Hélices coaxiales: cómo la rotación contraria aumenta la eficiencia de los motores turbohélice

El esquema de hélices coaxiales es una arquitectura avanzada de la planta motriz, en la que dos o más hélices se colocan en un eje común y giran en direcciones opuestas. Esta configuración permite no solo nivelar los efectos aerodinámicos no deseados, sino también aumentar significativamente el coeficiente de rendimiento (COP) de todo el sistema de propulsión.

¿Cómo funciona el sistema coaxial?

Estructuralmente, la implementación del esquema coaxial requiere el uso de una caja de cambios especializada, capaz de transformar la rotación unidireccional del eje del motor en la rotación contraria de dos ejes coaxiales. Al mismo tiempo, las palas de las hélices delantera y trasera tienen un paso geométrico opuesto, lo que asegura un empuje total en una dirección, a pesar de la rotación en contrafase.

Compensación del momento de reacción: una ventaja clave

Uno de los principales desafíos al usar una sola hélice es el momento de reacción (o torsión). Según la tercera ley de Newton, al transmitir el par del motor a la hélice, el propio motor experimenta un impacto igual y opuesto. Tiende a girar la aeronave alrededor del eje longitudinal, especialmente en los modos de máxima potencia.

En el sistema coaxial, los momentos creados por cada una de las hélices se equilibran mutuamente. Como resultado, el momento de reacción se reduce prácticamente a cero. Esto elimina la necesidad de medidas aerodinámicas o estructurales adicionales para contrarrestar el momento, como la instalación asimétrica del empenaje o el uso del control diferencial de los alerones.

Reducción del diámetro de las hélices: un camino hacia altas velocidades

Otra ventaja del esquema coaxial es la posibilidad de reducir el diámetro de cada una de las hélices manteniendo el empuje total. Un diámetro más pequeño reduce la velocidad circunferencial en las puntas de las palas, lo que las aleja del umbral de la crisis de ondas. Esto es especialmente importante al alcanzar altas velocidades de crucero, cuando las secciones locales del flujo en las palas pueden pasar a la región supersónica, causando ondas de choque, un fuerte aumento de la resistencia y una pérdida de eficiencia.

Ejemplo real: Tu-95 y motor НК-12

El ejemplo más claro de la aplicación práctica del esquema coaxial sigue siendo el bombardero estratégico de largo alcance Tu-95, equipado con motores turbohélice НК-12. Estos motores, desarrollados en la URSS en la década de 1950, todavía se consideran las instalaciones turbohélice de serie más potentes del mundo. Gracias a las hélices coaxiales АВ-60Н de aproximadamente 5,6 metros de diámetro, el Tu-95 es capaz de desarrollar una velocidad de crucero comparable a la velocidad de algunos aviones a reacción de la época: hasta 830 km/h.

Los expertos señalan que fue la disposición coaxial la que permitió alcanzar tal nivel de velocidad sin pasar a la tracción puramente a reacción, manteniendo al mismo tiempo la eficiencia de combustible característica de los motores turbohélice.

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