Partes de un avión.
Integrantes: Apodaca Miriam Espinoza Raul Peraza Karen Saldaña Alejandro Torres Roberto
Partes de un avión. Independientemente del fabricante, tipo, modelo y tamaño, los aviones posen elementos comunes sin los cuales no podrían volar. Todos necesitan un fuselaje, alas, cola y superficies flexibles para el control del vuelo. En general la aviación agrupa los aviones en tres categorías, según la actividad a la que se dedican:
Aviación comercial. Reúne aviones de líneas aéreas regulares de pasaje, carga y vuelos “charter” (de alquiler). Aviación militar. Comprende aviones estratégicos, tácticos y logísticos. Aviación general. Abarca toda la actividad aérea no incluida en las dos categorías anteriores, como aviones de uso personal o ejecutivo y los destinados a aprendizaje, fumigación agrícola, extinción de incendios en áreas boscosas, acrobacia aérea, actividades publicitarias y muchas funciones más. El avión se puede dividir en partes fijas y partes móviles. Las partes fijas constituyen la estructura básica del avión y a su vez se divide en seis grandes grupos: 1. Fuselaje 2. Alas 3. Motor 4. Tren de aterrizaje 5. Estabilizadores horizontales (H/STAB) y Estabilizador vertical (V/STAB) 6. Cola. Las partes móviles son aquellas que permiten que el avión sea controlable y se divide en dos grupos; 7. Mandos de vuelo primarios: 1. Alerones 2. Timón de dirección 3. Timón de profundidad 8. Mandos de vuelo secundarios: 1. 2. 3. 4.
Flaps Slats Compensadores o tabs Spoilers
1. Fuselaje. Del francés "fuselé" que significa "ahusado", se denomina fuselaje al cuerpo principal de la estructura del avión, cuya función principal es la de dar cabida a la tripulación, a los pasajeros y a la carga, además de servir de soporte principal al resto de los componentes, vea figura (1). 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. Es la parte principal o cuerpo del avión, la de mayor volumen y por lo tanto es la principal fuente de resistencia parásita. En unos aviones monomotor, el motor y sus mandos de vuelo se encuentran en la proa o morro, mientras que en unos aviones bimotor o con más de un motor, éstos pueden fijarse al fuselaje posterior. La cabina de mandos está situada en la parte de proa del fuselaje y es donde van los mandos de los motores, de comunicaciones, de instrumentos y mandos de vuelo (sencillos o dobles). Los mandos de vuelo dobles constan cada uno de ellos de una columna y volante para profundidad y alabeo, y pedales para el timón de dirección. El fuselaje se construye normalmente en dos o más partes. El fuselaje aerodinámico tiene una distribución de presiones que genera un momento de cabeceo de morro alto. El fuselaje, por lo tanto, constituye una parte desestabilizadora tanto longitudinalmente como lateralmente.
Figura (1).
2. Alas. 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. 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. A continuación se detalla esta terminología, figura (2).
Perfil. Es la forma de la sección del ala, es decir lo que veríamos si cortáramos esta 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. Es el 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. Es el 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. Del ala desde el borde de ataque 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.
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 contrario las alas alargadas y estrechas generan poca resistencia pero son difíciles de construir y presentan problemas estructurales. Normalmente el alargamiento suele estar comprendido entre 5:1 y 10:1.
Figura (2).
Flecha. Angulo que forman las alas (más concretamente la línea del 25% de la cuerda) respecto del eje transversal del avión. La flecha puede ser positiva (extremos de las alas orientados hacia atrás respecto a la raíz o encastre, que es lo habitual), neutra, o negativa (extremos adelantados). Para tener una idea más gráfica, pongamos nuestros brazos en cruz como si fueran unas alas; en esta posición tienen flecha nula, si los echamos hacia atrás tienen flecha positiva, y si los echamos hacia delante tienen flecha negativa.
Figura (3). Flecha del ala
Diedro. Visto el avión de frente, ángulo en forma de "V" que forman las alas con respecto al horizonte. El ángulo diedro puede ser positivo, neutro, o negativo. Volviendo
a nuestros brazos en cruz, en posición normal tenemos diedro neutro, si los subimos tienen diedro positivo y si los bajamos tienen diedro negativo.
Figura (4). Angulos diedros
Forma. Las alas pueden tener las formas más variadas: estrechándose hacia los extremos (tapered) o recta (straight), en la parte del borde de ataque (leading) o del borde de salida (trailing), o cualquier combinación de estas; en forma de delta, en flecha, etc. Si la velocidad es el factor principal, un ala "tapered" es más eficiente que una rectangular (straight) porque produce menos resistencia; pero un ala "tapered" tiene peores características en la pérdida salvo que tenga torsión (ángulo de incidencia decreciente hacia el borde del ala).
Figura (5). Algunas formas de alas
Según la colocación de las alas en el fuselaje, los aviones son de plano alto, plano medio, o plano bajo. Asimismo, según el número de pares de alas, los aviones son monoplanos, biplanos, triplanos, etc. También se distinguen alas de geometría fija (la gran mayoría), de geometría variable (que pueden variar su flecha), y alas de incidencia variable (que pueden variar su ángulo de incidencia). Estos dos últimos tipos son de aplicación casi exclusiva en aviones militares. Las alas pueden estar fijadas al fuselaje mediante montantes y voladizos, con ayuda de cables, o estar fijadas sin montantes externos ni ayuda de cables (alas cantilever, también llamadas "ala en voladizo" o "ala en ménsula").
Figura (6). Colocación y sujeción al fuselaje
En los diseños de las alas hay invertido mucho tiempo de investigación, de pruebas y errores, pero no existe el ala ideal. Las alas de cada aeroplano son producto de un compromiso de los diseñadores con las posibles combinaciones de factores (forma, longitud, colocación, etc.). Además de adaptarse a las características, cualidades y uso para el que se diseña el aeroplano, su diseño las hará más o menos sensibles a las pérdidas, a la amortiguación de ráfagas de viento, a la estabilidad/inestabilidad, etc.
3. Motor. Encargado de proporcionar la potencia necesaria para contrarrestar las resistencias del aparato, tanto en tierra como en vuelo, impulsar a las alas y que estas produzcan sustentación, y por último para aportar la aceleración necesaria en cualquier momento. Dentro de este grupo se incluyen las hélices, que pueden tener distintos tamaños, formas y número de palas. Excepto los planeadores, el resto de los aviones necesitan de uno o varios motores que lo impulsen para poder volar. De acuerdo con su tamaño, los aviones pueden tener la siguiente cantidad de motores: Uno (monomotor) Dos (bimotor) Tres (trimotor) Cuatro (cuatrimotor o tetramotor) Seis (hexamotor). Los aviones monomotores son, generalmente, de pequeño tamaño y llevan el motor colocado en el morro o nariz. Como excepción se puede encontrar algún modelo monomotor que lo lleve invertido y colocado detrás de la cabina del piloto con la hélice enfrentada al borde del estabilizador vertical de cola. Los aviones que tienen más de un motor generalmente los llevan colgados en pilones debajo de las alas, o colocados en la parte trasera del fuselaje en la zona dela cola.
Los dos tipos de motores que podemos encontrar en los aviones son los siguientes: De émbolo o pistón (explosión) De reacción (turbina) Los motores de reacción se dividen, a su vez, en tres categorías: Turborreactor o turbojet Turbofan o turboventilador Turbohélice o turbopropela
Figura (7). Diferentes tipos de motores de émbolo o pistón utilizados en aviación: (A) Radial, (B) Lineal, (C) Opuestos, (D) En "V". Los motores de émbolo o pistón pueden tener los cilindros colocados en forma radial, lineal, opuestos o también en "V" y utilizar hélices de dos, tres o cuatro aspas fijas o de paso variable. Los turborreactores y los turbofan no utilizan hélice, mientras los turbohélices, como su nombre lo indica, son motores de turbina con hélice acoplada a un reductor de vel ocidad.
Figura (8). Motor turborreactor o turbo jet .
4. Tren de aterrizaje. Para rodar por la pista, antes del despegue y después de aterrizar, los aviones utilizan ruedas de goma (neumáticos), que forman parte del tren de aterrizaje, aunque los hidroaviones lo sustituyen por flotadores que le permiten acuatizar (cuando lo hace en agua dulce) o amarizar (si lo hace en el mar). Existen también aviones provistos de patines que le permiten aterrizar y despegar sobre superficies nevadas (con patines). Los aviones pequeños suelen tener solamente tres ruedas, una debajo de cada ala y otra en el morro o nariz. En modelos de aviones antiguos o en los destinados a realizar acrobacia aérea, esa tercera rueda se encuentra situada en la cola. En el primer caso la configuración se denomina “triciclo” y mantiene todo el fuselaje del avión levantado al mismo nivel sobre el suelo cuando se encuentra en tierra. En los aviones que tienen la rueda atrás, llamada también “patín de cola”, el morro o nariz se mantiene siempre más levantado que la cola cuando el avión se encuentra en tierra En la mayoría de los aviones pequeños que desarrollan poca velocidad, el tren de aterrizaje es fijo. Sin embargo, en los más grandes y rápidos es retráctil, es decir, que se recoge y esconde completamente después del despegue, para que no ofrezca resistencia al aire al aumentar la velocidad de desplazamiento. Dos de los trenes de aterrizaje se esconden, generalmente, debajo de las alas y el delantero dentro del morro o nariz. Es tan grande la resistencia que puede ofrecer el tren de aterrizaje cuando el avión se encuentra ya en vuelo, que si no se recoge la fuerza que adquiere el viento al aumentar la velocidad puede arrancarlo del fuselaje.
Al igual que un vehículo terrestre cualquiera, el avión posee también frenos hidráulicos en los trenes de aterrizaje, que actúan sobre las ruedas y detienen el avión. Para ello, una vez que ha aterrizado y disminuido su impulso con la aplicación previa de los frenos de aire (spoilers), el piloto oprime con la punta de los pies la parte superior de dos pedales que se encuentran en el piso debajo del timón o la palanca, hasta detenerlo completamente.
5. Estabilizadores. Su construcción es muy similar a la usada en las alas, mediante el uso de largueros, costillas, larguerillos y revestimientos. Las cargas en los estabilizadores son soportadas y transmitidas de la misma manera que en un ala. Flexión, torsión y cortadura, creadas por las cargas aerodinámicas, pasan de un miembro estructural a otro. Cada miembro absorbe parte de la carga y transfiere el resto a los otros miembros. Al final, las cargas llegan a los largueros, que la transmiten a la estructura del fuselaje.
5.1 Estabilizador horizontal (H/STAB). El estabilizador horizontal contribuye en gran medida a la estabilidad longitudinal del avión. Generalmente se trata de una superficie aerodinámica simétrica, ya que debe tener posibilidad de generar cargas verticales. Algunos aviones van provistos de las colas en “T”. Son exactamente iguales que una cola convencional, excepto que el estabilizador está unido a la parte superior del vertical en lugar de estar unido a la parte lateral del fuselaje. Es un recurso para evitar el efecto del chorro de aire de la hélice y las sacudidas que el aire turbulento produce detrás de la onda de choque en la cola convencional.
5.2 Estabilizador vertical (V/STAB). El estabilizador vertical contribuye en gran medida a la estabilidad direccional del avión. Generalmente se trata de una superficie aerodinámica simétrica, ya que debe tener posibilidad de generar cargas horizontales. Al objeto de mejorar la estabilidad direccional sin tener que aumentar el tamaño del estabilizador vertical se suele añadir una aleta dorsal que no aumenta tanto la resistencia parásita como lo haría el hecho de agrandar el estabilizador.
6. Cola. En la mayoría de los aviones la cola posee una estructura estándar simple, formada por un estabilizador vertical y dos estabilizadores horizontales en forma de “T” invertida, de “T” normal o en forma de cruz, aunque también se pueden encontrar aviones con dos y con tres estabilizadores verticales, así como en forma de “V” con estabilizador vertical y sin éste.
Figura (9). Diferentes tipos de colas. (A) Estándar, (B) En forma de “T”, (C) En forma de cruz, (D) Cola con dos estabilizadores verticales, (E) Con tres estabilizadores verticales, (F) Tipo “V-Mariposa”.
7.1 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 .
Figura (10). Alerones y mando de control
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 ese 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.
Figura (11). Funcionamiento de los alerones
7.2 Timón de profundidad. El timón de profundidad proporciona al control longitudinal o cabeceo alrededor del eje lateral o transversal. Van instalados en la parte posterior del estabilizador horizontal y están conectados a la columna de mando para su movimiento hacia arriba y abajo. Son usados para mantener el avión en vuelo nivelado a las diferentes velocidades. Cuando se mueve hacia atrás la columna de mando el timón se levanta, disminuye así la sustentación en la cola, con lo que ésta baja y el morro sube.
7.3 Timón de dirección. El timón de dirección proporciona el control direccional del avión alrededor del eje vertical. El timón se acciona como respuesta a los movimientos del piloto sobre los pedales del timón de dirección en la cabina de mando. Si se empuja el pedal izquierdo, el timón de dirección gira a la izquierda y la fuerza producida por el estabilizador vertical origina que se desplace el morro del avión a la izquierda.
Figura (12). Timón de dirección y pedales de control
8.1 Flaps. Los flaps son dispositivos hipersustentadores, cuya función es la de aumentar la sustentación del avión cuando este vuela a velocidades inferiores a aquellas para las cuales se ha diseñado el ala. Situados en la parte interior trasera de las alas, se deflectan hacia abajo de forma simétrica (ambos a la vez), en uno o más ángulos, con lo cual cambian la curvatura del perfil 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 clasifican en cinco grandes grupos:
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 vez del borde de salida.
Figura (13). Distintos tipos de flaps
8.2 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.
Figura (14). Slats
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.
8.3 Spoilers o Aero frenos. 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.
Figura (15). Spoilers o Aero frenos
8.4 Compensadores. Sirven para mantener las superficies de mando de vuelo en posiciones específicamente desplazadas para compensar condiciones de inestabilidad continuada o momentánea (sobre todo por diferencia de peso o corrientes de aire). Consisten en una aleta auxiliar colocada de forma que pueda girar en el borde de salida de una superficie de control primario y se pueden mover originando una deflexión (giro) mayor de dicha superficie. Tipos de compensadores: 9 10 11 12
Trim-tab. Servo-tab. Balance-tab. Spring-tab.
Figura (16). Algunos Compensadores
Bibliografía. Anonimo. (n.d.). Retrieved Febrero 20, 2010, from Asi funciona: http://www.asifunciona.com/aviacion/af_avion/af_avion3.htm Anonimo. (n.d.). Análisis de procesos y mejora de métodos en el montaje de los estabilizadores de un avión. Retrieved Febrero 20, 2012, from http://io.us.es/pfc/JJCR/Introduccion%20PFC.pdf
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