Modulo 01 INTRODUCCIÓN A LA AERONAUTICA.pdf

Módulo

Introducción a la Aeronáutica

Manual del alumno

Módulos de formación en Especialidades Aeronáuticas

Pr e

entación

s

La industria aeronáutica está considerada como un sector estratégico a nivel internacional, ya que además está imbricada con la industria aeroespacial y de defensa. Para nuestro sindicato este sector está experimentando una serie de cambios que le hacen propicio para la creación de empleo, aunque el proceso no ha estado exento de dificultades para las empresas que se dedican a este tipo de actividades, y para las plantillas de trabajadores que han tenido que hacer esfuerzos de adaptación. La apuesta de UGT UGT-Andalucía por el desarrollo de esta industria en Andalucía viene determinada por las características de su evolución. La integración de la empresa española CASA en el consorcio europeo EADS ha supuesto una oportunidad para nuestro desarrollo regional y para la creación de empleo, por lo que ha contado desde el principio principio con el apoyo apoyo casi incondicional de los agentes sociales de Andalucía. Hoy día la industria aeronáutica andaluza es uno de los espacios estratégicos del sector en Europa, junto con Toulouse (Francia) y Hamburgo (Alemania), gracias a la participación en proyectos de gran calibre como el ensamblaje y entrega final del avión de transporte militar A400M (el de mayor AIRBUS A380, el mayor avión capacidad), o la fabricación de componentes de envergadura para el AIRBUS comercial construido. Alrededor de las empresas tractoras (el grupo EADS-CASA y Airbus-España) existe en Andalucía una importante industria auxiliar con un gran potencial de creación de nuevos nuevos empleos, y con grandes necesidades de cualificación profesional en materia de recursos humanos. Es por todo todo ello por lo que en los últimos años UGT viene prestando una atención especial a las cualificaciones profesionales profesionales del sector aeronáutico, colaborando también mediante necesidades de cualificaciones la organización de planes de formación formación específicos que se han venido desarrollando en las provincias de Cádiz y Sevilla desde el año 2000. Un hito en este proceso formativo ha sido la firma en octubre de 2005 del Protocolo para la puesta en marcha del Programa de Homologaciones de las Cualificaciones Profesionales en el Sector Aeronáutico. Esta colaboración está muy coordinada con la Consejería de Empleo y de manera especial con el grupo EADS, con el fin de conseguir la máxima optimización de los recursos y asegurar el éxito de las iniciativas. Fruto de esta colaboración es este manual de formación, elaborado por expertos profesores, profesiona profesores, profesionales les del sector, dirigidos y asesorados por técnicos de nuestra fundación IFES. A todos ellos mi reconocimiento y felicitación por el trabajo realizado. M anuel Pastr Pastr ana Casado Casado Secretario General de UGT -Andalucía

Pr ólogo

Aproximadamente dos años después de la formalización en Sevilla del Protocolo General para la Programa de Homologación Homologación de las Cualificaciones Profesionales en el Sector puesta en marcha del Programa la publicación de este libro viene a cubrir ampliamente la necesidad detectada por los Aeronáutico, la publicación centros de formación intervinientes en el mismo, de homogeneización de los contenidos formativos para alcanzar los niveles competenciales requeridos por el mencionado sector .

El sector aeronáutico en España y en particular en Andalucía requiere para su consolidación de unos recurso humanos altamente cualificados que permitan a las empresas tractoras y auxiliares conseguir la competitividad necesaria en el mercado global en que operan. Dentro de la decena de cualificaciones específicas identificadas en este sector, la más demandada sin duda es la de Montador de Estructuras e Instalaciones Aeronáuticas. Las lecciones aquí expuestas han sido preparadas por profesionales profesionales de gran experiencia procedentes del entorno de EADS (antes CASA) y su propósito se fundamentalmente a facilitar el aprendizaje de los candidatos para obtener esta cualificación. dirige fundamentalmente Todo el camino recorrido hasta ahora, perfeccionando día a día desde desde la Comisión Comisión de Seguimiento el proceso de certificación (formación en aulas y bancos de trabajo, trabajo, prácticas en empresa y prueba objetiva de homologación), es deseable que tenga su culminación a medio medio plazo con la inclusión inclusión de esta especialidad en el Catálogo Nacional de las Cualificaciones.

Mi felicitación a los Formadores que han depositado aquí gran parte de su conocimiento y saber hacer, así profesional. l. como mis mejores deseos de éxito a los alumnos que se han decantado por esta elección profesiona

Jesús Jesús Rami r o D escal escal zo Subdirector de Formación y Desarrollo EADS CASA

Módulo

I

INTRODUCCIÓN A LA AERONÁUTICA

Objetivos del Módu Módulo lo. CONTENIDOS:

HISTORIA DE LA AERONÁUTICA UNIDAD DIDÁCTICA 1.1

UNIDAD DIDÁCTICA 1.2

COMPONENTES DE UN AVIÓN UNIDAD DIDÁCTICA 1.3

SISTEMAS PRINCIPALES UNIDAD DIDÁCTICA 1.4

AERODINÁMICA BÁSICA

Objetivos del

módulo

OBJETIVO GENERAL DEL MÓDULO Acercar al alumno las nociones básicas sobre la evolución de la Aeronáutica a lo largo de la Historia. Conocer los componentes básicos de un avión, así como los sistemas principales que lo componen, además de unas nociones básicas de Aerodinámica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS DEL MÓDULO •

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Proporcionar conocimientos básicos sobre historia, cultura e industria aeronáutica. Conocer los componentes esenciales que constituyen un avión. Identificar los sistemas principales para el funcionamiento de todos los componentes del avión y el vuelo.

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Módulo

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UNIDAD DIDÁCTICA

1.1:

NORMATIVA EN 9100 ÍNDICE DE LA UNIDAD

1.1.1.

CONTENIDOS TEÓRICOS

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Historia de la Aeronáutica.

11

EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN

15

SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN

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Unidad Didáctica

1.1

HISTORIA DE LA AERONÁUTICA

CONTENIDOS TEÓRICOS 1.1.1.

Historia de la Aeronáutica.

La aeronáutica es la ciencia o disciplina relacionada con el estudio, diseño y manufactura de los aparatos mecánicos capaces de elevarse en vuelo o las técnicas de control de aviones. La ingeniería aeronáutica es un área que investiga, diseña, manufactura y mantiene en buen estado productos como los aviones, misiles y satélites espaciales. La historia de la construcción aeronáutica en España no puede desligarse de la empresa que ha permitido su desarrollo en este país alcanzando cotas de excelencia reconocidas mundialmente: Construcciones Aeronáuticas S.A (CASA), ahora EADS. CASA había nacido para fabricar los aviones Breguet que fueron los vencedores de un concurso abierto en 1923 para elegir los modelos de avión de caza, reconocimiento y bombardeo que tenían que equipar

a la aviación española. También era la época de los grandes raids, Jesús del Gran Poder, Plus Ultra, Escuadrilla Elcano, Patrulla Atlántida, Cuatro Vientos, y otros. A la licencia de fabricación había que añadir la licencia de las aleaciones ligeras para piezas fundidas, casi al mismo tiempo que esta modalidad era desarrollada en el mundo. CASA empezó a entregar los Breguet XIX en 1927. Para la f abr icación de hidroaviones se creó la f actor ía de Cádiz en la que se construyó un ejemplar único del Dornier Super-Wal, el Numancia, de cuatro motores para el proyecto de un vuelo alrededor del mundo y una serie de Dornier J-Wal similares al Plus Ultra.

CASA, en su afán de superación tecnológica, decidió fabricar, en 1928, y después de la experiencia lograda con los modelos anteriores, un prototipo de avión ligero, denominado CASA-1, de diseño propio que realizó su primer vuelo en 1929. Cuando estalló la Guerra Civil española, los centros de fabricación de CASA quedaron divididos en los dos bandos beligerantes. En la zona sublevada solo quedó la fabrica de Cádiz. El avance hacia Madrid

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de los sublevados desde el Sur obligó al Gobierno republicano a desmontar la factoría de CASA en Getafe que fue trasladada en el otoño de 1936 a Reus. A principio de los años cuarenta, en España se pone en práctica la nueva estrategia de crear industrias aeronáuticas mixtas, con participación minoritaria, pero importante del Estado. En esos años autárquicos, la industria giraba en torno a cuatro empresas: CASA, AISA, Hispano Aviación y Empresa Nacional de Motores de Aviación S.A. (ENMASA). CASA se especializó en aviones de transporte, AISA en entrenadores básicos e Hispano-Aviación en aviones de combate. La fabricación de 170 Ju-52/3m estaba en marcha en la factoría de Getafe y el primero de la serie voló en junio de 1944. inauguró una nueva factoría en Tablada (Sevilla) para la producción de los He-111H (200 unidades) y la de Cádiz se especializó en la fabricación de los aviones Bücker Bü-131 (555). En junio de 1943 el Instituto Nacional de Industria entró en el capital social con un 33 por ciento de las acciones, que iría ampliando gradualmente en 1951 y 1954 lo que posibilitó que se terminaran algunos proyectos y se dotara de mejor utillaje a las factorías de Getafe y Cádiz, así como crear la Factoría de Madrid (1945) que se dedicó en un primer momento a mecanizado para ser fundición desde 1952. Contemplando la necesidad de tener productos propios, para no estar tan sujeta a la dependencia exterior , en 1946 CASA reanudó su actividad de diseño de aviones creando su Oficina de Proyectos, donde se iniciaron los trabajos para la creación de tres prototipos de aviones de transporte: Alcotán, Halcón y Azor. En 1955, CASA firmó un contrato de Mantenimiento de los bimotores C-47 de la Fuerza Aérea estadounidense en Europa, y otro para la revisión IRAN y puesta a cero horas del segundo lote de reactores F-86 Sabre para entregar al Ejército del Aire español. En siguientes años se adjudicaron otros contratos de la Fuerza Aérea estadounidense, para el mantenimiento de sus aviones destacados en Europa. La factoría de Cádiz se incorporó al programa de revisión de aeronaves, comenzando con 14 helicópteros Sikorsky S-55 de la Fuerza Aérea estadounidense y otros de la Marina española. Entre 1954 y 1982 pasaron por las instalaciones de CASA 6.851 aeronaves. Desde 1962, CASA inició una nueva etapa de relaciones comerciales internacionales, con acuerdos de colaboración para el proyecto y construcción de diferentes aviones. Uno de esos fueron diversos elementos del HFB-320 Hansajet, a los que siguieron otro con Dassault para participar en el Mercure y un Protocolo de Cooperación con Sud-Aviation (hoy Aerospatiale) para la presentación conjunta de ofertas para el Programa Espacial Europeo. Se puede decir que este fue el nacimiento de la futura División de Espacio y Sistemas En 1962 Northrop se convirtió en accionista de CASA. Un año antes se había acordado que se construyeran en España 70 cazas Northrop F-5 para el Ejército del Aire español. Todo esto supuso un cambio de cultura industrial, cualitativo y fundamental ya que convertía a CASA en una empresa moderna de esta época. El primer F-5 montado en Getafe, voló el 22 de mayo de 1969. La tecnología adquirida hizo que CASA participara en otros sectores de la industria nacional, como son los de transporte terrestre, ferrocarriles (Talgo), automoción (SEAT y Vespa) o construcción (fabricación de carpintería metálica y Brissoleil).

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Unidad Didáctica

1.1


A principios de 1970, con favorables expectativas de futuro, Ortiz Echagüe dimitió de la presidencia de CASA al cumplir 84 años. La reorganización ministerial de 1969 tuvo una gran influencia en la industria aeronáutica. Se planteaba la nacionalización, total o parcial, de CASA, aludiendo como principal razón el considerable incremento de la participación española en proyectos internacionales. En 1971, El INI obtuvo la mayoría del capital de CASA y se autorizó la fusión con Hispano Aviación, y un año después con ENMASA, quedando unida la industria española del sector en CASA. En 1972, CASA pasó a ser miembro del Grupo de Interés Económico Airbus Industrie: uno de los hitos más importantes de su historia. La proyección internacional de CASA estaba en pleno auge. En 1973 se entablaron negociaciones con Indonesia, dando como resultado un contrato de colaboración industrial, comercial y de venta de licencia de fabricación del C-212, modelo que se había lanzado en 1972. En los ámbitos aeroespacial y electrónico participó activamente en el programa Ariane desde 1975, e instaló y puso en funcionamiento el centro de ensayo de baterías espaciales ESTEC. A mediados de los setenta, bajo los requerimientos del Ejército del Aire, se inició el estudio de desarrollo de un avión entrenador básico y avanzado: el C-101. Debido a su bajo costo de ciclo de vida y su capacidad de ataque al suelo, entre otras características, varias fuerzas aéreas se interesaron por este avión, como las de Honduras, Jordania o Chile, donde CASA, al igual que hizo con Indonesia y el C-212, firmó un contrato de transferencia de tecnología para que el C-101 se co-fabricara en dicho país. Al principio de la década de los ochenta, se puso en marcha, conjuntamente a IPTN de Indonesia, el CN-235. La aceptación de los productos propios de CASA en el mercado internacional se traduce en más de 850 aviones vendidos en 50 países.

CASA, siguiendo tendencias generales del sector, pertenece a varios consorcios que desarrollan productos aeronáuticos, Airbus Industrie, Airbus Military Company, Eurofighter, y Arianespace. También diseña y fabrica aeroestructuras y componentes para otras compañías internacionales. En 1993 CASA y McDonnell Douglas firmaron un acuerdo por el que CASA realizaría el montaje final y vuelos de prueba de los ocho aviones Harrier II Plus que la Armada española había adquirido. A finales de 1995, se realizaba el primer vuelo del nuevo Harrier II Plus fabricado por CASA. El programa militar más ambicioso que la industria aeronáutica española haya afrontado jamás es el Eurofighter 2000, alrededor del cual se han consolidado nuevas empresas surgidas en el ámbito aeronáutico nacional.

El prototipo español DA6 del avión Eurofighter realizó con pleno éxito su primer vuelo el 31 de agosto de 1996. Dos años más tarde se efectuó el acuerdo para la fabricación y montaje de los aviones de combate. El 4 de abr il de 1997 se r ealizó el pr imer vuelo del protot ipo de la nueva ser ie 400 del avión C-212. Este producto se ha convertido a través de los años en líder de su segmento con ventas de más de 450 aviones.

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Ese mismo año se anunció el lanzamiento del nuevo avión de CASA, el C-295. El cliente lanzador del C-295 es la Fuerza Aérea española con un pedido de nueve aviones. Desde su fundación el 2 de marzo de 1923 CASA se ha mantenido siempre entre las empresas líderes en tecnología.

El 2 de diciembre de 1999 se firmó en Madrid el acuerdo para la fusión de Aérospatiale Matra, CASA y Dasa. La fusión de las tres empresas dio lugar el 10 de julio del 2000 a la compañía EADS (European Aeronautic Defence and Space company).

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Unidad Didáctica

1.1


Ejercicios de Autoevaluación

Marca como verdadero (V) o falso (F) las siguientes cuestiones:

1)

La ingeniería aeronáutica investiga, diseña y mantiene en buen estado aviones, misiles y satélites espaciales.

 Verdadero

2)

 Falso

El programa militar más ambicioso de la industria aeronáutica española es el Eurofighter 3000.

 Verdadero

 Falso

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Soluciones a los Ejercicios de Autoevaluación


1)

La ingeniería aeronáutica investiga, diseña y mantiene en buen estado aviones, misiles y satélites espaciales.

erdadero

V

2)

Falso

El programa militar más ambicioso de la industria aeronáutica española es el Eurofighter3000. Verdadero

Falso

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Unidad Didáctica

UNIDAD DIDÁCTICA

1.2

COMPONENTES DE UN AVIÓN

1.2:

COMPONENTES DE UN AVIÓN ÍNDICE DE LA UNIDAD


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1.2.1.01.

Componentes de un Componentes fijos.

1.2.1.02.

Superficies de mando y control.

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1.2.1.

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avión.

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Componentes de un avión.

Tradicionalmente los componentes de un avión se han dividido en dos grandes grupos: •

•

Fijos: Constituyen la estructura básica que hace que un avión vuele: fuselaje, alas y estabilizadores horizontales (éstos pueden ser móviles en algunos aviones) y verticales. Móviles: Son aquellas que hacen que el avión sea controlable. Son los denominados mandos de vuelo y se pueden agrupar en dos grupos: - Mandos de vuelo primarios: Alerones, timón de dirección y timón de profundidad. - Mandos de vuelo secundarios: Flaps, slats, compensadores (tabs) y en algunos casos los spoilers.

1.2.1.1 Componentes fijos. Fuselaje.

Del francés “fuselé” que significa “ahusado”. Se denomina fuselaje al cuerpo principal de la estructura del avión, cuya función fundamental es dar cabida a la tripulación, a los pasajeros y a la carga, además de servir de soporte principal al resto de los componentes. En general su misión es la de alojar la carga útil del avión. El diseño del fuselaje además de atender a estas funciones, debe proporcionar un rendimiento aceptable al propósito a que se destine el avión. Los fuselajes que ofrecen una menor resistencia aerodinámica son los de sección circular, elíptica u oval, y de forma alargada y ahusada.

Los fuselajes tienen forma alargada y se comporta como si fuera una viga. Los principales elementos estructurales son los siguientes:

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Unidad Didáctica

•

•

1.2


Revestimiento (skin): Es la envolvente de chapa que se ve desde el exterior. Soporta las fuerzas cortantes debidas a la flexión y torsión. Contribuyente a soportar las cargas de tracción y comprensión debidas a la flexión. También soporta las cargas internas de presurización si las hay. Larguerillos (stringer): Son elementos longitudinales, generalmente perfiles de chapa doblada o perfiles extraídos. Están distribuidos aproximadamente de forma uniforme por todo el contorno. Su misión es soportar las cargas de tracción y comprensión debidas a la flexión del fuselaje. Los larguerillos están remachados al revestimiento.

• Cuadernas (frames): Las cuadernas tienen la forma de la sección del fuselaje. Son elementos transversales. Tienen como misión transmitir las cargas al revestimiento. El fuselaje se construye a partir de secciones:

- Proa. - Sección de fuselaje. - Cono de cola. Estas secciones, a su vez, se fabrican integrando paneles.

Alas. Son el elemento primordial de cualquier aeroplano. En ellas es donde se originan las fuerzas que hacen posible el vuelo. En su diseño se tienen en cuenta numerosos aspectos: peso máximo a soportar, resistencias generadas, comportamiento en la pérdida, es decir, todos aquellos factores que proporcionen el rendimiento óptimo para compaginar la mejor velocidad con el mayor alcance y el menor consumo de combustible posibles. Los pioneros de la aviación tratando de emular el vuelo de las aves, construyeron todo tipo de artefactos dotados de alas articuladas que generaban corrientes de aire. Solo cuando se construyeron máquinas con alas fijas que surcaban el aire en vez de generarlo, fue posible el vuelo de máquinas más pesadas que el aire. Aunque veremos que hay alas de todos los tipos y formas, todas obedecen a los mismos principios explicados con anterioridad. La misión del ala es proporcionar la fuerza de sustentación del avión. El ala recibe las principales cargas aerodinámicas y soporta el peso del avión. También aloja en su interior los depósitos de combustible. Los principales elementos estructurales del ala son los siguientes: •

•

•

Revestimientos: Son la parte exterior del ala. Pueden ser de chapa, aunque es muy frecuente que se fabriquen a partir de chapones o forjados, que se mecanizan para incorporarles los larguerillos. Junto con los larguerillos soportan las cargas de tracción (el interior) y de comprensión (el superior) debidas a la flexión del ala.

Larguerillos: Similares a los del fuselaje, aunque pueden ir integrados en los revestimientos. Largueros (spars): Los largueros soportan las fuerzas cortantes debidas a la flexión del ala y a las cargas que se introducen puntualmente (motores, tren, fuselaje). Suelen estar formados por dos cordones (caps) uno interior (lower) y otro superior (upper) unidos mediante una chapa alma (web). Por último, llevan unos rigidizadores transversales (stiffeners) para evitar que pandee la chapa alma. También se fabrican de una sola pieza integrando los cordones y los rigidizadores.

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del tipo de ala puede haber dos o más. Los más representativos son el larguero anterior (front spar) y el larguero posterior (rear spar). Dependiendo

•

Costillas (ribs): Son elementos transversales similares a las cuadernas. Su misión es introducir cargas en los revestimientos y los largueros, además de mantener la forma del ala.

Las alas, dependiendo de su configuración, se pueden desglosar en cierto número de grandes conjuntos. Lo usual es lo siguiente: - Alas exteriores. - Ala central o plano medio. - Bordes de ataque. Por ser la parte más importante de un aeroplano y por ello quizá la más estudiada, es posiblemente también la que más terminología emplee para distinguir las distintas partes de la misma. Veamos •

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a continuación, algunas definiciones:

Perfil. Es la forma de la sección del ala, es decir lo que se ve si corta ésta transversalmente “como en rodajas”. Salvo en el caso de alas rectangulares en que todos los perfiles (“rodajas”) son iguales, lo habitual es que los perfiles que componen un ala sean diferentes; se van haciendo más pequeños y estrechos hacia los extremos del ala. Borde de ataque. Borde delantero del ala, o sea la línea que une la parte anterior de todos los perfiles que forman el ala, o dicho de otra forma; la parte del ala que primero toma contacto con el flujo de aire. Borde de salida. Borde posterior del ala, es decir la línea que une la parte posterior de todos los perfiles del ala, o dicho de otra forma; la parte del ala por donde el flujo de aire perturbado por el ala retorna a la corriente libre. Extrados. Parte superior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida. Intrados. Parte inferior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida. Espesor. Distancia máxima entre el extrados y el intrados.

Cuerda. Es la línea recta imaginaria trazada entre los bordes de ataque y de salida de cada perfil. Cuerda media. Como los perfiles del ala, no suelen ser iguales sino que van disminuyendo hacia los extremos, lo mismo sucede con la cuerda de cada uno. Por tanto al tener cada perfil una cuerda distinta, lo normal es hablar de cuerda media. Línea del 25% de la cuerda. Línea imaginaria que se obtendría al unir todos los puntos situados a una distancia del 25% de la longitud de la cuerda de cada perfil, distancia medida comenzando por el borde de ataque.

Curvatura. Desde el borde de ataque del ala al de salida. Curvatura superior se refiere a la de la superficie superior (extrados); inferior a la de la superficie inferior (intrados), y curvatura media a la equidistante a ambas superficies. Aunque se puede dar en cifra absoluta, lo normal es que se exprese en % de la cuerda.

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Unidad Didáctica

•

•

•

1.2


Superficie alar. Superficie total correspondiente a las alas.

Envergadura. Distancia entre los dos extremos de las alas. Por simple geometría, si multiplicamos la envergadura por la cuerda media debemos obtener la superficie alar . Alargamiento. Cociente entre la envergadura y la cuerda media. Este dato nos dice la relación existente entre la longitud y la anchura del ala (Envergadura/Cuerda media). Por ejemplo; si este cociente fuera 1 estaríamos ante un ala cuadrada de igual longitud que anchura. Obviamente a medida que este valor se hace más elevado el ala es más larga y estrecha.

Este cociente afecta a la resistencia inducida de forma que: a mayor alargamiento menor resistencia inducida. Las alas cortas y anchas son fáciles de construir y muy resistentes pero generan mucha resistencia; por el contr ar io las alas alargadas y estrechas generan poca r esistencia pero son dif íciles de constr uir y pr esentan problemas estructurales. Normalmente el alargamiento suele estar comprendido entre 5:1 y 10:1.

Sistema estabilizador. Está compuesto, en general, por un estabilizador vertical y otro horizontal. Como sus propios nombres indican, su misión es la de contribuir a la estabilidad del avión sobre sus ejes vertical y horizontal. Componentes móviles.

1.2.1.2 Superficies de mando y contr ol. Son las superficies movibles situadas en las alas y en los empenajes de cola, las cuales respondiendo a los movimientos de los mandos existentes en la cabina provocan el movimiento del avión sobre cualquiera de sus ejes (transversal, longitudinal y vertical). También entran en este grupo otras superficies secundarias, cuya función es la de proporcionar mejoras adicionales relacionadas generalmente con la sustentación (flaps, slats, aerofrenos, etc...).

Ejes del avión. Se trata de rectas imaginarias e ideales trazadas sobre el avión. Su denominación y los movimientos que se realizan alrededor de ellos (Fig. 4), son los siguientes: Eje longitudinal. Es el eje imaginario que va desde el morro hasta la cola del avión. El movimiento alrededor de este eje (levantar un ala bajando la otra) se denomina alabeo (en inglés “roll”). También se le denomina eje de alabeo, nombre que parece más lógico pues cuando se hace referencia a la estabilidad sobre este eje, es menos confuso hablar de estabilidad de alabeo que de estabilidad “transversal”. Eje transversal o lateral. Eje imaginario que va desde el extremo de un ala al extremo de la otra. El movimiento alrededor de este eje (morro arriba o morro abajo) se denomina cabeceo (“pitch” en inglés). También denominado eje de cabeceo, por las mismas razones que en el caso anterior . Eje vertical. Eje imaginario que atraviesa el centro del avión. El movimiento en torno a este eje (morro virando a la izquierda o la derecha) se llama guiñada (“yaw” en inglés). Denominado igualmente eje de guiñada.

En un sistema de coordenadas cartesianas, el eje longitudinal o de alabeo sería el eje “x”; el eje transversal o eje de cabeceo sería el eje “y”, y el eje vertical o eje de guiñada sería el eje “z”. El origen de coordenadas de este sistema de ejes es el centro de gravedad del avión. 21

Módulo

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Superficies primarias. Son superficies aerodinámicas movibles que, accionadas por el piloto a través de los mandos de la cabina, modifican la aerodinámica del avión provocando el desplazamiento de éste sobre sus ejes y de esta manera el seguimiento de la trayectoria de vuelo deseada. Las superficies de control son tres: alerones, timón de profundidad y timón de dirección. El movimiento en torno a cada eje se controla mediante una de estas tres superficies. La diferencia entre un piloto y un conductor de aviones es el uso adecuado de los controles para lograr un movimiento coordinado. Veamos cuáles son las superficies de control, cómo funcionan, y cómo las acciona el piloto. •

Alerones. Palabra de origen latino que significa “ala pequeña”, son unas superficies móviles, situadas en la parte posterior del extremo de cada ala, cuyo accionamiento provoca el movimiento de alabeo del avión sobre su eje longitudinal. Su ubicación en el extremo del ala se debe a que en esta parte es mayor el par de fuerza ejercido. El piloto acciona los alerones girando el volante de control (“cuernos”) a la izquierda o la derecha, o en algunos aviones moviendo la palanca de mando a la izquierda o la derecha. Funcionamiento: Los alerones tienen un movimiento asimétrico. Al girar el volante hacia un

lado, el alerón del ala de ese lado sube y el del ala contraria baja, ambos en un ángulo de deflexión proporcional a la cantidad de giro dado al volante. El alerón arriba en el ala hacia donde se mueve el volante implica menor curvatura en esa parte del ala y por tanto menor sustentación, lo cual provoca que esa ala baje; el alerón abajo del ala contraria supone mayor curvatura y sustentación lo que hace que ese ala suba. Esta combinación de efectos contrarios es lo que produce el movimiento de alabeo hacia el ala que desciende. Supongamos por ejemplo que queremos realizar un movimiento de alabeo a la derecha: giramos el volante a la derecha; el alerón del ala derecha sube y al haber menos sustentación esa ala desciende; por el contrario, el alerón abajo del ala izquierda provoca mayor sustentación en esa ala y que ésta ascienda. •

Timón de profundidad. Es la superficie o superficies móviles situadas en la parte posterior del empenaje horizontal de la cola del avión. Aunque su nombre podría sugerir que se encarga de elevar o descender al avión, en realidad su accionamiento provoca el movimiento de cabeceo del avión (morro arriba o morro abajo) sobre su eje transversal. Obviamente, el movimiento de cabeceo del avión provoca la modificación del ángulo de ataque, es decir, que el mando de control del timón de profundidad controla el ángulo de ataque. En algunos aviones, el empenaje horizontal de cola es de una pieza haciendo las funciones de estabilizador horizontal y de timón de profundidad. El timón de profundidad es accionado por el piloto empujando o tirando del volante o la palanca de control. Suele tener una deflexión máxima de 40º hacia arriba y 20º hacia abajo. Funcionamiento: Al tirar del volante de control, esta superficie sube mientras que al empujarlo baja -en algunos aviones se mueve la totalidad del empenaje horizontal. El timón arriba produce menor sustentación en la cola, ésta baja y por tanto el morro sube (mayor ángulo de ataque). El timón abajo aumenta la sustentación en la cola, ésta sube y por tanto el morro baja (menor ángulo de ataque). De esta manera se produce el movimiento de cabeceo del avión y por extensión la modificación del ángulo de ataque.

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Unidad Didáctica

•

1.2


Timón de dirección. Es la superficie móvil montada en la parte posterior del empenaje vertical de la cola del avión. Su movimiento provoca el movimiento de guiñada del avión sobre su eje vertical, sin embargo ello no hace virar el aparato, sino que se suele utilizar para equilibrar las fuerzas en los virajes o para centrar el avión en la trayectoria deseada. Suele tener una deflexión máxima de 30º a cada lado. Esta superficie se maneja mediante unos pedales situados en el suelo de la cabina. Funcionamiento: Al pisar el pedal derecho, el timón de dirección gira hacia la derecha, provocando una reacción aerodinámica en la cola que hace que ésta gire a la izquierda, y por tanto el morro del avión gire (guiñada) hacia la derecha. Al pisar el pedal izquierdo, sucede lo contrario: timón a la izquierda, cola a la derecha y morro a la izquierda.

El manejo de los mandos de control, resulta bastante intuitivo: •

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•

Alabeo a la derecha: volante a la derecha. Alabeo a la izquierda: volante a la izquierda. Morro abajo (menor ángulo de ataque): empujar el volante. Morro arriba (mayor ángulo de ataque): tirar del volante. Guiñada a la derecha: pedal derecho. Guiñada a la izquierda: pedal izquierdo.

Al basarse los mandos bajas velocidades que con baja velocidad.

de control en principios aerodinámicos, es obvio que su efectividad será menor a a altas velocidades. Es conveniente tener esto en cuenta en maniobras efectuadas

El que las superficies de control estén lo más alejadas posible del Centro de gravedad del avión no es casualidad, sino que debido a esta disposición su funcionamiento es más efectivo con menor movimiento de la superficie y menos esfuerzo.

Compensadores. El piloto consigue la actitud de vuelo deseada mediante los mandos que actúan sobre las superficies de control, lo cual requiere un esfuerzo físico por su parte; imaginemos un vuelo de un par de horas sujetando los mandos y presionando los pedales para mantener el avión en la posición deseada. Para evitar este esf uerzo f ísico continuado que podr ía provocar f atiga y f alta de atención del piloto, con el consiguiente riesgo, el avión dispone de compensadores. Éstos son unos mecanismos, que permiten que las superficies de control se mantengan en una posición fijada por el piloto, liberándole de una atención continuada a esta tarea. Aunque no todos los aviones dis ponen de todos ellos, los compensadores se denominan según la función o superficie a la que se aplican: de dirección, de alabeo, o de profundidad.

Superficies secundarias. Es posible disminuir la velocidad mínima que sostiene a un avión en vuelo mediante el control de la capa límite, modificando la curvatura del perfil, o aumentando la superficie alar. Las superficies que realizan una o más de estas funciones se denominan superficies hipersustentadoras.

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i


Las superficies primarias nos permiten mantener el control de la trayectoria del avión. Las secundarias se utilizan en general para modificar la sustentación del avión y hacer más fáciles muchas maniobras. Estas superficies secundarias son: flaps, slats y spoilers o aerofrenos. •

Flaps. Son dispositivos hipersustentadores, cuya función es la de aumentar la sustentación de l avión cuando éste vue la a velocidades inf er ior es a aquellas para las cua les se ha diseñado el ala. Situados en la parte interior trasera de las alas, se deflectan hacia abajo de forma simétr ica (ambos a la vez), en uno o más án gulos, con lo cua l ca m bian la curvatura de l pe r fil del ala (más pronunciada en el extrados y menos pronunciada en el intrados), la superficie alar (en algunos tipos de flap) y el ángulo de incidencia, todo lo cual aumenta la sustentación (y también la resistencia). Se accionan desde la cabina de varias formas, por una palanca, por sistema eléctrico, o cualquier otro sistema, con varios grados de calaje (10º, 15º, etc..) correspondientes a distintas posiciones de la palanca o interruptor eléctrico, y no se bajan o suben en todo su calaje de una vez, sino gradualmente. En general, deflexiones de flaps de hasta unos 15º aumentan la sustentación con poca resistencia adicional, pero deflexiones mayores incrementan la resistencia en mayor proporción que la sustentación. En la figura se representan unas posiciones y grados de calaje de flaps como ejemplo, pues el número de posiciones de flaps así como los grados que corresponden a cada una de ellas varía de un avión a otro. Hay varios tipos de flaps: - Sencillo. Es el más utilizado en aviación ligera. Es una porción de la parte posterior del ala. - De intrados. Situado en la parte inferior del ala (intrados) su efecto es menor dado que solo afecta a la curvatura del intrados. - Zap. Similar al de intrados, al deflectarse se desplaza hacia el extremo del ala, aumentando la superficie del ala además de la curvatura. - Fowler. Idéntico al flap zap, se desplaza totalmente hasta el extremo del ala, aumentando enormemente la curvatura y la superficie alar . - Ranurado. Se distingue de los anteriores, en que al ser deflectado deja una o más ranuras que comunican el intrados y el extrados, produciendo una gran curvatura a la vez que crea una corriente de aire que elimina la resistencia de otros tipos de flaps. - Krueger. Como los anteriores, pero situado en el borde de ataque en lugar del borde de salida.

Los flaps únicamente deben emplearse en las maniobras de despegue, aproximación y aterrizaje, o en cualquier otra circunstancia en la que sea necesario volar a velocidades más bajas que con el avión “limpio”. Los efectos que producen los flaps son: - Aumento de la sustentación. - Aumento de la resistencia. 24

Unidad Didáctica

1.2


- Posibilidad de volar a velocidades más bajas sin entrar en pérdida. - Se necesita menor longitud de pista en despegues y aterrizajes. - La senda de aproximación se hace más pronunciada. - Crean una tendencia a picar . - En el momento de su deflexión el avión tiende a ascender y perder velocidad. •

Slats. Son superficies hipersustentadoras que actúan de modo similar a los flaps.

Situadas en la parte anterior del ala, al deflectarse canalizan hacia el extrados una corriente de aire de alta velocidad que aumenta la sustentación permitiendo alcanzar mayores ángulos de ataque sin entrar en pérdida. Se emplean generalmente en grandes aviones para aumentar la sustentación en operaciones a baja velocidad (aterrizajes y despegues), aunque también hay modelos de aeroplanos ligeros que disponen de ellos. En muchos casos su despliegue y repliegue se realiza de forma automática; mientras la presión ejercida sobre ellos es suficiente los slats permanecen retraídos, pero cuando esta presión disminuye hasta un determinado nivel (cerca de la velocidad de pérdida) los slats de despliegan de forma automática. Debido al súbito incremento o disminución (según se extiendan o replieguen) de la sustentación en velocidades cercanas a la pérdida, debemos extremar la atención cuando se vuela a velocidades bajas en aviones con este tipo de dispositivo. •

Spoilers o aerofrenos. Al contrario que los anteriores, el objetivo de esta superficie es disminuir la sustentación del avión. Se emplean sobre todo en reactores que desarrollan altas velocidades y sirven para frenar el avión en vuelo, perder velocidad y facilitar el aterrizaje, ayudar a frenar en tierra, y en algunos aviones como complemento de los alerones para el control lateral y los

virajes en vuelo. Las superficies secundarias (flaps, slats, spoilers) siempre funcionan en pareja y de forma simétrica, es decir el accionamiento del mando correspondiente provoca el mismo movimiento (abajo o arriba) de las superficies en las dos alas (excepto en los movimientos de los spoilers complementando a los alerones). Al afectar a la sustentación, a la forma del perfil, y a la superficie alar, el que funcione una superficie y no su simétrica puede suponer un grave inconveniente. Asimismo, tienen un límite de velocidad, pasada la cual no deben accionarse so pena de provocar daños estructurales.

Ha habido accidentes de aviones comerciales debido al despliegue inadvertido de alguna de estas superficies en vuelo, lo cual ha llevado a mejorar los diseños, incorporando elementos que eviten su accionamiento a velocidades inadecuadas. En los aviones comerciales, todas estas superficies (primarias y secundarias) se mueven por medios eléctricos e hidráulicos. La razón es obvia; su envergadura hace que las superficies de control sean mayores; están más alejadas de los mandos que las controlan, y además soportan una presión mucho mayor que en un avión ligero.

25

Módulo

i


Todo esto reunido hace que se necesite una fuerza extraordinaria para mover dichas superficies, fuerza que realizan los medios mencionados.

Tren de aterrizaje. Tiene como misión amortiguar el impacto del aterrizaje y permitir la rodadura y movimiento del avión en tierra. Puede ser fijo o retráctil, y de triciclo (dos ruedas principales y una de morro) o patín de cola (dos ruedas principales y un patín o rueda en la cola). Hay trenes adaptados a la nieve (con patines) y al agua (con flotadores).

Grupo motopropulsor. Encargado de proporcionar la potencia necesaria para contrarrestar las resistencias del aparato, tanto en tierra como en vuelo, impulsar a las alas y que éstas produzcan sustentación. Aporta la aceleración necesaria en cualquier momento. Este grupo puede estar constituido por uno o más motores; motores que pueden ser de pistón, de reacción, turbopropulsores y otros. Dentro de este grupo se incluyen las hélices, que pueden tener distintos tamaños, formas y número de palas.

26

Unidad Didáctica

1.2




1)

¿Cuáles son los grupos en que se dividen los componentes de un avión?.  Fijos, móviles y semi-móviles.  Fijos.  Fijos y móviles.

2)

Los elementos del fuselaje son:  Revestimiento, cuadernos y largueros.  Revestimiento y larguerillos.  Revestimiento, larguerillos y cuadernas.

3)

¿Cuál es la principal función de las costillas?.  Proteger los órganos.  Introducir cargas en los revestimientos y largueros y mantener la forma del ala.  Soportar cargar de tracción y de comprensión debidas a la flexión del ala.

4)

¿Cuáles son las superficies de control?.  Primarias, alerones y timón.  Alerones, timón de profundidad y timón de dirección.  Alerón, timón y mando de control.

5)

Las superficies secundarias son:  Slats y spoilers.  Slats, spoilers y aerofrenos.  Slats, flaps y spoilers.

27

Módulo

i




1)

¿Cuáles son los grupos en que se dividen los componentes de un avión?. Fijos, móviles y semi-móviles. Fijos.

Fijos y móviles. 2)

Los elementos del fuselaje son: Revestimiento, cuadernos y largueros. Revestimiento y larguerillos.

Revestimiento, larguerillos y cuadernas. 3)

¿Cuál es la principal función de las costillas?. Proteger los órganos.

Introducir cargas en los revestimientos y largueros y mantener la forma del ala. Soportar cargar de tracción y de comprensión debidas a la flexión del ala.

4)

¿Cuáles son las superficies de control?. Primarias, alerones y timón.

Alerones, timón de profundidad y timón de dirección. Alerón, timón y mando de control.

5)

Las superficies secundarias son: Slats y spoilers. Slats, spoilers y aerofrenos.

Slats, flaps y spoilers.

28

Unidad Didáctica

UNIDAD DIDÁCTICA

1.3

SISTEMAS PRINCIPALES

1.3:

SISTEMAS PRINCIPALES ÍNDICE DE LA UNIDAD

1.3.1. 1.3.1.01. 1.3.1.02.

1.3.1.04. 1.3.1.03.

1.3.1.05. 1.3.1.06. 1.3.1.07. 1.3.1.08.


30

Grupo de sistemas auxiliares. Sistema eléctrico. Sistema de combustible. Sistema hidráulico. Sistema neumático. Sistema de oxígeno. Sistema de Control Ambiental. Sistema de Acondicionamiento Interior . Sistemas de emergencia.

30 30 31 31 32 33 33 33 33


35


36

29

Módulo

i



Grupo de

sistemas auxiliares.

El grupo de sistemas auxiliares se refiere al resto de sistemas destinados a ayudar al funcionamiento de los elementos anteriores o bien para proporcionar más confort o mejor gobierno de la aeronave. Podemos mencionar, por ejemplo, el sistema hidráulico, el eléctrico, presurización, alimentación de combustible yotros. El grupo de sistemas auxiliares cumple dos cometidos: •

•

Permitir las funciones primarias del avión (control, gobierno y seguridad). Proporcionar confort al pasaje y a la tripulación.

Para el control, gobierno y seguridad de la aeronave, se dispone de:

1.3.1.1. Sistema elé ctrico. La energía eléctrica es necesaria para el funcionamiento de muchos sistemas e instrumentos del aeroplano: arranque del motor, radios, luces, instrumentos de navegación y, otros dispositivos que necesitan esta energía para su funcionamiento (bomba de combustible, en algunos casos accionamiento de flaps, subida o bajada del tren de aterrizaje, avisador de pérdida). La misión del sistema de potencia eléctrica es asegurar el suministro de energía eléctrica al avión, tanto en forma de corriente continua como de corriente alterna, bajo todas las condiciones de operación en tierra y en vuelo. El sistema de potencia eléctrica comprende los siguientes subsistemas: •

•

Generación de corriente continua. Generación de corriente alterna.

•

Fuente externa de potencia.

•

Distribución de cargas eléctricas.

30

Unidad Didáctica

1.3


El sistema eléctrico del avión posee dos generadores-arrancadores de corriente continua que alimenta al sistema de corriente continua primario. En caso de fallo de ambos generadores, se puede utilizar la corriente alterna de frecuencia no regulada, suministrada por los alternadores, después de pasar por el transformador -Rectificador (TRU). Dos baterías proveen de una reserva de suministro, en ausencia de fuentes de corriente continua y como fuente auxiliar de arranque. Una batería auxiliar (Back-up) para el Sistema de Aviónica proporciona automáticamente alimentación de corriente continua para las memorias de determinados equipos del FMS (lado del piloto) durante el arranque de motores. Los principales componentes son: •

Baterías.

•

Generadores-Arrancadores.

•

•

Panel de control POWER-GENERATION. Panel de control SYSTEM TEST.

1.3.1.2. Sistema de combustible. La energía que propulsa a un avión, independientemente del tipo de motor utilizado, se obtiene a partir de la conversión de la energía química contenida en el combustible a energía mecánica, es decir quemando combustible. Por tanto, todo avión propulsado por un motor requiere un sistema capaz de almacenar el combustible y transferirlo hasta los dispositivos que lo mezclan con el aire, o lo inyectan en los cilindros o en los quemadores. El sistema está compuesto por depósitos, conductos, carburador o sistema de inyección, instrumentos de medida y, otros dispositivos tales como cebador (primer), mando de mezcla, bomba de combustible. El combustible es almacenado en cuatro depósitos integrales que forman parte de la estructura alar, dos principales en el ala central y dos auxiliares en las semialas exteriores.

1.3.1.3. Sistema hidr áulico. energía hidráulica se utiliza para proveer a los dispositivos que requieren mucha energía para funcionar. Por ejemplo: tren de aterrizaje, frenos, spoilers, alerones, flaps, slats. La energía hidráulica es producida por bombas ubicadas en los motores. Por razones de seguridad y para distribuir esfuerzos, los aviones tienen hasta cuadruplicado el sistema hidráulico. La

El sistema de potencia hidráulica incluye los componentes necesarios para presurizar, almacenar y suministrar el fluido hidráulico a los diferentes sistemas usuarios, dentro de los márgenes requeridos de presión, temperatura y nivel de limpieza. El sistema de potencia hidráulico suministra fluido hidráulico a presión a los siguientes sistemas: •

•

•

•

Dirección de la rueda de Morro. Extracción y retracción del tren de aterrizaje. Frenos normales Anti-Skid. Frenos de emergencias y aparcamiento.

31

Módulo

i •

•

•


Frenos de hélice. Actuación de Flaps. Rampa y portalón de carga.

El sistema está formado por bombas eléctricas de corriente continua que recogen el fluido hidráulico de un depósito presurizado y lo distribuyen, a través de dos unidades modulares, a los diferentes sistemas. Los componentes principales son: •

•

•

•

Depósito hidráulico. Bombas.

Unidades modulares (anterior y posterior). Panel de control HYDRAULIC-SYS.

1.3.1.4. Sistema neum áti co. El sistema neumático incluye aquellas unidades y componentes necesarios para extraer y controlar el aire de sangrado de los motores, así como para su posterior distribución a los diferentes sistemas que operan con dicho aire. El sistema neumático distribuye aire comprimido a los siguientes sistemas: •

•

•

•

Sistema Actuador Neumático del timón de dirección. Sistema de refrigeración de Aceite del Motor. Sistema de Deshielo Neumático (alas, colas y toma de motor). Sistema de Control Ambiental.

El sistema está compuesto de dos subsistemas idénticos (izquierdo y derecho) que efectúan para cada motor dos sangrados: uno de baja presión (LP) desde la primera etapa de compresión y otro de alta presión (HP) desde la segunda etapa de compresión. Cada subsistema dispone de una válvula de corte y otra de regulación, así como de un preenfriador para el suministro al sistema de control ambiental. Ambos subsistemas pueden interconectarse a través de un sistema de alimentación cruzada. Los componentes principales del sistema neumático son: •

Válvula de Corte de Alta Presión (HPSOV).

•

. Pre-enfriador

•

Válvula Reguladora de Presión y Corte (PRSOV).

•

Válvula de Alimentación Cruzada (XFEED).

•

Panel de Control AIR CONDITIONING.

32

Unidad Didáctica

1.3


1.3.1.5. Sistema de ox ígeno. El avión dispone, para los casos de fallo del sistema de presurización (humos u otras emergencias relacionada), dos instalaciones de suministro de oxígeno, una fija (oxígeno líquido) y otra portátil (oxígeno gaseoso)

1.3.1.6. Sistema de Control Ambiental. La misión del sistema de control ambiental es la de mantener la atmósfera de las diferentes cabinas bajo ciertas condiciones de pureza, humedad, temperatura y presión, con el objeto de proporcionar a la tripulación y los pasajeros un ambiente adecuado tanto en tierra como en vuelo. Además proporciona el adecuado enfriamiento a determinados equipos de aviónica. Es un sistema para proporcionar confort al pasaje y tripulación. El sistema de control ambiental incluye los siguientes subsistemas: •

Compresión.

•

Refrigeración.

•

•

•

Distribución y recirculación. Control de temperatura. Presurización.

1.3.1.7. Sistema de Acondicionamiento Interior. El acondicionamiento interior incluye aquellos componentes y equipos que sin pertenecer a un sistema determinado pueden ser instalados en el interior del avión con objeto de facilitar las operaciones y las diferentes misiones. Los elementos se acomodan dentro de tres compartimentos: •

Cabina de mando (incluyen asientos, almacenaje y otros).

•

Cabina de pasajeros (depende del tipo de operaciones para lo que este destinado).

•

Cabina de carga (railes, anillas de amarre y otros).

1.3.1.8. Sistemas de emergencia. Se componen de los equipos y sistemas que son esenciales para la seguridad de la tripulación durante y después de las condiciones de emergencia. Esto incluye: •

Protección contra incendios.

•

Iluminación de emergencias.

•

•

Equipo de Oxígeno. Salidas de emergencia.

33

Módulo

i •

•


Equipos misceláneos (kits de primeros auxilios, hachas y otros). Trasmisor de Localización de Emergencias (ELT)

No todos los aviones están dotados de todos los sistemas. Según la actividad que vaya a desarrollar el avión y según los motores del mismo, se dispondrán los sistemas necesarios. Así, mientras los sistemas eléctrico y de combustible son necesarios en todos los aviones, los sistemas de presurización y de oxígeno sólo son pr ecisos en aviones que vuelen por encima de 12.000 pies, o el sistema neumático sólo es necesar io en aviones con motores turbohélices o de reacción (en los que es posible obtener aire a presión).

34

Unidad Didáctica

1.3



1)

El objetivo de los grupos de sistemas auxiliares es:  Proporcionar confort al pasaje y a la tripulación.  Permitir las funciones primarias del avión.  Todas las respuestas son correctas.

2)

La energía hidráulica:  Es producida por bombas ubicadas en los motores.  Provee a los dispositivos que requieren poca energía para funcionar .  Sólo existe un sistema por avión.

3)

Entre los componentes principales del sistema neumático, encontramos:  Pre-enfriador .  Válvula de alimentación cruzada.  Válvula de corte de alta presión.  Todas las respuestas son correctas. 35


Módulo

i



Marca como verdadero (V) o falso (F) las siguientes cuestiones: El objetivo de los grupos de sistemas auxiliares es: Proporcionar confort

al pasaje y a la tripulación.

Permitir las funciones primarias del avión.

Todas las respuestas son correctas. 2)

La energía hidráulica:

Es producida por bombas ubicadas en los motores. Provee a los dispositivos que requieren poca energía para funcionar. Sólo existe un sistema por avión.

3)

Entre los componentes principales del sistema neumático, encontramos: Pre-enfriador .

Válvula de alimentación cruzada. Válvula de corte de alta presión.

Todas las respuestas son correctas.

36

Unidad Didáctica

1.4

AERODINÁMICA

BÁSICA

UNIDAD DIDÁCTICA

1.4:

AERODINÁMICA BÁSICA ÍNDICE DE LA UNIDAD


38

1.4.1.

Introducción.

1.4.2.

1.4.2.07.

Elementos que intervienen en la aerodinámica. Peso – Sustentación. Tracción – Resistencia. Sustentación en las alas. Interacción de las fuerzas. Fuerza G. Centro de Gravedad. Estabilidad de vuelo.

1.4.2.08.

Velocidad.

38 38 38 38 39 40 40 41 41 42


45


46

1.4.2.01.

1.4.2.02. 1.4.2.03. 1.4.2.04. 1.4.2.05. 1.4.2.06.

37

Módulo

i



Introducción.

La aerodinámica es la acción del aire sobre un cuerpo en movimiento, es decir, la acción del aire en movimiento sobre un cuerpo fijo. Veamos, a continuación, los elementos que intervienen en ella. 1.4.2.

Elementos que intervienen en la aerodinámica.

1.4.2.1. Peso – Sustentaci ón. Todo cuerpo tiene una fuerza que lo atrae hacia el centro del planeta. Si este cuerpo se encuentra depositado sobre una superficie (una mesa por ejemplo) permanecerá sobre ella; debido a que la superficie reaccionará con una fuerza cuya magnitud es igual al peso del cuerpo pero en sentido opuesto. A este principio se le conoce como principio de acción y reacción y en él se basa toda la física. Podríamos resumirlo como:

A toda acción le sigue una reacción de igual valor, pero de sentido contrario. De esta forma se equilibraran las fuerzas anulándose entre sí y manteniéndose el cuerpo en el estado en que se encuentre en ese momento. Por el principio anterior, para que un avión logre volar deberá existir una fuerza que equilibre el peso de la nave, es decir una fuerza de abajo hacia arriba que compense la fuerza del peso ejercida de arriba hacia abajo. Esta fuerza es conocida como sustentación; según la misma, independientemente de la relación de magnitudes entre ambas fuerzas, el avión ascenderá, descenderá o volara nivelado.

1.4.2.2. T racción – Resistencia. Todo cuerpo en movimiento se ve sometido a la acción de una fuerza que se opone a dicho desplazamiento, esta fuerza es conocida como resistencia. Esto es debido a la acción de otra fuerza de igual magnitud pero de sentido contrario (principio de acción y reacción). Esta fuerza es la resistencia. 38

Unidad Didáctica

1.4

AERODINÁMICA

BÁSICA

La resistencia es creada por los diversos rozamientos que existen en nuestro mundo y que actúan como freno a los movimientos; se traducen en efectos no deseados como calentamiento, desgaste, aumento de consumo, y otros. Un ejemplo típico es el de un neumático que tras haber rodado elevará su temperatura y sufrirá desgaste. El aire, a causa del choque de sus partículas con las superficies, también ofrece rozamiento, y está particularmente afectado por la forma que posee el móvil que en él se desplaza. En el caso de los aviones existen dos tipos de resistencias, las parásitas originadas por la fricción con el fuselaje, antenas, y otros, que aumenta en relación cuadrática con la velocidad (si se duplica la velocidad la resistencia se cuadruplica) y la inducida, que originada en las alas, cambiará según cambie el ángulo de las mismas, reduciéndose en la medida que disminuye el ángulo de ataque.

1.4.2.3. Sustentaci ón en las alas. Comúnmente se explica la sustentación por la ley de Bernoulli, actualmente muy discutida, considerándose como fundamental en la explicación del funcionamiento de las alas.

Podemos decir a grandes rasgos que las alas poseen las siguientes partes: •

•

•

•

•

Borde de ataque: Borde redondeado delantero del ala. Borde de fuga: Borde delgado posterior del ala. Extradós alar: Superficie convexa superior del ala. Intradós alar: Superficie cóncava inferior del ala. Cuerda alar: Línea que une el centro del borde de ataque con el borde de fuga.

La ley de Bernoulli sostiene que la energía total de un fluido en movimiento se mantiene constante; dicho de otra forma, la relación entre la presión y la velocidad del fluido es constante, entonces al aumentar una deberá disminuir la otra. El ala o aspa de rotor en caso de los helicópteros, comienza a sustentarse cuando circula viento de frente a ella en dirección paralela y opuesta. A este viento se lo denomina viento relativo. Al chocar con el borde de ataque se dividirá en dos flujos, uno circulará por el intradós que reducirá su velocidad con el consiguiente aumento de presión, y el otro fluirá por el extradós que aumentará su velocidad para alcanzar al flujo inferior en el borde de fuga disminuyendo su presión. Cuando los flujos se aceleran o deceleran, se consigue por la forma del ala, pensada para provocar la diferencia de velocidad. Las diferencias de presiones (que actúan como fuerzas), más alta en el intradós y menor en el extradós, da como resultante una fuerza de abajo hacia arriba, denominada fuerza de sustentación. La deflexión hacia abajo en la parte posterior del ala incrementa la fuerza de sustentación y ésta pude variarse al cambiar la inclinación del ala respecto del viento relativo. Al ángulo que se forma entre el ala o rotor y el viento relativo se le denomina incrementa (elevando el morro) se logrará aumentar la sustentación. 39

ángulo de ataque. Si éste se

Módulo

i


El aire al pasar por el ala, también genera una resistencia, que se incrementará al aumentar el ángulo de ataque y se le denomina resistencia inducida.

Todo tiene un límite y el ángulo de ataque puede incrementarse mientras no se alcance el ángulo crítico de ataque. Una vez alcanzado, el flujo laminar sobre el ala no podrá seguir el contorno de la misma, despegándose de la superficie para generar turbulencias; reduciéndose rápidamente la sustentación, a este fenómeno se lo conoce como “entrada en pérdida”. Para corregir esta situación, basta con reducir el ángulo de ataque por debajo del crítico, generalmente bajando el morro del avión. El ángulo crítico de ataque es propio de cada ala y nada tienen que ver factores de carga, motores, condiciones climáticas, y otros, la entrada en pérdida por alcanzar dicho ángulo es netamente un fenómeno aerodinámico y siempre será el mismo independientemente de la velocidad u otros fenómenos típicos del vuelo.

1.4.2.4. I nteracción de las fuerzas. En el vuelo, las fuerzas permanecen equilibradas. Algo similar ocurre con los descensos. Si se le da más potencia al motor se romperá el equilibrio entre tracción y resistencia momentáneamente; de esta forma la nave aumentará su velocidad y en proporción a ésta aumentará el rozamiento con el aire (resistencia) hasta que se equilibren las fuerzas nuevamente. Si se vuela recto y nivelado y se liberan los mandos, al dar gas se verá primero un aumento de velocidad y luego el morro se levanta para finalmente alcanzar la velocidad que originalmente tenía el aparato pero con un incremento en la altura. Si se reduce el gas se descenderá.

1.4.2.5. Fuerza G. La gravedad es una fuerza que nos atrae hacia la superficie terrestre provocando una aceleración constante de 9,8 m/s2 (en realidad no es constante, varia con la altura y la posición pero para las altitudes que se utilizan en aeronáutica la diferencia es despreciable), a esta fuerza se la conoce como “G”. Para quienes estamos en la superficie la G es constante, pero dentro de una aeronave no siempre lo es. Cuando se realiza un viraje cerrado, la nave, y todo dentro de ella, se verá sometido a la acción de una fuerza centrífuga, (fuerza que tiende a alejar del eje a los cuerpos que giren en torno a él). Ésta los “aplastará” contra el piso de la aeronave o, dependiendo de la maniobra, los despegará. La relación entre la aceleración, dicha fuerza y la gravedad es el coeficiente de carga; se mide en cantidades de “G” y pueden ser positivas o negativas según tiendan a empujarnos contra el piso o a despegarnos del mismo. Es fácil intuir que estas fuerzas deben ser consideradas antes de cada maniobra. En principio por motivos técnicos, puesto que se eleva la carga sobre las alas y las solicitudes en la estructura del aparato. Todas las aeronaves están diseñadas para soportar una cantidad máxima de “G”, menores en los aviones de gran porte y helicópteros, y mayores en pequeños aviones acrobáticos o interceptores (cazas) militares. Es un límite superable, siempre se pueden diseñar estructuras que soporten esas solicitudes sin problemas; el verdadero límite es el humano.

40

Unidad Didáctica

1.4


1.4.2.6. Centro de Gr avedad. Aunque en realidad el peso se distribuye en todo el volumen de un cuerpo, para fines de cálculo, estimaciones y estudios, se le considera como una fuerza aplicada sobre un punto determinado del cuerpo (de no hacerlo así habría que hacer cálculos punto por punto, lo que resultaría complicado y casi imposible). Este punto es conocido como Centro de Gravedad. Sobre este punto, se considera que actúan todas las fuerzas que tienen relación con dicho cuerpo: tracción, resistencia, peso, y otro. En él, se interceptan todos los ejes de rotación y además es un punto de equilibrio, es decir, si un cuerpo se colgara de dicho punto permanecería en equilibrio. Su posición se determina componiendo y rotando los diversos pesos que forman parte del cuerpo dicho, por lo que se deduce fácilmente que según varíen los pesos variará su posición. La posición del centro de gravedad es determinante para la estabilidad del cuerpo.

1.4.2.7. Estabil idad de vuelo. Básicamente

la estabilidad nos da una idea de cómo se comportará un cuerpo al ser afectado por una fuerza. De

acuerdo a este comportamiento, podemos tratarlas como estabilidad positiva cuando tiende a retomar un vuelo estable tras el cambio de una fuerza. Si en embargo, tras la acción de una fuerza, el aparato adopta una nueva posición, se mantiene en ella y su estabilidad es neutra. En cambio si se desvía de su posición original el vuelo será inestable o de estabilidad negativa. En general, todas las aeronaves se las diseña para tener estabilidad positiva, la excepción son los cazas militares de última generación, con tecnología FLY BY WiRE (vuelo por cables). A éstos se los diseña inestables a fin de no poder anticipar el comportamiento en combate aéreo. En este caso, la estabilidad está dada por las computadoras de abordo, las que responden a las órdenes del piloto pero controlan y estabilizan la nave tras las maniobras. La estabilidad también se la puede tratar como estática y dinámica, la primera la entendemos como la tendencia a volver a la posición inicial y la segunda como la amortiguación de las oscilaciones. Como se trató anteriormente, la posición del centro de gravedad es vital para la estabilidad en lo que al control de cabeceo se refiere. Si el centro de gravedad se desplaza hacia atrás, el avión tiende a elevar el morro, y si el desplazamiento es excesivo será imposible controlarlo. Por el contrario, si se desplaza hacia delante de forma excesiva se pondrá pesado y el morro bajará dificultándose el enderezamiento. Se deberá distribuir los pesos de tal forma que los límites para el desplazamiento del centro de gravedad no se superen.

Para asegurar la estabilidad en los aviones, además de las alas, se instala un conjunto de alas más pequeñas en la cola (empenaje de cola) formada por un plano vertical o estabilizador vertical y el plano horizontal o estabilizador horizontal. Las alas funcionan correctamente cuando vuelan en forma uniforme y en línea recta (recto y nivelado), para lograr esto el centro de sustentación (punto en el cuál se considera que se aplica la fuerza de sustentación) debe ubicarse detrás del centro de gravedad, aquí ocurre un efecto veleta, por el cual, ambas alas tienden a ubicarse frente al viento provocando la rotación del avión sobre su eje vertical

41

Módulo

i


(guiñada). Para controlar esto, en el empenaje de cola se instala un plano vertical conocido como deriva o estabilizador vertical. La sustentación, al actuar detrás del centro de gravedad, provocará la rotación sobre el eje transversal, elevando la cola y bajando el morro (cabeceo). Para compensar esto se instalan dos planos horizontales en la cola (estabilizador horizontal) encargados de obtener la fuerza para compensar el cabeceo.

1.4.2.8. Velocidad. La velocidad indica la distancia que recorre un móvil en un determinado tiempo. Se obtiene dividiendo la distancia recorrida por el tiempo transcurrido.

=D/

T V donde V - velocidad, D – distancia recorrida, T – tiempo transcurrido Las unidades que comúnmente se utilizan en física son m / s (metro sobre segundo) o Km. / h (kilómetro sobre hora).

En la navegación, tanto aérea como marítima, las distancias suelen medirse en millas náuticas (NM), por definición la NM es un minuto de longitud en el ecuador y equivale a 1852 metros o 1,15 millas terrestres. La velocidad se mide en nudos (KNT), que es el equivalente a las NM por hora (1knt=1NM/h). La velocidad es un dato valioso puesto que conociéndola y tomando el tiempo se puede calcular la distancia recorrida y así obtener la posición final.

D= V . donde

V

T

- velocidad, D – distancia recorrida, T – tiempo transcurrido

Las velocidades se toman respecto a un punto de referencia y de acuerdo al comportamiento de dicha referencia, ésta puede variar . En general, en aeronáutica podemos encontrar dos velocidades, relativa y absoluta; particularmente cada aeronave tendrá una serie de velocidades límite (despegue, aterrizaje, ascenso, de despliegue de flaps, y otros) que le son propias. La velocidad relativa se refiere a la velocidad, que con respecto del aire, es tomada por la misma nave (toma estática) con los errores que se inducirán debido a los cambios en las condiciones del aire a diversas alturas. La absoluta está referida a tierra y en vuelo puede no estar disponible, salvo que se calculen las correcciones de los errores sobre la velocidad relativa. Ambas velocidades, coinciden cuando se está a nivel del mar (por ej. en el despegue) y en condiciones tipo de presión atmosférica y temperatura (1013 Hpa y 15º C). De acuerdo a esto, las velocidades a considerar para navegación son las siguientes: •

indicada (IAS): Es la velocidad indicada directamente por el velocímetro e indica la velocidad del avión en referencia al viento que lo rodea. Este valor estará influenciado

Velocidad aerodinámica

42

Unidad Didáctica

1.4


por las condiciones del aire que rodea el aparato, presión, temperatura, densidad, velocidad del viento, etc. lo que provocará errores en la medición. Además debe sumarse los errores constructivos del instrumento y de instalación del mismo. •

•

•

•

aerodinámica calibrada (CAS): Es la velocidad IAS corrección para compensar los errores de montaje e instalación. Velocidad

a la que se le aplica un factor de

En general el error es muy pequeño, especialmente en configuraciones de despegue y aterrizaje por lo que a fines de cálculos y estimas se pueden ambas velocidades indistintamente. equivalente (EAS): Es la velocidad CAS corregida por compresibilidad adiabática en los puertos estáticos a la altitud de vuelo correspondiente. Velocidad

aerodinámica

aerodinámica real (TAS): Es la velocidad real del avión y se obtiene a partir de realizar correcciones en la EAS por error introducido debido a las variaciones de densidad de la atmósfera. Velocidad

Solo a nivel del mar en condiciones óptimas (1013 Hpa y 15º C) la IAS y la TAS coinciden, por tanto, la indicación del velocímetro coincide con la TAS. No obstante, se puede obtener la velocidad TAS a partir de la velocidad IAS, aplicándole a esta última los factores de corrección correspondientes. según la función:

Varía

TAS

= EAS / s donde:

s = r1 / r0 s - Densidad relativa del aire, r1 - Densidad real del aire, r0 - densidad ideal del aire.

Para obtener la TAS deberá tener en cuenta la IAS, altitud y temperatura del aire. En forma práctica digamos que en general obtendrá la TAS sumándole un 2% a la IAS por cada 1000 pies de altura (305 m.). Esta velocidad por estar referida a tierra, se utiliza en la preparación de los planes de vuelo y en los cálculos de navegación. •

•

sobre el suelo (GS): Esta velocidad es la velocidad TAS con la corrección por error que introduce el viento. Velocidad

Número mach: relación entre la velocidad del avión y la velocidad del sonido. Cuando se vuela a grandes altitudes y altas velocidades el velocímetro se ve sujeto a grandes errores, no siendo confiables las lecturas de velocidades aerodinámicas (IAS), utilizándose entonces el valor en numero MACH, cuyo cálculo lo realiza un microprocesador automáticamente y responde a:

M=

TAS / a

donde a - velocidad del sonido en el aire.

43

Módulo

i


La velocidad del sonido varía con la densidad del medio que lo transporta, en el aire, a nivel del mar y 25º C, la velocidad del sonido es 661kt (1226 Km/H), pudiendo calcularse sus variaciones según:

siendo Q la temperatura relativa del aire y se calcula como:

Q=

Temperatura real del aire / Temperatura ideal del aire.

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Unidad Didáctica

1.4

AERODINÁMICA

BÁSICA



1)

El principio de acción y reacción es:  A toda acción le sigue una reacción de distinto valor pero igual sentido.  A toda acción le sigue una acción con el mismo valor.  A toda acción le sigue una reacción de igual valor pero de sentido contrario.

2)

Partes de las alas:  Borde de fuga.  Extrados alar .  Cuerda alar  Todas las respuestas son correctas.

3)

Para asegurar la estabilidad en los aviones, además de las alas:  Se instala un conjunto de alas más pequeñas en la cola.  Se instala unas alas de recambio.  No se utiliza nada.

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Modulo 01 INTRODUCCIÓN A LA AERONAUTICA.pdf

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