Aerodinamica Aeronautica -Seneam

SERVICIOS A LA NAVEGACIÓN EN EL ESPACIO AÉREO MEXICANO

SERVICIOS A LA NAVEGACIÓN EN EL ESPACIO AÉREO MEXICANO GERENCIA REGIONAL NOROESTE JEFATURA DE ESTACIÓN CUL

AERODINÁMICA AERONÁUTICA

ADAPTADO POR: ING. SALVADOR GABRIEL R. (MAYO/93) REVISADO Y AMPLIADO POR: EDILBERTO J. FRANCO RGUEZ.

Junio de 1999

AERODINÁMICA

INTRODUCCIÓN El propósito de este manual es presentar los elementos de la Ingeniería Aeronáutica aplicada, que se relacionan directamente a los problemas en la operación del vuelo. Debido al incremento en la complejidad de las aeronaves modernas, es de interés que se tenga un mejor entendimiento de los principios de ingeniería básica y una apreciación de algunos de los problemas de la Aerodinámica y la Ingeniería aplicada a la Aviación. La seguridad y efectividad de las operaciones aéreas dependerá enormemente en el conocimiento y apreciación del ¿cómo? y el ¿porque? las aeronaves vuelan. Los principios de la Aerodinámica proporcionan las bases para el desarrollo exacto y preciso de las técnicas de vuelo y procedimientos operacionales. El contenido de este manual ha sido adaptado para proporcionar, en forma tan completa como ha sido posible, una referencia para todas las fases del vuelo. Se ha tratado de conjuntar tanto los elementos de teoría como de aplicación ya sea para su estudio directo o asistido. Muchos detalles de las matemáticas especializadas de la Aerodinámica han sido omitidos por considerarlos considerar los innecesarios en el campo de las operaciones oper aciones de vuelo, vu elo, ya que este libro no pretende cubrir todo lo relacionado a la Aerodinámica Aeronáutica sino los principios básicos de esta rama. La mayoría de los accidentes de aviación son debidos principalmente a algún tipo de error de pilotaje. Este hecho ha sido una realidad en el pasado y, desafortunadamente, lo será en el futuro. Los fundamentos de la Aerodinámica como están presentados en este manual proporcionan los conocimientos y el apoyo para operaciones de vuelo más seguras y efectivas.

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TABLA DE CONTENIDO CAPÍTULO I ........................................................... .................................................................................................................... ....................................................................... .............. 6 DEFINICIONES: ................................................................................................................................... 6 I.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN AVIÓN ................................... ................. .................................... ............................... ............. 8 1. FUSELAJE: .......................... ....................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... ............................... ............................... ......................... ........... 8 2. ALAS: ............................ ......................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ............................ .............................. .............................. ............................ .................. .... 9 a) ALAS RECTANGULARES ............................ .......................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ........................... .................... .......10 b) ALAS ELÍPTICAS ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ..................... ....... 10 c) ALAS TRAPEZOIDALES ........................... ........................................ ........................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ ......... 11 d) ALAS EN FLECHA ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ............................ ................... ....11 e) ALAS DELTAS ........................... ........................................ ........................... ............................ ............................ ........................... ........................... .............................. ........................... ........... 12 3. MOTORES: ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ....................... .........12 4. EMPENAJE: .......................... ........................................ ........................... ........................... ............................ ............................ ........................... ........................... ............................. ........................ .........13 a) EMPENAJE NORMAL. ............................ .......................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ .......................... ............13 b) EMPENAJE EN V........................... ........................................ ............................ ............................ ........................... ........................... ............................. ............................. ..................... ....... 14 c) EMPENAJE CANARD. ........................... ........................................ ........................... ............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ..............14 d) EMPENAJE EN “T”.............. “T”............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ........................... ............................ ................... .... 14 5. TREN DE ATERRIZAJE:..................................... ................................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ............................. ................... .... 15

CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES POR NÚMERO Y POSICIÓN DE ALAS ............... 16 CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES SEGÚN LA POSICIÓN DEL ALA (MONOPLANOS): .............................................................................................................................. 16 CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES POR TIPO Y NÚMERO DE MOTORES. .............. 17 CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES SEGÚN EL TIPO DE TREN DE ATERRIZAJE .. 17 CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES POR LA FORMA EN QUE DESPEGAN Y ATERRIZAN ........................................................................................................................................ 17 CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES POR SU CATEGORÍA DE APROXIMACIÓN ..... 17

CAPÍTULO II .............................................................................................................................. 19 FUERZAS PRINCIPALES DE UN AVIÓN ..................................................................................... 19 1. PESO .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................... .....19 a) CENTRO DE GRAVEDAD ...................................... .................................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ .........19 2. TRACCIÓN .......................... ........................................ ............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................. ............................. ....................... .........19 3. LEVANTAMIENTO O SUSTENTACIÓN ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................. ......................... ............. ... 19 a) PERFIL ALAR ........................... ........................................ ........................... ............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ .............. 21 b) VIENTO RELATIVO .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................21 c) CUERDA GEOMÉTRICA ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ....................... .........22 d) CUERDA AERODINÁMICA .......................... ........................................ ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ ................... .....22 e) ÁNGULO DE ATAQUE .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............22 TEOREMA DE BERNOULLI ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ .......................... ............23 ♦ LEY DE CONTINUIDAD ................................. .............................................. ........................... ............................ ............................ ............................ ............................. ................... 25 ♦ EFECTO MAGNUS .......................... ........................................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ............................. ................... .... 25 ♦ PERFIL AERODINÁMICO .......................... ........................................ ............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ..................... .......25 ♦ FUERZA RESULTANTE AERODINÁMICA ............................ ......................................... ........................... ........................... ........................... ................... ..... 26 ............................................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ....................... ......... 27 ♦ CENTRO DE PRESIÓN .............................. VARIACIÓN DE LA FUERZA RESULTANTE AERODINÁMICA. .............................. ............................................ ......................... ...........28

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AERODINÁMICA 4. RESISTENCIA AL AVANCE ...................................... .................................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ........................ .......... 29 a) RESISTENCIA ALAR (Da) ............................... ............................................ ........................... ............................ ............................ ........................... ........................... ................. ... 29 b) RESISTENCIA PARÁSITA (Dp) ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ............................ ......................... ........... 30 c) RESISTENCIA INDUCIDA (Di) .................... ................................. ........................... ............................ ............................ ........................... ............................ .................... ..... 31 d) RESISTENCIA DE ROZAMIENTO (Df) .................................. ................................................ ........................... ........................... ............................ ................... ..... 32

CAPÍTULO III ........................................................ .................................................................................................................. ..................................................................... ........... 33 SUPERFICIES PRIMARIAS DE CONTROL: ................................................................................ 33 1. ALERONES.............. ALERONES............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................... ..... 34 2. TIMÓN DE DIRECCIÓN ............................ ......................................... ........................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................... ............ 34 3. TIMÓN DE PROFUNDIDAD O ELEVADORES ELEVADO RES ............................... ............................................. ............................ ............................ .......................... ............ 35 4. COMPENSADORES ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................. ...................... ....... 35

CAPÍTULO IV ................................................... ................................................................................................................ ......................................................................... ............ 36 DISPOSITIVOS HIPER-SUSTENTADORES HIPER-SUSTENTADORES Y ANTISUSTENTADORES ............................... .................... ........... 36 1. ASPIRADORES ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ................ 36 2. SOPLADORES ........................... ......................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................. ... 36 3. ALETAS ALET AS DEL BORDE DE ATAQUE ATA QUE (SLAT-SLOT) (SL AT-SLOT) ............................ .......................................... ............................ ............................ ....................... ......... 36 4. ALETAS HIPERSUSTENTADORAS (FLAPS) ............................... ............................................. ........................... ........................... ............................ ................. ... 37 5. ALETAS ANTISUSTENTADORAS (SPOILERS) ............... ............................. ............................ ........................... ........................... ............................ ................ 39

CAPÍTULO V ..................................................... ................................................................................................................. ......................................................................... ............. 40 RECORRIDO DE DESPEGUE .......................................................................................................... 40 1. RECORRIDO HORIZONTAL .................................. ................................................ ........................... ........................... ............................ ........................... ............................ ............... 40 2. RECORRIDO DE TRANSICIÓN .................................. ............................................... ........................... ............................ ............................ ........................... ....................... .......... 40 3. RECORRIDO DE ASCENSO ................................... ................................................. ............................ ........................... ........................... ........................... ............................ ............... 40

VELOCIDADES DE DESPEGUE ..................................................................................................... 41 A) VELOCIDAD MÍNIMA DE D E CONTROL DE TIERRA ......................... ....................................... ........................... ........................... .......................... ............ 41 B) VELOCIDAD DE DECISIÓN ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... .................. ..... 41 C) VELOCIDAD MÍNIMA DE D E CONTROL DE AIRE ................. .............................. ........................... ........................... ........................... .......................... ............ 41 D) VELOCIDAD MÍNIMA DE DESPEGUE .................... ................................. ........................... ........................... ........................... ........................... ........................ ........... 41 E) VELOCIDAD DE ROTACIÓN ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ................ ... 41 F) VELOCIDAD DE DESPEGUE ................................. ............................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............ 41 G) VELOCIDAD DE APROXIMACIÓN. ................ .............................. ........................... ......................... ............ ¡Error! Marcador no definido.

FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DESPEGUE ...................................... ................... ...................................... .......................... ....... 42 1. DISTANCIA ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ................... ..... 42 2. PESO DE LA AERONAVE ..................................... ................................................... ............................ ............................ ............................ ........................... ............................ ............... 42 3. VIENTO.............................. VIENTO............................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................ .......... 42 4. DISPOSITIVOS HIPERSUSTENTADORES .............................. ............................................ ............................ ............................ ........................... ...................... ......... 42

CAPÍTULO VI ............................................................................................................................. 43 ASCENSOS Y TECHOS: .................................................................................................................... 43

CAPÍTULO VII ................................................... ................................................................................................................ ........................................................................ ........... 46 DESPLOME, CAUSAS Y TIPOS: ..................................................................................................... 46 1. BAJA VELOCIDAD A IGUAL ÁNGULO DE ATAQUE ATA QUE ............................... ............................................. ............................ ............................ .............. 46 2. ÁNGULO ÁNG ULO DE ATAQUE ATA QUE EXCESIVO A IGUAL IGU AL VELOCIDAD VE LOCIDAD ............................. ........................................... ............................ ..................... ....... 46 3. ÁNGULO DE DESPLOME ............................. ........................................... ............................ ............................ ............................ ............................. .......................... ..................... .......... 48 4. RECUPERACIÓN DE DESPLOME.............. DESPLOME............................ ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .......................... ............. 49

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CAPÍTULO VIII ..................................................... ................................................................................................................. ..................................................................... ......... 50 VIRAJE................................................................................................................................................. VIRAJE................................................................................................................................................. 50 ÁNGULO DE BANQUEO ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................. ...................50 RADIO DE VIRAJE........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ..............51

CAPÍTULO IX ..................................................... ................................................................................................................. ....................................................................... ........... 52 DESCENSO .......................................................................................................................................... 52 PLANEO................................. PLANEO............................................... ............................. ............................. ............................ ............................ ............................. .......................... ......................... .......................... ............52 PICADA ............................ ........................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................. ........................... .......................... ............................ ..................53 ÁNGULO DE PLANEO ............................. ........................................... ............................ ............................ ............................. ............................. .......................... ........................... ................... ....53 VELOCIDAD DE PLANEO ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..............53 DISTANCIA DE PLANEO ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................54 VELOCIDAD DE DESCENSO ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ............................ ............................. ........................ .........54

CAPÍTULO X ...................................................... ................................................................................................................... ........................................................................ ........... 56 ATERRIZAJE Y FACTORES QUE INTERVIENEN.................................... .................. ................................... ................................. ................ 56 1. DISTANCIA DEL PLANEO ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ....................... .........56 2. DISTANCIA DE TRANSICIÓN ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 56 3. DISTANCIA DE ATERRIZAJE ..................................... .................................................. ........................... ............................ ............................ ............................ ....................... .........56 4. FUERZAS QUE ACTÚAN EN EL ATERRIZAJE ......................... ...................................... ........................... ........................... ........................... ..................... .......56

FACTORES QUE AFECTAN EL ATERRIZAJE ........................................................................... 57 1. PESO. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................57 2. VIENTO. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............57 3. PENDIENTE DE PISTA. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. 57 4. ALTITUD PRESIÓN. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ..................... ....... 57 5. RESISTENCIA AL AVANCE. ........................... ......................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 57 7. SUBIDA EN CONFIGURACIÓN CONFIGURAC IÓN DE APROXIMACIÓN DE ATERRIZAJE. ............................ ......................................... ............... 58

CAPÍTULO XI ..................................................... ................................................................................................................. ....................................................................... ........... 59 ESTABILIDAD: ................................................................................................................................... 59 EQUILIBRIO. ...................................................................................................................................... 60 1. EQUILIBRIO ESTABLE ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ ..................60 2. EQUILIBRIO INESTABLE ............................ ......................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ............................ .......................... ............60 3. EQUILIBRIO INDIFERENTE.............. INDIFERENTE............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ............................ ..................... .......61 ESTABILIDAD ESTÁTICA. .......................... ........................................ ............................ ............................ ........................... ........................... ............................. ........................ .........61 ESTABILIDAD DINÁMICA. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... .................... .......62 ESTABILIDAD DE UN AVIÓN. ....................................... ..................................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ...................... .......62 A) ESTABILIDAD LONGITUDINAL. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................... .....62 B) ESTABILIDAD DIRECCIONAL. .......................... ........................................ ........................... ........................... ............................ ............................ ......................... ...........63 C) ESTABILIDAD LATERAL. ............................ .......................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ........................... .................. .....64

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AERODINÁMICA

CAPÍTULO I DEFINICIONES: 1. AERODINÁMICA.- Es la parte de la Física que estudia los efectos producidos por el aire sobre los cuerpos que se mueven en su entorno. Ampliando el concepto, es la rama de la mecánica de los fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Algunos ejemplos del ámbito de la aerodinámica son el movimiento de un avión a través del aire, las fuerzas que el viento ejerce sobre una estructura o el funcionamiento de un molino de viento. Es importante observar, que dichas reacciones serían casi iguales si los cuerpos se movieran a una determinada velocidad dentro del aire en calma, que si, estando los cuerpos en reposo, fuese el aire el que estuviese en movimiento, con una velocidad igual y contraria a la desarrollada por los cuerpos en el aire en e n calma, o bien, una combinación en ambos casos. caso s. Como la diferencia es casi nula, en Aerodinámica para fines de cálculos esta diferencia es despreciable, por lo que únicamente se toma en cuenta el movimiento relativo.

2. ATMÓSFERA.- Es la envolvente gaseosa de la tierra llamada aire. La atmósfera terrestre está constituida principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). El 1% restante lo forman el argón (0,9%), el dióxido de carbono (0,03%), distintas proporciones de vapor de agua, y trazas de hidrógeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y xenón. atmósfera ficticia que por conveniencia en la la aeronáutica 3. ATMÓSFERA TIPO.- Es una atmósfera se ha adoptado, en la cual la presión y la densidad son constantes por cada altitud. Las condiciones de la atmósfera tipo o standard al nivel del mar son las siguientes:

Temperatura = 15°c (diminuye a razón de 5.5°c por cada 1000 metros de altitud) Presión = 760 mm de hg = 29.92 pulg. de Hg = 1013.25 Hectopascales. Peso específico de aire = 1.225 kg. /m3. 4. FLUIDO.- Se denomina así a aquella materia que por tener poca o ninguna cohesión entre sus moléculas cambia fácilmente de forma adoptando la del recipiente que la contiene. El aire es el principal fluido en el estudio de la aerodinámica.

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5. FLUJO LAMINAR.- Se llama así al movimiento continuo o uniforme de un fluido de tal manera que las partículas se muevan paralelas y con muy poco o ningún cambio de dirección. 6. FLUJO TURBULENTO.- Cuando las partículas de un fluido en movimiento viajan a diferentes velocidades y se mueven en diferentes direcciones formando remolinos y creando turbulencia. 7. CAPA LÍMITE.- Se llama así al flujo laminar que pasa sobre un cuerpo sin desprenderse. 8. PRESIÓN ESTÁTICA.- Es la presión que ejerce la atmósfera sobre un cuerpo cuando el aire esta en reposo. Al haber movimiento entre un cuerpo y el aire la presión estática disminuye. 9. PRESIÓN DINÁMICA. – También se le conoce como presión de impacto y es la presión que ejercen las partículas de un fluido al chocar contra un cuerpo. La presión dinámica esta dada por la siguiente ecuación:

q= ½ v2 Donde:

q = Presión dinámica = Densidad del fluido v = Velocidad del fluido 10. PRESIÓN TOTAL.- Es la suma de la presión estática con la presión dinámica. Esta presión total es constante ya que al disminuir una la otra aumenta. 11. AERONAVE.- Dispositivo o máquina inventada por el hombre capaz de sostenerse y flotar en el aire mediante un conjunto racional de elementos que unidos entre si permiten un vuelo estable y controlado. Las aeronaves se clasifican en: a) Menos pesadas que el aire. Son aquellas que para elevarse, utilizan un gas más ligero que el aire. Como ejemplo tenemos los globos aerostáticos y los dirigibles.

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AERODINÁMICA

b) Más pesadas que el aire. Son aquellas que utilizan las reacciones aerodinámicas de las superficies de las alas o de sustentación para sostenerse en el aire. 12. AVIÓN O AEROPLANO.- Es un cuerpo tridimensional capaz de moverse alrededor de 3 ejes, lateral, longitudinal, y vertical ya sea utilizando motores para darle tracción o em puje, o bien únicamente utilizando corrientes de aire. Ejes principales del avión. Los ejes principales sobre los cuales gira un avión son tres. X-X´ Eje longitudinal Y-Y´ Eje transversal Z-Z´ Eje vertical

I.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN AVIÓN

Un avión para su mayor estudio se divide en 5 grupos principales en general. 1. FUSELAJE:

Es el cuerpo principal de un avión en el cual normalmente están adheridos los elementos, como alas, tren de aterrizaje empenaje etc. En los albores de la aviación, el fuselaje consistía en una estructura abierta que soportaba los otros componentes del avión. La parte inferior de la estructura servía de tren de aterrizaje. Después, la necesidad de aumentar la resistencia y mejorar las prestaciones, llevó a desarrollar fuselajes cerrados, afianzados y sujetos por medio de montantes y cables de riostramiento, que mejoraban las condiciones aerodinámicas, proporcionaban protección a los pilotos 8


y pasajeros y conseguían mayor espacio para el equipaje y la carga. Los fuselajes monocasco aparecieron poco tiempo después; una novedad que consistía en integrar en un solo cuerpo la estructura y su recubrimiento. Es el modelo más usado actualmente y permite presurizar el interior para volar a elevadas altitudes. Existen diferentes tipos y tamaños los cuales contienen desde únicamente la cabina para un piloto, hasta los enormes fuselajes de transporte publico. En estos últimos, además de contener la cabina para pasajeros, tienen compartimentos para carga, tanques de combustibles etc.

2. ALAS:

Aunque los aviones de un solo plano o ala, conocidos como monoplanos, aparecieron pocos años después del vuelo de los hermanos Wright, los primeros aeroplanos se construían preferentemente con dos alas (biplano) (biplan o) y en ocasiones con tres o con cuatro. Las alas múltiples tienen la ventaja de aumentar la sustentación con una estructura más fuerte, pero el monoplano encuentra menor resistencia al avance. Cuando se desarrolló el ala cantilever, el monoplano se afianzó definitivamente a pesar de que no comenzó su diseño hasta la década de los treinta. El ala cantilever consigue su fijación mediante elementos estructurales internos. Es un ala limpia desde su encastre en el fuselaje hasta su extremo, sin soporte visible alguno y se usa en la mayor parte de los aviones. Las alas reforzadas con puntales y cables aún se siguen utilizando en aviones pequeños y ligeros y en modelos acrobáticos. La estructura de un ala consiste en un armazón de largueros y costillas características cubierto por planchas metálicas unidas y sujetas al mismo por remaches u otros medios. En los aviones pequeños el recubrimiento puede ser de lona y a veces de contrachapado o de fibra de vidrio impregnada de resina. Los largueros y costillas se extienden desde el fuselaje hasta la punta del plano. Se pueden usar uno o varios largueros pero el diseño más corriente es el de dos. Las costillas van perpendiculares a ellos y dan al ala su forma exterior. Si el recubrimiento es de planchas metálicas también participan del esfuerzo que soporta el ala. Este modelo de recubrimiento resistente del plano se usa en los grandes aviones aunque cada vez se usan más plásticos reforzados, de alta resistencia, tanto en el recubrimiento de algunas partes del ala como en la estructura. El tamaño y forma de las alas varía mucho con los requerimientos aerodinámicos. Las alas de los aviones supersónicos suelen estar inclinadas hacia atrás, dando al avión el aspecto de una punta de flecha dirigida hacia adelante y muy estilizada. Esta forma permite reducir la brusca variación va riación de compresión cuando el avión se aproxima a la velocidad ve locidad del sonido. s onido. La im portancia del ala dentro de la estructura del avión se pone de manifiesto con el desarrollo de las alas volantes, aviones en los que el fuselaje y la cola se han eliminado completamente.

La función principal de las alas es la de crear la sustentación casi total del avión, también se utilizan como tanques de combustibles y en algunos aviones sirven para guardar el tren de aterrizaje. 9

AERODINÁMICA

A continuación se muestran algunos ejemplos de diferentes tipos de ala: a) ALAS RECTANGULARES

Aunque tienden a desaparecer cada vez más en los aviones modernos, fueron las primeras que se utilizaron. Estas alas presentan desventajas con respecto a otros tipos.

b) ALAS ELÍPTICAS

La forma en planta de la ala elíptica da un mejor rendimiento aerodinámico con su eje mayor en el sentido de las envergaduras, pero hay muy pocos aviones que utilizan este tipo de alas debido a la forma difícil de construcción entre otras desventajas.

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c) ALAS TRAPEZOIDALES

En la actualidad se emplean preponderantemente las plantas de ala de forma trapezoidal es decir las constituidas por dos trapecios simétricos, simétricos, unidas por sus bases mayores. Los tipos de alas trapezoidales más conocidas son los de gaviota y los de gaviota invertida.

d) ALAS EN FLECHA

Este tipo de alas se empezó a utilizar cuando se tuvo la necesidad de volar a una mayor velocidad, ya que este tipo de ala es favorable en vuelos a grandes velocidades, y desfavorables a pequeñas velocidades. velocidades . En la actualidad, la mayoría de los aviones a reacción utilizan este tipo.

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AERODINÁMICA

e) ALAS DELTAS

Este tipo de ala fue diseñado principalmente para aeronaves con régimen supersónico, por lo tanto, presenta problemas para par a pequeños números de Mach, Mach , debido a los desprendimientos en los extremos de ala.

3. MOTORES:

Hay dos sistemas de tracción que permiten volar a un aeroplano: la hélice y la propulsión a chorro. La hélice puede ser movida tanto por un motor de combustión interna como por un motor turborreactor. Debido a su diseño empuja el aire hacia atrás con sus palas que penetran en el aire a ire como un tornillo. La propulsión a chorro chor ro produce el empuje al descargar los gases de escape, producto de la combustión, a mucha más velocidad que la que tenía el aire al entrar en el motor. En modelos especiales se han usado motores cohete para proporcionar em puje adicional, basándose en el mismo principio de acción y reacción. Un motor de aviación tiene que satisfacer un número importante de requerimientos: alta fiabilidad, larga vida, bajo peso, bajo consumo de combustible c ombustible y baja resistencia al avance. a vance. El factor f actor más importante es el de la fiabilidad, ya que afecta de modo directo al primer requisito del transporte aéreo: la seguridad. La vida larga tiene repercusiones económicas interesantes para la aviación comercial. El peso y el bajo consumo son interdependientes, a mayor peso más consumo y más combusti ble a cargar carga r que a su vez también pesa. La baja resistencia al avance se s e consigue reduciendo r educiendo el área frontal, obteniendo con ello menos consumo.

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Los principales tipos de motores son los siguientes:

a) Motor de émbolo

b) Turbohélice

c) Turborreactor

d) Turbo fan

e) Pulso reactor

f) Estato reactor

g) Cohetes Actualmente, en los aviones a reacción, los motores más usados en la aviación civil, son los Turbo Fan por el bajo consumo de combustibles y el nivel de ruido que también es bajo. 4. EMPENAJE:

Es la parte trasera del avión (cola), en la cual se encuentran las superficies de control (elevadores y Timón direccional), mediante las cuales se consigue la estabilidad y control del avión en vuelo. El modelo normal de empenaje de cola, consta de dos superficies básicas, la horizontal y la vertical. Cada una tiene secciones fijas para proporcionar estabilidad, y móviles para controlar mejor el vuelo. La sección fija de la superficie horizontal se llama estabilizador horizontal y suele estar en la parte frontal, mientras que en la posterior se encuentra la parte móvil llamada timón de profundidad o elevador. Algunas veces toda la superficie se puede mover y el elevador se elimina. La parte fija de la superficie vertical es el estabilizador vertical y la móvil el timón de dirección. Hay diseños que tienen dos superficies verticales, y por lo tanto, dos timones de dirección. Los empenajes de cola inclinados combinan las funciones de dirección y profundidad en un solo mecanismo. En algunos aviones supersónicos, la superficie horizontal se ha sustituido por dos aletas (canard) situadas a cada lado cerca del morro del avión. EN GENERAL, EXISTEN TRES TIPOS DE EMPENAJES: a) EMPENAJE NORMAL.

Consta de un estabilizador horizontal y un estabilizador vertical. La posición del estabilizador horizontal puede ser arriba, en medio o abajo, con respecto al estabilizador vertical.

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AERODINÁMICA

b) EMPENAJE EN V.

Consta de dos estabilizadores, precisamente formando una V. Este tipo de empenajes es muy poco usado.

c) EMPENAJE CANARD.

Este tipo de empenaje, actualmente es usado en aviones supersónicos. Consta de un esta bilizador o aleta horizontal, colocada en la parte posterior de la cabina y dos estabilizadores verv erticales, colocados en la punta de las alas. La ventaja de esta configuración, es que el avión no se desploma por un excesivo ángulo de ataque. Otra ventaja es la colocación de los estabilizadores verticales en las puntas del ala. Anteriormente se usaron otros tipos de empenaje tales como de doble y triple estabilizador vertical, siendo muy poco usados actualmente, salvo en algunos aviones de combate que usan doble estabilizador vertical, como el F-14 y otros. Fig. 9.

d) EMPENAJE EN “T”.

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5. TREN DE ATERRIZAJE:

El tren de aterrizaje suele ser uno de los mecanismos más complicados de un avión. Entre sus componentes se incluye el amortiguador principal, que es una pata con una estructura muy resistente en cuya parte inferior y antes del ensamblaje de las ruedas lleva un amortiguador hidráulico para absorber el impacto del aterrizaje. Va sujeto a los largueros del ala o del fuselaje. El mecanismo de accionamiento del tren permite extenderlo y retraerlo al accionar desde la cabina de pilotos la palanca de mando. Por lo general se actúa con energía hidráulica. Los frenos también suelen ser hidráulicos y provistos de sistema antideslizante. Suelen llevar un mecanismo detector de modo, aire/tierra, que activa o desactiva varios sistemas del avión según esté volando o en el suelo. Hay varios tipos de trenes de aterrizaje, el más común es el triciclo. Consta de dos patas principales situadas detrás del centro de gravedad del avión y una tercera más pequeña en el morro. Ciertos aviones muy grandes pueden llevar tres y hasta cuatro patas principales y cuatro ruedas por cada pata. Otro modelo es el convencional con dos patas principales princ ipales delante del centro de gravedad grave dad y una tercera tercer a muy pequeña p equeña situada en la parte inferior de la cola. El aterrizaje es más fácil con el tren triciclo ya que permite un mejor frenado al no existir riesgo de golpear con el morro del avión en el suelo. También mejora la maniobrabilidad y visibilidad durante el rodaje por el suelo. Otros tipos de tren de aterrizaje pueden llevar bandas de rodadura tipo oruga para cargas pesadas en campos de aterrizaje no pre parados, giratorios para viento cruzado, o una combinación de esquís y ruedas para aterrizar sobre hielo o nieve.

Fig. 11 TREN DE ATERRIZAJE TRICICLO

El tren de aterrizaje consta de dos piernas principales y una rueda de nariz (o patín de cola). Puede ser fijos, retráctiles o combinados.

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AERODINÁMICA

CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES POR NÚMERO Y POSICIÓN DE ALAS De acuerdo al numero de alas, las aeronaves se clasifican en:

a) Monoplano

b) Biplano

c) Triplano

d) Multiplano

CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES SEGÚN LA POSICIÓN DEL ALA (MONOPLANOS):

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a) Ala parasol

b) Ala alta

c) Ala media

d) Ala baja


CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES POR TIPO Y NÚMERO DE MOTORES. 1.

DE ACUERDO ACUERDO AL TIPO TIPO DE DE MOTOR, MOTOR, LAS AERONAVES SE CLASIFICAN CLASIFICAN EN:

a) Aviones con motor de émbolo b) Aviones con motor turbohélice c) Aviones con motor propulsión a chorro 2.

SEGÚN EL NÚMERO DE MOTORES LAS AERONAVES SE CLASIFICAN EN:

a) Planeadores (sin motor )

b) Monomotores

c) Bimotores

d) Multimotores

CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES SEGÚN EL TIPO DE TREN DE ATERRIZAJE Únicamente existen dos tipos de tren de aterrizaje TRICICLO.- Consta de dos piernas principales y una rueda de nariz. CONVENCIONAL.- Consta de dos piernas principales y una rueda de patín de cola.

CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES POR LA FORMA EN QUE DESPEGAN Y ATERRIZAN Las aeronaves pueden despegar y aterrizar en forma horizontal, mediante el uso de una pista, para los aviones terrestres; ter restres; o en el agua para los anfibios e hidroaviones. Existen también las aeronaves que despegan y aterrizan en forma vertical, como los helicópteros y algunos aviones que utilizan el sistema VTOL (Vertical Take-Off & Landing).

CLASIFICACIÓN DE LAS AERONAVES POR SU CATEGORÍA DE APROXIMACIÓN La clasificación de las aeronaves por su Categoría de Aproximación se basan en el valor de 1.3 veces su velocidad de desplome (VSO) en configuración de aterrizaje. Si una aeronave requiere maniobrar a velocidades por arriba de su Categoría deberá utilizar los mínimos meteo17

AERODINÁMICA

rológicos que correspondan a la categoría inmediata superior, de acuerdo a la siguiente clasificación: CATEGORÍA VELOCIDAD A B C D E

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Hasta 90 Kts. 91 a 120 Kts. 121 a 140 Kts. 141 a 165 Kts. 166 en adelante


CAPÍTULO II FUERZAS PRINCIPALES DE UN AVIÓN En forma general, son cuatro las fuerzas principales que actúan sobre un avión en vuelo.

1. PESO

Se entiende por peso, la fuerza con la que un cuerpo es atraído por la gravedad de la tierra. Para la Aerodinámica, según la segunda ley de newton, el peso de un cuerpo es igual al producto de su masa por la aceleración de la gravedad. (W). a) CENTRO DE GRAVEDAD

El centro de gravedad de un cuerpo, es el punto en donde se considera concentrado su peso. Si el cuerpo cue rpo se cuelga libremente libr emente del centro de gravedad, grav edad, podrá adoptar cualquier posición, pero si se cuelga de un punto cualquiera que no sea su centro de gravedad, girará alrededor del punto de sujeción hasta ha sta lograr que el centro de d e gravedad quede abajo y sobre la línea vertical que pasa por el punto de sujeción. sujec ión. 2. TRACCIÓN

Es la fuerza de tracción o empuje que el o los motores de un avión, hace que éste se des place. (T). 3. LEVANTAMIENTO O SUSTENTACIÓN

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AERODINÁMICA

Es la fuerza aerodinámica generada principalmente en las alas, debida a una diferencia de presiones entre la parte superior del ala (extrados) y la parte inferior (intrados), cuando existe movimiento relativo con el aire (L). El levantamiento es la componente de la fuerza resultante Aerodinámica, perpendicular a la dirección del viento relativo.

La sustentación producida en un ala o superficie aerodinámica es directamente proporcional al área total expuesta al flujo de aire y al cuadrado de la velocidad con que ese flujo incide en el ala, es decir que si la velocidad se duplica, el levantamiento aumenta cuatro veces, si la velocidad se triplica, el levantamiento aumento nueve veces, etc., es decir, para velocidades ba jas, crece según una ley parabólica (ver gráfico abajo). También es proporcional, para valores

medios, a la inclinación del ángulo de ataque del eje de la superficie de sustentación respecto al 20


de la corriente de aire. Para ángulos superiores a 14 grados, la sustentación cambia con rapidez hasta llegar a la pérdida total cuando, por efecto de esos valores, el aire se mueve produciendo torbellinos en la superficie de las alas. En ésta situación se dice que el perfil aerodinámico ha entrado en pérdida. El levantamiento es una de las dos fuerzas en que se descompone la Fuerza Resultante Total Aerodinámica. La otra componente es la resistencia al avance del ala.

Para poder conocer el origen del levantamiento se deben conocer antes las siguientes definiciones. Asimismo, si el levantamiento es una componente de la fuerza resultante aerodinámica, se analizará el origen de esta fuerza. a) PERFIL ALAR

El perfil alar es una sección transversal del ala estudiada y diseñada para obtener las me jores características aerodinámicas. aer odinámicas.

b) VIENTO RELATIVO

Es la magnitud y dirección de la velocidad de las líneas de corriente de aire, con sentido contrario al movimiento del perfil alar, antes de ser afectadas por el perfil.

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AERODINÁMICA

c) CUERDA GEOMÉTRICA

Es la línea recta que une el punto delantero del borde de ataque con el punto trasero del borde de salida de un perfil per fil alar.

d) CUERDA AERODINÁMICA

Es la línea recta que une un punto especial del borde de ataque con el punto trasero del borde de d e salida de un perfil alar, a lar, con la característica carac terística de que al moverse el perfil alar de manera que de que su cuerda aerodinámica se mueva paralelamente en la dirección del viento relativo, no se produce fuerza de levantamiento. Por esta circunstancia se le denomina a la cuerda aerodinámica como la cuerda de levantamiento nulo.

e) ÁNGULO DE ATAQUE

Ángulo de ataque es el ángulo formado por la dirección de la cuerda geométrica y la dirección del viento relativo.

Cuando un avión está manteniendo la altura, la sustentación producida por las alas y otras partes del fuselaje se equilibra con su peso total. Hasta ciertos límites, cuando aumenta el ángulo de ataque y la velocidad de vuelo se mantiene constante, el avión ascenderá; si por el 22


contrario, baja el morro del avión, disminuyendo así el ángulo de ataque, perderá sustentación y comenzará a descender. El sistema por el cual sube y baja el morro del avión se llama control de cabeceo. Durante un vuelo, el piloto altera con frecuencia la velocidad y ángulo de ataque de la aeronave. Estos dos factores a menudo se compensan uno con otro. Por ejemplo, si el piloto desea ganar velocidad y mantener el nivel de vuelo, primero incrementa la potencia del motor lo que hace subir la velocidad, esto a su vez aumenta la sustentación por lo que para equilibrarla con el peso, bajará poco a poco p oco el morro del avión con el control de cabeceo hasta conseguirlo. consegu irlo. Durante la aproximación para el aterrizaje, el piloto tiene que ir descendiendo y a la vez disminuyendo la velocidad lo más posible; ello produciría una considerable pérdida de sustentación y en consecuencia, un descenso muy fuerte y un impacto violento en la pista. Para remediarlo hay que lograr sustentación adicional alterando la superficie de las alas, su curvatura efectiva y su ángulo de ataque, mediante mecanismos adicionales como los flaps, alerones sustentadores que se extienden en la parte posterior de las alas y los slats en la parte frontal. Ambas su perficies se usan para el despegue y aterrizaje, siendo retraídas durante el vuelo de crucero al tener una limitación de velocidad muy reducida, por encima de la cual sufrirían daños estructurales. Ver Fig. 19 a 22. Para entender un poco más lo que es la sustentación, es necesario conocer otros conceptos directamente relacionados con estas fuerzas. TEOREMA DE BERNOULLI

Principio físico que implica la disminución de la presión de un fluido (líquido o gas) en movimiento cuando aumenta su velocidad. Fue formulado en 1738 por el matemático y físico suizo Daniel Bernoulli, y anteriormente por Leonhard Euler. El teorema afirma que la energía total de un sistema de fluidos con flujo uniforme permanece constante a lo largo de la trayectoria de flujo. Puede demostrarse que, como consecuencia de ello, el aumento de velocidad del fluido debe verse compensado por una disminución de su presión. El teorema se aplica al flujo sobre superficies, como las alas de un avión o las hélices de un barco. Las alas están diseñadas para que obliguen al aire a fluir con mayor velocidad sobre la superficie superior que sobre la inferior, por lo que la presión sobre esta última es mayor que sobre la superior. Esta diferencia de presión proporciona la fuerza de sustentación que mantiene al avión en vuelo. Una hélice también es un plano aerodinámico, es decir, tiene forma de ala. En este caso, la diferencia de presión que se produce al girar la hélice proporciona el empuje que impulsa al avión. El teorema de Bernoulli también se emplea en las toberas, donde se acelera el flujo reduciendo el diámetro del tubo, con la consiguiente caída de presión. Asimismo se aplica en los caudalímetros de orificio, también llamados venturi, que miden la diferencia de presión entre el fluido a baja velocidad que pasa por un tubo de entrada y el fluido a alta velocidad que pasa por un orif icio de menor diámetro, con lo que se determina la velocidad de flujo y, por tanto, el caudal. 23

AERODINÁMICA

Una de las leyes fundamentales que rigen el movimiento de los fluidos es el teorema de Bernoulli, que relaciona un aumento en la velocidad de flujo con una disminución de la presión y viceversa. El teorema de Bernoulli explica, por ejemplo, la fuerza de sustentación que actúa sobre el ala de un avión en vuelo. Un ala —o plano aerodinámico— está diseñada de forma que el aire fluya más rápidamente sobre la superficie superior que sobre la inferior, lo que provoca una disminución de presión en la superficie de arriba con respecto a la de abajo. Esta diferencia de presiones proporciona la fuerza de sustentación que mantiene el avión en vuelo. Consideremos un tubo de corriente, con un flujo laminar, en el cual la sección transversal está disminuyendo. Sabemos que el gasto es constante y para que esto se cumpla

a) La velocidad del flujo va aumentando b) La presión dinámica se incrementa c) La presión estática disminuye d) La presión total permanece constante

DE OTRA FORMA:

P+q = Constante P+1/2

V2 = Presión total

DONDE:

P = Presión estática q = Presión dinámica = Densidad del flujo V = Velocidad del flujo 24


En esta ecuación se ve que se puede conocer la velocidad de un flujo y por ende, la velocidad de un avión.

♦

LEY DE CONTINUIDAD

Supongamos que una corriente uniforme de fluido encuentra en su movimiento un cuer po, ante la imposibilidad de pasar por dicho cuerpo, las líneas de corriente corrien te se desviarán para que el fluido pueda seguir por el contorno del cuerpo. Esta perturbación afectará cierto número de líneas de corriente, las cortadas por el cuerpo y las que son contiguas a ellas, hasta cierto limite. Como consecuencia, las líneas de corriente afectadas se aproximarán unas a otras dando como resultado una disminución en la sección de la corriente, y como el gasto es constante, se produce un aumento en la velocidad de las partículas del fluido de las líneas de corriente perturp ertur badas. ♦

EFECTO MAGNUS

Se llama así, al fenómeno de producirle cierto levantamiento (sustentación), a un cilindro de base circular al sobreponer, alrededor de éste, dos flujos, uno rectilíneo y uniforme y otro circulatorio. ♦

PERFIL AERODINÁMICO AERODINÁMICO

Se llama así, al perfil de un ala en su sección vertical, en el sentido del movimiento del avión. Un perfil aerodinámico debe tener forma ahusada o fuselada para facilitar el avance del ala.

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AERODINÁMICA

En la siguiente figura se muestran las partes principales de un perfil aerodinámico. ♦

FUERZA RESULTANTE AERODINÁMICA AERODINÁMICA

Es la fuerza de levantamiento que se produce en un ala debido a la diferencia de presiones, cuando existe movimiento relativo con el aire. Al existir dicho movimiento, en el extrados del perfil se produce un aumento de velocidad del fluido, y por lo tanto, una disminución de presión. En el intrados existe una sobre presión. Esta diferencia de presiones es la que produce esa fuerza hacia arriba o hacia atrás.

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SERVICIOS A LA NAVEGACIÓN EN EL ESPACIO AÉREO MEXICANO ♦

CENTRO DE PRESIÓN

Es el punto del perfil donde se considera aplicada la fuerza aerodinámica resultante, su posición es la intersección de la Fuerza Resultante Aerodinámica con la Cuerda Geométrica.

ECUACIÓN FUNDAMENTAL DEL LEVANTAMIENTO.

L = ½ = ½ SV2 CL L = Levantamiento = Densidad del aire S = Superficie alar V = Velocidad relativa CL= Coeficiente de levantamiento GRAFICAS CL VS ÁNGULO DE ATAQUE

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AERODINÁMICA

VARIACIÓN DE LA FUERZA RESULTANTE AERODINÁMICA.

La magnitud, sentido y punto de aplicación (Centro de Presión) de la fuerza resultante aerodinámica, varía de acuerdo con la densidad del aire, velocidad, ángulo de ataque y la superficie alar. Para las diferentes condiciones de vuelo, para cada velocidad hay un determinado ángulo de ataque, pero considerando en cierto momento constante la velocidad del aire mientras se cambia el ángulo de ataque, la fuerza resultante aerodinámica variará. Para ángulos pequeños, la resultante es relativamente pequeña, con dirección hacia arriba y hacia atrás de la vertical, estando el centro de presión bastante atrás del borde de ataque. Fig. 27. Para ángulos medios la resultante es mayor, cambiando su dirección y volviéndose más vertical, moviéndose su centro de presión hacia el borde ataque. Fig. 28. Para ángulos más grandes (antes del ángulo de desplome), la resultante es todavía mayor, pero ahora varía su dirección hacia atrás de la vertical, moviéndose su centro de presión hacia delante, de un 20 a 25% de la cuerda a partir del borde de ataque. Fig. 29. Si se aumenta el ángulo más allá del punto de separación de los filetes fluidos sobre el dorso del perfil, la resultante decrece en magnitud, el ángulo formado con la vertical aumenta y el centro de presión permanece en el mismo punto que la anterior situación, o bien se puede mover hacia atrás. Fig. 30.

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4. RESISTENCIA AL AVANCE

Es la fuerza que se opone al movimiento del avión tanto en tierra como en aire. Es la fuerza que tiene que ser equilibrada por la fuerza de tracción. Existen cuatro tipos principales de resistencia al avance. (D). Los mismos factores que contribuyen al vuelo producen efectos no deseables como la resistencia al avance. La resistencia es la fuerza que tiende a retardar el movimiento del avión en el aire. Un tipo de resistencia es la aerodinámica, producida por la fricción que se opone a que los objetos se muevan en el aire. Depende de la forma del objeto y de la rugosidad de su superficie. Se puede reducir mediante perfiles muy aerodinámicos del fuselaje y alas del avión. Hay diseños que incorporan elementos para reducir la fricción, consiguiendo que el aire que fluye en contacto con las alas mantenga el llamado flujo laminar cuando se desliza sobre ellas sin producir torbellinos. Otro tipo de resistencia, llamada resistencia inducida, es el resultado directo de la sustentación producida por las alas. Se manifiesta en forma de torbellinos o vórtices en la parte posterior de los slats y especialmente en el extremo de las alas, y en algunos aviones se coloca una aleta pequeña denominada winglet, que reduce notablemente su efecto. Se llama resistencia total a la suma de ambas resistencias. La ingeniería aeronáutica trata de conseguir que la relación entre la sustentación y la resistencia total sea lo más alta posible, que se obtiene teóricamente al igualar la resistencia aerodinámica con la inducida, pero dicha relación en la práctica está limitada por factores como la velocidad y el peso admisible de la célula del avión. En el avión de transporte subsónico su valor puede llegar a veinte; en los de altas características duplica ése valor, mientras que el incremento de la resistencia, cuando se vuela a velocidades supersónicas, lo reduce a menos de diez. a) RESISTENCIA ALAR (Da)

Es la componente de la fuerza resultante aerodinámica que queda en dirección paralela a la dirección del viento relativo. La resistencia alar depende del perfil aerodinámico utilizado y del tamaño del ala (envergadura), es decir, de la superficie alar. La ecuación fundamental de la resistencia alar es:

Da = ½

SV2 CD

Da = Resistencia al avance del ala = Densidad del aire S = Superficie alar V = Velocidad 29

AERODINÁMICA

CD= Coeficiente de resistencia al avance alar GRÁFICA CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICA CD VS ANGULO DE ATAQUE

b) RESISTENCIA PARÁSITA (Dp)

Es la fuerza de resistencia al avance que oponen todas aquellas partes exteriores del avión, que no contribuyen al levantamiento. Área frontal del fuselaje, tren de aterrizaje, antenas, montantes etc. PLACA PLANA EQUIVALENTE.- Todas las partes exteriores del avión que se oponen al avan-

ce, tienen cierto corte o perfil, de modo que ofrezcan la mínima resistencia (forma currentilínea).

Para el calculo de la resistencia parásita total de un avión, cada una de las áreas frontales, hay que convertirlas a una área plana que sea equivalente. La placa plana equivalente de la resistencia parásita total del avión, es la suma de todas las áreas de las placas planas equivalentes en su resistencia, de cada una de las determinadas partes del avión.

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Los cuerpos perfectamente diseñados aerodinámicamente serán los que tengan los mínimos valores de sus placas planas equivalentes. Una forma muy común de reducir una resistencia parásita, es el fuselado. Fig. F ig. 33.

c) RESISTENCIA INDUCIDA (Di)

Es la resistencia al avance que se produce en la punta de las alas de todos los aviones, debido a los torbellinos que se forman, por efecto de la diferencia de presiones creada sobre las alas. Al desplazarse el aire a través del ala, la presión estática del aire en la parte superior del ala es menor que en la parte inferior, por lo que el aire tiende a desplazarse hacia arriba creando así los torbellinos. Una forma de reducir ésta resistencia, es colocando tanques de combustible en las puntas de las alas. Teniendo más presión abajo, el aire se desplaza por la punta del ala a la zona de menor presión formando un vórtice vór tice o remolino. Los vórtices de las puntas tendrán un movimiento circulatorio hacia fuera y hacia atrás en la cara inferior de la punta del ala, y hacia adentro y hacia atrás en la cara superior.

Cuando las corrientes de aire llegan al borde de salida, dan origen a un sinnúmero de torbellinos, lo que da como resultado una fuerza hacia abajo y hacia atrás que deflexiona el viento relativo hacia abajo reduciendo el ángulo de ataque y además aumentando la resistencia al avance del ala. 31

AERODINÁMICA

d) RESISTENCIA DE ROZAMIENTO (Df)

Es la resistencia al avance creada por la viscosidad del aire, será por lo tanto, mayor la resistencia a menor altura y a menor temperatura, ya que el aire será más denso. Al desplazarse el avión dentro del fluido de aire en contacto directo con su superficie, forma una película o capa, llamada capa límite o superficial. Esta capa se adhiere a la superficie reduciendo su velocidad, ejerciendo una acción de frenado, lo que determina la resistencia al avance por rozamiento superficial. Esta resistencia aumenta con la rugosidad o aspereza de la superficie, suciedad sobre la misma, mal unión o remachado.

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CAPÍTULO III SUPERFICIES PRIMARIAS DE CONTROL: Son las superficies móviles que forman parte de las alas y del empenaje. Por efectos aerodinámicos producen movimientos con respecto al centro de gravedad que producen movimientos alrededor de los tres ejes del avión. La actitud de un aeroplano se define como su orientación relativa al horizonte y a la dirección de su movimiento. Se controla por medio de tres sistemas de mandos de vuelo, cada uno de los cuales actúa en su eje correspondiente moviendo el timón de profundidad, el de dirección o los alerones que se encuentran en la parte posterior de las alas. Todos se accionan desde la cabina de pilotos: el primero con la palanca, el segundo con los pedales, y los alerones con el volante. En los aviones pequeños, que suelen carecer de volante, la palanca que mueve el timón de profundidad, si se inclina a un lado o a otro, mueve también los alerones.

TIMÓN El timón de profundidad permite el movimiento de cabeceo y hace girar al avión sobre el eje transversal. Al tirar hacia atrás de la palanca de mando, se levanta el timón, disminuye su sustentación, baja la cola y por tanto sube el morro. Si se mueve la palanca hacia adelante se produce el efecto contrario contr ario haciendo picar al avión. ALERONES Los alerones están colocados cerca de la punta del ala y hacia el borde posterior y permiten el movimiento de alabeo y hace girar al avión sobre el eje longitudinal. Si se mueve el volante de mando a la izquierda o se inclina en la misma dirección la palanca cuando no hay volante, el alerón izquierdo se levanta y el derecho baja, produciéndose así una inclinación de las alas hacia la izquierda. Si se mueve el mando a la derecha, se inclinará hacia ese lado. PEDALES Los pedales controlan el movimiento de dirección y hacen girar al avión sobre el eje vertical. En coordinación con los alerones permiten cambiar el rumbo del avión. Cuando se presiona el e l pedal derecho, d erecho, el timón se mueve y hace girar el avión hacia la derecha y si se s e em puja el pedal izquierdo, izq uierdo, el giro será s erá hacia la izquierda; izqu ierda; pero hay que q ue inclinar la palanca a la vez y hacia el mismo lado para evitar que el avión derrape. El alabeo es al avión lo que el peralte de una curva al automóvil. Los aviones llevan un conjunto de mandos secundarios para asegurar un manejo más sencillo y efectivo de las superficies de control. Así, los compensadores se usan en el timón de profundidad, de dirección d irección y de alabeo a labeo para pa ra ajustar ajus tar el equilibrio de las superficies supe rficies aerodinámicas a erodinámicas asociadas, por lo tanto los pilotos no tienen que realizar mucha fuerza sobre el mando corres pondiente. Los flaps y slats aumentan la sustentación para reducir la velocidad de despegue y aterrizaje. Los spoilers , aletas alineadas con la superficie superior de las alas, se pueden extender 33

AERODINÁMICA

usándolos como frenos aerodinámicos tanto en vuelo como en el aterrizaje, o bien coordinados con los alerones, se utilizan para mejorar el control de alabeo. Los frenos aerodinámicos van en la cola; son dos superficies que accionadas desde la cabina se extienden poco a poco hasta llegar a ser perpendiculares a la dirección del vuelo ayudando a disminuir la velocidad del avión. Todos estos sistemas se pueden controlar de diversas maneras, ya sea eléctrica, mecánica o hidráulicamente. 1. ALERONES

Son las superficies de control colocadas en los extremos del borde de la salida del ala, uno en el lado derecho y otro en el lado izquierdo. Su movimiento es alterno, mientras uno sube el otro baja, para coordinar los virajes.

El movimiento aerodinámico producido por el movimiento de los alerones, provoca un movimiento alrededor del eje longitudinal de avión. A este movimiento se le conoce como ALABEO o BANQUEO. Los alerones son movidos por el bastón o timón con movimientos hacia los lados. 2. TIMÓN DE DIRECCIÓN DIRECCIÓN

Es la superficie móvil colocada en la parte anterior del estabilizador vertical del empena je. El movimiento aerodinámico producido por el movimiento del timón direccional, provoca un movimiento alrededor del eje vertical del avión. A este movimiento se le conoce con el nombre de GUIÑADA. El timón de dirección es movido por los pedales, en los que también, se encuentran los frenos del tren principal. 34


Cuando el avión se encuentra en carreteo, los pedales sirven también para darle dirección, mediante la rueda de nariz (o patín de cola). 3. TIMÓN DE PROFUNDIDAD PROFUNDIDAD O ELEVADORES ELEVADORES

Son las superficies de control colocadas en la parte anterior del estabilizador horizontal del empenaje. El efecto aerodinámico producido por el movimiento de los elevadores, provoca un movimiento alrededor del eje transversal del avión. A este movimiento se le llama CABECEO. Los elevadores son movidos por el bastón o timón, con movimiento hacia atrás y hacia adelante. 4. COMPENSADORES

También se les llama aletas compensadoras y son pequeñas superficies regulables manualmente desde la cabina. Estas superficies van colocadas en el borde de la salida La finalidad de estas aletas, es la de compensar algún desequilibrio del avión en vuelo recto y nivelado.

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AERODINÁMICA

CAPÍTULO IV DISPOSITIVOS HIPER-SUSTENTADORES Y ANTISUSTENTADORES Para ciertas condiciones de vuelo, es necesario aumentar el levantamiento y la resistencia al avance. Las operaciones de aterrizaje y despegue son las más críticas para toda aeronave, es por eso que se busca la manera de reducir estos es tos riesgos. Una forma es e s reduciendo, en lo posible, pos ible, la velocidad de despegue y aterrizaje (usualmente, cuando hay condiciones de pistas restringidas en su longitud), y para conseguir esto, se utilizan diferentes sistemas. 1. ASPIRADORES

Una forma de incrementar el levantamiento es mediante el uso de bombas aspiradoras, colocadas normalmente en el extrados del ala, muy cerca de la articulación del alerón. La hendidura aspira la capa limítrofe y cuando la aspiración es suficientemente grande, suprime el desprendimiento y genera aumentos en la velocidad de aire, lo que da lugar a una disminución de la presión estática y por lo tanto, un aumento de sustentación.

2. SOPLADORES

Estos sistemas son semejantes a los aspiradores, solo que en este caso el aire es soplado, mismo que se absorbe de la parte frontal de ala En el soplado habrá que dar al chorro del aire una velocidad superior a la de los filetes fluidos que están sobre la hendidura para el soplado. 3. ALETAS DEL BORDE DE ATAQUE (SLAT-SLOT)

Otro método de aumentar el levantamiento en aterrizajes y despegues, lo constituye el llamado sistema SLAT-SLOT. Este sistema consiste en una ranura (SLOT) o abertura y una aleta (SLAT) que se prolonga a todo lo largo de la envergadura (o parte de ella). ella). Durante los despegues y aterrizajes esta aleta se desprende del ala hacia delante, de ésta manera el aire pasa a través de la ranura, evitando así el desprendimiento de la capa limite, y 36


como hay una mayor combadura, la velocidad del aire aumenta creando una disminución en la presión, y por lo tanto un aumento au mento en la sustentación. Existen ranuras fijas y móviles. Las primeras son aquellas que ya están implícitas en la construcción del ala y cualquiera que sea la actitud del avión, siempre permanecerán dichas ranuras. Las ranuras móviles son las mencionadas en el sistema SLAT-SLOT.

4. ALETAS HIPERSUSTENTADORA HIPERSUSTENTADORASS (FLAPS)

Las aletas hipersustentadoras o frenos aerodinámicos, son unas superficies auxiliares o porciones articuladas articulada s del ala, situadas en su borde de salida, s alida, y constituyen los mejores mejor es sistemas y los más empleados para reducir la velocidad en los despegues y aterrizajes, estando provistos de ellas casi todos los aviones de alta velocidad. En la acción de los FLAPS intervienen según los casos: la deformación del perfil; un aumento en la superficie de sustentación; y también un efecto de ranura. Los tipos de aletas hipersustentadoras o flaps más conocidas son las siguientes:

a) Aletas sencillas

b) Aletas de intrados

c) Aletas zap

d) Aletas ranuradas

e) Aletas fowler

f) Aletas múltiples

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AERODINÁMICA

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5. ALETAS ANTISUSTENTADORAS ANTISUSTENTADORAS (SPOILERS)

También se les conoce como frenos aerodinámicos. Consta de unas aletas colocadas en la parte superior sup erior del ala (extrados), (extrad os), normalmente a todo lo largo de la envergadura. envergadura . Al ser accionados los spoilers, las aletas se levantan quedando perpendiculares al ala.

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AERODINÁMICA

CAPÍTULO V RECORRIDO DE DESPEGUE Con el fin de evitar, en lo posible, los accidentes que pueden producirse en el despegue, generalmente se reglamenta que debe calcularse la distancia total que deberá recorrer el avión para pasar por encima de un u n obstáculo de 15 metros de altura, situado s ituado en la cabecera de la pista. De acuerdo con esto, el recorrido total estará compuesto por tres recorridos parciales. 1. RECORRIDO HORIZONTAL

Este recorrido generalmente es largo, con un ángulo constante, durante el cual las ruedas están todo el tiempo en contacto con el suelo y la velocidad va aumentando desde el valor de cero, hasta la velocidad de despegue. 2. RECORRIDO DE TRANSICIÓN

Este recorrido es muy corto, en el cual se aumenta bruscamente el ángulo de ataque para lograr el despegue. 3. RECORRIDO DE ASCENSO

Durante este recorrido, el avión se va levantando, en forma constante hasta cruzar la ca becera contraria a la pista de despegue a una altura mínima de 15 metros. Durante un despegue, desde el inicio de la carrera y hasta pasar los tres recorridos antes mencionados, las fuerzas que intervienen son las siguientes:

A) LEVANTAMIENTO.- Como ya se vio anteriormente, depende de la velocidad, superficie alar y el coeficiente de levantamiento. En cuanto a la densidad de aire, depende de la altitud del aeropuerto y de la temperatura. El peso total de las aeronaves es otro factor importante durante el ascenso y despegue. B) RESISTENCIA AL AVANCE.- Es la resistencia al avance total de la aeronave. Depende del tipo de aeronave. C) PESO.- Un factor muy importante en la aeronave a la hora de despegue, es el peso. El peso debe calcularse de acuerdo a la longitud de pista disponible, temperatura, elevación del aero puerto y otros factores. factores . D) FUERZA DE ROZAMIENTO.- Es la fuerza que se opone al movimiento del avión, esta fuerza se debe principalmente a la viscosidad del aire. Al desplazarse el avión dentro del fluido, el aire en contacto directo con la superficie forma una película o capa, llamada capa límite o superficial. Esta capa se adhiere a la superficie reduciendo su velocidad, ejerciendo una acción de frenado, lo que determina la resistencia al avance por rozamiento superficial. Esta re40


sistencia aumenta con la rugosidad o aspereza de la superficie, suciedad sobre la misma, mal unión o remachado, como se vio en el párrafo 4 d) del Cap. II.

VELOCIDADES DE DESPEGUE Durante la operación de despegue, los pilotos deberán poner cuidado especial y específicamente en lo que al incremento de la velocidad respecta, ya que la velocidad de despegue se consigue en diferentes tiempos, dependiendo del peso, altitud, temperatura etc. Las velocidades características existentes, son las siguientes: a) VELOCIDAD MÍNIMA DE CONTROL DE TIERRA

Es la mínima velocidad, a la cual el piloto puede controlar la aeronave, en caso de falla de un motor, y continuar con la carrera de despegue. b) VELOCIDAD DE DECISIÓN

Es la velocidad a la cual, en caso de falla de motor el piloto tiene que decidir entre, abortar el despegue, o continuar con la carrera y despegar. En este caso, la distancia necesaria para cortar y frenar el avión con los medios normales y detenerlo totalmente, es igual a la distancia necesaria para acelerar motores y conseguir el despegue, pasando sobre la cabecera a 15 metros de altura o más. c) VELOCIDAD MÍNIMA DE CONTROL DE AIRE

Es la mínima a la que, con falla de motor es posible controlar el avión en vuelo. d) VELOCIDAD MÍNIMA DE DESPEGUE

Es la velocidad en la cual ya existe la suficiente sustentación en las alas para despegar, es decir, la sustentación es ligeramente mayor que el peso. e) VELOCIDAD DE ROTACIÓN

Es una velocidad típicamente operativa, y es la que debe hacer rotar el avión alrededor de su tren principal para adquirir la actitud de despegue. f) VELOCIDAD DE DESPEGUE

Es la velocidad a la cual se tiene la sustentación necesaria, para efectuar el despegue y pasar sobre la cabecera a unos 15 metros de altura o más, esta velocidad es mayor que las dos anteriores.

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AERODINÁMICA

FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DESPEGUE Durante los despegues, existe una serie de factores que varían con las características pro pias de cada aeropuerto. 1. DISTANCIA

Es uno de los factores más importantes, ya que dependiendo de la longitud de pista dis ponible que se tenga, otros factores fa ctores se hacen más o menos importantes. 2. PESO DE LA AERONAVE

El peso total de la aeronave afecta directamente a la distancia necesaria para despegar, así como el régimen de ascenso. 3. VIENTO

Siempre se debe despegar en contra de la dirección del viento, es decir, con una componente de frente, especialmente cuando es de una intensidad considerada. Entre más sea la intensidad del viento, se necesitara una menor velocidad para el despegue y por lo tanto, se ocupará una menor distancia. 4. DISPOSITIVOS HIPERSUSTENTADORES

Con el uso de los dispositivos hipersustentadores se reduce la velocidad de despegue así como la longitud de pista utilizada. El uso de los dispositivos hipersustentadores es necesario, sobre todo en aviones de alta velocidad y en aeropuertos que se encuentran a una altitud considerable, como el caso del aeropuerto de la cuidad de México.

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CAPÍTULO VI ASCENSOS Y TECHOS: El funcionamiento de un avión a distintas altitudes altitudes y efectuando diversas maniobras de pende, por una parte, de la potencia potenc ia disponible (función (f unción de la potencia y tipos de los motores, motores , de los sistemas propulsores, de la altitud y temperatura) y por otra parte, de la potencia necesaria en cada caso. Así, en vuelo horizontal, la tracción o empuje de los motores deberá ser igual a la resistencia al avance, para que el movimiento sea uniforme. POTENCIA NECESARIA.- Es la potencia que una aeronave necesita para mantener determinada

velocidad en vuelo recto y nivelado, venciendo así a la resistencia al. avance MATEMÁTICAMENTE:

PN = X V

PN = Potencia necesaria X = Resistencia al avance V = Velocidad POTENCIA DISPONIBLE.- Es la potencia total que el o los motores pueden dar a una aeronave. MATEMÁTICAMENTE:

PD = T V

PD = Potencia disponible T = Tracción o empuje V = Velocidad Si la potencia disponible es mayor que la necesaria, el avión se acelera, pero al aumentar la velocidad, aumenta también la resistencia al avance, por lo que llegaría un momento en que se igualarían tracción y resistencia al avance, haciendo uniforme el movimiento. Las curvas características de las potencias disponibles y necesarias Vs velocidad, son las siguientes:

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AERODINÁMICA

El área que encierran las dos curvas, corresponde al mejor rendimiento de motor. VELOCIDAD DE ASCENSO.- La velocidad de ascenso de una aeronave, al nivel del mar, puede

calcularse mediante la siguiente fórmula:

VZ = V sen VZ = Velocidad de ascenso o régimen de ascenso V = Velocidad = Ángulo de ascenso ÁNGULO DE ASCENSO.- El ángulo de ascenso de las aeronaves varía de acuerdo a los factores

antes mencionados. Los aviones de hélice, difícilmente exceden un ángulo de ascenso de 15° Los aviones de propulsión a chorro, día con día están mejorando sus características. El ángulo de ascenso depende también de los factores anteriores y en ocasiones llegan a exceder los 40°, hasta cierta altitud. El régimen de ascenso disminuye con la altitud.

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DISTANCIA DE ASCENSO.- Es la distancia en la cual el avión asciende hasta determinada alti-

tud. Altitud mínima para el cruce de un obstáculo etc. Esta distancia depende de: viento, peso, velocidad, etc. TECHO ABSOLUTO.- Es la altitud máxima que una aeronave puede alcanzar. Esta altitud está

condicionada al tipo de avión. Se dice que se alcanza el techo absoluto cuando la velocidad ascencional es cero. TECHO PRÁCTICO.- Es aquella altitud para la cual la velocidad ascencional es de 30 metros

por minuto. TECHO DE OPERACIÓN.- Es la altitud a la cual se calcula el rendimiento óptimo de la aero-

nave, en lo que a velocidad y consumo de combustible se refiere.

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CAPÍTULO VII DESPLOME, CAUSAS Y TIPOS: Los desplomes y barrenas son reacciones normales del avión debido al uso inadecuado de los controles por el piloto. Un avión por si mismo evitará esas maniobras, o si es forzado a hacerlas pudiera recobrarse solo. Los desplomes y barrenas no intencionales suceden solo cuando un avión es mal operado y forzado a violar sus tendencias normales. Cuando las alas del avión pierden su fuerza sustentadora, el avión entra en desplome, los controles pierden eficiencia, la nariz se inclina hacia abajo y el avión cae rápidamente. Si el avión gira durante el descenso, el desplome se convierte en barrena. La pérdida de sustentación que produce un desplome es causada por un ángulo de ataque excesivo, o por una velocidad verdadera inferior a la mínima de sustentación; para la mayoría de los aviones el ángulo de ataque efectivo máximo es de 20°. Si el piloto hace que el ala sobrepase dicho ángulo, el área de baja presión sobre el ala, que produce la mayor parte de la fuerza sustentadora, se destruirá por las turbulencias y el avión al perder mucha de su fuerza sustentadora, entrara en desplome. El desplome es la pérdida de sustentación de las alas de las aeronaves. La pérdida de sustentación que produce un desplome, es causada generalmente por dos factores. 1. BAJA VELOCIDAD A IGUAL ÁNGULO DE ATAQUE

Si el ángulo de ataque se mantiene constante y la velocidad disminuye, la fuerza de levantamiento también disminuye, llegando a una condición tal en que el peso es mayor que la sustentación, entrando la aeronave en desplome.

2. ÁNGULO DE ATAQUE EXCESIVO A IGUAL VELOCIDAD

Si la velocidad se mantiene constante y el ángulo de ataque se incrementa, el levantamiento seguirá también aumentando hasta llegar al limite máximo, después el levantamiento empieza a disminuir hasta que éste es menor que el peso, produciéndose el desplome. 46


Se entiende por velocidad de desplome a aquella velocidad con la cual un avión pierde el levantamiento.

La velocidad de desplome, se puede determinar mediante los siguientes factores: a) PESO.- Como ya se vio anteriormente, al disminuir la velocidad, disminuye el levantamiento

y al ser éste menor que el peso, se produce el desplome. Entre mayor sea el peso, mayor será la velocidad de desplome. b) DENSIDAD.- Una disminución en la densidad del aire origina un desplome. Esta disminu-

ción de la densidad del aire puede ser originada por la ausencia de partículas de aire (bolsas de aire) o bien por la disminución de velocidad

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AERODINÁMICA

c) COEFICIENTE DE LEVANTAMIENTO.- El coeficiente de levantamiento es una caracterís-

tica propia del perfil, por lo que un ángulo excesivo de ataque producirá el desplome que será diferente para cada tipo de perfil (alas). Matemáticamente, la velocidad de pérdida de sustentación o desplome, se calcula mediante la siguiente fórmula: VPS =

G Czmax

ρ

2

S

VPS = Velocidad de Pérdida de Sustentación G = Peso de la aeronave = Densidad del aire Czmax = Coeficiente de levantamiento máximo S = Superficie alar 3. ÁNGULO DE DESPLOME

El ángulo de desplome, se tiene cuando se rebasa el ángulo de ataque para el cual se obtiene el valor máximo de coeficiente de levantamiento, punto en que las corrientes de aire empiecen a desprenderse de la cara superior del ala presentándose una zona turbulenta en el borde de salida. Para ángulos de ataque mayores del ángulo de perdida de sustentación el CZ disminuye rápidamente, originando el desplome. Se llama factor de carga a la relación entre las fuerzas normales del plano (levantamiento y una componente de la tracción), y el peso. Por lo tanto la velocidad de desplome varía directamente con el peso de la aeronave. Existen otras causas que pudieran ocasionar un desplome, tales como la estela de la hélice, aunque son muy remotas las posibilidades. La formación de hielo y escarcha en las alas ocasiona pérdida de sustentación debido a que el perfil aerodinámico se deforma. Para evitar esto los aviones están equipados con sistemas anti-hielo, los cuales consisten en resistencias eléctricas que, al ser accionados producen calor en el borde de ataque de las alas. Cuando se produce un desplome, es decir, el avión está cayendo por falta de sustentación, y además gira sobre su eje longitudinal, se dice que el avión ha entrado en barrena. 48


Si el avión está cayendo y gira sobre su eje vertical, se dice que el avión ha entrado en barrena plana. 4. RECUPERACIÓN DE DESPLOME.

La prevención de un desplome, o la recuperación, puede hacerse siempre dejando de aplicar presión hacia atrás en el control del elevador, o moviendo el bastón ligeramente hacia delante. La adición de potencia también servirá. En un giro, un desplome puede ser impedido nivelando las alas; cuando ocurra un desplome a baja altitud, un piloto debe evitar su reacción normal de jalar el control del elevador. Debe reducir el ángulo de ataque y aumentar la potencia inmediatamente. Desafortunadamente, los desplomes inadvertidos generalmente ocurren a altitudes muy bajas para poder recobrarse. recob rarse. Cuando un avión es compensado con cola pesada, antes del aterrizaje, una súbita aplicación de potencia producirá una fuerte corriente de aire que ejercerá una presión hacia abajo sobre el elevador. En algunos aviones esta presión producirá un cambio brusco en su actitud, aumentando el ángulo de ataque lo suficiente como para producir un desplome inmediato. Para prevenir el desplome, se debe mover el control hacia delante al aplicar la potencia. Se debe tener cuidado especial al manejar los flaps. Cuando están bajados, cambian la forma del ala de tal modo modo que aumenta la sustentación y se reduce la velocidad a la que el avión entra en desplome. Consecuentemente, el avión podrá volar con seguridad a velocidades menores que las requeridas de otro modo. Cuando los flaps se han subido, el avión tiende a hundirse, debido a la pérdida de la sustentación adicional. Para contrarrestar esto, el piloto subirá la nariz jalando el control del d el elevador y aumentando au mentando el ángulo de ataque. a taque. Este proceso es satisfactorio si el avión está volando a una velocidad por encima de la de desplome, pero si la velocidad es crítica en el momento de subir los flaps, este movimiento produce un desplome inmediato.

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CAPÍTULO VIII VIRAJE UN VIRAJE, es simplemente un cambio en la dirección del avión.

Las fuerzas que intervienen en un viraje son: peso, levantamiento, tracción o empuje, resistencia al avance y una fuerza centrífuga, que tenderá a producir un resbalamiento hacia fuera del avión. Si la componente vertical de la sustentación fuera superior al peso, el viraje sería ascendente; si fuese inferior, el aeroplano perdería altura en al viraje. Si un avión al efectuar un cambio de dirección sufre derrape, asciende o desciende, se dice que el viraje es no coordinado. Para efectuar un viraje perfecto, el levantamiento total debe ser mayor que el del vuelo recto y nivelado. Si se desea mantener la velocidad constante, será necesario aumentar el ángulo de ataque; si se desea mantener el mismo ángulo de ataque, será necesario aumentar la velocidad, es decir, dar más potencia Durante un viraje, el factor de carga aumenta directamente a la velocidad de la aeronave, es decir, si no se aumenta el ángulo de ataque y el empuje, la velocidad disminuye, y por lo tanto el levantamiento también diminuye, haciendo que el avión pierda altura. ÁNGULO DE BANQUEO

Es el ángulo de inclinación que se da al ala con respecto al plano horizontal del avión, durante el viraje. El ángulo de banqueo produce un aumento en la componente vertical del levantamiento que sirve para evitar el derrape, o lo que es lo mismo, origina una fuerza centrípeta igual y contraria a la fuerza centrífuga.

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RADIO DE VIRAJE

Es la distancia circular en la cual una aeronave puede efectuar un viraje. El radio del viraje de pende de la velocidad de la aeronave aer onave y del ángulo de blanqueo. A mayor velocidad, mayor radio r adio de viraje, a mayor ángulo de blanqueo, menor radio de viraje.

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CAPÍTULO IX DESCENSO Un descenso es la pérdida de altitud de una aeronave. Un descenso se puede conseguir de diferentes maneras; en un avión que se encuentra en vuelo recto y nivelado, todas las fuerzas que actúan sobre el se anulan, es decir, el avión está en equilibrio, la tracción es igual y opuesta a la resistencia al avance; el levantamiento es igual y opuesto al peso Un descenso se puede efectuar haciendo que el levantamiento sea menor que el peso, para un mismo ángulo de ataque, disminuyendo la velocidad; para una misma velocidad, disminuyendo el ángulo de ataque; utilizando sistemas antisustentadores (spoilers); mediante el uso de los elevadores; mediante los compensadores de los elevadores. PLANEO

Durante el vuelo en planeo, se considera que no existe fuerza de tracción, por lo que únicamente existen tres fuerzas, el Levantamiento, el Peso y la Resistencia al avance. Una aeronave con el o los motores parados o funcionando tan lentamente que no exista una tracción apreciable, para continuar su movimiento relativo re lativo a través del medio resistente que contribuye al aire, necesita consumir su propia energía cinética o potencial, por lo que si no pierde velocidad, tiene que perder altura y si tratase de no descender, tendería a ir perdiendo su velocidad. Pero como esto último tiene un límite para que pueda subsistir la sustentación, se ve que el vuelo del avión en aire en calma, o con viento horizontal uniforme y homogéneo, acaba por descender

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PICADA

Se le llama así al vuelo descendente en el que se emplea el motor. ÁNGULO DE PLANEO

Es el ángulo formado por una horizontal y la trayectoria (dirección del viento relativo). El ángulo de planeo se obtiene mediante la siguiente fórmula: cot θ =

Z X T

=

C Z C XT

Z = Sustentación XT= Resistencia al avance total CZ = Coeficiente de sustentación CXT = Coeficiente de resistencia al avance total El menor ángulo de planeo, con tracción nula, corresponde al máximo valor del rendimiento aerodinámico.

VELOCIDAD DE PLANEO

La velocidad de planeo depende, además del ángulo de planeo, de las características del avión, y de la densidad del aire, ya que a medida que se desciende la densidad del aire aumenta. La velocidad del planeo en km/hr al nivel del mar, se puede obtener mediante la siguiente fórmula: G Vp = 14 • 4

s 2

C Z

2

+ C XT

Vp = Velocidad de planeo G/s = Carga alar 53

AERODINÁMICA

Como se puede observar, la velocidad del planeo depende de la carga alar, o carga por metro cuadrado de superficie sustentadora. DISTANCIA DE PLANEO

Es la longitud de una línea horizontal desde el punto en que una aeronave empieza su planeo, hasta el punto p unto en que lo termina. ter mina. Volando con el mismo ángulo de planeo se alcanzará, horizontalmente, la máxima distancia en vuelo planeado. Si Z es la altitud al iniciarse el planeo, la máxima distancia horizontal se calculará por la siguiente fórmula. MÁXIMA DISTANCIA HORIZONTAL =

Z Tanθ

VELOCIDAD DE DESCENSO

Se conoce como velocidad de descenso la componente vertical de la velocidad de planeo, matemáticamente:

Vz = Vp sen Vz = Velocidad de descenso Vp = Velocidad de planeo = Ángulo de descenso Durante un descenso, ya sea con o sin motor, el viento juega un papel muy importante. Durante un planeo, si se tiene el viento de frente, el ángulo mínimo de planeo podrá reducirse 54


aún más, y por lo tanto se podrá planear durante un mayor tiempo y recorrer una mayor distancia. Un planeador para mantenerse en el aire, necesita de corrientes ascendentes. La distancia de planeo es directamente proporcional a la altura en que se empieza el planeo e inversamente proporcional al ángulo de planeo.

El ángulo de planeo para cierta velocidad depende de las características del avión

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CAPÍTULO X ATERRIZAJE Y FACTORES QUE INTERVIENEN Al igual que el despegue, la toma de tierra o aterrizaje, tiene varias etapas. 1. DISTANCIA DEL PLANEO

Es la distancia necesaria para pasar, en planeo, por encima de un obstáculo a una altura determinada, con una velocidad y un ángulo sensiblemente constantes. 2. DISTANCIA DE TRANSICIÓN

Es la distancia necesaria para nivelar o enderezar el avión, perdiendo velocidad para mantenerlo a una altura del suelo sustancialmente constante y relativamente pequeña, hasta que se produce el desplome. 3. DISTANCIA DE ATERRIZAJE

Es la distancia necesaria para la carrera de aterrizaje. Esta distancia puede disminuirse por el empleo de frenos, bien sobre las ruedas, bien de tipo aerodinámico, o bien por la inversión del sistema propulsor La velocidad y altitud durante el aterrizaje deben ser controladas en estricta coordinación. Al ir disminuyendo la velocidad se va perdiendo altura. Si por algún motivo se desea ascender, basta aumentar la potencia para aumentar la velocidad, manteniendo el ángulo de ataque constante. La longitud mínima de pista necesaria, depende básicamente de la velocidad de aterrizaje de cada aeronave. A mayor velocidad de aterrizaje, mayor longitud de pista necesaria y viceversa. La velocidad de aproximación está en función de la velocidad de desplome. La velocidad de desplome está en función de la carga alar, o sea del levantamiento por metro cuadrado. A mayor carga alar mayor levantamiento, y mayor resistencia al avance, por lo que la velocidad de desplome es menor. 4. FUERZAS QUE ACTÚAN EN EL ATERRIZAJE

Durante un aterrizaje, las fuerzas que actúan sobre el avión son prácticamente las mismas, sustentación, peso, tracción y resistencia al avance, hasta unos segundos antes de que el avión toque la pista. Una vez que el avión está por tocar, se corta la potencia o se reduce tanto que casi es nula, hasta que se produce el desplome. 56


Además de las fuerzas antes mencionadas, es importante hacer notar un efecto que se produce cuando el avión está relativamente cerca del suelo. La turbulencia de estela que va de jando a su paso, pas o, el avión, choca c hoca con el suelo, creando lo que se llama EFECTO DE TIERRA, el cual puede provocar un desequilibrio durante el aterrizaje.

FACTORES QUE AFECTAN EL ATERRIZAJE 1. PESO.

Durante el aterrizaje, el levantamiento va disminuyendo junto con la velocidad, hasta el punto en el cual éste desaparece desapa rece o casi desaparece desaparec e y se produce el desplome. 2. VIENTO.

La dirección e intensidad del viento afectan directamente a la velocidad de aterrizaje. Con un viento de frente con una intensidad de 15 nudos o más, se reduce enormemente la longitud de pista necesaria para el aterrizaje. 3. PENDIENTE DE PISTA.

Una pendiente de pista muy pronunciada, tanto negativa como positiva, incrementa los riesgos de un aterrizaje. Algunas pistas, a todo lo largo de su longitud, tienen pendientes negativas y positivas las cuales pueden afectar la estructura del tren de aterrizaje. 4. ALTITUD PRESIÓN.

En aeropuertos que se encuentran al nivel de mar, la densidad del aire es mayor que en aeropuertos que se encuentran a ciertas altitudes. La densidad del aire afecta el levantamiento y por lo tanto la velocidad de aterrizaje ater rizaje 5. RESISTENCIA AL AVANCE.

La resistencia al avance producida por los flaps, es un factor positivo durante un aterriza je ya que al aumentar ésta, se reduce la velocidad de aterrizaje aterr izaje 6. CORRECCIÓN POR VIENTO CRUZADO.

Durante un aterrizaje, el viento cruzado crea situaciones de gran riesgo, debido a que éste, trata de sacar a la aeronave de su trayectoria. Cuando el viento está cruzado y de una intensidad considerable (10 nudos o más dependiendo del tipo de aeronave) será necesario crear maniobras correctivas. Estas maniobras se consiguen inclinando el avión hacia donde viene el viento.

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7. SUBIDA EN CONFIGURACIÓN DE APROXIMACIÓN DE ATERRIZAJE.

A esta maniobra también se le llama aproximación fallida o ida al aire. Consiste en volver a elevar el avión mediante un aumento en la potencia y subir hasta cierta altitud especificada. Estas maniobras se efectúan cuando por alguna razón no se puede completar el aterrizaje

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CAPÍTULO XI ESTABILIDAD: La estabilidad es la propiedad de un cuerpo de regresar por sus propios medios a su condición de equilibrio, después de haber sido alterado de dicha condición.

Un cuerpo está en equilibrio cuando todas las fuerzas y momentos que actúan sobre el se neutralizan unas a otras. Es decir, estará en equilibrio, cuando la suma total de las fuerzas sea cero y la suma de los momentos de las fuerzas con respecto a un centro sea cero.

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EQUILIBRIO. Un sistema está en equilibrio cuando la fuerza o total resultante que actúa sobre un cuer po y el momento resultante son nulos. Existen tres clases de equilibrio: 1. EQUILIBRIO ESTABLE

Cuando al apartar un cuerpo de su posición de equilibrio se originan las fuerzas o movimientos que lo regresan a su posición original. El equilibrio estable es la estabilidad.

2. EQUILIBRIO INESTABLE

Cuando al apartar un cuerpo de su posición de equilibrio se originan fuerzas o momentos que los separa aun más de su posición original.

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3. EQUILIBRIO INDIFERENTE

Cuando al apartar al cuerpo de su posición de equilibrio no se producen fuerzas o momentos que lo regresen o lo alejen de su posición original, sino que se queda en la posición a la que se movió.

ESTABILIDAD. Es la propiedad de un cuerpo de regresar a su condición estable, después de haber sido alterado su estado de equilibrio. Un cuerpo está en equilibrio cuando todas las fuerzas y momentos que actúan sobre el se neutralizan unas con otras. Estará en equilibrio, cuando la suma total de las fuerzas sean cero y la suma de los momentos de las fuerzas con respecto a un centro sea cero. La estabilidad se puede lograr de dos maneras, dependiendo de la forma de regresar a su estado de equilibrio. A estas dos formas se les llama: estabilidad estática y estabilidad dinámica. 1. ESTABILIDAD ESTÁTICA.

Un avión es estáticamente estable, si en cualquier desplazamiento de su posición de equilibrio, manteniendo fijos los controles, se producen fuerzas o momentos que tienden a llevarlo a su posición original en un solo movimiento.

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2. ESTABILIDAD DINÁMICA.

Un avión es dinámicamente estable, cuando al apartarse de su posición de equilibrio por alguna causa cualquiera, sin mover sus mandos, aparecen fuerzas o momentos que lo regresen a la posición original con una oscilación decreciente amortiguada.

Un avión excesivamente estable resultará poco maniobrable, oponiéndose a cambiar la dirección del vuelo, es decir tendrá mayor resistencia a la acción de los mandos y por el contrario, para que un avión sea maniobrable necesita ser muy inestable. Por ejemplo un avión acrobático necesita ser inestable, para poder ser maniobrable. 3. ESTABILIDAD DE UN AVIÓN.

Existen tres diferentes estabilidades sobre un avión. a) ESTABILIDAD LONGITUDINAL.

Es la que presenta el avión alrededor de su eje transversal. Un avión tiene estabilidad longitudinal, cuando después de ser apartado de su trayectoria horizontal, se origina un momento que tiende a volverlo a su ruta original, girando de su eje transversal. El principal factor que afecta esta estabilidad es la posición del centro de gravedad. Una ala aislada, generalmente no es estable, por lo que en un avión se coloca otra pequeña ala detrás de la principal llamada estabilizador horizontal, o plano fijo horizontal.

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b) ESTABILIDAD DIRECCIONAL.

Es la que presenta el avión alrededor de su eje vertical. Un avión tiene estabilidad direccional cuando después de ser apartado de su trayectoria, se origina un momento que tiende a volverlo a su posición original, girando alrededor de su eje vertical. Para proporcionar estabilidad direccional, se han puesto en el avión el estabilizador vertical o plano fijo vertical y las alas con cierta flecha.

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c) ESTABILIDAD LATERAL.

Es la que presenta el avión alrededor de su eje longitudinal. Un avión tiene estabilidad lateral, cuando después de ser apartado de su posición original, se origina un momento que tiende a volverlo a esa posición haciéndolo girar alrededor de su eje longitudinal. Para proporcionar estabilidad lateral existen dos estabilizadores; el horizontal y el vertical, y el ángulo diedro.

ÁNGULO DIEDRO.- Es el ángulo formado entre el plano longitudinal de las alas y el plano

transversal del avión.

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Aerodinamica Aeronautica -Seneam

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