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AERODINAMICA

SABER MÁS
 

Aerodinámica y maniobras básicas

Aprenda lo básico sobre el vuelo y el pilotaje



LAS CUATRO FUERZAS DEL VUELO



Durante muchos años inventores y científicos trataron de comprender los principios básicos del vuelo, y los expertos aún siguen debatiendo los detalles de la aerodinámica.
Los pilotos necesitan comprender unos cuantos conceptos fundamentales, comenzando por las cuatros fuerzas que afectan al vuelo: sustentación, peso, empuje y resistencia.


Estas cuatro fuerzas actúan en pares. La sustentación (La suma de todas las fuerzas hacia arriba) es la fuerza opuesta al peso (La suma de todas las fuerzas hacia abajo). Igualmente, el empuje (La fuerza que empuja hacia delante) es la opuesta a la resistencia (La fuerza que empuja hacia atrás). Las fuerzas opuestas se equilibran entre sí para conseguir un vuelo estable. Los vuelos incluyen vuelos equilibrados y nivelados, y ascensos o descensos a una velocidad fija y a velocidades aerodinámicas constantes. Se puede asumir que las cuatro fuerzas actúan a través de un punto único denominado centro de gravedad (CG).



Sustentación

La sustentación es la fuerza que hace volar a un aeroplano. La mayor parte de la sustentación de un aeroplano procede de sus alas. La sustentación que genera un ala se controla mediante el ajuste de la velocidad aerodinámica y el ángulo de ataque (ADA), es decir, el ángulo en que el ala se encuentra con el viento de frente. En general, a medida que aumenta la velocidad aerodinámica o el ángulo de ataque de un avión, se incrementa la sustentación generada por sus alas. Según va aumentando la velocidad del avión, debe reducir el ángulo de ataque (Bajar el morro ligeramente) para mantener una altitud constante. Asimismo, a medida que disminuye la velocidad, debe aumentar el ángulo de ataque (Subir el morro ligeramente) para generar mayor sustentación y mantener la altitud.

Recuerde que, incluso en un ascenso o descenso, la sustentación se iguala al peso. El índice de ascenso de un avión está relacionado principalmente con el empuje generado por sus motores, no por la sustentación generada por las alas.



Pesos

El peso se opone a la sustentación. En la práctica, se puede entender que el peso actúa siempre sobre una línea situada entre el centro de gravedad del avión y el centro de la tierra.

En principio, se puede pensar que el peso solamente cambia a medida que se consume el  combustible. De hecho, a medida que un avión maniobra, experimenta variaciones en el factor de carga, o de fuerzas G, que cambia la carga que soportan las alas. Por ejemplo, un avión que realiza un giro nivelado con un ladeo de 60 grados experimenta un factor de carga de 2. Si ese avión pesa 2000 lb. (907 Kg.) en estado de reposo en tierra, su peso efectivo se convierte en 4000 lb. (1814 Kg.) durante el giro.

Para mantener el equilibrio entre la sustentación y el peso en las maniobras, debe ajustas el ángulo de ataque. Durante un giro con ladeo cerrado, por ejemplo, debe levantar el morro ligeramente (Aumentar el ángulo de ataque) para generar mayor sustentación y así equilibrar el aumento de peso.



Empuje

El empuje que proporciona la potencia del avión es el que lo propulsa por el aire. El empuje de la fuerza opuesta a la resistencia y, en vuelos estables, estas dos fuerzas son iguales. Si se aumenta el empuje y se mantiene la altitud, el primero supera de forma momentánea la resistencia y el avión se acelera. Sin embargo, la resistencia también aumenta y enseguida vuelve a equilibrar el empuje. El avión deja de acelerar y continúa el vuelo estable a una velocidad aerodinámica mayor, pero constante,

El empuje también es un factor más importante a la hora de determinar la posibilidad de ascenso del avión. De hecho, la velocidad de ascenso máxima de un avión no está relacionada con la fuerza de sustentación que generan las alas, sino con cantidad de potencia disponible por encima de la necesaria para mantener el vuelo nivelado.


Resistencia


Los aviones se ven afectados por dos tipos de resistencias. La resistencia parásita es la fricción entre el aire y la estructura de un avión (Tren de aterrizaje, montantes, antenas y demás). Esta resistencia aumenta de manera proporcional al cuadrado de la velocidad del avión. Si se dobla la velocidad aerodinámica, se cuadruplica la resistencia parásita.

La resistencia inducida es una consecuencia de la sustentación. Se genera por el desplazamiento del aire desde el área de alta presión situada bajo un ala hacia el área de baja presión situada sobre ella. Este efecto es más pronunciado a velocidades aerodinámicas bajas, donde es necesario un ángulo de ataque alto para general sustentación suficiente para equilibrar el peso. De hecho, la resistencia inducida varía de forma inversamente proporcional al cuadrado de la velocidad aerodinámica. Si reduce la velocidad aerodinámica a la mitad, la resistencia inducida aumenta cuatro veces.



Una acción de equilibrio

Si realiza algunos experimentos en vuelo podrá observar la relación entre las cuatro fuerzas. Piloteamos un avión en un vuelo estable, recto y nivelado, y aumente la potencia sin mover los controles de vuelo. Al principio, la velocidad aerodinámica aumenta y el morro ó nariz de la aeronave cabecea hacia arriba. Sin embargo, pronto se detiene la aceleración del avión y la velocidad aerodinámica recupera aproximadamente el mismo valor original. observe que, debido al aumento de potencia, el avión asciende a una velocidad estable. Disminuya la potencia a un valor inferior al original; la velocidad aerodinámica se sitúa de forma temporal cerca del valor original, pero el avión desciende a una velocidad estable.



Los ejes de vuelo


Todos los aviones giran sobre tres ejes: el eje longitudinal, el eje vertical y el eje lateral. En un avión, el movimiento sobre cada eje se controla por medio de una de las tres superficies de control principales.



Alerones, timón de dirección y timón de profundidad

Los pilotos utilizan los alerones para ladearse o girar sobre el eje longitudinal. El timón de dirección controla la guiñada sobre el eje vertical y el timón de profundidad controla el cabeceo sobre el eje lateral. Los tres ejes tienen el punto de intersección en el centro de gravedad. El uso coordinado y suave  de los controles es lo que diferencia a los pilotos de los conductores de aviones. Los buenos pilotos combinan todos los controles de vuelo para conseguir un movimiento coordinado sobre los tres ejes.


Vuelo recto y nivelado


Volar de forma estable y nivelado puede parecer sencillo, pero en realidad es una de las maniobras de vuelo más dificil de aprender. Como a los pilotos les gusta tener el control, la mayor parte del maor tiempo se exceden e interfieren en la estabilidad básica de su avión. Como si tratara de un acto de equilibri, el vuelo estable y nivelado requiere pequeñas corecciones para evitar la ascilación del avión.


Dividir y conquistar


Es recomendable dividir la tarea de establecer y mantener un vuelo estable y nivelado en dos partes: la primera consiste en mantener una altitud y una velocidad aerodinámica constantes. Para ello, es necesario que los pares de fuerzas opuestas (Sustentación y peso, empuje y resistencia) estén equilibrados.


Mantener un rumbo constante


En esta tarea hay que controlar el indicador de rumbo y el coordinador de giro para mantener las alas niveladas, mantener el vuelo cordinado y corregir las pequeñas desviaciones en el rumbo.


Cabeceo + potencia = Rendimiento


Por fortuna, exiswte una regla básica "Cabeceo + potencia = Rendimiento" es una regla de oro para los pilotos. Significa que, si establece una posición de cabeceo específica y la potencia a un nivel constante, el avión volará a una velocidad aerodinámica determinada y mantendrá un vuelo nivelado, o bien ascendera, a una velocidad constante.

En este caso, por ejemplo, tomemos una aeronave como el cessna Skyhawk SP Modelo 172, para establecer una configuración de crucero típica a 3000 pies (915 metros)  ajuste el acelerador de modo que el motor mantenga una potencia de 2500 rpm. Para mantener un vuelo nivelado, ajuste la posición de cabeceo de modo de el avión en miniatura del indicador de actitud se mantenga nivelado con el horizonte. Al mirar por el parabrisas, la parte superior del tablero de instrumentos estará por debajo del horizonte real.
Si impide que el morro se levante o baje y mantiene la potencia a 2500 rpm, el Skyhawk SP mantendrá la altitud y el vuelo de crucero en torno a 130 nudos de velocidad aerodinámica indicadad.

Si el avión comienza a ganar o perder altitud, realice pequeñas correcciones en la actitud de cabeceo y ajuste el compensador de profundidad para que el avión termine volando solo, "sin manos".


Como mantenerlo recto


Es un poco más sencillo mantener un rumbo constante que mantener la altitud, pero aun así es necesario vigiar atentamente los instrumentos de vuelo. Consulte el indicador de rumbo con frecuencia, para asegurarse de que el morro o nariz del avión apunta en la dirección adecuada.

Compruebe bien el coordinador el giro: si las alas del avión en miniatura están niveladas, el avión no esta girando. Si no están, tendrá que aplicar una ligera presión en los alerones y el timón de dirección para nivelarlas y mantener un vuelo coordinado.


Giros


El avión gira porque parte de a sustentación que generan las alas le induce a girar, no porque el timón de dirección gire el morro a la izquierda o a la derecha. En teoría, podría hacer derrapar un avión mediante un giro con el timón de dirección, pero se trata de una forma ineficaz y poco cómoda de cambiar de dirección. Por esta razón, los aviones se ladean para girar.


El componente de la sustentación


El ladeo de las alas con los alerones desvía hacia un lado parte de la sustentación. Esta parte de la sustentación total del avión se denomina el componente horizontal de la sustentación. Ésta es la fuerza que empuja al avión en el giro.



Guiñada negativa


El ladeo de las alas cambia el ángulo de ataque de cada una de ellas. Además, la desviación de los alerones cambia la resistencia de cada ala. Estos dos factores crean una tendencia de guiñada en el avión opuesta al giro. Es decir, si se ladea a la izquierda, el morro del avión tiende a la derecha.

Para compensar este efecto, denominado "Guiñada negativa", debe aplicar presión en el timón de dirección en la misma dirección del giro. A medida que se ladea a la izquierda, debe presionar ligeramente el timón a la izquierda y viceversa.



Pérdida de sustentación


En un giro, parte de la sustentación se desvía hacia un lado, por lo que, mantener la altitud, debe aumentar la sustentación total que generan las alas. Para ello, aumentar el ángulo de ataque, así que incremente un poco la presión en el timón de profundidad (Tirado de la palanca hacia atrás) mientras realiza el giro. Cuando más cerrado sea el giro, más debe aumentar la presión del timón de profundidad. En giros de 45 grados o superiores, debe aumentar la presión (Y probablemente también la potencia) para mantener la altitud. No olvide de volver a reducir la presión en la palanca cuando salga del giro.



Coordinador de giro

El coordinador de giro está formado por dos instrumentos. La parte del giroscopio indica la velocidad de giro del avión (A qué velocidad cambia de dirección). Hay  una bola en un tubo que se denomina "Inclinómetro" o "Indicador de resbalones o deslizamientos" (En diversos países) que indica la calidad del giro está "Coordinado"



Funcionamiento


Por lo general, el giroscopio del coordinador de giro se encuentra en un ángulo de 30 grados. Cuando el avión gira, la fuerza hace que el giroscopio realice una precesión. La velocidad de la precesión hace que un avión en miniatura situado en la parte frontal del instrumento se ladee a la derecha o la izquierda. Cuando más rápido sea el giro, mayor será la precesión y más fuerte el ladeo de este avión miniatura.



Viraje a velocidad estándar


Cuando las alas del avión en miniatura se alinean con las pequeñas líneas que junto a la "L" y la "R", eso significa que el avión esta realizando un viraje a velocidad estándar. Por ejemplo, un avión con una velocidad de giro estándar de tres grados por segundo, completara un giro de 360 grados en dos minutos.


Acción de equilibrio


La bola negra del indicador de deslizamiento permanece entre las dos líneas verticales de referencia cuando las fuerzas de un giro están equilibradas y el avión realiza un vuelo coordinado. Si la bola baja hacia el interior del viraje, eso significa que el avión esta resbalando ó deslizándose. Si se mueve hacia el exterior del viraje, el avión está derrapando.

Para corregir un derrape


  • 1. Reduzca la presión del timón en la dirección del giro.

                        - y / o

  • 2. Aumente el ángulo de alabeo.


Para corregir un resbalón


  • 1. Aumente la presión del timóm en la dirección del giro.

                                - y / o

  • 2. Reduzca el ángulo de alabeo



Ascensos


El avión asciende cuando su motor o motores generan más potencia (empuje) de la necesaria para mantener el vuelo nivelado a un peso y ángulo de ataque en particular. Los aviones no ascienden porque las alas generen más sustentación. Este punto puede parecer extraño, pero tiene sentido si recuerda que siempre que un avión esta en vuelo estable como, por ejemplo, en un ascenso a una velocidad aerodinámica constante, la sustentación es igual al peso. Si la sustentación supera el peso durante el ascenso, el avión experimenta una ascensional


Un arrastre estable


Durante un ascenso constante, el componente de sustentación que actúa verticalmente en dirección al suelo es, en realidad, ligeramente inferior al peso ya que, en actitud de ascenso se debe a que el vector de empuje mueve el avión en un ángulo. Imagine a alguien arrastrando un trineo montaña arriba y se hará una idea aproximada.


Más potencia


Si es la potencia la que determina la velocidad de ascenso, es obvio que es el acelerador, y no la palanca de mandos, el que sirve de control de subida y bajada principal de un avión. Cuando se tira hacia atrás de la palanca  para amentar la altitud de cabeceo del avión, generalmente se inicia el ascenso. Sin embargo, un aumento en la resistencia inducida contrarresta el aumento de sustentación y el avión, que ha ganado un poco de altitud, se estabiliza en un vuelo nivelado con velocidad de ascenso estable, debe existir un excedente de empuje y es necesario aumentar la potencia.



Descensos


Mucha gente supone que para descender hay que empujar hacia delante la palanca de mandos para bajar el morro del avión. En realidad, par establecer un descenso estable a una velocidad aerodinámica constante, el piloto debe ajustar tanto el cabeceo como la potencia.

Es posible descender con el avión en posición nivelada o incluso morro arriba. Recuerde que mantiene constante la actitud de cabeceo del avión, el empuje (Potencia) determina si el avión mantiene la altitud, asciende o desciende. Si el motor genera mas empuje del necesario para mantener el vuelo nivelado, el avión sube. Si reduce la potencia, desciende. Como norma general, limite los descensos en aviones despresurizados a 500 pies/min. (152m/min. aproximadamente. Este ritmo permite que los oídos de los pasajeros se ajusten al cambio de presión durante el descenso.
Vuele durante un tiempo para familiarizarse con el rendimiento que pueda esperar con diferentes valores de potencia y de velocidad aerodinámica. Recuerde que cuanto menor sea la potencia, mayor será la velocidad de descenso. Practique también la interrupción del descenso mediante el aumento gradual de la potencia.



Funcionamiento de las alas


Son las alas, no los motores, las que hacen que un avión vuele. Aunque las alas pueden tener muchas formas, generan la sustentación al dividir el aire que sopla en ellas, lo que se denomina viento relativo. El aire de sopla en el ala mantiene su presión ambiental. El aire que sopla por encima de la superficie superior curvada acelera y, debido a varios factores, incluyendo el principio de Bernoulli, baja de presión. La diferencia entre la presión relativamente alta que hay por debajo de un ala y la presión relativamente baja que hay por encima crea una fuerza que se denomina sustentación.
La desviación del aire hacia abajo desde la parte inferior de la superficie del ala también contribuye a la sustentación total que general el ala. Los pilotos cambian la sustentación de un ala utilizando el timón de profundidad para ajustar la actitud del cabeceo del avión y, con ello, el ángulo de ataque del ala.


Diferencias entre trayectoria de vuelo y actitud de cabeceo


Es importante recordar que el viento relativo no procede necesariamente de la dirección a la que apunta el morro del avión. Por decirlo de otro modo, el ángulo de ataque no se mide en relación al horizonte. Es el ángulo formado por la trayectoria de vuelo y sus alas.


Entradas en pérdida


La entrada en pérdida se produce cuando un ala alcanza su ángulo de ataque crítico. Con independencia del factor de carga, la velocidad aerodinámica, el ángulo de alabeo o las condiciones atmosféricas, el ala siempre entra en perdida en el mismo ángulo de ataque crítico. Los pilotos controlan el ángulo de ataque con el timón de profundidad.

La entrada en perdida es un fenómeno aerodinámico; no tiene nada que ver con el motor de un avión. Los planeadores, aviones comerciales, cazas a reacción y entrenadores a propulsión entran en perdida cuando sus alas alcanzan un ángulo de ataque determinado, no debido a un fallo del motor.



Anatomía de una entrada en pérdida


Hasta un punto determinado, el aumento del ángulo de ataque aumenta la sustentación que genera un ala. Finalmente, sin embargo, el aire que fluye sobre la parte superior del ala ya no puede seguir su contorno y comienza a girar como el agua que fluye sobre las rocas en la corriente. En este punto, denominado ángulo crítico de ataque, la sustentación total desciende de repente y el ala entra en pérdida.

Todas las alas tienen un ángulo crítico de ataque determinado y siempre entran en perdida en este ángulo. La mayoría de los aviones tienen alas con un ángulo crítico en torno a los 15 grados. Los pilotos inexpertos confunden a menudo la actitud de cabeceo con el ángulo de ataque. Recuerde que la trayectoria de vuelo del avión (Y por lo tanto el viento relativo) puede estar en una dirección diferente a la que apunta la nariz del avión.



Señales de advertencia


Las entradas en pérdida suele estar precedidas por un ligero temblor o bataneo. Esta vibración comienza cuando el aire que fluye por encima de la parte superior del ala se hace turbulento. Cuando este aire llega al estabilizador horizontal y al timón de profundidad, se nota una ligera vibración de la palanca. La mayoría de los aviones poseen una señal de advertencia que avisa de que está entrando en pérdida.



Recuperación de una entrada en pérdida


Solamente existe un método para recuperarse de la entrada en pérdida: reducir el ángulo de ataque. Presione la palanca hacia delante para reducir el ángulo destaque y aumente la potencia para minimizar la pérdida de altitud.


Cuando el CG se mueve hacia atrás (Hacia la cola) el avión tiene un cabeceo menos estable. Si el CG está muy atrás, podría ser imposible bajar el morro para recuperarse de una entrada en pérdida.


Si el CG se adelanta demasiado, el morro se vuelve "Pesado" y resulta difícil, o incluso imposible, enderezar el  avión durante la fase final de aterrizaje.


Aterrizajes


Para la mayoría de los pilotos, el aterrizaje es la parte más difícil del vuelo. El secreto para aterrizar con suavidad, por extraño que parezca, es evitar que el avión toque el suelo demasiado deprisa. Puede aprender más sobre los aterrizajes cada vez que realiza uno. Para recibir lecciones de vuelo diríjase al Aéro Club más cercano o centro de instrucción.






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