Capítulo2
Aerodinámica Introducción Este capítulo se centra en los fundamentos aerodinámicos específicos de las aeronaves controladas por desplazamiento de centro de gravedad, también denominados trikes. Se aconseja la lectura previa del capítulo referido a la aerodinámica principios de vuelo del !anual de "onocimientos #eronáuticos del $iloto, de la %## %## & Pilot’s Pilot’s Handbook Handbook of Aeronautic Aeronautical al Knowledge Knowledge FAA-H-8083-2 FAA-H-8083-25 5 ', donde se e(plican los conceptos más generales aplicables a cual)uier tipo de aeronave.
Términos Aerodinámicos Se denomina superficie aerodinámica, o superficie alar a la superficie de una aeronave )ue produce sustentación, generalmente el ala misma, denominándose perfil aerodinámico a una sección de dic*a superficie. E(isten diferentes tipos de superficies aerodinámicas perfiles, aun)ue todos ellos producen sustentación de una manera similar. similar. "urvatura se refiere a la curva del ala cuando miramos el perfil o sección del ala.
+-
n ala posee una determinada curvatura en su e(tradós & superficie superior' otra en su intradós &superficie &superficie inferior'. /a superficie alar de un ala de trike puede ser de simple superficie, en las )ue una sola tela forma toda la superficie, son alas para pa ra bajas velocidades. Superficies alares para maores velocidades están formadas por dos capas de tejido, o alas de doble superficie, las cuales forman un perfil más parecido al ala de un avión. 0%igura + -1 Estas alas de doble superficie
$erfil #lar de #vión
$erfil #lar de #la de 2rike
Ala de Simple Superficie "uerda
"urvatura Superior "urvatura Inferior $erfil 2ípico de #la de 2rike $unto #lto del $erfil de #la de 2rike
3iento 4elativo 5orde de #ta)ue
$unto #lto de #la de #vión
Mucho más adelantado, para mayor estabilidad
2raectoria 5orde de %uga
$erfil 2ípico de #la de #vión
"uerda
"urvatura Superior
"uerda
$erfil de #la de 2rike "urvatura Inferior %igure ++. $erfil de #la de 2rike "omparado con $erfil de #la de #vión
Ala de Doble Superficie
El ala de un trike, como cual)uier ala delta, es un dise7o 8nico de superficie alar, cuo perfil varia de forma continua desde d esde la raíz a los e(tremos. !irando un ala en planta, en el centro veremos lo )ue llamamos raíz, en ambos e(tremos las puntas de ala. /a cuerda es la linea recta )ue une el borde de ata)ue el borde de fuga, para cual)uier sección del ala permiten )ue la estructura del ala se aloje en el interior del perfil, paralelo a la raíz de la misma.0%iguras +9 +:1 /a cuerda en el e(tremo reduciendo resistencia permitiendo maores velocidades para un es la tiene el punto de fuga lo más atrasado de todo el ala. $uede estar mismo empuje. El borde de ata)ue es el borde del ala sobre el )ue situada en el punto más e(terior del ala o algo más adentro, dependiendo de incide el viento relativo el borde de fuga el borde del ala por los dise7os. El ángulo de morro es el ángulo formado por los bordes de donde sale dic*o viento relativo. /a cuerda es, para cada sección o ata)ue, normalmente entre -+;< -9;< para las alas de trike. perfil alar, una línea recta imaginaria )ue une el borde de ata)ue /a flec*a es flec*a es el angulo )ue forman las línea de un cuarto de las cuerdas con el de fuga. El ala delta de un trike utiliza típicamente, en una línea perpendicular a la cuerda raíz.0%igura +91 comparación con un ala de avión, un perfil alar cua curvatura tiene su punto de maor altura más adelantado )ue un ala normal de avión, lo cual da lugar a un perfil más estable. 0%igura ++1 %igura +-. 2érminos de $erfiles de #la del 2rike, 2rike, en Simple 6oble Superficie.
3ista Superior ngulo de !orro
2raectoria "uerdas
ngulo de %lec*a ">
"uerda en el E(tremo
/inea de un cuarto
5orde de #ta)ue
"uerda en la 4aíz del #la 5orde de %uga
%igura +9. 3ista superior de #la de 2rike términos aerodinámicos.
++
E(tremo de #la
!irando el ala desde atrás, se dice )ue un ala tiende anhedro si ambos planos de las alas bajan desde la raíz, o )ue tiene diedro si los planos ascienden desde la raíz. 0%igura +?1 El ángulo diedro se define como positivo se mide entre el borde de ata)ue el eje lateral del ala. Si este ángulo es de sentido contrario, negativo, se denomina an*edro. /as alas )ue tienen flec*a, poseen una característica de @diedro efectivoA )ue contrarresta el an*edro real )ue poseen la gran maoría de alas delta utilizadas en los trikes, lo )ue les aporta una maor estabilidad en alabeo. Esto está más profundamente e(plicado en el !anual de "onocimientos #eronáuticos del $iloto & Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge ' . # diferencia de los aviones, los cuales tienen típicamente un diedro mu significativo para mejorar su estabilidad, las alas delta tienen un leve an*edro, tal como observamos en la %igura +?, típico de las alas en flec*a.
3ista /ateral
4aíz del #la
">
/a torsión de ala es la progresiva disminución del ángulo de la cuerda desde la raíz *asta las puntas, com8n en todas las alas delta )ue varía entre ?< -?<. Esta torsión, o washout en ingles, *ace )ue el ángulo de ata)ue disminua desde la raíz *acia las puntas. /a torsión del ala puede no ser perceptible cuando el ala no está en vuelo, sólo cuando las presiones aerodinámicas aparecen en vuelo, esta torsión se *ace visible, por la naturaleza fle(ible del ala delta. 0%igura +B1
"uerda en el E(tremo
">
4aíz del #la
2raectoria
El eje longitudinal es un eje imaginario )ue pasa por el centro de gravedad &">'C se denomina también eje de alabeo. El eje longitudinal no es necesariamente una linea fija sobre el carro, a )ue en un trike, cambia de posición para diferentes configuraciones de vuelo, pero puede ser apro(imado al eje )ue pasa por el centro de la *élice tiene la dirección paralela a la senda de vuelo, para un trike bien dise7ado, tal como se muestra en la %igure +D. #ngulo de incidencia es el ángulo formado por la linea de cuerda raíz del ala el eje longitudinal del trike.
%igura +:. 3ista /ateral del #la 2érminos #erodinámicos. 3ista 2rasera 5orde de #ta)ue
4aíz del #la
5or de de %uga
"u erda en el E(tremo
ngulo #n*edro &6iedro si el ángulo va en sentido contrario'
Envergadura E(tremo del #la
%igura +?. 3ista trasera de #la de 2rike 2érminos #erodinámicos.
+9
2orsión del #la desde la 4aíz al E(tremo
"uerda "uerda
"uerda
#ngulo de #ta ue !edio
#ngulo de #ta)ue #lto en la 4aíz
Viento Relativo
Viento Relativo
#ngulo de #ta)ue
Viento Relativo
%igura +B. 2orsión del #la vista en vuelo. 5arra de "ontrol Empujada3uelo /ento $unto de "uelgue del "arro
#l contrario de lo )ue sucede en un avión, en un trike el ángulo de incidencia cambia de forma mu significativa en vuelo, a )ue el carro oscila con respecto al ala sobre el punto de cuelgue, movimiento necesario para el control. /o vemos en %igura +D.
"uerda del #la en la 4aíz 5arra de "ontrol C
Eje /ongitudinal
3iento 4elativo #nglulo de Incidencia #lto
2raectoria
5arra de "ontrol $icada3uelo 4ápido $unto de "uelgue del "arro
El ángulo de profundidad es el ángulo )ue forma la cuerda del ala en la raíz con el plano del *orizonte. !uc*os pilotos confunden dic*o ángulo, )ue es fácilmente visible, con el ángulo de ata)ue &#F#' el cual no es tan perceptible. $or ejemplo, si estamos planeando sin potencia con el morro bajo, el ángulo de profundidad puede estar por debajo del *orizonte. Ftro ejemplo sería estar volando a plena potencia con el morro alto dando lugar a ángulo de profundidad mu por encima del *orizonte. 0%igura +G1 /os ángulos de profundidad se e(plican con maor profundidad en el capitulo B.
"uerda del #la en la 4aíz 5arra de "ontrol ">
Eje /ongitudinal
3iento 4elativo #ngulo de Incidencia 5ajo %igura +D. #n ulo de incidencia.
+:
2raectoria
El ángulo de carro es el ángulo )ue forma el plano de los ejes de ruedas con la pista. El viento relativo es la dirección del flujo de aire con respecto al alaC normalmente es paralelo opuesto a la traectoria del trike, pero puede verse afectado por el movimiento del trike dentro de la masa de aire, así como por todo tipo tipo de inestabilidad del aire, tales como cizallas, térmicas o turbulencias. Sólo cuando el trike vuela en aire estable, el viento relativo es paralelo opuesto al viento relativo. 0%igura +D1
El ángulo de ata)ue &#F#' es el ángulo )ue forman el viento relativo con la cuerda de la raíz del ala. 6ebido a la torsión, el ángulo de ata)ue es maor en la raíz disminue a lo largo de la envergadura *asta las puntas del ala. Este es un concepto importante, )ue se trata en profundidad en el apartado de la estabilidad, es este mismo capítulo. 3ariar el #F# es el control primario para variar nuestra velocidad en cual)uier tipo de maniobra, tanto en vuelo nivelado, en planeos, ascensos o descensos. 5ajo ángulo de ata)ue produce alta velocidad, mientras )ue alto ángulo de ata)ue da lugar a bajas velocidades. El piloto controla el #F# moviendo la barra de control adelante, maor ángulo de ata)ue, baja velocidad, 0%igura +D &arriba'1. !oviendo la barra de control *acia atrás, tenemos menor ángulo de ata)ue, lo )ue da lugar a maor velocidad, 0%igura +D &abajo'1.
>ran parte del tiempo, el piloto vuela con el #F# de crucero &o de tri!, )ue es el #F# en el cual no *acemos fuerza ninguna sobre la barra. Este #F# corresponde con nuestra velocidad de tri" podremos volar a dic*a velocidad en vuelo recto nivelado con la barra suelta en aire estable. 0%igura +H, medio1
%orma en planta es la vista del ala desde arriba. E(isten numerosas formas de ala de trike, con maores o menores envergaduras relación de aspecto , dando lugar a alas más o menos rápidas con maor o menor rendimiento.
%igura +G. Ejemplos de ángulos de incidenciaC morro arriba morro abajo.
#lta 3elocidad
/a relación de aspecto es la envergadura dividida por la cuerda media. n ala de trike de escuela típica de -G m+ &+;; pies cuadrados' de unos -;,? mts &9? pies' de envergadura con una cuerda media de + metros &D pies', nos da una relación de aspecto de ?. Este relativo bajo aspecto es menos eficiente produciendo sustentación. n ala de maor rendimiento de -9,? m+ &-:; pies cuadrados' -;,? mts &9? pies' de envergadura una cuerda media de -,B mts &? pise', nos da una relación de aspecto de D. En el ala de un trike, al igual )ue en el de un avión, e(isten diferentes relaciones de aspecto para los diferentes dise7os, dependiendo de las características de vuelo )ue se bus)uen.
3elocidad de "rucero &tri'
5aja 3elocidad &cerca de la pérdida'
-G< -;< 9< #ngulo de #ta)ue
#ngulo de #ta)ue 2raectoria 3iento 4elativo
5arra de "ontrol $icada
#ngulo de #ta)ue 2raectoria 3iento 4elativo
5arra de "ontrol sin $resión
2raectoria 3iento 4elativo
5arra de "ontrol Empujada
%igura +H. Efectos del #ngulo de #ta)ue sobre 3iento 4elativo 2raectoria en 3uelo ivelado
+?
$ara la misma superficie alar similar dise7o, el ala de menor relación de aspecto produce menos sustentación más resistenciaC alas de maor relación de aspecto tendrán maor sustentación menor resistencia, pero normalmente dependiendo del dise7o, serán también más duras de volar, re)uiriendo más esfuerzo físico del piloto. 0%igure +-;1
del ala *asta el e(tremo del ala, de forma similar a las costillas del ala de un avión. El borde de ata)ue se intenta rigidizar reforzando el tejido con láminas de #lar de espuma *asta el punto alto del perfil, para mantener la forma de perfil en las zonas entre sables.0%igura +--1
"ostillas rígidas llamadas sables, para mantener el perfil alar deseado.
#la de Escuela, /enta 5aja 4elación de #specto
#la 4ápida#lta 4elacción de #specto
/ámina de #lar mantiene la forma de curvatura *asta el punto alto.
%igura +--. "ostillas 4ígidas llamados sables rigidizadores de borde de ata)ue,
mantienen la forma del perfil.
#lgunas alas de doble superficie, utilizan cone(iones de tejido entre la superficie superior la inferior para mantener inalterable el perfil alar la distancia entre ambas superficies, además de los sables. %igura +-;. 6iversas formas en planta de alaC ala lenta ala rápida, de baja
alta relación de as ecto, res ectivamente.
#un)ue las secciones del ala son relativamente rígidas, las alas delta en general las alas de trike en particular, se denominan @alas fle(iblesA. $rimero por )ue están dise7adas para )ue la parte e(terior de las alas fle(en Se define carga alar como la relación entre el peso total cargado *acia arriba *acia atrás al cargarse en vuelo. Esta fle(ión de la parte por el ala la superficie de la misma. Es el peso )ue carga cada metro cuadrado de ala. /o calculamos pues dividendo el peso total e(terior de las alas permite una relajación de cargas incrementándose la de la aeronave cargada en Jilos & o libras' por la superficie del ala torsión disminuendo el ángulo de ata)ue. "uanto más se incrementa la carga, maor fle(ión maor torsión. Esto permite a este tipo de alas en metros &pies ' cuadrados. $or ejemplo, la carga alar será de +? reducir automáticamente cargas en aire inestable, mejorando estabilidad JilosKmetro cuadrado si tenemos una aeronave de :?; Jg con mando con relación a un ala más rígida. "omo el ala fle(a reduce su una superficie alar de -G metros cuadrados. carga para un determinado ángulo de ata)ue en la raíz, no será capaz de soportar cargas tan altas como las de una ala más rígida, pero esta fle(ibilidad será también necesaria para audar a iniciar un giro.
$laneo es el vuelo si carecemos de potencia, por estar el motor al ralentí o parado. "oeficiente de planeo es la relación entre la distancia volada *orizontalmente la altura perdida. $or ejemplo, un coeficiente de planeo de ? significa )ue por cada metro )ue descendemos, avanzamos ? metros. /os coeficientes de planeo varían muc*o dependiendo del tipo modelo de ala carro.
Segundo, el ala está dise7ada de forma )ue la fle(ión la torsión serán diferentes en un plano en el otro al estar sometidos a diferentes cargas cuando desplazamos lateralmente el centro de gravedad, permitiendo )ue el ala alabee. Esto se denomina @combar el perfilA &wing war$ing ', de forma similar a lo )ue los *ermanos Lrig*t utilizaban en sus aviones. Ellos lo *acían deformando el perfil por cables, mientras )ue en un ala delta el perfil se deforma variando la distribución de carga, tal como se e(plica en el "apítulo 9, "omponentes Sistemas.
/a %le(ibilidad del #la 6elta de n 2rike
Esta fle(ibilidad se dise7a para )ue el ala pueda alabear & por lo tanto virar', sin necesidad de tener superficies de control como alerones, elevadores o timones, típicos de un avión.
El ala de un trike mantiene relativamente su forma de perfil alar mediante las costillas semirígidas llamados sables, los cuales se encuentran insertados en las diferentes secciones desde la raíz
+B
%uerzas en 3uelo /as cuatro fuerzas )ue intervienen en el vuelo son empuje, resistencia, sustentación el peso. 0%igura +-+1 En vuelo recto niveladoO -. /a suma de todas la fuerzas verticales es cero.
6urante el vuelo nivelado, estas fuerzas son todas *orizontales verticales. En ascensos descensos, estas pueden ser descompuestas en componentes para el análisis
!resi"n Dinámica &)' 2anto la sustentación como la resistencia son resultado directo de la presión dinámica del aire. /a presión dinámica &)', se crea por la +. /a suma de todas las fuerzas *orizontales es cero. velocidad del aire la densidad. n incremento en la velocidad del aire tiene un efecto dramático sobre la presión dinámica, a )ue 9. /a suma de todos los momentos de fuerzas es dic*a presión aumenta con el cuadrado de la velocidad. 6oblar la cero. &momentoM fuerza ( distancia' velocidad significa )ue @)A aumenta : veces. #umentar la velocidad 9 veces, significa aumentar la presión dinámica &)' nueve otar )ue las fuerzas de sustentación peso son mu superiores a veces. Este es un concepto mu importante para entender la aerodinámica de cual)uier aeronave. las fuerzas de empuje resistencia. "omo puede demostrarse, la reacción entre ambas es igual al coeficiente de planeo en cada instante, normalmente para un trike, entre ? a G veces, dependiendo + de dise7os. /a formula de la presión dinámica O ) M 3 xρ/2 3 M velocidad del aire ρ M densidad del aire Sustentaci"n
#mpu$e
Resistencia
C
!eso
Sustentaci"n %&' /a sustentación se opone al peso, es resultado de la circulación de aire alrededor del perfil del ala. /a sustentación act8a sobre un punto denominado centro de presiones o de sustentación. /a fórmula matemática de la sustentación relaciona ángulo de ata)ue, superficie alar la presión dinámica. Estos factores se e(presan en la ecuación en términos de @)A, coeficiente de sustentación @"/A, la superficie del ala ASA 0 %igura +-91
Trayectoria Viento Relativo / M Sustentación &eNtons'
%igura +-+. /as cuatro fuerzas en vuelo recto nivelado.
#mpu$e /a fuerza *acia delante producida por el motor la *élice al empujar aire *acia la parte trasera de la aeronave &usualmente act8a paralelamente al eje longitudinal, viento relativo traectoria'. Resistencia /a fuerza aerodinámica )ue act8a sobre las alas el fuselaje en el mismo plano dirección )ue el viento relativo. Sustentaci"n /a componente de la fuerza aerodinámica generada por el fluir del aire sobre las alas en dirección perpendicular al viento relativo. !eso /a fuerza de la gravedad )ue act8a sobre todo cuerpo en dirección vertical, *acia el centro de la 2ierra.
"/M "oeficiente de sustentación &Este n8mero adimensional es específico para cada ala por encima de la velocidad de pérdida es proporcional al ángulo de ata)ue' 3 M 3elocidad relativa&mKs' S M Superficie del ala &m+' M6ensidad del aire&JgKm9'
%igura +-9. /a Ecuación de la Sustentación.
/a figura +-9 muestra )ue para )ue la sustentación aumente, uno o más de los términos del lado derec*o de la ecuación *an de aumentar. >eneralmente, la sustentación necesaria es mu similar para la maor parte de las situaciones de vuelo. na baja velocidad re)uiere un maor ángulo de ata)ue. !aores velocidades re)uieres menores ángulos de ata)ue para tener la misma sustentación.
+D
"omo la sustentación es función del cuadrado de la presión dinámica &)', también será proporcional al cuadrado de la velocidad relativa. $or lo tanto, pe)ue7os cambios en la velocidad relativa producen muc*o maores cambios en la sustentación. $or otro lado, si los demás factores permanecen constantes, vemos )ue al incrementar "/ también se incrementa la sustentación, a )ue "/ sabemos )ue aumenta linealmente con el ángulo de ata)ue &#F#'. 3emos también como al aumentar la densidad también aumenta la sustentación. Importantísimo para un piloto *acer la lectura inversa de estoO )ue la sustentación disminue cuando disminuimos la densidadO en un día caluroso o si operamos en un campo de cierta altitud n ala produce sustentación por dos fenómenosO -. /a forma del perfil alar crea una maor velocidad del aire por la parte superior del perfil )ue por la inferior, lo cual por el principio de 5ernuilli &efecto venturi', aumenta la presión en la parte inferior, creando sustentación. +. /a defle(ión *acia abajo del ala provoca )ue el aire sea empujado *acia abajo, lo cual, por el principio de acción reacción &tercera le de eNton'provoca una fuerza vertical sobre al ala *acia arriba. #mbos principios determinan la fuerza de sustentación.
%igura +-: &arriba' muestra la fuerza de sustentación producida sobre el ala a lo largo de la envergadura para un ala de planta elíptica. otar como la sustentación es menor en las puntas va incrementándose poco a poco *acia la raíz. Es lo )ue se denomina @distribución elíptica de sustentaciónA, se considera la distribución óptima.
6istribución de sustentación en ala de trike.
Resistencia Aerodinámica /a resistencia aerodinámica es la resistencia )ue ofrece la aeronave al movimiento *acia adelante a través del aire. Pa dos tipos de resistenciasO -.
4esistencia inducidao componente de las fuerzas de sustentación en la dirección opuesta al movimiento.
+.
4esistencia parásitaresistencia al flujo de aire ofrecida por el carro, cables, el propio ala, o cual)uier otro objeto producto de la fricción del aire sobre los mismos.
/a resistencia inducida es resultado de la propia sustentación por lo tanto varia en los mismos términos )ue esta, aumentando al disminuir la velocidad. "rea vórtices circulares en el e(tremos de las alas )ue fluen aguas abajo del flujo de aire.
Estos vórtices de e(tremo de ala son característicos de todo tipo de ala, tanto de trike como de avión, *elicóptero, velero cual)uier aeronave de ala fija. "uanto maor pesada sea la aeronave, maores más potentes serán los vórtices de e(tremo de ala. Estos organizados torbellinos afectan a un importante factor de seguridad )ue debemos comprender para evitar sus riesgosO la estela turbulenta. 2oda aeronave genera este tipo de turbulencia, debemos evitar el vuelo en las zonas donde aeronaves de tama7o superior acaban de generar dic*a estela turbulenta, generalmente por debajo de su traectoria.
/a resistencia parásita es causada por la fricción del aire en movimiento sobre cual)uier elemento de la aeronave. #l igual )ue con la inducida, la parásita aumenta con la superficie total de la aeronave, pero se incrementa de forma dramática al aumentar la velocidad &con el cuadrado de la velocidad' #l doblar la velocidad la resistencia parásita se cuadruplica. 0%igure +-?1
6istribución de sustentación elíptica
%igura +-:. "omparación de distribuciones de sustentación en ala
de trike elíptica. %igura +-?. 3ista frontal del área proectada, la cual produce resistencia.
/a distribución de sustentación de un ala de trike es diferente por)ue debido a la torsión, el ángulo de ata)ue es maor en la raíz )ue los e(tremos del ala. >ran parte de la sustentación se produce en la raíz del ala. En la %igura +-: podemos comparar ambas distribuciones, la de trike la elíptica.
+G
El trike se dise7a con un ala grande para usos de vuelo lento, donde la resistencia no tiene muc*a trascendencia o bien se dise7a con alas pe)ue7as para usos de vuelo más rápidos en las cuales si se busca tener la menor resistencia aerodinámica.
na aeronave tiene muc*os de sus elementos e(puestos al c*o)ue del aire, como por ejemplo las alas, los cables, las arriostras, el propio piloto, el carro, el motor, las ruedas, tubos varios, depósito de combustible, etc. /a resistencia parásita puede ser reducida carenando estos elementos. /os tubos redondos pueden ser carenados reduciendo su resistencia en un tercio. Igualmente, el piloto el carro pueden se carenados casi completamente pero lógicamente a consta de a7adir peso. El carenar todos estos elementos modificar de forma no table tanto el consumo como la velocidad en un trike, sobre todo en los modelos más rápidos. 0%igura +-B1 El carenar más un trike alterará por lo tanto características tan importantes como rango de velocidades, peso, complejidad, precio, reducción de resistencia, todas ellas determinantes seg8n el uso buscado para cada modelo por el fabricante. 0%igura +-D1 4esistencia total en la combinación resistencias parásitas e inducidas. 4esistencia total M 4esistencia $arásita Q 4esistencia Inducida /a fuerza de resistencia se e(presa mediante la ecuación matemáticaO 6 M "6 x) xS . 3emos )ue dic*a formula es similar a la de la sustentación, pero donde "6 sustitue a "/, S es la superficie frontal total e(puesta al flujo de aire &ala más resto de elementos'. El coeficiente de resistencia "6 es el ratio entre la presión de resistencia la presión dinámica. /a resistencia inducida la parásita tienen efectos opuestos cuando variamos el ángulo de ata)ue & por tanto la velocidad'. 3er %igura +-G. /a inducida es alta a bajas velocidades &por un angulo de ata)ue alto' va descendiendo al aumentar la velocidad. /a parásita, por el contrario, es baja a poca velocidad, pero se va incrementando al aumentar la velocidad &maor rozamiento del aire'. Esto *ace )ue la suma de ambas, o resistencia total, es alta a bajas velocidades, va descendiendo *asta un mínimo a las velocidades óptimas de vuelo, luego vuelve a aumentar al seguir aumentando la velocidad. >eneralmente, las velocidades de vuelo más eficientes se corresponden con la mínima resistencia total, obteniendo la mejor tasa de ascenso, mejor planeo mejor economía de crucero. Sin embargo, velocidades más lentas pueden ser adecuadas para un maor ángulo de ascenso, o maores velocidades más adecuadas para cruceros más ágiles. %igura +-D. !odelo de trike rápido, con carenado aerodinámico de elementos
&arriba' modelo lento de trike &a bajo', con mu pocos elementos carenados.
%igura +-B. El aire flue alrededor de los objetos.
+H
4esistencia
4esistencia 2otal %uerza
/6!#R 4esistencia $érdida
4esistencia $arásita
4esultante de las fuerzas 4esultante de sustentación Sustentación resistencia , )ue contrarrestan el peso de la aeronave durante el vuelo "uerda en la 4aíz
4esistencia Inducida
#lto #ngulo de #ta)ue 5aja 3elocidad
Angulo de Ataque
5ajo #ngulo de #ta)ue #lta 3elocidad ">
%igure +-G. 3elocidad versus 4esistencia
!eso El $eso es una medida de la fuerza con )ue la gravedad act8a sobre la masa de la aeronave. "ual)uier elemento asociado a la aeronave o cargada sobre él & ala, carro, cables, cascos, e)uipaje, cartas,libros,guantes, >$S de mano,etc...' *ace aumentar el peso total.
"omponente del $eso )ue contrarresta la (& sustentación &L/'
$laneo
? 3iento 4elativo
$eso
Senda
(D
"omponente del $eso )ue act8a en dirección del desplazamiento. &o componente del peso )ue proporciona empuje en un planeo'&L6'
6urante el vuelo en planeo, el peso podemos descomponer en dos componentesO la )ue se opone a la sustentación )ue act8a en dirección perpendicular a la dirección de movimiento, la componente )ue se opone a la resistencia act8a en dirección del movimiento. En vuelo de planeo, esta componente es la )ue *ace desplazarse a la aeronave, constituendo su 8nico empuje.
%igura +-H. %uerzas en un laneo, sin otencia de motor.
6urante un planeo, en linea recta sin aceleracionesO
$or lo tanto, en vuelo recto nivelado sin aceleracionesO
Sustentación &/' 4esistencia &6' M %uerza 4esultante &4%' M $eso &L' 4esistencia 2otal &62' M "omponente del $eso &L6' en la dirección de vuelo Sustentación &/' M "omponente del $eso &L/' opuesta a la sustentación.
sea *orizontal, para un mismo ángulo de ata)ue. Se consigue así )ue el empuje iguale a la resistencia, )ue la sustentación iguale al peso, en vuelo nivelado. 0%igura ++;1
Sustentación&/' M $eso &L' Empuje M 4esistencia 2otal&62' # una velocidad constante, cuando aumentamos en e(ceso el empuje, dic*o e(ceso de energía se convertirá en ganancia de altura, convirtiéndose la senda de vuelo en una traectoria ascendente, siendo el viento relativo de esa misma dirección manteniendo un ángulo de ata)ue similar. El e(ceso de empuje determina la tasa de ascenso el ángulo de inclinación de la traectoria. 0%igura ++-1
Similarmente a cual)uier otro tipo de avión, durante el vuelo en planeo, se necesita menos sustentación, por)ue la fuerza resultante En vuelo recto en ascenso, sin aceleracionesO de sumar sustentación resistencias contrarresta el peso. En otras palabras, en el vuelo de planeo, parte de la resistencia auda a Sustentación &/' M "omponente del $eso )ue se opone a la Sustentación soportar el peso. 0%igure +-H1
#mpu$e # una velocidad constante, la cantidad de empuje determina si la aeronave asciende, desciende, o vuela nivelada. "on el motor al ralentí o parado, descenderemos planeando. !anteniendo una velocidad constante, si aumentamos el empuje lo suficiente, conseguiremos nivelar nuestra traectoria )ue el viento relativo
+-;
$eso &L' M %uerza 4esultante &%4 ' de la Sustentación &/' e(ceso de empuje para ascender &2E' Empuje M 4esistencia 2otal &62' más la componente *acia atrás del $eso
"omo a sabemos, el ángulo de ata)ue es el control primario de la velocidad, un aumento del empuje no necesariamente produce maores velocidades, aun)ue si necesitemos aumentar algo dic*o empuje si )ueremos mantener vuelo nivelado a maores velocidades.
4esistencia
4esultante Sustentación
"uerda en 4aíz del #la
%uerza
ngulo de Ataque
Empuje
$lano Porizontal del Suelo
">
#fecto Suelo El efecto suelo se produce cuando un ala vuela tan cerca del suelo )ue se produce una interferencia del flujo de aire con el mismo. $ara un mismo ángulo de ata)ue, la sustentación se incrementa ligeramente la resistencia disminue de manera significativa. /a indicación más aparente del efecto suelo es este aumento de sustentación )ue notaremos en despegues aterrizajes. 3éanse más detalles del efectos suelo el Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge" sobre todo en los capítulos referentes a tomas despegues.
3iento 4elativo
4esultante
2raectoria
Centro de ravedad %C' El "> es el punto imaginario donde parece estar situado todo el peso de la aeronave. Es el punto respecto al cual la suma de todos los momentos de fuerzas )ue tratan de *acer rotar a la aeronave da un resultado nulo. /a diferencia más obvia de la posición del "> respecto a la de un avión es )ue su posición en sentido vertical es muc*o mas baja con relación al ala, a )ue en el trike, el carro posee casi toda la masa se encuentra muc*o mas bajo )ue el ala.
$eso %uerza
Empuje
%igure ++;. E)uilibrio de fuerzas e vuelo nivelado.
Sustentación
%uerza resultante re)uerida para levantar el peso
"uerda en 4aiz del #la E(ceso de Empuje &Empuje 2otal menos 4esistencia' sado para #scender
Empuje 2otal para Subir
=ngulo de #ta)ue
3iento 4elativo
C
2raectoria
$eso
En un trike biplaza, el asiento del pasajero se encuentra típicamente detrás del asiento del piloto. /o normal es )ue el centro de gravedad del trike esté situado justo en ese punto, centrado en el asiento del pasajero, de forma )ue tanto en vuelo en monoplaza como en biplaza, permanezca invariable su situación. El "> en vuelo nivelado va a estar siempre en la vertical del punto de cuelgue del trike, si variase muc*o su posición, esto *aría variar la actitud del carro de monoplaza a biplaza. $or idéntico motivo, los depósitos de combustible se colocan lo más cerca posible del ">, de forma )ue las variaciones de lí)uido en los mismos alteren lo menos posible la posición del ">.
"omponente del peso )ue se opone a la sustentación
Empuje re)uerido para vencer la componente del peso.
/a linea de empuje de la *élice se dise7a para )ue pase cerca de la posición vertical del ">. 0%igura +++1
%igura ++-. E)uilibrio de fuerzas en ascenso.
Empuje ecesario para #umentar la 3elocidad. En vuelo nivelado o ascendente, para velocidades superiores a la de mínima resistencia 0%igura +-G1, se re)uiere maor empuje, al ser la resistencia al avance maor.
+--
) #l centro de *ravedad está en la vertical del punto de cuel*ue, en vuelo nivelado+ ) #l centro de sustentaci"n está en la vertical y por encima del C+
#l e$e de empu$e se disea para -ue pase cerca del C+
">
Centro de *ravedad de la aeronave
Dep"sito de Combustible
%igura +++. Situación del "entro de >ravedad en vuelo nivelado.
Ejes de 4otación /os tres ejes de rotación se cruzan en el "entro de >ravedad ">. 0%igura ++91 Eje /ateral$rofundidad El movimiento respecto al eje lateral, o eje de profundidad, se controla de forma primaria mediante el ángulo de ata)ue, pero es también afectado de forma secundaria por el empuje. $rofundidad
Eje /ateral
%igura ++9. Ejes de rotación.
+-+
#labeo
Eje /ongitudinal
5ajando ángulo de ata)ue, aumentamos la velocidad el morro baja. #umentando ángulo de ata)ue, disminuimos velocidad el morro sube. Incrementando el empuje, el trike normalmente rota morro arriba, mientras )ue al cortar motor, el morro rota morro abajo.
>ui7ada
Eje 3ertical
#$e lon*itudinal.Alabeo /as alas normales de avión generalmente tienden a picar o bajar el n giro se inicia alabeando, esto es, inclinando el trike respecto a morro, debido al dise7o de perfil, lo )ue se denomina momento de su eje longitudinal, de la misma manera )ue lo *ace un avión profundidad negativo. Este es uno de los motivos por los )ue es dotado de alerones timón. $ara provocar el alabeo, desplazamos necesario dotarlos de una cola )ue realiza una fuerza *acia abajo el peso *acia el lado *acia el )ue )ueremos girar, cargando más para neutralizar dic*o momento, poder así tener un vuelo peso en dic*o semiplano. Este incremento de carga aumenta la estabilizado. torsión del semiala más cargada reduciendo el ángulo de ata)ue en el e(tremo disminuendo la sustentación &lo contrario el semiplano menos cargado' provocando una diferencia de El ala delta de un trike es mu diferente en esto. o necesita una sustentación )ue *ace alabear al trike. cola por dos motivosO El perfil es un perfil muc*o más estable es sí mismo, teniendo superficies de sustentación más alejada s del "> tanto delante como detrás del mismo. #sí, desplazando el peso *acia un lado, *acemos )ue se combe más un semiplano )ue el otro, cambiamos su torsión *acemos )ue un plano baje el otro suba, uno con respecto a otro, provocando el alabeo. 0%igura ++:1 !ás detalles sobre todo este proceso lo veremos en el capítulo 9 al e(plicar el uso de los controles en las secciones de despegues, aterrizajes maniobras.
Distribuci"n /ormal de Sustentaci"n
Más Sustentaci"n
Menos Sustentaci"n
Distribuci"n de Sustentaci"n en ala más combada Crea menos torsi"n en el semiplano i0-uierdo, con mayor A2A en el e3tremo+
Crea más torsi"n en el semiplano derecho, con menor A2A en su e3tremo+
#l tri4e alabea a la derecha
Despla0amos peso al lado derecho
%igura ++:. 6esplazar el peso a un lado, *ace combar más la vela del a la,
incrementando la torsión del semiplano más cargado &inverso en el otro semiplano'.
#$e Vertical.uiada 2odo ala delta, por lo tanto todo ala de trike, vuela siempre directamente frente al viento relativo, a )ue no dispone de un control )ue permita girar respecto al eje vertical. /os giros serán siempre coordinados, pero por contra no disponemos de la posibilidad de *acer resbales, como en una aeronave de control a los tres ejes.
Estabilidad !omentos n cuerpo )ue gira libremente, realiza sus rotaciones alrededor de su ">. E(presado en términos aerodinámicos, definimos un momento como el producto de una determinada fuerza por la distancia al centro de gravedad del punto donde dic*a fuerza es aplicada &brazo de la fuerza'.
El específico dise7o de un ala delta, tal como vemos en %igura + +, tiene su punto alto o de má(imo espesor de perfil, muc*o más adelantado )ue en un ala de avión. Esto *ace )ue el centro de presiones, o punto donde parecen actuar las fuerzas aerodinámicas, esté también muc*o creando un momento de profundidad positivo o neutro. Este es un parámetro de dise7o fundamental específico de un ala delta, el cual permite junto con otras características )ue veremos a continuación, )ue estas puedan carecer de cola estabilizadora.
#dicionalmente, para entender la estabilidad longitudinal de un ala de trike, vamos a analizarla como dos partes separadasO la parte central del ala, por un lado sus e(tremos, por otro.
Vuelo /ormal #stabili0ado En la %igura ++?#, durante el vuelo normal estabilizado, la sustentación en la parte central del ala &/4 ' multiplicado por el brazo ' iguala la sustentación de la puntas &/2' multiplicado por su brazo '. &/4 x #4 ' Q &/2 x #2' M ; /4 Q /2 M Sustentación 2otal del #la &/L' /a suma de ambas sustentaciones actuará sobre el centro de presiones, este se situará directamente por encima del centro de gravedad en vuelo estabilizado.0%igura ++?#1 Si el piloto desea incrementar la velocidad de tri o velocidad sin presión en la barra, *abrá )ue desplazar el "> más adelante. Esto se *ace desplazando el punto de cuelgue *acia adelante. /o opuesto, lógicamente, para reducir la velocidad.
Altos 1n*ulos de Ata-ue+ En la %igura ++?5, si el ángulo de ata)ue es aumentado *asta llegar a la mínima velocidad controlable, la parte central del ala comenzará a entrar en pérdida, disminuendo la sustentación en esta zona de forma considerable. El centro de presiones, "/L se desplazará *acia atrás una distancia @bA, creando un momento de fuerza )ue *ará bajar el morro. En la %igura ++B podemos ver una curva típica )ue relaciona el coeficiente de sustentación "/ con el ángulo de ata)ue #F#. 3emos )ue mientras la raíz del ala está parcialmente en pérdida,
+-9
3ista Superior Vuelo /ormal a Velocidad de Trim
3ista /ateral !orro
# 3elocidad de %ri
/L "/L
/4
"/L
">
/2
El centro de sustentación igual de adelantado )ue el centro de gravedad.
#2
#4
">
!orro
5 !ínima 3elocidad
/L
"ontrolable Alto An*ulo de Ata-ue a m5nima Velocidad Controlable
"/L
/4
/2
">
"/L
#lto #F# ">
El área en pérdida no produce nada de sustentación. El centro de presiones&"/L' está por detrás del centro de gravedad.
"entro de presiones está por detrás del centro de gravedad,creando un momento )ue baja el morro.
!orro
" #lta 3elocidad
/L "/L
"/L 6a$o An*ulo de Ata-ue, Alta Velocidad
c
">
c
/4
5ajo #F# ">
/os e(tremos del ala c on bajo ángulo de ata)ue,no producen sustentación. El centro de presiones &"/L' por delante del centro de gravedad.
El centro de presiones por delante del centro de gravedad crea un momento de morro arriba.
%igura ++?. !omentos de rofundidad a diferentes velocidadesO 3elocidad de tri, mínima velocidad controlable alta velocidad.
las puntas están todavía volando. /as características de entrada en pérdida son diferentes para cada modelo de ala, por lo )ue los gráficos mostrados a)uí son solo un ejemplo.
!resiones de !icada+ "uando el piloto empuja la barra de control, este está aplicando una fuerza a una determinada distancia del punto de cuelgue.0%igura ++D1
6a$os án*ulos de Ata-ue # mu bajos #F#, los puntas del ala están a casi cero grados o incluso negativo, no producen ascendencia alguna, tal como vemos en la %igura ++?". En este punto, la raíz del ala está produciendo toda la sustentación. El "/L se desplazará *acia adelante una distancia @c,A creando un momento estabilizador positivo )ue elevará el morro.
El momento producido por esta fuerza provoca )ue el ángulo de ata)ue aumente por igual tanto el la raíz como en los e(tremos del ala. Sin embargo, tal como vemos en las %iguras ++B ++G, el cambio de "/ )ue se produce es maor en los bajos #F# de las puntas, mientras )ue
+-:
-.?
-.? .-+
4aíz # mínima velocidad controlable
$untas -.;
# mínima velocidad controlable
-.;
"/
"/
;.?
4aíz
;.? .9
Ejemplo de aumento de #F# 9T por encima de vel. de trim
E(tremo
Ejemplo de #F# a vel. de tri
;
?
-;
-?
+;
+?
#ngulo de #ta)ue
;
?
-;
-?
+;
+?
#ngulo de #ta)ue
%igure ++B. Ejemplo de relación de #F# frente a "/ para mínima velocidad
%igura ++G. Ejemplo de relación de #F# frente a "/ en incrementos de 9T ,
controlable.
donde se aprecia )ue "/ se incrementa más en las puntas )ue en la raíz.
6e forma análoga, cuando el disminuimos el #F# por debajo de del de trim, el "/ disminue más en las puntas )ue en la raíz, desplazándose el centro de presiones *acia adelante creando un momento positivo )ue tiende a subir el morro.
!omentos de picada producidos por el piloto.
5razo de la %uerza
C
%uerza realizada por el piloto !omentos de picada producidos por el piloto.
5razo de la %uerza C
%uerza realizada por el piloto
%igura ++D. !omentos de icada roducidos or el iloto.
En situaciones donde volamos en turbulencias fuertes, tales como cizalladuras, etc, o donde simplemente el piloto está e(cediendo las limitaciones de vuelo de la aeronave, el trike puede llegar incluso a encontrase en una situación donde la raiz del ala está en un ángulo de ata)ue negativo no produciendo nada de sustentación. Esto puede provocar una situación de emergencia con una profunda picada, tal como e(plicaremos más adelante en la sección de $erdida S8bita 3uelco. El ala de un trike está dise7ada para )ue a mu bajos ángulo de ata)ue, &o incluso negativos', esta tenga estabilidad positiva, esto es, tenga un momento positivo )ue tienda a levantar el morro. Esto se consigue mediante diversos sistemas O tubos antipicados & struts # s$rogs ' las lineas de refle(, )ue se e(plicarán en el capítulo 9 , )ue consiguen )ue en una situación de e(trema picada de nulo o negativo #F#, el borde de fuga se mantenga en un aposición elevada. En la %igura ++H vemos )ue la zona central del ala posee refle&, el cual crea un momento positivo )ue tiende a elevar el morro *acia una actitud de vuelo normal. El refle( es una leve curva en le borde de fuga de un ala en dirección *acia arriba. #l mismo tiempo, los e(tremos están trabajando con #F# negativos, lo cual produce una sustentación también negativa )ue también auda a subir el morro. 3emos como los e(tremos de las alas, están de alguna manera funcionando tal como lo *ace la cola de un avión.
el cambio de "/ )ue se produce en la raíz es muc*o menor. $or lo tanto, un incremento en el #F# del ala, da como resultado )ue una proporción muc*o maor de la sustentación se produzca en las puntas de ala )ue el centro de presiones se desplace por detrás del ">, creando un momento )ue tiende a bajar el morro.
+-?
%uerza #erodinámica en los e(tremos &ti$s' 5razo de !omento El refle& del
perfil alar crea una fuerza en la zona del borde de fuga de la zona central del ala
/2 /4 4efle( 3iento 4elativo
El borde de fuga en los e(tremos, se mantiene alto mediante los tubos antipicados &washout struts! en ángulos de ata)ue negativos. El borde de fuga del centro del ala se mantiene en su sitio mediante los cables de refle(.
#stabilidad en Alabeo y Momentos !ás diedro &o menos an*edro' da lugar a más estabilidad de alabeo. !ás estabilidad de alabeo puede ser deseable para una ala de escuela o para un ala rápida para viajes muc*o vuelo recto, pero normalmente un piloto desea un e)uilibrio entre la estabilidad en alabeo la posibilidad de realizar ágiles rápidos giros. $or lo tanto, *a de buscarse un e)uilibrio jugando con el ángulo an*edro con otros importantes parámetros de dise7o tales como el ángulo de morro, torsión del ala el perfil a lo largo de toda su envergadura.
5razo
/as líneas de refle( usadas !omento $ositivo creado !omento de la %uerza para mantener alto el borde por la fuerza de fuga. aerodinámica en los e(tremos más por el refle( de la parte /a raíz del ala con #F# negativos no 4efle( central produce sustentación del ala. 3iento 4elativo 2raectoria
%igura ++H. 4ecu eración de icada rofunda en un 2rike.
El refle& también auda a dar estabilidad a un perfil cuando este vuelo en ángulos de ata)ue normales. "uanto maor es el refle( de un perfil, maor el momento positivo & tendencia a elevar el morro'. Esto efecto es usado en algunos dise7os de ala como mecanismo para modificar la velocidad de trim en vuelo, como veremos en el "apítulo 9.
na característica aerodinámica de la alas en flec*a es su @diedro efectivoA, basado en el ángulo de flec*a el ángulo de ata)ue. /a combinación del ángulo an*edro físico del diedro efectivo debido a la flec*a a la fle(ión del borde de ata)ue, da lugar al buscado e)uilibrio entre estabilidad facilidad de giro para cada dise7o de ala.
El dise7o del ala puede tener un diedro o an*edro real, pero incluso con an*edro real en la parte central del ala, las secciones e(teriores del ala pueden tener diedro debido a la fle(ión de los bordes de ata)ue. #l cargarse más el ala, por incrementar el peso o por maor factor de carga en un giro, los e(tremos fle(arán más aumentará su diedro, mejorando la estabilidad de alabeo. 0%igura +9;1
6iedro )ue resulta por la fle(ión del ala. #n*edro por construcción de la estructura.
Momentos sobre el carro+ El dise7o del ala es el principal factor de estabilidad de profundidad en un trike, pero el dise7o del propio carro también puede influenciar la estabilidad del conjunto. $or ejemplo, a mu altas velocidades , un carro mu carenado, al tener mu poca resistencia, favorece el momento positivo de morro arriba.
%igura +9;. 3ista frontal del ala donde se muestra el an*edro en su raíz el diedro en
los e(tremos, debido a la fle(ión del borde de ata)ue en dic*a zona.
/a resistencia del ala en combinación con la resistencia del carro a las diferentes velocidades, da lugar a una resultante final de momentos de profundidad )ue son probados por el fabricante razón por la cual ala carro *an de ser compatibles, formando un conjunto seguro.
Resumen de Momentos de !rofundidad # grandes rasgos, podemos decir )ue los valores de flec*a del ala, su torsión, su perfil aerodinámico desde la raíz a los e(tremos así como el dise7o del propia carro, determinan los momentos de profundidad de un trike. #lgunos tienen valores de momento bajos otros los tienen más elevados. "ada modelo de trike es diferente, con su determinado balance en estos parámetros aerodinámicos buscando el cumplir la específica misión para la cual *a sido dise7ado. +-B
$odría pensarse )ue al *acer un giro, el ala permanece nivelada el carro es lo )ue se desplaza a un lado. Ftro manera de analizar el giro es desde el punto de vista del carro, analizando las fuerzas momentos )ue *acemos sobre el ala. $or ejemplo, si el "> cuelga debajo de un ala )ue pesa ⅛ del peso del trike desplazamos la barra de control creando un momento con respecto al punto de cuelgue, el carro permanecerá vertical el ala se inclina respecto a él. $or lo tanto, *a dos momentos de giro )ue contribuen al giro del trikeO
U
El piloto aplica una fuerza sobre la barra de control )ue varia el ángulo entre ala carro alrededor del punto de cuelgue.
U
6esplazar el peso a un lado del ala, lo )ue *ace combar la vela de manera diferente en ambos semiplanos produciendo así diferente sustentación en ambos, lo )ue *ará )ue esta alabee. 0%igura +9-1
=rea más pe)ue7a )ue crea menos resistencia.
!omento de alabeo por presión del piloto sobre la barra
2raectoria
=rea maor, )ue crea más resistencia
5razo ">
%uerza de $iloto 3iento 4elativo !omento resultante de alabeo sobre el ">
%igura +9-. !omentos inducidos por el piloto sobre el punto de cuelgue el
>ui7ada a la iz)uierda , el ala automáticamente se orienta *acia el viento relativo
momento resultante de alabeo sobre el ">. %igura +9+. "orrección de >ui7ada, sobre el eje vertical.
Momentos del Carro El peso del carro el "> resultante son los principales factores )ue contribuen a aumentar el momento de alabeo, no siendo significativos los factores aerodinámicos del dise7o del carro.
Resumen de la #stabilidad en Alabeo # grandes rasgos, la estabilidad en alabeo lo momentos necesarios son un compromiso )ue el fabricante de cada modelo de trike tiene )ue buscar entre diferentes parámetros de dise7o tales como diedroKan*edro, torsión del ala, ángulo de morro, forma del perfil a lo largo de la envergadura rigidez del borde de ata)ue. #lgunos dise7os son estables, otros neutrales, otros pueden ser dise7ados para ser ligeramente inestables buscando rapidez de respuesta en los giros.
#stabilidad y Momentos en uiada En un trike no e(iste la posibilidad de provocar un giro de gui7ada, por)ue está dise7ado para volar directamente frente al viento relativo. "ual)uier inicio de resbale o derrape es automáticamente neutralizado por el especifico dise7o del ala delta, principalmente debido a su dise7o en flec*a, pero también por su torsión forma del perfil, produciéndose una corrección sobre el eje vertical. na sencilla manera de entender la estabilidad en gui7ada es viendo como cual)uier desviación del e)uilibrio sobre el eje vertical, produce un aumento de superficie frontal en el semiplano )ue se adelanta, lo cual aumenta su resistencia, tendiendo por lo tanto dic*o semiplano a frenarse volver a la posición de e)uilibrio. 0%igura +9+1
/as alas de maor rendimiento, poseen menor torsión un maor ángulo de morro, por lo )ue su estabilidad de gui7ada es menor. Estas alas también re)uieren maor atención al mando *abilidad para minimizar la inestabilidad, siendo necesario para ello jugar también con el control de profundidad. #lgunas alas incluso necesitan utilizar pe)ue7os estabilizadores verticales colocados en la )uilla o en los e(tremos de ala, al igual )ue los utilizados en otro tipo de aeronaves. 0%igura +991 >eneralmente, un ala de trike *a de ser estable en gui7ada, aun)ue a veces necesite leves correcciones del piloto par minimizar pe)ue7as oscilaciones.
%igura +99. $e)ue7as aletas de )uilla o estabilizadores de e(tremo de ala,
utilizados por los dise7adores para mejoras la estabilidad del ala en gui7ada.
E(iste sin embargo el efecto de la gui7ada adversa, al igual )ue en cual)uier otra aeronave de ala fija, al iniciar cual)uier alabeo. /a cuantía de dic*o efecto depende del modelo específico de ala. #demás, algunos modelos de ala puede tener alguna tendencia a oscilar lado a lado en gui7ada más alabeo, generalmente incrementado por el piloto en el conocido fenómeno $IF & Pilot 'nduced (scilation', u oscilación inducida por el piloto.
Momentos debidos al Carro El ala es el factor significativo de dise7o para la estabilidad de gui7ada, pero el carro puede también serlo. Si el área , en vista lateral, por delante del "> es maor )ue el área por detrás el ala inicia por cual)uier perturbación una gui7ada a un lado, entonces al ofrecer la parte frontal más resistencia )ue la trasera, el momento de gui7ada se incrementará a8n más. +-D
$or este motivo, se colocan aletas en el carro, sobre todo en las carenas de las ruedas traseras, de forma )ue auden a estabilizar el momento de gui7ada del carro, favoreciendo )ue este tienda a alienarse con el viento relativo. 0%igura +9:1
&inea de #mpu$e por deba$o del C
&inea de #mpu$e C
&inea de #mpu$e por encima de C
C
&inea de #mpu$e
%igura +9?. !omento de la linea de em u e. %igura +9:. #letas en las carenas de r ueda para mejorar estabilidad en
gui7ada.
"omo el carro tiene un efecto tan grande en la estabilidad en gui7ada, el dise7o de este *a de ser adecuado al tipo de ala )ue se utilice, cosa )ue el fabricante *abrá tiene mu en cuenta en su concepción del conjunto.
Si por el contrario el empuje de la *élice pasa por encima de del "> 0%igura +9?, abajo1, esto creará un momento de morro abajo aumento de la velocidad al aplicar motor. #l cortar motor se reduce este momento el morro tenderá a subir reduciéndose la velocidad.
ormalmente estos efectos son de escasa magnitud, a )ue el fabricante intenta )ue la linea de empuje pase lo más cercana posible al ">, a la vez Resumen de #stabilidad en uiada )ue intenta también e)uilibrar las resistencias de ala de carro en todo el 2odos estos factores de dise7o *acen )ue un trike tienda a seguir rango de velocidades. Esta combinación adecuada de características de siempre alineado con el viento relativo sin necesidad de tener un carro ala *ace )ue un modelo concreto de trike sea seguro fácil de volar es especialmente importante en los trikes de la gama de velocidad alta. control de gui7ada para realizar giros coordinados. E(isten diferentes dise7os métodos seg8n fabricantes mode los, pero todos los trikes disfrutan de la peculiaridad de volar siempre enfrentados al viento relativo.
Momentos de #mpu$e Seg8n el dise7o de trike, la linea de empuje puede pasar por encima !érdidas7 #3cediendo el án*ulo de ata-ue cr5tico o por debajo del ">, variando el momento )ue dic*o empuje realiza, tendiendo a levantar o bajar el morro. /o mismo ocurre en "uando el ángulo de ata)ue &#F#' alcanza valores mu altos en la raíz del un avión, pero en estos e(isten los estabilizadores *orizontales de ala, el flujo de aire empezará a levantarse del perfil, primeramente en la cola, los cuales se ven afectados por el soplado de la *élice, ,o cual parte posterior del mismo. Si el #F# sigue aumentando, la zona donde el no ocurre en un trike. flujo está levantado progresa *acia el borde de ata)ue. El #F# crítico es el Si el empuje de la *élice está por debajo del del "> 0%igura +9?, punto donde a todo el perfil está en perdida, la producción de arriba1, esto creará un momento de morro arriba cuando apli)uemos sustentación es nula en dic*a sección, independientemente de la velocidad, la altitud o el peso. 0%igura +9B1 más potencia una inicial tendencia a disminuir la velocidad. "uando cortamos motor , se reduce este momento, con el resultado de bajar el morro una tendencia a aumentar la velocidad.
+-G
8lu$o de aire ordenado %laminar'
S9bita & swi$ stall '
#la completamente en perdida ángulo de ata)ue mu grande #l morro abate violentamente
8ase :
Ala en !érdida por e3ceso de án*ulo de ata-ue
8ase ;
#ctitud de profundidad todavía normal para una recuperación del picado
$rofunda bajada en picado
%lujo de aire desordenado &turbulento' %igura +9B. $rogresión de la pérdida en el perfil al aumentar el ángulo de ata)ue.
"omo el #F# en la sección central es muc*o maor )ue en los e(tremos del ala, esta zona entra en pérdida antes. Es similar a como el canard delantero de un avión dotado del mismo entra primero en pérdida mientras )ue el ala principal &los e(tremos del ala en un trike' continua volando, caendo el morro debido a la falta de sustentación.
8ase = El morro abate por debajo nuestro.
En la maoría de las situaciones normales, el proceso es el indicado, con el morro entrando en pérdida antes las puntas continuando en vuelo audando a automáticamente recuperar la pérdida. n piloto puede incluso poner el trike en una actitud de gran ángulo de ata)ue seguir empujando la barra, )ue el morro entrará en perdida bajará al perder sustentación, recuperando control velocidad de vuelo. 8ase >
2odo esto es así dentro de las limitaciones de vuelo normales establecidas para nuestro aparato. Sin embargo, *a )ue tener en cuenta )ue cada modelo de trike tendrá unas características diferentes de entrada recuperación de la perdida. $or ejemplo, las alas de lato rendimiento tienen menor torsión para mejorar su rendimiento, por los )ue su entrada en pérdida será muc*a más abrupta )ue en un ala de escuela con muc*a maor torsión.
3uelco &%uble'
%igura +9D. %ases de la pérdida s8bita vuelco.
!érdida S9bita
En un trike, la maor parte de la superficie alar está por detrás del "> &alrededor de tres cuartos'. "omo los e(tremos ofrecen la maor parte de la resistencia, el peso se sit8a más adelante, aparece un inmediato violento momento de morro abajo. "omo tanto el viento relativo como la posición del ala cambia su dirección tan rápidamente, no e(iste tiempo de )ue se restablezca el flujo de aire ordenado a través del ala. +-H
Este momento de rotación provocará un violenta bajada de morro )ue seg8n el grado de severidad de la pérdida s8bita, podrá llevarnos a una situación de e(trema falta de control. /a %igura + 9D muestra una pérdida s8bita las diferentes fases en las )ue puede desarrollarse, dependiendo de su severidad.
soporta una aeronave se suelen representar en un gráfico en cuo eje vertical indica el factor de carga en su eje *orizontal la velocidad. El diagrama se denomina dia*rama V velocidad frente a cargas @>A o factor de carga. "ada aeronave tiene su propia diagrama 3>. El cual es válido para un determinado peso altitud. 3er el !anual de "onocimientos #eronáuticos del la %##& %##$ilotVs Pandbook of #eronautical JnoNledge para más detalles. 2odo ello es idénticamente aplicable a los trikes.
8ase : na pérdida s8bita de menor severidad da lugar a !rincipios 6ásicos de las ?élices una fuerte caída de morro, pero )ue con suficiente #F# positivo )ue posibilita la vuelta del mismo a la posición de /os principios básicos de la *élice de un trike son similares a los de vuelo nivelado, tal como vemos en %igura ++?". cual)uier otra avión, &ver el !anual de "onocimientos #eronáuticos del la %##' salvo )ue en el trike no e(iste el efecto de soplado asimétrico sobre 8ase ; Si el movimiento de rotación es suficientemente el fuselaje, )ue en un avión de *élice tractora tiende a envolver el avión en violento, podremos llegar a alcanzar un picado vertical, una corriente en forma de sacacorc*os. 2ampoco es tan pronunciado el P0%igure ++H1, del cual las resultante aerodinámicas es factor * efecto $or el +ue la h,lice" al des$laarse la aerona.e con un posible )ue puedan sacarnos por la tendencia del morro a /ngulo diferente al del ee del rotaci1n de la isa" $roduce un oento recuperar su posición normal. al trabaar las dos $alas de la h,lice con diferentes /ngulos de ata+ue! por )ue el carro está generalmente volando con la linea de empuje paralela al 8ase = El momento de rotación es suficientemente grande viento relativo. El ala act8a de forma independiente al fuselaje &carro', como para provocar )ue el morro supere la vertical , el aumentando o disminuendo el #F# la velocidad, tal como se e(plicó morro *a abatido &tuck ' , pero incluso en dic*a posición al comienzo del capítulo, al e(plicar el ángulo de incidencia. podría recuperar la posición vertical eventualmente recuperar también una condición de vuelo normal. /a reacción del par motor no tiene efectos mu notables en un trike. "on una ligera tendencia a girarse el carro a la iz)uierda para *élices )ue giran a 8ase > El momento de rotación es tan severo )ue la derec*as, no es normal )ue se induzcan giros sobre el ala. #l igual )ue en rotación continua *asta llegar al vuelco, donde a no es posible la recuperación la rotura del ala es casi inevitable. los aviones, algunos dise7os se realizan de forma )ue el motor esté ligeramente girado en su bancada para minimizar dic*os efectos.
"omo evitar emergencias procedimientos para solventarlas se e(plican en el "apítulo B, !aniobras 5ásicas de 3uelo en le "apítulo -9, $rocedimientos de Emergencia
!esos, Car*as y Velocidad 6e forma similar a cual)uier otro tipo de aeronaves, un incremento de peso produce un incremento de velocidad de la tasa de descenso. Sin embargo, el trike, al igual de cual)uier ala delta fle(ible, tiene una característica especialO al aumentar el peso el ala aumenta su torsión debido a )ue los bordes de ata)ue fle(an más. "on menos sustentación en los e(tremos del ala, el morro tiende a subir en alguna medida la velocidad de tri disminue. $or lo tanto, a7adir peso puede incrementar las velocidades de vuelo, pero la velocidad neutra sin presión en la barra &velocidad de tri' será menor. # cada modelo de trike le afectará este fenómeno de manera diferente. 2al como se describe en el !anual de "onocimientos #eronáuticos & Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge', la velocidad de pérdida se incrementa al aumentar el peso o carga. ormalmente cada trike dispone de diferentes puntos posibles de cuelgue del carro al ala, para poder ajustar en tierra la velocidad de trim en función de nuestros gustos los diferentes pesos. >eneralmente necesitaremos avanzar el punto de cuelgue para maor peso, de forma )ue la velocidad de trim se encuentre lo suficientemente alejada de la velocidad de pérdida. /os trikes e(perimentan las mismas combinaciones de fue rzas )ue otras aeronaves durante el vuelo en giros coordinados. !aores alabeos dan lugar a maores cargas resultantes. /as cargas )ue
++;
!uc*as de los motorizaciones de dos tiempos *acen girar la *élice a derec*as, al igual )ue es *abitual en los aviones. Sin embargo, muc*os motores de cuatro tiempos giran a iz)uierdas, creando una reacción de sentido contrario.
Resumen del Cap5tulo+ /os principios básicos de la aerodinámica son aplicables a todo tipo de aeronavesC sin embargo, el dise7o peculiar de las alas delta de trike el *ec*o de estar separados fuselajeKcarro ala, dotan a este tipo de aeronave de una simplicidad eficacia notables. 6etallamos a continuación un resumen de sus peculiaridadesO U
El ala de trike en estable en profundidad sin necesidad de tener cola por la combinación adecuada de perfil alar, ángulo de flec*a, torsión forma en planta.
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/a fle(ibilidad del ala permite a esta variar su torsión al alterarse la distribución de cargas de un semiplano a otro cuando desplazamos el ">, permitiendo el giro sin necesidad de superficies de control.
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El trike en una aeronave de solo dos ejes controlables, profundidad alabeo. o dispone de control de gui7ada.
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El trike es especialmente resistente a la pérdida, a )ue bajo condiciones de vuelo normales, los e(tremos de las alas contin8an volando cuando la parte central del ala entra en pérdida, tendiendo a recuperase automáticamente.
