira e outra de nylon, podemos perceber quando aceleramos o motor bruscamente, que a hélice de madeira tem uma deflexão muito inferior comparada com a hélice de nylon, então, podemos prever que a eficiência da hélice de madeira seria melhor. Uma maneira de compensar esse efeito de defexão, é prever quanto a hélice se altera e aumentar o passo localmente em cada ponto da pá, proporcional ao que ela estaria defletida, esse é obviamente trabalho para computadores e métodos numéricos baseados em leis da física.

Concluindo, podemos dizer que quanto menor e de maior passo a hélice for, mais veloz o avião será, e quanto maior diâmetro e de menor passo, mais força ela exercerá, contudo, existe um outro efeito que aparece quando tratamos de performance dinâmica e estática, depois que o avião passa a ter velocidade, a força exercida pela hélice pode se alterar, pois a velocidade relativa é diferente, e também não adianta ter muita força de empuxo se não há velocidade suficiente para que o avião ganhe sustentação, analogamente, não adianta querer velocidade muito elevada sendo que o conjunto não consegue força suficiente para se deslocar, daí, sai que se fossemos levar essas “regras” ao extremos, colocando uma hélice 40×0.1 (diâmetroxpasso[em polegadas]) num motor 40La não conseguiríamos nem sequer fazê-la girar satisfatóriamente (quem sabe fazento tipo helicóptero) e se colocassemos uma hélice 3×10, o máximo que faríamos é ventilar o motor.

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