¿Hélices monopala?

El último avión de transporte turbohélice de Airbus Military, el A400M, tiene hélices de ocho palas. El helicóptero Boeing MD-900 tiene un rotor de cinco palas. Un avión de pasajeros turbohélice regional popular tiene una hélice de cinco palas. Los aviones pequeños suelen tener dos palas. ¿Se podría volar un avión con una hélice monopala?

La superficie total de las palas de una hélice determina la capacidad de la hélice para convertir la potencia del motor en empuje. Cuanta más área, más potencia puede convertir la hélice. Para la mayoría de los aviones pequeños, el área apropiada se logra con dos palas. Generalmente, cuanto mas potente es el motor mayor es la pala empleada (hasta un límite) y por lo tanto también mayor es el área. Algunas hélices incrementan el área total utilizando hélices de tres, cuatro e incluso seis palas o más. La realidad es que si el área total es la misma para hélices de dos palas que de tres, cuatro, cinco o seis palas, la eficiencia será casi la misma.

La transición de dos palas a más palas con el mismo área total es el resultado de valorar sutiles diferencias en los requisitos de la aeronave. Las hélices de dos palas por ejemplo, suelen ser mejores para aviones de baja velocidad, donde los requisitos de potencia son bajos. Se suele usar más palas cuando los requisitos de potencia son más altos, como para un ascenso rápido y velocidades más altas. Otros factores que favorecen las hélices multipala son que producen por lo general menos ruido y menos vibraciones. Entonces, ¿por qué no usar siempre más palas?

Una razón para no usar más palas es que son más caras. Otra razón es que cuantas más palas tenga una hélice más aire turbulento se genera. En hélices multipala, cuando la siguiente pala avanza, se encuentra con las turbulencias creadas por la pala anterior. Por lo tanto, hay una transferencia de energía menos eficiente. Por este motivo y hablando en términos generales, cuantas menos palas se puedan utilizar mucho mejor. Este hecho ha sido llevado al extremo por ciertos inventores que en su afán por crear la pala más eficiente crearon las hélices monopalas contrabalanceadas. En los años 30 se hicieron muy famosas estas hélices, pero incluso hoy en día se pueden encontrar aerogeneradores monopala. Walter W. Everel, creador de la Everel Propeller Corporation en la década de 1930 produjo la hélice Everel de una sola pala con contrapeso que fue muy famosa. (Ver principio de funcionamiento aquí -en inglés-).

Parece un poco raro (desde luego es poco estético) que una hélice de una sola pala pueda usarse en un avión para generar empuje, pero así es. Se puede ver un vídeo más abajo. En algunos casos, como en los planeadores que requieren un pequeño motor y no disponen de mucho espacio, esta es la solución ideal. La simplicidad de una hélice de una sola pala se adapta bien estos planeadores motorizados, ya que permite el diseño de una apertura más pequeña del fuselaje del planeador para la retracción del motor. La hélice de una sola pala oscilante equilibrada genera menos vibraciones que las configuraciones multipalas convencionales.

La hélice está contrapesada y montada excéntricamente en el cubo para mantenerla equilibrada. Este diseño también de hélice además pivota longitudinalmente en un eje calculado (B-B en elgráfico de arriba), por lo que el paso de la hélice se ajusta automáticamente al ángulo más eficiente: en parado se puede mover la punta de la hoja hacia adelante y hacia atrás varios centímetros con la mano, esto es lo que se puede ver al final del vídeo.

La idea de la hélice monopala es siempre la misma, que una sola pala sería más eficiente que varias porque la única pala siempre viaja a través del aire no perturbado. Esto se ha demostrado experimentalmente y en teoría es verdad que mejora la eficiencia de la hélice, pero hasta cierto punto (tamaño del motor). Se ha probado incluso en helicópteros (Bölkow Bo 103) y torres aerogeneradoras. Sin embargo, dado que las hélices ya son bastante eficientes, la mejora no es de gran interés hoy en día.