Aerodinámica
Es la ciencia que estudia las fuerzas que se
generan debido al movimiento relativo de un cuerpo en una corriente de aire.
Aeronave
Es todo vehiculo diseñado para elevarse y
mantenerse en la atmósfera. Se puede clasificar según su tipo sustentación en Aeróstatos y Aerodinos.
- Aeróstatos: Son aquellas aeronaves que son mas livianas que el
aire como por ejemplo globos aerostaticos y dirigibles.
- Aerodinos: Son aquellas aeronaves que son mas pesadas que el aire,
en esta clasificación encontramos a los aviones, helicópteros y misiles.
Avión
Aeronave más pesada que el aire que consta de
una planta motriz y superficie alar.
Componentes mayores de u Avión
- Fuselaje: Es el componente de mayor tamaño y en el cual se encuentran
instalados los demás componentes de la aeronave, en su interior se
encuentra la cabina de mando y el fin para el cual fue diseñado el avión.
Es conocido también como cuerpo o tabaco.
- Tren de aterrizaje: componente responsable del apoyo y movimiento en tierra del avión.
Puede ser de dos tipos: EL convencional
que consta de dos ruedas a nivel del plano o ala y una tercera rueda o
patín en la cola. Tipo Triciclo
con dos ruedas o mas a nivel de los planos y al menos una en la parte
delantera.
- Empenaje: (cola del
avión) Sección trasera de la aeronave donde
normalmente van instalados los estabilizadores verticales y horizontales.
- Planta Motriz: Cualquier dispositivo moto propulsor bien sea un motor reciproco
con su hélice (a Pistón) ò un reactor o turbina que se encarga de vencer
la resistencia al avance.
- Ala: Componentes responsable de generar la sustentación, usualmente
en su interior se encuentran instalados los tanques de combustible, así
como también el sitio de instalación de los alerones y los dispositivos
hipersustentadores. También puede servir de apoyo a los motores.
Teorema de Bernoulli
Toda partícula posee un valor constante
resultado de la suma de su velocidad y presión estos valores son inversamente proporcionales
al aumentar uno el otro disminuirá en la misma proporción.
Una aplicación muy
extendida del sistema anterior es el tubo de Venturi. Este sistema permite
medir la velocidad de flujo de un fluido a través de una tubería utilizando un
sistema como el de la figura:
V=1 (Aumenta
Velocidad – Presión) (Disminuye Velocidad + Presión)
|
P
|
Perfil Aerodinámico
Objeto diseñado de forma tal que es capaz de
aprovechar al máximo las variaciones de velocidad y presión al ser expuesto a
una corriente de aire.
Alta velocidad y baja presión causa vació
“sustentación”.
Partes del un Perfil
1-Borde de Ataque: Parte frontal del perfil normalmente arredondeada. Donde ocurre la
división del viento relativo.
2-Borde de Fuga: También conocido borde de salida
es la parte posterior del perfil. Donde están instalados los alerones y la
mayoría de los dispositivos hipersustentadores.
4-Intrados: Parte superior del perfil.
5-Cuerda Aerodinámica: línea imaginaria que
une el borde de ataque y el borde de
fuga.
6-Viento Relativo: Corriente de Aire a la cual esta
expuesto el perfil, siempre el movimiento del perfil será contrario al viento.
7-Angulo de Ataque: Angulo formado entre la cuerda aerodinámica y el viento relativo.
Angulo de Ataque +
= Ascenso
Angulo de Ataque -
= Descenso
Fuerzas que actúan sobre un
avión en vuelo
1-Gravedad o peso: Fuerza con que la tierra atrae a todos lo cuerpos que la rodean hacia su centro.
1-Gravedad o peso: Fuerza con que la tierra atrae a todos lo cuerpos que la rodean hacia su centro.
2-Sustentación: Fuerza creada
por el ala y el flujo de aire al cual esta siendo expuesta. Actúa de manera perpendicular
al viento relativo. El ala del avión esta Diseñada para reducir producir la
sustentación necesaria e igual al peso total del avión. Las propiedades básicas
para producir sustentación son: la curvatura del perfil, la cuerda aerodinámica
y el ángulo de ataque.
Factores que influyen en la
sustentación
Densidad del Aire: Entre mas
denso sea el aire mayor será la sustentación. Es importante recordar que a
menor temperatura y mayor altitud menor será la densidad. Más calor hace mas
difícil la sustentación.
Velocidad del Aire sobre el
perfil
·
A mayor velocidad mayor
sustentación.
·
Superficie Alar: a mayor
superficie alar mayor será la sustentación.
·
Angulo de ataque: a mayor ángulo
de ataque mayor sustentación.
ISA: internacional Estándar atmosfer
3-Resistencia al avance: Fuerza
que se opone al desplazamiento de la aeronave y se presenta en dos formas.
·
Al generarse sustentación se crea
la resistencia inducida cuyo valor va a disminuir al aumentar la velocidad.
·
Al moverse todo el conjunto del avión
se genera la resistencia parasita.
4-Tracción o empuje: Fuerza que vence a la resistencia al avance y es generada por la planta
motriz, se llama tracción cuando sea producida por una hélice y se considerara
empuje cuando provenga de un reactor o turbina.
Todo
avión en vuelo recto y nivelado tiene estas 4 fuerzas en perfecto equilibrio.
Hélice: crea efecto de tornillo halando el aire.
Turbina: Comprime el aire y lo expulsa a presión.
Ejes de un Avión
Toda aeronave tiene 3 ejes. Longitudinal,
transversal y vertical
Eje
Longitudinal: Atraviesa el avión desde la nariz o moto
hasta la cola. Cuando este eje es girado se produce un moviendo llamado alabeo.
Eje
Transversal: Es el que va de punta a punta del plano
(ala) es responsable por el movimiento de cabeceo.
|
Eje Vertical: Atraviesa el avión de arriba abajo. El movimiento asociado a este es la guiñada.
Superficies primarias de control
Alerones: Están instalados en el borde de fuga
y hacia el extremo del lado del ala. Su función es producir el movimiento de
alabeo y tiene la particularidad de que si funcionamiento es inverso, cuando se
induce un banqueo a la derecha el alerón derecho sube mientras que el izquierdo
baja, si se hace un banqueo a la izquierda ocurrirá lo contrario, son activados
desde la cabina de mando por el volantín, (cuerno, cacho, palanca, volante).
Elevadores: Están instalados de
manera abisagrada al estabilizador horizontal, producen el movimiento de
cabeceo son accionados desde la cabina de mando por el volantín. A halarlo la
superficie s reflecta hacia arriba y la nariz del avión sube. Si se empuja el
volantín baja la superficie baja y el morro también puede llamarse timón de
profundidad.
Timón
de Dirección: Están instalados de manera abisagrada en
el estabilizador vertical produce el movimiento de guiñada y es controlado
desde la cabina a través de los pedales. Al presionar el pedal derecho la
superficie se reflecta hacia la derecha y se induce una guiñada hacia este
mismo lado.
Superficies secundarias de
control
Compensadores: son
pequeñas superficies móviles instaladas en las superficies primarias de control
diseñadas para mantener a estos en una posición determinada y disminuir así el
esfuerzo que el piloto debe realizar sobre los
comandos. Su movimiento es contrario al de la superficie principal .Están controlados desde
la cabina normalmente por una rueda cerca del cuadrante de potencia.
Dispositivos
Hipersustentadores
Son aquellos
destinados a modificar el perfil aerodinámico para que pueda producir mayor
sustentación a bajas velocidades su utilización es mas frecuente en operaciones
de aterrizaje y despegue, los mas comunes son los Flaps que están instalados en
el borde de fuga y hacia el encastre su principio de operación es aumentar la
curvatura del ala para lograr un mayor coeficiente de sustentación.
Otros dispositivos
menos comunes son los Slaps estos están instalados en el borde de ataque su
función es facilitar la circulación de la corriente aerodinámica con los altos
ángulos de ataque, al abrir una ranura que permite que la corriente
aerodinámica sea dirigida al extrados.
Encastre: Unión del plano con el
fuselaje
Los flaps sirven para
frenar la aeronave
En el 172 no se deben
extender a más de 80nudos
Densidad: Es la cantidad de
partículas dentro de un espacio definido.
Dispositivos Hipo sustentadores
Spoilers:
Son aquellos dispositivos diseñados para reducir la
sustentación creada en las alas, los más comunes son los spoiler están ubicados
en la parte superior del borde de fuga. Son aletas normalmente activadas con un
sistema hidráulico que al ser proyectado con el viento relativo aumenta la
resistencia y disminuye la velocidad, así como también el valor de la
sustentación. En algunos casos pueden ayudar a los alerones para un viraje.
La
utilización de los Flaps: aparte de ser utilizados
como dispositivos hipersustentadores pueden desempeñar la función como freno
aerodinámico debido a que al ser desplegados aumenta el valor de la
resistencia. Su utilización al momento del despegue debe hacerse según los
indicado en el manual de la aeronave, sin embargo todos tienen en común su
utilización en pistas cortas o no preparadas donde la carrera de despegue debe
de ser lo mas mínima posible. Para el aterrizaje los flaps permiten realice un
recorrido menor dado que una aproximación se hace a una menor velocidad, de igual
manera la senda de aproximación con flaps es mas pronunciada permitiendo así obstáculos.
Extensión
y Retracción de los flaps: Siendo dispositivos hipersustentadores
pueden ser utilizados cuando el perfil no puede generar la sustentación
necesaria para mantener la aeronave en vuelo. Deben extenderse para volar a
bajas velocidades y respetando sus límites para su utilización, dado que al ser
extendidos a una velocidad mayor a la permitida ocasionaría daños estructurales. La retracción se hace de ser posible
por segmentos y solo cuando el avión haya alcanzado una velocidad que le
permita al perfil haber creado la sustentación necesaria por si sola.
Terminología
del ala:
Envergadura: Distancia medida de punta a punta del ala, incluye la parte que pueda
estar cubierta por el fuselaje.
Superficie
Alar: superficie de las alas incluyendo la parte
cubierta por el fuselaje o motores.
Angulo
Flecha: Angulo flecha entre el borde de ataque del ala
y una línea perpendicular al eje longitudinal del avión.
|
Angulo
Diedro: Angulo formado entre la superficie alar y el
plano horizontal, esta relacionado a la estabilidad del avión.
Angulo
de Incidencia: Angulo formado entre la cuerda
aerodinámica y el eje longitudinal del avión. Viene dado por el fabricante y no
puede ser modificado.
Angulo de Calaje: Diferencia
entre el ángulo de incidencia del ala y el ángulo de incidencia del
estabilizador horizontal.
El eje transversal o lateral sobre el eje
longitudinal viene dado por el ángulo diedro. Mientras que la estabilidad del
eje longitudinal es responsabilidad de los estabilizadores.
Estabilidad: Capacidad que tiene un avión para
retomar una posición determinada de vuelo luego de ser modificada. Puede ser Estativa cuando surgen fuerzas
aerodinámicas capaces de hacer que un avión vuelva a su estado de equilibrio al
ser desplazado por causas externas o Dinámica
al producirse una amortiguación rápida de la variaciones alrededor del punto de
equilibrio a su vez se puede medir también en estabilidad Positiva cuando la aeronave tiende por si sola a recuperar su
posición de equilibrio. Puede ser Neutra
una vez modificada su posición inicial tiende a mantenerse en su nueva
posición y son Negativas cuando una
vez separada de su posición inicial continúe alejándose de ella. Es importante
destacas que la estabilidad y la manejabilidad de una aeronave mantiene una
relación inversamente proporcional.
Centro de posición
Es el punto a lo largo de la cuerda
aerodinámica en el cual se encuentra la mayor cantidad de sustentación, su
ubicación puede variar según el ángulo de ataque dado que al incrementar se
desplaza hacia adelante.
Centro de Gravedad
Es el punto de la
aeronave donde se encuentra todo su peso y al ser levantado por el mismo se
mantiene en equilibrio.
Factor de Carga
Cuando un avión se
desplaza en el espacio tridimensional se ve sometido a fuerzas producidas por
la aceleración y fuerzas centrifugas, para medir estas fuerzas se utiliza el
factor de carga que es la relación que existente entre la fuerza total que
activa el avión y el peso del mismo incluyendo todo lo que lleva adentro. Es
decir tripulación, pasajeros, carga y combustible. El factor de carga es igual
a (G) o aceleración de gravedad, al ejecutar una maniobra que alcance 2G
significa que las alas de avión están soportando el avión 2 veces el peso del
mismo. Las (G) pueden ser (+) ó (-), serán (+) cuando actúan hacia abajo donde
se ve aumentado el peso y serán (-) cuando actúen hacia arriba donde se puede
anular por completo el peso.
Importancia del Factor de
Carga
El peligro de
someter el avión al abuso de sus límites puede causar daños estructurales
permanentes. Al aumentar el factor de carga incrementa la velocidad de perdida
a valores superiores a los normales. En aviones preparados para soportar G(-)
el suministro de combustible puede ser interrumpido momentáneamente.
Limites según el factor de
carga según la categoría del avión
Existen Tres
Categorías de naves según el factor de carga. Viene especificada en el manual
de la aeronave así como las maniobras permitidas para realizar en la misma. El
piloto debe conocer estas limitaciones y asegurase de no someter la aeronave a
excesos de fuerza G.
Primera Categoría “Normal”:
desde 3.8G (+) hasta 1.3G (-).
Segunda Categoría “Utilitaria”:
desde 4.4G (+) hasta 1.8G (-).
Tercera Categoría “Acrobático”:
desde 6 ò mas G (+) y al menos 2.4G (-).
En la figura podemos apreciar dos ejemplos sobre factor de carga.
En el avión de la izquierda vemos que posee una sustentación de 10450 lbs . y un peso de 2750 lbs . Lo que resulta
en un factor de carga de 3.8g’s.
En el avión de la derecha vemos que posee una sustentación de 10450 lbs . y un peso de 2200 lbs . Lo que resulta
en un factor de carga de 4,75 g’s.
Factor de Carga o Turbulencia
Los aviones pueden
resistir ráfagas de aire con gran intensidad en condiciones fuertes como
tormentas. El avión se ve sometido a esfuerzos estructurales causados por estas
corrientes de aire. Si se va a entrar en una turbulencia se debe tener en
cuenta que a mayor velocidad el esfuerzo de la estructura será mayor es por
esto que el fabricante proporciona la velocidad de maniobra ò velocidad de aire turbulento, esta
velocidad puede varias según el peso del avión dado que a menor peso la
velocidad será menor. Esta velocidad garantiza que al realizar movimientos
bruscos de la deflexión total en la superficie de control la aeronave no
sobrepasara sus límites. Para su factor de carga de igual manera los
movimientos inducidos por la corriente de aire tampoco lo harán.
Flujo laminar. Es un flujo en el cual el fluido puede ser
considerado que se mueve en capas uniformes denominadas láminas.
Flujo turbulento. En este
tipo de flujo las láminas fluyen desorganizadas, tanto en su dirección como en
su velocidad.
En el espacio libre el flujo no interactúa con los objetos, pero si un objeto
está cercano al flujo del fluido, interactúa con el mismo cambiando sus
características de velocidad como veremos seguidamente.
El flujo puede permanecer laminar en tanto las láminas no interactúan
lo suficiente para causar movimientos secundarios entre ellas, pero en caso
contrario la mezcla libre y aleatoria de las láminas hacen el flujo turbulento.
Las Pérdidas
La pérdida (en inglés stall) es el efecto provocado por la incapacidad
del ala para seguir produciendo sustentación, y se produce cuando el avión
vuela con un ángulo de ataque excesivo o mayor que el ángulo de ataque crítico.
Como detectar que vamos a entrar en pérdida.
- Alarma por los indicadores en cabina ( stall warning,luz)
- Los controles están más suaves de lo normal.
- Hay vibración en la cola del avión.
- Reducción de las RPM.
Como recuperar la Aeronave de una Perdida.
- Reducir el ángulo de ataque gradualmente bajando la nariz del
avión.
Prevenir caer en perdida.
- Cuidar Velocidad.
- No exceder el ángulo de ataque.
La perdida acelera
es causada por el cambio repentino de ángulo de ataque.
Barrena: Se define como pérdida prolongada, en la cual el avión
cae en una posición de morro bajo describiendo una trayectoria helicoidal (como
un sacacorchos) alrededor de su eje vertical..Esta situación también
se conoce como autorrotación.
Durante
la barrena el avión está en pérdida. En ese momento, si por cualquier
circunstancia (ráfaga o un movimiento del timón de dirección o del timón de profundidad) se baja un plano, se
provoca una barrena. El plano que baja ve como se aumenta su ángulo de ataque debido a que ve una corriente
relativa que viene desde abajo, y por tanto este plano está aún más en pérdida.
El plano que sube produce menos sustentación que antes, y el que baja produce
menos. Con estas diferencias de sustentación, el avión comienza a alabear.
