En la primera parte de éste artículo vimos cuales eran los tres tipos de controles que un piloto tenía para manejar su motor en un avión a helice típico de la 2GM. Detallamos el manejo del control de presión de admisión, y vimos cuales eran los distintos tipos de hélice que se usaron en los aviones de caza que volaron durante dicha confrontación. Ahora veremos como se usaban los mandos de la hélice y los controles de riqueza de combustible. Para terminar veremos tambien cómo se manejaba el Kommandogërat, un aparato alemán que automatizaba el manejo de motor en provecho del piloto.
Mando de control de la hélice:
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Tal y como detallamos en el anterior artículo habia (a grandes rasgos) cuatro tipos de hélices en los aparatos militares a hélice de la 2GM. A saber: Helice de paso fijo; hélice de varios pasos, Hélice de paso variable, y hélice de velocidad constante.
Viendo las explicaciones del anterior artículo podemos ver ahora cómo controlaba la hélice de su motor un piloto que llevara un avión determinado...
a). Helice de paso fijo:
No había control de paso de hélice ni de RPMs. El piloto simplemente no podía modificar los parámetros de su hélice al ser ésta de paso fijo, por tanto no tenía tampoco que preocuparse por ello.
b) Helice de varios pasos:
Como vimos, la norma en un avión con una hélice de éste tipo era que el piloto pudiera usar uno de dos "settings": Paso fino y paso grueso.
En paso fino las palas de la hélice reducían su ángulo de ataque respecto al aire, ello significaba que la hélice se movía a gran velocidad pero moviendo relativamente poco aire por vuelta de hélice.
En paso grueso, en cambio, las palas de la hélice atacaban el aire con un ángulo mucho más acusado, moviendo por tanto mucho mas aire por vuelta, pero a costa de una mayor potencia, lo que significaba que la hélice en general giraba a menos RPMs.
En un avión con una hélice de este tipo el piloto tenía un sistema análogo al de un vehiculo de calle con dos marchas, una corta y una larga. El uso tambien era análogo: la "marcha corta" (paso fino) se usaba en situaciones en las que hacía falta una gran aceleración y/o trepada, como pueden ser despegues: aterrizajes, maniobras a baja velocidad, trepadas a alturas de crucero, etc.
La "marcha larga" (Paso grueso) se usaba en situaciones en las que la aceleración era secundaria respecto a otras consideraciones...nuevamente situaciones similares a las de un vehículo de calle: lograr velocidades máximas, mantener velocidades de crucero con menos gasto de combustible, etc.
Las limitaciones del sistema eran obvias para el piloto: no había término medio entre gran aceleración pero baja velocidad y alto consumo (paso fino), y buena velocidad tope y menor consumo (paso grueso). En un coche tenemos por lo general 5 marchas adelante...pensemos si solo tuvieramos la primera y la quinta, las limitaciones son obvias, pero aun así éste tipo de hélice fué un gran paso adelante respecto a las hélices de paso fijo.
c) hélice de paso variable:
Con éste tipo de hélice se daba un paso más. El piloto dejaba de tener una palanca con dos posiciones muy limitadas a tener una palanca que controlaba todos los ángulos posibles de las palas de las hélices respecto al aire. Las posibilidades por supuesto eran enormes. Como se usaban?.
nuevamente, para despegues y maximas aceleraciones a muy baja velocidad, el control de paso de la helice solía ser puesto al mínimo. Según la velocidad aumentaba, el piloto iba aumentando el paso de su hélice hasta llegar a los regímenes más altos de su avión en el que la palanca estaba puesta en el tope de ángulo de ataque.
Nuevamente hagamos una analogía con los automóviles normales: en lugar de tener 5 marchas adelante, tenemos literalmente infinitas entre los dos topes (minimo y máximo) del motor. Ello da como resultado la necesidad de un control continuado y preciso sobre la transmisión para optimizar el funcionamiento del motor en cada régimen de velocidad a la que se mueva el automovil. A cambio se logra la mejor respuesta del motor a cada velocidad o situación, así como un buen ajuste de consumo de combustible para velocidades de crucero.
En la práctica y en combate éstas hélices solian ser engorrosas por la continuada necesidad de atención por parte del piloto para sacar el máximo partido de su motor en cada una de las situaciones de combate distintas. Ademas en combates cambiantes se requerían ajustes constantes, aumentando la carga de trabajo del piloto (algo que no es deseable).
D) Helice de velocidad constante.
Los límites de las helices de paso variable eran casi inexistentes: el piloto con un adecuado uso de la palanca asociada, lograría siempre extraer el máximo de su motor en cada situación de vuelo. Pero la carga de trabajo era muy seria y en medio de un combate un piloto poco acostumbrado a combatir mientras mantenía un ojo continuamente sobre sus settings de paso acababa por tener problemas combatiendo contra un enemigo mientras mantenía su avión en las mejores condiciones.
Por ello se desarrolló éste tipo de hélice que como vimos en el artículo previo, mantenía unas RPMs constantes.
Es facil de ver que en un avión en principio queremos el máximo de RPMs posibles para la hélice, pero para obtenerlas hasta que las hélices de velocidad constante vieron la luz hacía falta una regulación constante del paso. Un paso demasiado fino para una potencia y velocidad dadas, y el motor tendería a sobrerrevolucionarse (con los peligros asociados) y a perder velocidad. Un paso demasiado grueso para una potencia y velocidad dadas, y el motor tendería a perder RPMs (demasiada poca potencia para mover demasiado aire por segundo) y a perder eficacia y aceleración.
Pensemos en un coche a 60km/h. Si ponemos primera marcha, el motor pasa a unas RPMs altísimas con un altísimo desgaste para el motor asociado, y tenderá a frenar. Si metemos quinta, el motor bajará notablemente las RPMs y tendremos problemas acelerando. En un avion las situaciones son análogas con un uso incorrecto del paso de la hélice.
Mediante la introduccion de un control automático de RPMs (hidráulico o eléctrico, depende de la hélice en cuestión), el piloto no se preocupaba de ésta cuestión. En lugar de controlar el paso de la hélice, la palanca de control asociada lo que controlaba era las RPMs.
El piloto en combate, por ejemplo, ponía la palanca a RPMs máximas y el gobernador de paso automático de la hélice cambiaba automáticamente el paso de cada pala para lograr esas revoluciones (o al menos para intentarlo, puesto que no siempre era posible lograr tope de revoluciones en determinadas condiciones). En crucero el piloto ponía el control a las RPMs del setting de crucero de su avión y el gobernador nuevamente hacía todo por él.
El resultado era que el piloto nunca se iba a tener que verselas con una hélice con un paso demasiado grueso o fino para una velocidad dada. El gobernador actuaba automáticamente para mantener un paso óptimo para cada velocidad y presión de admisión.
El grado de eficacia de éste tipo de hélices era tremendo, y al mismo tiempo dejaban al piloto practicamente libre de trabajo permitiendole combatir sin tener que cambiar constantemente el paso de la hélice de su motor. Casi todos los modelos de caza y bombardeo de mediados a finales de la guerra (1942 en adelante) llevaban éste tipo de hélices y controles asociados.
Mando de control de riqueza de combustible:
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Para entender por qué éste mando era importante es recomendable leer el artículo acerca de sobrecompresores y turbocompresores, tambien presente en ésta página.
A grandes rasgos se sabe que la densidad de aire disminuye drásticamente segun aumenta la altitud. Los efectos sobre los motores eran notables y por ello se introdujeron los sobre y turbocompresores, para garantizar un mayor suministro de aire del disponible a grandes alturas.
Sin embargo aun así llegaban momentos en los cuales el avión subía por encima de la altitud a la cual el sobrecompresor de su motor podía suministrar suficiente aire para su motor. Y aqui es donde el control de la mezcla pasaba a ser importante.
Un motor a pistón para funcionar lo que hace es introducir combustible y aire en un cilindro, comprimir drásticamente la mezcla mediante un pistón, y luego quemar explosivamente dicha mezcla para lograr una expansión violenta de los gases resultantes, que empujan el pistón de nuevo hacia arriba (el pistón a su vez va unido a un cigüeñal, que es el que transmite la potencia a una hélice o a una transmisión).
Al empujar al piston hacia arriba se abría una válvula de escape por la que salían los gases de la combustión, con lo cual se relajaba la presión que empujaba al pistón, que volvía a bajar mientras se introducía una nueva cantidad de combustible y aire. Es lo que se denomina un motor de cuatro tiempos: admision-compresión-detonación-escape. Cuando esos cuatro pasos se han recorrido, el ciclo comienza de nuevo desde la admisión.
Bien, para que éste ciclo funcione adecuadamente hay que tener una mezcla correcta de aire-combustible. Una cantidad dada de combustible, y suficiente aire como para quemar el combustible. Si ponemos demasiado combustible y poco aire, logramos solo una quema parcial e ineficaz del combustible, con lo cual el proceso produce menos potencia de la esperada (y ademas es una quema "sucia", las válvulas van a sufrir por ello). Si ponemos demasiado aire y poco combustible nuevamente el proceso va a dar demasiada poca potencia y de hecho se puede producir detonación (ver artículo de sobrecompresores para saber qué és éste fenómeno), o incluso calar el motor.
Imaginemos ahora un avión sin sobrecompresor que va a nivel del mar. El piloto pone mezcla "rica" a tope (palanca de mezcla al máximo), puesto que su motor está preparado para ello. Se mete en el motor la proporcion justa de combustible y aire para una combustión adecuada y eficaz.
imaginemos ahora ese mismo avión a 5000 metros, donde hay muchísimo menos aire disponible para meter en el motor en cada ciclo. Si el piloto mantiene la palanca en mezcla "rica" a tope, estará metiendo demasiado combustible para el poco aire disponible. Solo se quemará una parte del combustible introducido en los cilindros, el resto no solo se desperdicia sino que además causa un ensuciamiento serio del cilindro y válvulas.
Ésto no solo es un incordio...si la proporcion de combustible-aire es demasiado alta es peligrosísimo: si se mete demasiada proporcion de combustible, se puede incluso calar el motor, o romperlo. Al no haber combustion suficiente, la gasolina no quemada en el cilindro no sale del mismo en la fase de "escape". El motor sigue su ciclo de todas formas, y mete una nueva unidad de mezcla en el cilindro en la fase de "admision", metiendo más combustible (que al ser líquido es virtualmente incompresible si lo comparamos con un gas). Al llegar la fase de "compresion", si hay demasiado combustible el en cilindro el pistón no podra comprimirlo, con lo cual éste puede reventar, o el cilindro puede romperse, o el cigüeñal doblarse...sea como sea, te cargas el motor.
Qué tendría que hacer el piloto para evitar éste maravilloso resultado?. Bueno, lo que tendría que hacer sería empobrecer drásticamente la mezcla con su palanca. Ello, mediante un regulador, haría que en el cilindro se metiera menos combustible y más aire, y mantendría la combustión lo más eficaz posible. naturalmente al meter menos combustible del máximo que puedes meter, logras menos potencia, pero sólo ha de empobrecerse la mezcla por encima de las altitudes a las cuales el sobrecompresor (si lo tienes) te puede dar el aire necesario para mantener la mezcla a tope de "rica".
Imaginemos ahora el caso contrario. A nivel del mar el piloto reduce la mezcla a pobre. Que pasaría?.
Pues lo que pasaría sería que en el cilindro se metería una mínima cantidad de combustible y mucho aire. Muchisimo aire para quemar muy poco combustible: en general lo que pasa es que la combustión es mínima y la fuerza producida para empujar el pistón de vuelta hacia arriba dentro del cilindro no es suficiente. El ciclo de cuatro tiempos se detiene, y el motor se cala (lo cual no era moco de pavo, en los aviones reencender un motor no era tan facil como girar la llave de contacto precisamente).
Vemos por tanto la vital importancia del control de riqueza del combustible para el piloto. Un uso incorrecto de la mezcla podía como poco reducir la eficacia del motor y desgastarlo bastante (Reduciendo su vida útil), y en el peor de los casos podía calarlo...o incluso reventarlo.
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Kommandogërat.
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Uno de los avances más significativos de la serie de aviones Focke-Wulf 190 era la presencia de un pseudoordenador de a bordo que funcionaba mediante principios puramente mecánicos y que regulaba los parámetros de funcionamiento de la unidad motriz de forma automática. A este aparato se le llamaba KommandoGërat, literalmente "aparato de control".
La presencia de éste gërat garantizaba que el control de potencia a bordo de un Fw190 era exponencialmente más facil que en cualquier otro avión de combate de la 2GM. Ningun artículo sobre manejo de motores de la 2GM puede olvidarse de éste sistema.
Veamos (someramente) cómo funcionaba:
En la cabina de un Fw190 se notaba claramente la carencia de palancas múltiples presentes en otros aviones. En realidad en un Fw190 las tres palancas normalmente presentes en el resto de los aviones de caza monomotores de la época estaban unificadas en una sola palanca de control que controlaba todos los aspectos y parámetros de potencia del motor.
Dicha palanca tenía varios pasos. A saber, en un Fw190A5 de 1943 existían los siguientes:
Start-und-Notleistung: Potencia de arranque y emergencia
Kampf-und-steigleistung: Potencia de combate y trepada.
Höchst-Dauerleistung: Potencia máxima continuada
Höchst-Sparleistung: Potencia de crucero.
Langsame-Bewegung: Ralentí
Con la introducción del A-8 en 1944 y de su sistema de potencia de emergencia con inyección de C3 asociada, se añadió otro setting más:
Erhöhte-Notleistung: Potencia de emergencia incrementada.
La introducción posterior del Fw190D9 con MW50 dió como resultado el cambio de éste último por el denominado "Sonder-Notleistung": potencia de emergencia especial, y de varios otros settings segun las motorizaciones de Jumo213 estuvieron disponibles.
El piloto simplemente tenía que escoger un régimen de potencia para su motor. Por ejemplo para arrancar el motor ponía el mando en "start und notleistung" y actuaba el starter. Para despegar usaba el mismo setting, y una vez en el aire, cambiaba a "kampf und Steigleistung" para trepar a altitud de crucero con la mayor economía de motor posible.
Una vez allí, y sin tener que preocuparse de ajustar riqueza de motor ni paso de hélice/RPMs porque el Kommandogërat lo hacía por él, escogía "Höchst-Sparleistung" para ponter una velocidad de crucero económica, o bien "Höchst-Dauerleistung" para velocidad de crucero máxima, si estaba en zonas donde esperara enemigos. En caso de verlos, pondría "Kampf und Steigleistung" para combatir, usando del "Start und Notleistung" y el "Erhöhte-Notleistung" a voluntad para impulsos de potencia en momentos necesarios.
Tras el combate volvería a setting de crucero, etc...
Cada vez que el piloto de un Fw190 cambiaba de setting de potencia, solo tenía que hacerlo poniendo la única palanca en una de las posiciones preseleccionadas (o en cualquiera de las intermedias para rendimientos intermedios).El motor hacía el resto por el, así que podía concentrarse en vigilar el espacio aereo alrededor suyo para localizar enemigos, o, en combate, estar concentrado en el enemigo en lugar de verse distraido por las necesidades de pilotar el avión propio.
En contraste un piloto de un avion "normal" tendría que manejar dos o tres palancas distintas cada vez que cambiara de potencia y/o altitud, algo que en combate podría ser seriamente engorroso, pudiendo incluso distraer la atención del piloto en momentos críticos del combate.
Naturalmente el KommandoGërat no era perfecto, pues está claro que un adecuado uso manual de los distintos parámetros del motor producía una mejor eficacia que el sistema automatizado del Fw190, particularmente en lo que respecta a consumos de combustible. Asimismo permitia variaciones a voluntad del piloto para ajustarse a sus preferencias de pilotaje (a algunos les gustaba volar en crucero con una mayor presion de admision y menor rpm de lo usual, por ejemplo) algo que el KommandoGërat no permitía. Pero en conjunto el sistema era eficaz y muy valorado por los pilotos que usaron éste avión.
Hay que resaltar que no fué un sistema únicamente usado por los alemanes. Los franceses usaron un sistema similar a bordo de algunos de sus modelos de caza de inicios de la guerra (como el Dewoitine), pero en general no eran sistemas tan perfeccionados como el alemán (en concreto el control automático de los motores franceses tenía una seria tendencia a sobrerrevolucionar el motor en picados de alta velocidad).
Bien, con ésto hemos terminado de hacer un viaje más o menos detallado a través de los métodos de control que un piloto ejercía sobre el motor del avión que volaba. Naturalmente han quedado cosas y detalles fuera del alcance de éste artículo, pero espero que haya sido provechoso, y de fácil entendimiento para los lectores.
