Conservación del momento angular en aviones de hélice y helicópteros

Question

Considere un avión de hélice con una sola hélice en la parte delantera. Si la hélice gira, esperaría, por la conservación del momento angular, que el cuerpo del avión girara en la dirección opuesta a la de la hélice, pero con una velocidad angular mucho menor debido al mayor momento de inercia. Sin embargo, esto no ocurre en el mundo real. ¿Es correcto que esto ocurra en el espacio vacío y que el aire sea el responsable de impedir el giro del cuerpo del avión?

Si es así, ¿cómo funciona exactamente este mecanismo? ¿Cómo se puede estimar el orden de magnitud de los efectos? ¿Cuál es la diferencia entre el avión de hélice y un helicóptero en el que se necesita, por ejemplo, un rotor de cola para estabilizar el helicóptero?

Sería estupendo que su respuesta contuviera algunas fórmulas y aproximaciones que estimen los órdenes de magnitud en esos problemas.

Answer 1

El efecto que describes se llama par motor o par de la hélice. Lo que ocurre es que el piloto se opone a este par con el alerón en la dirección opuesta. Como las alas tienen un brazo de palanca mucho mayor que la hélice, normalmente sólo se necesitan pequeñas desviaciones de los alerones para contrarrestar el par de la hélice. La mayoría de las veces el piloto ni siquiera será consciente de ello.

Hay excepciones, cuando uno está volando un avión muy potente a bajas velocidades y uno aumenta repentinamente la potencia, el par motor puede superar la capacidad de los alerones para contrarrestarlo. A esto se le llama un rollo de par involuntario. Se sabe que esto mató a muchos pilotos inexpertos con el caza Corsair en la Segunda Guerra Mundial, por ejemplo, porque tenía un motor muy potente con un par elevado. Otro ejemplo fue el Zero japonés, que tenía un par motor tan alto que no podía rodar muy eficazmente en la dirección de contrapartida, lo que daba ventaja a los pilotos estadounidenses.

Answer 2

Creo que el par descrito en la respuesta es el resultado del trabajo de la hélice contra la resistencia del viento, y no el momento angular de la propia hélice, que es una cuestión diferente. Una hélice girando en el vacío tendría un gran momento angular, pero no se necesitaría un par motor para mantenerla girando. Lo que me pregunto es cómo se manejan las tensiones mecánicas del cambio de actitud de la hélice, dado el gran momento angular de una o más hélices que giran. ¿No debería esto hacer casi imposible dirigir el avión en cualquier dirección? ¿No supone esto un esfuerzo para las alas?

Answer 3

Sí, creo que incluso si la hélice estuviera girando a RPM constantes habría el momento de balanceo inducido en el avión para conservar el momento angular. En caso de que el motor intente acelerar la hélice a otras RPM, tendrías el par de reacción adicional que proviene de la aceleración de la inercia de la hélice.