Teoría de Vuelo para Pilotos de Planeador
Capítulo I EL AIRE EN QUE VOLAMOS
Todo aprendiz de conductor probablemente ha visto un camino antes de sentarse ante el volante de un automóvil. Por lo tanto tendrá alguna idea, aunque rudimentaria, de los elementos de l a conducción y de cómo se maneja un auto. El piloto de planeador, al comienzo de su instrucción de vuelo habrá visto, indudablemente, planeadores volando a través del aire, pero el hecho de que ese aire es invisible hace que todo el asunto de volar sea algo más bi en misterioso y mágico. Si por lo menos pudiéramos hacer visible el aire, mostrar su suave fluir alrededor de las alas y las superficies de cola del planeador, así como los pequeños remolinos que se forman en cada irregularidad de la superficie de la máquina, entonces los principios del vuelo serían un problema mucho más simple. Desgraciadamente no podemos -excepto en forma ocasional en un túnel de viento para experimentos especiales- hacer visible el aire para el estudiante pero podemos ayudarle a visualizar en su mente en forma e xacta lo que le está ocurriendo al aire y a su planeador en vuelo. En primer lugar, debemos comprender uno o dos hechos básicos respecto al aire en general. El aire es un gas (en realidad, una mezcla de gases) y, en consecuenci a, tiene todas las propiedades de los g ases. El aire tiene peso, un hecho que sorprende a algunas personas, pero que es una realidad indudable. A nivel del mar, en condiciones normales de atmósfera estándar el aire pesa 1,225 kilos por metro cúbico y hablamos de esto como de la densidad del aire a nivel del mar. Debido a su peso el gran manto de aire que rodea a la Tierra ejerce una presión so bre su superficie. Dado que el aire es un fluido, esta presión se trasmite en todas direcciones y no sentimos su efecto sobre nuestros cuerpos. Sin embargo, dicha presión es considerable y a nivel del mar es de aproximadamente un kilo por centímetro cuadrado. Esa es la presión que marca el barómetro que quizás cuelga de la pared de su vestíbulo, aunque a unque este instrumento seguramente indicará la presión en centímetros de mercurio o bien en milibares, en lugar de kilos por p or centímetro cuadrado. A medida que ascendemos a través de la atmósfera habrá menos aire presionando sobre nosotros y, como es de esperar, es perar, la presión barométrica del aire disminuirá. A 3000 metros es de sólo unos 690 gramos por centímetro cuadrado y a 6000 metros ha descendido a 460 gramos por centímetro cuadrado. Si usted vuela habitualmente en un planeador a mayores altura, no necesita leer más. Este descenso de la presión a medida que aumenta la altura nos proporciona un medio rápido de medir nuestra altura y, en realidad, el altímetro que se encuentra en todos los planeadores es un pequeño barómetro cuyos datos están dados en cientos o miles de metros o pies, en lugar de centímetros de mercurio o kilos por centímetro cuadrado. Como veremos más adelante, el altímetro debe ser usado inteligentemente ya que bajo ciertas circunstancias puede proporcionar una información falsa. Como todos los gases, el aire es compresible. Esto no nos afecta en cuanto a la velocidad a que vuelan nuestros planeadores y en ese sentido podemos olvidarlo, excepto en un aspecto. Es el que se refiere al hecho de que la densidad del aire es menor a medida que desciende la presión o, lo que es l o mismo, a medida que nos elevamos. Por ejemplo, a 3000 metros la densidad es de alrededor de 0.9 gramos por decímetro cúbico (litro), mientras que a 6000 metros es sólo de unos 0.65 gramos por decímetro cúbico (litro). El agua y muchos otros líquidos prácticamente no cambian su volumen cuando aumenta la presión, a diferencia de los gases, de tal manera que un litro de agua en el fondo del mar pesará casi exactamente lo mismo que un litro de la superficie, no obstante el hecho de que la presión en el fondo puede ser de varias toneladas por centímetro cuadrado. Este asunto de la densidad resulta de difícil comprensión para algunas personas, por lo que tal vez sea útil dar aquí una analogía. Imaginemos dos columnas de ladrillos, cada uno de los cuales mide 10 x 10 x 10 centímetros y pesa un kilo. Cada columna tiene 100 ladrillos de alto. La primera columna está hecha de ladrillos sóli dos, rígidos, incompresibles, mientras que la segunda está construida de ladrillos blan dos, esponjosos, como de goma, aunque también pesan un kilo cada uno. En la primera columna el ladrillo superior y el inferior pesan lo mismo y ocupan el mismo volumen, es decir, un decímetro cúbico, por lo que su densidad en ambos casos es de un kilo por decímetro cúbico, no obstante que la presión en el l adrillo superior es igual a cero (despreciamos la presión barométrica que se ejerce sobre éste) y la presión sobre el ladrillo inferior es de 99 ladrillos o 99 kilos sobre un decímetro cuadrado. Esto corresponde al caso del agua. En la columna de ladrillos esponjosos, sin embargo, los inferiores quedarán aplastados y el que está debajo de todo, más aplastado que ninguno. Imaginemos que queda reducido a la mitad de su altura original, es decir, a cinco centímetros. Su volumen es ahora de 10 x 10 x 5 centímetros y, aunque su peso es aun de un kilo, su densidad será de dos kilos por decímetro cúbico. La presión
sobre el mismo es de 99 kilos por decímetro cuadrado, exactamente como en la otra columna. El ladrillo esponjoso colocado en la parte superior no está comprimido, por lo que su volumen permanece inalterado y su d ensidad será de un kilo por decímetro cuadrado. Por lo que hemos explicado, la densidad de los ladrillos compresibles será mayor a medida que descendemos en la columna y menor a medida que ascendernos. Esto corresponde al caso del aire. El aire además posee una cualidad conocida como viscosidad por la que tiene una tendencia a adherirse a cualquier cosa que se mueve a través de él. Mucha g ente descubre en sus primeros años que la goma de pegar, la miel y la mermelada son fluidos muy pegajosos y viscosos, y les resulta sorprendente comprobar que el aire posee la l a misma cualidad. La viscosidad del aire es, por supuesto, infinitamente menor que la de la miel; en realidad es tan pequeña que en la vida vi da común no nos damos cuenta de ello, pero a la velocidad de vuelo de nuestros planeadores es apreciable. Todos los fluidos, tanto gases como líquidos, tienen alguna viscosidad, que puede ser muy pequeña, y en realidad podemos afirmar que si el aire no tuviera ninguna viscosidad, el vuelo en planeador, tal como lo conocemos, sería imposible. Por último, a medida que ascendemos en la atmósfera, la temperatura del aire disminuye. El régimen al cual l a temperatura disminuye en relación al incremento de la altura varía algo de un día a otro y puede incluso invertirse a cierta altitud. En ese caso decimos que tenemos una inversión de temperatura. Este asunto de la temperatura es, desde nuestro punto de vista de la teoría de vuelo, comparativamente sin importancia, pero de vital significación cuando consideramos la técnica del vuelo en térmica y en nube. Esto último está, sin embargo, fuera del objetivo de este libro por lo que lo dejaremos de lado. Una vez que hemos delineado algunas de las propiedades más importantes de nuestro nuevo elemento, el aire, podemos entrar en la discusión del movimiento de los cuerpos en el mismo. Aquí nos enfrentamos con nuestra primera dificultad. Mucha gente que aprende a volar en planeador conoce las leyes de la mecánica y del movimiento, y dicha gente podrá ver ligeramente el próximo capítulo. Para beneficio de aquellos que no cuentan con esa ventaja, analizaremos dichas leyes en la medida que ellas nos afectan. Capítulo II LAS LEYES DEL MOVIMIENTO
Sir Isaac Newton entró en la historia como el hombre que inventó la gravedad cuando una manzana le cayó en la cabeza. Además de esto, sin embargo, estudió muchas otras cosas, una de las cuales fue un gran trabajo de investigación sobre el comportamiento de los cuerpos en reposo y en movimiento. Finalmente, enunció tres leyes del movimiento y, desde q ue son leyes naturales no sujetas a modificación por el Parlamento, son tan verdaderas hoy día como cuando las enunció por primera vez. Como era un científico eminente las enunció en un lenguaje muy florido. Trataremos de examinarlas en términos más comunes. Son las siguientes: LEY I Un cuerpo permanece en reposo o continúa en movimiento a una velocidad constante en línea recta, a menos que una fuerza extraña actúe sobre él para cambiar su estado. LEY II LEY III
La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada. -
Para cada acción hay hay una reacción igual y opuesta.
Examinemos ahora los efectos de esta leyes. La Ley I no parece tener mucho sentido común para gran cantidad de gente y, efectivamente, no es muy simple. El estado de reposo o movimiento a velocidad constante en lí nea recta son estados de equilibrio y en esta situación todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo están exactamente equilibradas. Es claro que debe haber algunas fuerzas actuando sobre todo objeto desde que no podemos tener ningún cuerpo sin peso, y s u peso es una fuerza que actúa siempre directamente hacia el centro c entro de la Tierra. Por lo tanto, para que un cuerpo permanezca en reposo debe haber una fuerza hacia arriba igual a su peso. Esta fuerza puede ser proporcionada por el suelo, una mesa, un hilo si el cuerpo está colgando, o una silla -en este caso- si usted se encuentra sentado leyendo estas líneas. Esta fuerza debe hallarse presente a menos que el pes o del cuerpo no encuentre oposición, en cuyo caso se acelerará hacia la Tierra o, en términos más comunes, caerá. Hasta aquí estamos de acuerdo. No hay nada incomprensible, podrá decir usted. Pero aquí viene la segunda parte que generalmente causa una cantidad de dificultades. Un cuerpo que se desplace a una velocidad constante en línea recta también está en equilibrio y todas las fuerzas están exactamente equilibradas. Adviértase en particular que la velocidad deberá ser constante y el movimiento deberá tener lugar en línea recta. Esto significa que si un tren marcha a lo largo de una vía recta a 100 kilómetros por hora, la tracción de la locomotora equilibra exactamente la resistencia total, es decir, la fricción, la resistencia del viento, etc. En forma similar, una bolita que se mueve sobre una superficie nivelada, exenta de fricción y sin que haya resistencia del aire, rodará para siempre una vez que ha sido puesta en movimiento.
Todo esto a menudo no son más que pal abras para el no iniciado y lleva una o más horas de argumentación para convencer a una persona de que es la verdad. Aun mirado de esta manera tiene sentido. Para acelerar un cuerpo debe serle aplicada una fuerza no equilibrada. Nuestro tren no s e moverá hasta que el empuje de la locomotora supere la fricción de todo el tren mientras permanece detenido en la estación. est ación. Tan pronto como ese empuje -o tracción- supere la resistencia del tren, todo el tren comenzará a acelerarse. Sin embargo, tan pronto como estas dos fuerzas se equilibran, el tren deja de acelerarse y su velocidad permanece constante y, por l o demás, continuará a esta velocidad constante indefinidamente tanto tiempo como estas fuerzas se hallen en equilibrio. Tan pronto como el empuje comience a ser menor que la resistencia del tren, éste perderá velocidad hasta que ambas fueras se equilibren nuevamente o el tren se detenga. Entonces, ¿por qué no podemos acelerar un tren hasta una velocidad infinita? La respuesta es muy simple: cuanto más rápido vamos, mayor es la resistencia al av ance del tren, hasta que llegamos a un punto donde la resistencia es igual al máximo empuje de la locomotora. Entonces hemos llegado a la velocidad límite del tren y las fuerzas se encuentran equilibradas. En el caso de la bolita rodando sobre u na superficie a nivel y carente de fricción, sin resistencia del aire, no hay resistencia que equilibrar, por lo que no se requiere empuje. El peso de la bolita se encuentra equilib rado por la presión de la superficie, por lo que todas las fuerzas se hall an equilibradas y la bolita continuará rodando para siempre una vez que ha comenzado a hacerlo o, si la detenemos aplicando una fuerza con el dedo, permanecerá detenida. Por supuesto, tal estado de cosas no puede existir desde que no nos podemos librar completamente de la resistencia del aire sobre la Tierra ni podemos eliminar completamente la fricción. En la práctica, sin embargo, una vez que la bolita comienza a rodar, esta resistencia actúa sobre ella y, desde que no está equilibrada, provoca una desaceleración hasta que se detiene. Por lo tanto, ahora podemos ver que se requiere una fuerza no equilibrada para modificar la velocidad de un cuerpo. Sin embargo, hay algo más. Si la dirección del movimiento de un cuerpo se modifica, se requiere una fuerza para hacerlo cambiar de dirección, aunque el valor de la velocidad del mismo no se altere. Aquí es cuando lo relativo a "en línea recta" de la Ley 1 entra en juego. Si se conduce un auto a 65 kilómetros por hora y se toma una curva cerrada, la fricción de las gomas sobre el suelo es la que proporciona una fuerza interna hacia el centro del viraje, para cambiar la dirección del auto. Si esta fuerza es grande, los pasajeros encontrarán que l as puertas exteriores ejercen presión sobre ellos hacia el centro del viraje. Los pasajeros pueden sentirse empujados hacia afuera contra las puertas, pero esto se debe a que apreciar las cosas del punto de vista del auto y no de un observador situado en el camino. Si usted no puede creer que es la fricción de las gomas lo que provee esta fuerza hacia adentro, trate de hacer la misma maniobra sobre hielo o sobre un camino cubierto de aceite. Aquí la fricción será mucho menor y el auto probablemente no tomará la curva. Pero -dirá usted- esta fuerza aportada por la fricción no se halla equilibrada. Exactamente; no está equilibrada y, por lo tanto, produce una aceleración hacia el centro del viraje, a la cual denominamos aceleración centrípeta. El auto no está en equilibrio sino en movimiento acelerado. Por lo tanto, vemos que un cambio de dirección del movimiento es tanto una aceleración como un cambio del valor de la de velocidad y requiere una fuerza no equilibrada para producirlo justamente en el mismo sentido. La Ley I es la más importante de las tres y la que generalmente provoca más dificultades y argumentos, pero es vital que sea comprendida ya que sobre ella descansa la mayor parte de los secretos del vuelo. La Ley II es un corolario de la ley 1. La aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada y esto es exactamente lo que esperaríamos que ocurriera. El motor de un auto puede producir una fuerza de propulsión grande, de la que obtendremos una buena aceleración. De manera similar, en un viraje realmente escarpado en un planeador recibimos una gran fuerza en las asentaderas, porque se produce un rápido cambio de dirección, el cual ahora comprendemos es una aceleración. En este libro no entraremos en conceptos matemáticos, por lo que no trataremos de investigar más profundamente. La Ley III establece que para toda acción hay una reacción igual y opuesta. Nuevamente, esto tiene sentido. No podernos empujar un auto sin algo para empujarlo, aunque ello no sea mas que la presión de nuestros n uestros pies contra el suelo. La presión sobre nuestras manos es, claramente, la misma presión sobre el auto. En cualquier punto donde una fuerza actúa sobre un cuerpo puede advertirse que hay una reacción igual y opuesta en cualquier cosa que esté proporcionando la fuerza. Por lo tanto, en un viraje escarpado el planeador está aportando una gran fuerza sobre nuestras asentaderas para producir un cambio de dirección en nuestro cuerpo pero, al mismo tiempo nuestras asentaderas están produciendo una reacción igual y opuesta sobre el asiento del planeador. Es esta reacción lo que hace decir a algunas personas que se sienten aplastadas contra el asiento cuando en realidad están siendo empujadas desde abajo. Cuando hablamos de fuerzas que actúan sobre un cuerpo debemos tener cuidado de considerar todas las fuerzas. Algunas pueden equilibrar a otras o hacerlo sólo p arcialmente, y si todas las fuerzas se equilibran e xactamente, tenemos el estado de equilibrio (reposo o movimiento constante en línea recta), que indica la Ley I. Si todas las fuerzas no están equilibradas, la fuerza neta no equilibrada es la que produce la aceleración.
Capítulo III
RESISTENCIA, SUSTENTACIÓN, PERFIL ALAR
No hace falta mucha inteligencia para advertir que si desplazamos un objeto a través del aire, habrá alguna resistencia actuando sobre el objeto en dirección opuesta a la del desplazamiento. Llamamos a esto resistencia (que se representa con la letra D por venir del inglés Drag ). De la misma manera, si hacemos volar un planeador en línea recta a velocidad constante deberemos disponer las cosas como para que en el planeador haya fuerzas que se opongan y equilibren exactamente esta resistencia y también el peso del planeador. El peso del planeador es mucho mayor que la resistencia - 15 o 20 veces más-, por lo cual resulta claro que lo que necesitamos para soportar la máquina en el aire es algún elemento ele mento que produzca una gran fuerza para equilibrar el peso del planeador y que, a su vez, ofrezca una pequeña resistencia al avance. Este algo es el ala y, con mucho, el más importante elemento del planeador. Los investigadores de las oscuras épocas de los primeros vuelos imaginaron que una superficie plana que se desplazara a través del aire a un pequeño ángulo podría servir como ala. Estaban en lo cierto, pero pronto descubrieron que podían disponer de alas más eficientes y mejores dando curvatura a estas superficies, en lugar de hacerlas planas. pl anas. Estas superficies curvas, denominadas perfiles alares, producían un efecto de sustentación mucho mayor con una resistencia mucho menor.
Figura 1
Ahora permítasenos considerar las alas en abstracto y no como parte de un planeador. En la figura 1 el dibujo rayado representa un perfil alar el cual es, justamente, otro nombre que se aplica a la forma de un ala cuando se examina a través de un corte transversal. La línea AB representa la cuerda, la cual es simplemente la línea determinada por un borde recto colocado contra el perfil. La línea punteada i ndica la dirección desde la cual se aproxima el aire a nuestro perfil y el ángulo entre la cuerda AB y la flecha se denomina (alfa) o ángulo de ataque. Esto es importante y, por favor, adviértase desde el principio que este ángulo no tiene nada que ver con la dirección horizontal, vertical o cual quier otra. Es, pura y simplemente, el ángulo con que la cuerda alar ataca el aire. El efecto del aire sobre nuestro perfil es e l de una fuerza sobre el mismo a la que denominamos fuerza resultante en alguna dirección, como se representa por la f lecha R. Desde que no conocemos la ex acta dirección de R, es mucho más m ás conveniente dividirla en dos fuerzas, una de ellas paralela y la otra perpendicular a la dirección del aire (nuestra línea punteada). Denominamos a la primera fuerza resistencia (D) y se indica mediante la flecha D, mientras que a la segunda l a denominamos sustentación y está representada por la flecha L (L proviene de lift , sustentación en inglés). Ahora podemos olvidamos de R y trabajar con sus dos componentes: L y D. Las definiciones anteriores son tan importantes que las repetiremos aquí: Sustentación es Sustentación es la fuerza que se desarrolla en ángulo recto respecto de la dirección de ataque del aire (que es igual y contraria a la dirección de la trayectoria del al a en el aire). Resistencia es Resistencia es la fuerza paralela a dicha dirección de ataque del aire. Ángulo de ataque es ataque es el determinado por la cuerda alar y el desplazamiento del aire.
Debe advertirse que la figura 1 ha sido dibujada deliberadamente inclinada para evitar cualquier confusión con respecto a la horizontal o la vertical. Por supuesto, hay muchas formas diferentes de perfiles que tienen nombre propio, y las características de muchos cientos de ellos han sido investigadas muy cuidadosamente. Algunos son muy gruesos y presentan una gran curvatura. Son los que proporcionan, por lo general, una gran sustentación pero al mismo tiempo ofrecen gran resistencia, lo que los hace algo ineficientes a altas velocidades, aunque son excelentes a bajas velocidades. Otros son muy pl anos y pueden presentar una superficie inferior convexa. Estos presentan poca resistencia y aunque pierden algo de sustentación dan a una máquina buenas velocidades desde que pueden volar rápido sin que la resistencia se incremente mayormente. No podemos hacer nada con respecto a los perfiles alares de nuestros planeadores. Los mismos fueron establecidos y construidos por los diseñadores. Sin embargo, resulta interesante dar un vistazo al hangar de cualquier club de planeadores y advertir los perfiles alares de las máquinas, para tratar de visualizar cuál fue el pensamiento del diseñador cuando decidió emplear un perfil determinado. Las máquinas de entrenamiento presentan un perfil de un espesor generoso, con buenos alabeos, para proporcionar una performance razonable y un vuelo limpio. Los planeadores con montantes como el Specht tienen perfiles gruesos y mayor curvatura. Aquí el diseñador ha buscado en primer lugar máxima sustentación y buenas cualidades de vuelo a vela, características que sólo pueden lograrse a velocidades razonablemente bajas. Por sobre estas velocidades la resistencia se hará excesiva y se verá afectado el ángulo de planeo. Los planeadores de alta performance tienen también perfiles gruesos, pero esto se debe en parte a la necesidad de disponer en el ala de un larguero resistente, desde que por lo general estas máquinas no tienen montantes. Estos perfiles alares, sin embargo, tienen muy pequeña curvatura y son planos o casi planos en su cara inferior, con lo que proporcionan una baja resistencia a alta velocidad al precio de sacrificar alguna sustentación a baja velocidad. Estas máquinas pueden volar rápido casi con la misma eficiencia que lo pueden hacer a baja velocidad. Pueden desarrollar una alta velocidad. En los últimos años ha invadido el mundo volovelista un nuevo tipo de perfil alar y en la actualidad es casi universal en las máquinas de alta performance. Es el denominado perfil laminar. Por supuesto, hay muchas variedades de perfil laminar, pero todas tienen la misma característica: la parte más gruesa del ala está situada considerablemente desplazada hacia atrás. El efecto de este hecho es el de producir un perfil que presenta una excepcional baja resistencia cuando se vuela a pequeños ángulos de ataque. Cuando el aire fluye sobre una superficie puede hacerlo en una de dos formas. Primero, el flujo puede ser laminar, es decir, cada porción de aire puede deslizarse suavemente sobre la porción que está debajo, de tal manera que el aire que se encuentra en contacto con la superficie estará en reposo. La viscosidad es lo que hace que el aire se adhiera a la superficie. En segundo lugar, el flujo puede ser turbulento. En este caso la viscosidad hace nuevamente que el aire se adhiera a la superficie y sea arrastrado a lo largo, pero las sucesivas capas de aire superiores no fluyen suavemente una sobre otra, sino que tienden a formar una serie de pequeños remolinos o vórtices, que se desplazan a lo largo de la superficie. A corta distancia de la superficie el aire se desplaza nuevamente con suavidad y esta capa de pequeños remolinos forma algo así como un sándwich entre la corriente de aire principal y la superficie del ala. Los expertos en aerodinámica la denominan capa límite. Si el flujo en la capa límite es turbulento se desperdicia mucha energía en la formación de los remolinos y esto origina una resistencia extra. El aire generalmente fluye en forma laminar sobre un ala hasta el punto donde es más gruesa, pero allí tiende a volverse turbulento en la capa límite. Esta es la razón por la cual se encuentra tan atrás el punto más grueso de un ala laminar. Puede advertirse también que las curvas de una sección de un ala laminar son muy suaves. Estas características tienden a mantener el flujo laminar sobre una gran porción del ala. Típicos ejemplos de máquinas con alas de perfil laminar son los veleros de alta performance de plástico (como l os Cirrus, Nimbus, ASW, DG, etc.). En este mundo nunca conseguimos algo por nada y, por supuesto, estos perfiles laminares tienen sus problemas. El principal es el de que cualquier cosa que eche a perder la forma del perfil tienen un efecto muy malo en su performance. La lluvia en las alas es suficiente para echar a perder la eficiencia del perfil en gran proporción, y el hielo reducirá la performance de un planeador de alta eficiencia haciéndola similar a la de una máquina de entrenamiento de tercer orden. Imaginemos que la figura 1 representa un pequeño modelo de un perfil alar situado en un túnel de vi ento. Lo que queremos saber es cómo varían las fuerzas de sustentación (L) y resistencia (D) en diferentes circunstancias y cuáles son los factores que las afectan. En primer lugar, ambas son afectadas por la densidad del aire. Cuanto mayor sea la densidad, mayores serán la resistencia y la sustentación. Esto parece sumamente natural y obvio. No podemos hacer nada con respecto a la densidad del aire, por lo que nos olvidaremos de ella por el momento advirtiendo, simplemente, que si tratamos de hacer un remolque por torno en la cima del Everest encontraremos que nuestro p laneador carece casi de sustentación. En segundo lugar encontramos que ambas, resistencia y sustentación, son afectadas por la velocidad del aire. Si todo se mantiene constante y la velocidad del aire varía, encontramos que la resistencia y la sustentación varían casi exactamente
en razón del cuadrado de la velocidad. Por ejemplo, si duplicamos la velocidad, la resistencia y la sustentación se multiplican por cuatro. En tercer término, sustentación y resistencia aumentan a medida que aumenta la superficie de nuestro modelo. Sin embargo, en un planeador la superficie del ala no varía. No podemos hacer nada al respecto y es algo que concierne al diseñador de la máquina y no al pi loto.
Figura 2
En cuarto lugar -y el más importante- sustentación y resistencia son afectadas por el ángulo de ataque, aunque no precisamente de la misma manera. Veamos primero la sustentación. La figura 2 muestra lo que le pasa a la sustentación si variamos el ángulo de ataque manteniendo todo lo demás constante. Resulta sorprendente advertir que hay alguna sustentación cuando el ángulo de ataque es igual a Oº. Esto se debe al hecho de que nuestro perfil alar es ligeramente combado y la línea central de la sección, con su curvatura, presenta un pequeño pero positivo ángulo de ataque. Si nuestra sección fuera simétrica en sus superficies superior e inferior, no habría sustentación cuando = O. Normalmente este tipo de secciones se utilizan en las superficies de cola. Además, adviértase que a medida que se incrementa, lo mismo ocurre con la sustentación en una proporción más o menos directa. Esta situación no se mantiene indefinidamente: por lo general, cuando llega a más o menos 15º la sustentación no se incrementa más y cualquier aumento posterior de da como resultado una sustentación menor. Este punto es el de pérdida de sustentación del perfil y el ángulo al cual tiene lugar se denomina ángulo de pérdida. Resulta curioso comprobar que todos los perfiles alares entran en p érdida más o menos al mismo ángulo y si partimos de la base de que dicha pérdida tiene lugar a unos 15º o 16º, no tendrá importancia cuál es el perfil que estamos utilizando.
Figura 3
Este fenómeno de la pérdida es muy importante y lo investigaremos luego más profundamente. Mientras tanto, veamos qué pasa con la resistencia cuando variamos el ángulo de ataque si mantenemos todo lo demás constante. La figura 3 muestra que la resistencia se comporta mas o menos como esperamos que lo haga. Está en su punto menor cuando vale alrededor de Oº, o en algunos perfiles alares quizás 2º; a medida que aumenta la resistencia se incrementa, pero más rápidamente. Cuando llegamos a la pérdida la resistencia comienza a aumentar más rápidamente aun.
Figura 4
Con respecto a la pérdida comprenderemos su mecanismo si nos damos cuenta exactamente de qué le ocurre al aire cuando un perfil alar entra en pérdida. El comportamiento de la sustentación se vuelve más comprensible. La figura 4 es un diagrama de un perfil alar que vuela a un pequeño ángulo de ataque, sin estar en pérdida. El aire fluye ordenadamente por encima y por debajo y en la parte inferior se forma una zona de alta presión, mientras arriba hall amos un región de baja presión. Si lo preferimos podemos verlo de la siguiente manera. En la parte inferior el aire es obligado a cambiar de dirección hacia abajo por la superficie inferior del perfil. Este cambio de dirección requiere una fuerza y la reacción del aire sobre el perfil proporciona parte de la sustentación. En la superficie superior las cosas son un poco más complicadas. Aquí el aire tiene que deslizarse sobre una curva pronunciada y nuevamente se requiere una fuerza para hacer que el aire cambie de dirección. Esta fuerza es proporcionada por el hecho de que hay una reducción de presión en la superficie superior del perfil comparada con la presión atmosférica o estática. Esta reducción de la presión (o succión, si se prefiere) es más importante que el aumento de la presión en la parte inferior del perfil y en condiciones normales contribuye con la mayor parte de la sustentación.
Figura 5
En la figura 5 el perfil alar está volando a un ángulo de ataque mayor que el de pérdida. Está en pérdida. Adviértase que la superficie inferior está cumpliendo -más o menos- con su función, pero el aire no puede dar la vuelta a la esquina sobre la superficie superior y se disgrega en una serie de pequeños remolinos. La parte superior no trabaja y la sustentación disminuye en forma pronunciada. La turbulenta masa de pequeños remolinos crea además un considerable incremento de la resistencia. Esta que hemos dado es una simplificación extrema, pero constituye una forma correcta de ver las cosa s.
Hay otra cosa importante que considerar respecto a estas f uerzas de sustentación y resistencia. Nos referimos al punt o del perfil alar en que dichas fuerzas actúan. Llamamos a este punto centro de presión. Si hiciéramos un control para determinar dónde reside este centro de presión hallaríamos que el mismo se desplaza a medida que cambia el ángulo de ataque. A ángulos de ataque comunes el centro de presión se halla ubicado a un cuarto o 25% de la longitud de la cuerda, partiendo del borde de ataque del perfil alar. A pequeños ángulos está más hacia atrás; a Oº tal vez a mitad de camino. A medida que incrementamos el ángulo de ataque el centro de presión se mueve hacia adelante hasta que, justamente antes de la pérdida comienza a desplazarse hacia atrás nuevamente. Este movimiento del centro de presión es más bien algo enojoso como veremos luego, cuando hablemos de estabilidad y control. Se han hecho infinitos esfuerzos, con mayor o menor éxito, para diseñar un perfil alar con un centro de presión estacionario. Desgraciadamente lo que se gana por un lado se pierde por el otro y todas estas tentativas dan como resultado un aumento en materia de resistencia o una dis minución de la sustentación. En nuestros planeadores queremos eficiencia en el vuelo y estos inconvenientes resultan muy caros. Por lo tanto, aceptamos esta dificu ltad de un centro de presión desplazable y la solucionamos instalando superficies de cola para controlar sus movimientos erráticos.
Capítulo IV
EL ALA EN EL PLANEADOR
VUELO NIVELADO (equilibrio) Ahora permítasenos volver nuestra atención a un planeador completo. El instructor de v uelo nos habrá mostrado los tres controles básicos del planeador y cómo operan, de tal manera que no necesitamos entrar aquí en grandes detalles, pero hay uno o dos términos que usaremos, los cuales requiere una pequeña explicación. Los pedales controlan el movimiento de la máquina hacia los costados. Si presionamos el pedal derecho la nariz del planeador se dirige a la derecho y v iceversa. Los alerones controlan el movimiento de la máquina sobre su eje longitudinal, el cual se denomina rolido. Si llevamos la palanca hacia la derecha la máquina rola hacia la derecha. El timón de profundidad controla el ascenso o descenso de la máquina. Llevamos la palanca hacia adelante y l a máquina pica, es decir, baja la nariz. Un planeador rota sobre su eje vertical. Efectúa un rolido sobre su eje longitudinal y pica o cabrea sobre su eje trasversal. Estos ejes deben ser considerados como tres líneas imaginarias que se encuentran a ángulos rectos entre sí y que pasan a través del centro de gravedad de nuestro velero, donde se balancearían si la máquina se apoyara en un punto. Hablamos, por supuesto, de un planeador completo, con su pi loto.
Figura 6
En primer lugar tomemos una situación ideal. La figura 6 muestra un planeador que vuela a su ángulo óptimo de planeo. El peso W actúa verticalmente hacia abajo, a través del centro de gravedad; la sustentación L actúa a ángulos rectos con respecto al desplazamiento del aire o trayectoria de vuelo, y la resistencia D actúa en forma paralela al sentido del vuelo. Adviértase, por favor, que desde que en un planeador no podemos mantener indefinidamente un desplazamiento horizontal nivelado, el vuelo debe tener cierto ángulo de caída. Llamamos a este ángulo mínimo, ángulo óptimo de planeo. Esto significa que la sustentación no se ejerce verticalmente hacia arriba y que la resistencia no es en sentido horizontal. El planeador vuela a una velocidad constante en línea recta por lo cual todas las fuerzas que actúan sobre el mismo deben estar exactamente equilibradas en todas direcciones. No deberá haber ningún desequilibrio, en ninguna dirección. Esto nos lleva a la desagradable conclusión de que la sustentación es ligeramente menor que el peso, debido a que la resistencia está actuando ligeramente hacia arriba. En la práctica es una diferencia tan pequeña que la podemos despreciar y considerar que sustentación es igual a peso, pero d ebemos reconsiderar esto cuando se trata de situaciones de vuelo distintas a la de mejor ángulo de planeo. Hay otra condición que debe ser satisfecha si el planeador ha de permanecer en equilibrio. Es la de que todas las fuerzas actuando al mismo tiempo no deben producir un momento de cabeceo que tienda a hacer elevar o bajar la nariz. En la figura 6 las fuerzas han sido cuidadosamente dibujadas de tal manera que todas ellas se encuentran en un punto y no hay momento de cabeceo. Esto es engañoso y por eso hemos hablado de una situación ideal. Si la sustentación actúa por delante del CG la nariz tenderá a subir y viceversa. Esta situación ideal raramente se logra en la práctica, y si no se logra debemos procurar una fuerza que equilibre la situación -hacia arriba o hacia abajo- la cual debe ser provista por las superficies de cola. Vale la pena tratar de llegar lo más cerca posible del ideal porque la provisión de una fuerza de equilibrio en la cola involucra alguna resistencia extra y toda resistencia es algo que debernos tratar de evitar. Sin embargo, desde que el Centro de gravedad del planeador variará con los distintos pilotos, y el centro de presión -el lugar donde actúa la sustentación- también se mueve, resulta claro que no es fácil asegurar que pueda lograrse una situación ideal. Desde un punto de vista práctico es preferible que la sustentación se halle ligeramente por detrás del centro de gravedad, ya que un planeador con tendencia a bajar la nariz es mucho más seguro que otro que tienda a ca brear y entrar en pérdida a la menor oportunidad. Ahora se advierte que en el vuelo recto común lo que deseamos del ala es una sustentación aproximadamente igual al peso del planeador. Ya hemos hablado de todo aquello que afecta la sustentación de un ala. La únicas dos cosas sobre las cuales tenemos algún control son la velocidad y el ángulo de ataque. Pero la sustentación que necesitamos en el vuelo recto es constante. Por lo tanto, si la velocidad aumenta y la sustentación tiende a i ncrementarse, es necesario disminuir el ángulo de ataque para mantener la sustentación constante. De manera similar, si disminuimos la velocidad el ángulo de ataque debe incrementarse. El piloto del planeador muy a menudo no sabe nada sobre ángulos de ataque. Simplemente ubica la nariz de la máquina en la posición correcta con su timón de profundidad para lograr la velocidad que desea. Sin embargo, está seleccionando un ángulo de ataque con su timón de profundidad. Luego, el planeador adopta una velo cidad correspondiente a un ángulo de ataque. Hemos visto antes que un perfil alar determinado siempre entra en pérdida a un determinado ángulo de ataque. Ahora, desde que hay una velocidad para cada ángulo de ataque en vuelo recto y nivelado, hay una velocidad a la cual el ángulo de ataque ha llegado al ángulo de pérdida. Esto es lo que se l lama velocidad de pérdida y es la velocidad mínima a que puede volar un planeador. A velocidad menor el ala no está en condiciones de producir suficiente sustentación para equilibrar el peso y el planeador comenzará a caer. Adviértase que si se reduce el peso -por ejemplo, instalando un piloto más liviano-, el ángulo de pérdida tendrá lugar a una velocidad menor que la anterior y la velocidad de pérdida es menor. Con un piloto más pesado la velocidad de pérdida es más elevada. Esta variación en el peso no es muy grande en la mayoría de los planeadores (excepto en el caso de lastre de agua); sin embargo puede ser apreciable en el caso de un biplaza, el cual puede ser volado con dos personas o con una sola. No obstante, tendemos a considerar la velocidad de pérdida de un planeador en particular como una velocidad fij a. Esto depende del tipo de planeador, por supuesto, desde que el diseñador puede haberse decidido por un ala muy grande en relación al peso total, es decir, por una baja carga alar. En este caso, debido al ala muy grande llegaremos al ángulo de pérdida a una velocidad muy baja porque hemos visto anteriormente que la sustentación también depende de la superficie alar. Si tenemos un ala pequeña y una gran carga alar, entraremos en pérdida a una velocidad alta por la misma razón. Adviértase, por ejemplo, que en un avión de bombardeo pesadamente cargado su velocidad de pérdida cuando despega puede ser muy diferente de su velocidad de pérdida cuando aterriza, después de haber lanzado unas toneladas de bombas y consumido todo su combustible. Lo que debemos recordar es que el perfil alar o el ala entrarán en pérdida cuando el ángulo de ataque exceda el ángulo de pérdida, generalmente alrededor de los 15º, y adviértase nuevamente que este ángulo no tiene nada que ver con la posición hacia arriba, hacia abajo, horizontal o vertical. Para un determinado planeador este ángulo se alcanza en vuelo recto y nivelado a la velocidad de pérdida ordinaria.
VUELO ACELERADO No hay por qué alarmarse ante este título. Hemos estado considerando el planeador en vuelo recto y nivelado. En una palabra, un planeador en equilibrio. Vuelo acelerado significa, simplemente, un vuelo en el cual la velocidad o la dirección del vuelo, o ambas cosas, están cambiando. Solamente eso. Incluye todas las situaciones de vuelo tales como virajes, picadas, aceleraciones y la mayoría de las maniobras acrobáticas. Dejaremos aparte lo relativo a acrobacia por el momento, pero cuando usted comience a volar en viraje en térmicas advertirá que una buena parte de su vida en el aire transcurre en vuelo acelerado. Tal vez el estado de vuelo en el cual el valor de la velocidad cambia es el más simple, por lo que permítasenos tratar de este caso en primer lugar. Mucha gente que no sabe nada de vuelo a vela mira un planeador y exclama: ¿Pero qué es lo que lo hace moverse? No se dan cuenta de que el planeador no es más que un trineo aéreo y mucha gente puede ver por qué funciona un trineo que se desliza sobre la nieve. Si usted no puede verlo le sugerimos que tome un curso de trineo en lugar de uno de vuelo. Pero ocurre que es tan grande la eficiencia de los actuales diseñadores de planeadores que resulta casi imposible ver que estas máquinas se encuentran realmente volando en una ligera pendiente. Veamos nuevamente la figura 6 e imaginemos que el piloto del planeador baja levemente la nariz de su máquina. El efecto de esta acción es que las fuerzas de sustentación y resistencia rotan muy ligeramente en sentido contrario al movimiento de las agujas del reloj. W permanece sin modificar, de tal manera que el resultado siguiente es que hay una pequeña fuerza sin equilibrar en alguna dirección, aproximadamente en el sentido del vuelo. Debido a las leyes del movimiento esta fuerza produce una aceleración y entonces la máquina aumenta la velocidad. Continuará aumentando su velocidad hasta que las fuerzas se encuentren en equilibrio nuevamente, y esto tiene lugar cuando la resistencia se incrementa suficientemente. Luego, la máquina se encuentra otra vez en equilibrio volando a una velocidad mayor y a un ángulo de planeo más pronunciado. Exactamente lo contrario tiene lugar si se elev a apenas la nariz. En estos cambios tiene lugar una pequeña variación en el valor de la sustentación desde que la componente vertical de ambos -sustentación y resistenciadeben equilibrar W, y también tiene lugar un pequeño cambio en el ángulo de ataque, debido al cambio de la velocidad. No tenemos motor en nuestro aparato, por lo que los cambios de velocidad llevan cierto tiempo, excepto durante la acrobacia. Los cambios de dirección son otra historia. Si un planeador está picando a una alta velocidad y sale de la picada para entrar en vuelo nivelado, resulta claro que ha tenido lugar un cambio de dirección del v uelo. De acuerdo a lo que hemos aprendido sobre las leyes del movimiento, se requiere una fuerza no equilibrada en dirección al centro de la curva que describe el planeador. La única forma de obtener esta fuerza es mediante el incremento de la sustentación del ala. Todo lo que hace el piloto es llevar atrás la palanca y elevar la nariz del planeador. Esto tiene el efecto de incrementar el ángulo de ataque con lo que inmediatamente la sustentación se hace mucho mayor. Ahora la sustentación está haci endo dos cosas. Aun se está oponiendo y equilibrando el peso del planeador aunque la resistencia l e está ayudando en esta tarea, pero al mismo tiempo la sustentación está proporcionando la fuerza hacia el centro de la curva que describe el planeador. La sustentación en esta etapa del vuelo es mucho mayor que el peso del planeador. Cuánto mayor será ha de depender de la velocidad del p laneador y de lo brusco del movimiento de palanca atrás. Los planeadores pueden soportar en esta situación una carga mayor que la que pueden aguantar sus pilotos y como una guía grosera podemos afirmar que muchos pilotos perderán el sentido cuando la sustentación llegue a 4 o 5 veces el peso del velero. Adviértase que, no obstante que la velocidad del planeador es elevada, el ángulo de ataque es muy grande desde que estamos requiriendo una gran cantidad de sustentación del ala. Si se exige demasiada sustentación del ala, el ángulo de ataque puede llegar al ángulo de pérdida y el ala entrará en pérdida. Aquí puede ayudamos un ejemplo. Tomemos un planeador que entre en pérdida en vuelo normal a 70 Km. por hora. A 140 Km. por hora, si el ángulo de ataque se incrementa hasta llegar al ángulo de pérdida, la sustentación será de: 1402 / 702 , es decir, 22 o sea cuatro veces lo que era cuando e ntraba en pérdida a 70 Km. por hora, porque la sustentación varía con el cuadrado de la velocidad. Un planeador volando en un viraje constante es en algún sentido distinto. Como antes, requiere una fuerza dirigida hacia dentro del círculo en el cual está volando, pero en este caso el círculo es horizontal, mientras que en el caso de la salida de la picada el círculo era vertical. Si tomamos una curva con un auto, esta fuerza hacia dentro es suplida por la fricción de las gomas sobre el camino. Aun en el caso de un bote, la fuerza interna puede ser suplida por la presión del agua en los costados, porque el bote está sabiamente diseñado para of recer la menor resistencia cuando se mueve hacia adela nte, pero una gran resistencia al ser desplazado de costado. Esta idea lleva a algunos a imaginar que un planeador puede virar simplemente moviendo los pedales. Si se intenta hacerlo el planeador girará hacia un lado, pero desde que la única fuerza interna que actúa sobre él es la causada por el fuselaje contra el aire, virará muy lentamente. La resistencia es enorme, como puede esperarse y el resultado -si se trata de un planeador- es una gran pérdida de altura o de velocidad, o de ambas.
Como hemos visto anteriormente, la única fuerza sobre la cual tenemos algún control directo es la sust entación, a la que obligamos a hacer el trabajo por nosotros, inclinando el planeador.
Figura 7
La figura 7 es un diagrama de la situación en un viraje mediano. W es el peso del planeador, que por lo general actúa verticalmente hacia abajo. L es la sustentación de las alas y, como puede verse, está haciendo dos tareas. Para simplificar esto, hemos dividido la sustentación en dos partes L 1 y L2. L1 está equilibrando el peso del planeador, mientras que L 2 está proporcionando la fuerza interna -o centrípeta- para hacer que el planeador cambie de dirección en forma continua. Las fuerzas no se equilibran horizontalmente porque el planeador está en aceleración (cambio de dirección). Adviértase en particular que la sustentación es mayor que el peso del planeador. Estamos requiriendo más sustentación del ala que la que produciría normalmente a la velocidad a que está volando y la obtenemos llevando atrás la palanca e incrementando el ángulo de ataque. Si exageramos esta operación y requerimos demasiada sustentación el ángulo de ataque puede llegar a igualar el ángulo de pérdida y el planeador entrará en pérdida. Si el planeador está volando lentamente -y por esta razón a un ángulo de ataque pronunciado-, cuando el piloto decide realizar un viraje escarpado, antes de que se incremente mucho el ángulo de ataque habrá llegado al ángulo de pérdida. Esta es la razón por la cual el instructor indica: No intente hacer virajes escarpados a baja velocidad, y por qué la velocidad de pérdida se incrementa más cuanto más escarpado el viraje. EL EFECTO DE LA VELOCIDAD En la primera parte de este capítulo, cuando estábamos discutiendo el vuelo nivelado, vimos que un planeador puede volar a distintas velocidades. La velocidad menor a que puede volar es la velocidad de pérdida. La más alta, teóricamente, es su velocidad terminal en una picada vertical, pero en la práctica pocas máquinas son diseñadas para soportar este maltrato y las máximas velocidades a las cuales puede volar un planeador son determinadas por los diseñadores e indicadas en la
cabina. Lo que queremos investigar ahora es el efecto de volar un planeador a distintas velocidades.
Figura 8
La figura 8 es más o menos una reproducción de la figura 6, con el agregado de algunos detalles. El planeador está en vuelo recto constante y se encuentra descendiendo en una línea que diremos forma un ángulo θ (theta) con el horizonte. Sabemos por nuestras discusiones sobre perfil alar que L y D son realmente dos partes de la fuerza resultante R y que si agregamos L y D juntos, teniendo en cuenta sus direcciones, por supuesto, obtenemos R, la cual equilibra W (el peso), desde que el planeador está en equilibrio. Este agregado es lo que hemos hecho gráficamente y la recta LR es, simplemente, nuestro vieja amiga D, ubicada al final de L. Ahora podemos ver un factor interesante. Desde que L está en ángulo recto respecto a la línea de vuelo y R está en ángulo recto respecto al horizonte, el ángulo entre L y R es el mismo que el que hay entre la línea de vuelo y el horizonte, ángulo al que hemos decidido llamar θ. Por lo tanto, la relación L/D es la cotangente de θ, para aquellos a quienes gusta la trigonometría. Para quienes no les gusta podemos decir que si el ángulo θ es 1 en 10, entonces la sustentación es 10 veces la resistencia. Si e es 1 en 17, entonces l a sustentación es 17 veces la resistencia, y así sucesivamente. Ahora se advierte que el ángulo de planeo de nuestro planeador simplemente depende de la relación L/D. Si hacemos L/D más grande, digamos 25, entonces el ángulo de planeo es de 1 en 25, es decir, nuestro planeador volará hacia adelante 25 metros por cada metro de altura que pierde. Esta relación L/D dependerá del perfil alar particular que el diseñador ha establecido para nuestro planeador, pero dependerá también del ángulo de ataque al cual está volando el ala. Si obtenemos la curva de sustentación y la curva de resistencia (figuras 2 y 3) de este perfil particular y dividimos la sustentación a cualquier ángulo de ataque por la resistencia a ese ángulo, y repetimos el proceso para todos los ángulos de ataque, habremos obtenido una curva L/D como se muestra en la figura 9. Para obtener un resultado exacto tenemos que considerar la sustentación de todo el planeador: ala, cola, fuselaje, etc., y la resistencia total cuando se compila esta curva.
Figura 9
Lo primero que advertirnos de esta curva es que hay sólo un ángulo de ataque -en este caso alrededor de los 4º- en que obtenemos nuestra máxima relación L/D. En este punto el valor de L/D es de alrededor de 25, por lo que obtendremos una relación de planeo de 1 en 25. Si α es mayor o menor que este valor, entonces nuestro L/D disminuye y nuestro ángulo de planeo empeora. Por ejemplo, para α = 10º, L/D = 20, desde que el ángulo de planeo es de 1 en 20 y también para: α
= 2,5º , L/D = 20, y el ángulo de planeo es 1 en 20.
En el planeador no hay forma de indicar al piloto cuál es el ángulo de ataque en un momento particular, pero ahora sabemos que si la máquina está en equilibrio, cada ángulo de ataque corresponde a cierta velocidad (supuesto que el peso del planeador es constante). El piloto ha obtenido un instrumento para saber cuál es su velocidad -el velocímetro-, así que en lugar de pensar en términos de ángulo de ataque podemos pensar en términos de velocidad del aire. Sin embargo, hay una velocidad a la cual el ángulo de planeo es máximo y sólo una. Más ligero o más despacio que esta velocidad, el ángulo de planeo se hace más pronunciado. ¿Cuál es el efecto de un cambio de peso del planeador? Un piloto más pesado significará que hará falta más sustentación para equilibrar el peso. Si las características del perfil y la máquina permanecen inalteradas la mejor relación L/D tendrá lugar al mismo ángulo de ataque, pero desde que se requiere más sustentación, este ángulo de ataque corresponderá ahora a una velocidad ligeramente más elevada. Vemos entonces que el mejor ángulo de planeo es el mismo, sólo que se logra a una velocidad del aire ligeramente mayor que en el caso anterior. Con un piloto más liviano ocurre lo inverso. Cuando el diseñador crea una máquina de gran penetración o con una alta velocidad, debe esforzarse por elegir un perfil alar y una configuración para su máquina que hagan que la curva de la misma sea lo más plana posible en su parte superior y que no descienda repentinamente. Esto significa que hay una variedad de ángulos de ataque en los cuales el ángulo de planeo está muy cerca del mejor. C onsecuentemente, el piloto dispone de una amplia gama de velocidades a las cuales puede volar sin tener que recurrir a un ángulo de ataque que no es el óptimo. Hay otra velocidad importante para cada planeador: la de mínima caída. Esta es la velocidad a la cual la potencia requerida para impulsar un planeador es mínima. Pero se supone que un planeador no tiene una planta de poder. Sí, la tiene. Está utilizando energía durante todo momento; energía aportada por el hecho de que desciende en la dirección en que actúa el peso. Los físicos llaman a esto energía potencial y la energía potencial de un planeador se acaba cuando aterriza. Posee una buena cantidad de energía potencial a 1 500 metros de altura y el doble cuando l lega a los 3000. La potencia que utiliza el planeador es el régimen de descenso a través del aire. Cuando la potencia es mínima, la caída es mínima. El planeador aun utiliza energía cuando trepa en una térmica, pero en este caso la energía está siendo aportada por la fuerza ascendente del aire en el cual vuela el planeador, por lo que éste tiene una ganancia neta de energía y por esa razón trepa. Observando la curva de resistencia (Fig. 3) podernos ceder a la tentación de decir que la resistencia es mínima en algún punto cuando α = 0º a 2º. No obstante, aquí la potencia debe ser mínima. Esto es sólo la mitad de la historia porque la potencia es el producto de la resistencia por la velocidad. Cuando α = 0º la velocidad es elevada; cuando α = 15º
(velocidad de pérdida), la velocidad es mínima, pero la resistencia muy grande. En algún lugar e ntre estos dos extremos, resistencia por velocidad es mínima y esa es la velocidad de vuelo para mínimo descenso. En este libro estamos evitando deliberadamente emplear fórmulas matemáticas tanto como sea posible, por lo que debemos terminar las consideraciones sobre este tema advirtiendo que en muchos planeadores la velocidad de mínimo descenso es algo menor que la velocidad de óptimo planeo. El piloto ha obtenido una indi cación directa de su descenso a través de sucesivos ensayos. Sin embargo, vale la pena hacer notar que un incremento del peso significa un incremento de la velocidad de mínimo descenso y viceversa.
Capítulo V
CONTROL Y ESTABILIDAD EFECTOS PRIMARIOS DE LOS CONTROLES No tiene importancia diseñar y construir el m ás eficiente y hermoso planeador a menos que demos al piloto un medio satisfactorio de controlar su vuelo. Si no se logra esto el aparato se convierte en una trampa mortal. No hace falta aclarar que ningún avión ni planeador puede obtener su certificado de aeronavegabilidad sino luego de que se han ll evado a cabo las más exhaustivas pruebas para asegurar que su sistema de control es satisfactorio en todo sentido. Todo aparato aéreo se desplaza en tres direcciones, por lo que debe estar equipado con tres controles. Hemos tocado este tema en el último capítulo cuando definimos los ejes transversal, longitudinal o de rolido y vertical o de guiñada pero ahora debemos investigarlos más profundamente. Tomaremos en primer lugar el plano sobre el cual se pica o cabrea la máquina, es decir, el eje transversal, desde que es el más simple de los tres. Sobre el borde posterior del estabilizador horizontal de un planeador hallamos una superficie movible denominada elevador. La misma se encuentra conectada a la palanca ubicada en la cabina por medio de cables o, en ocasiones, mediante barras, de tal manera que moviendo la palanca hacia atrás el elevador pivota hacia arriba, con lo que baja la cola del planeador y se eleva la nariz. En consecuencia, la velocidad disminuye. En forma similar, el movimiento de la palanca hacia adelante hace bajar la nariz del p laneador e incrementa la velocidad. Hasta aquí vamos bien, pero para que el elevador pueda trabajar debe haber sobre el mismo una razonable corriente de aire. A altas velocidades el control del elevador de algunos planeadores se toma mucho más sensible que lo usual y un alumno, cuando hace su primer remolque por avión puede encontrar que su planeador tiene una sensibilidad extrema en el control de su elevador. Esto se debe a que tiene que ser remolcado a una velocidad considerablemente mayor que la velocidad normal de vuelo del planeador. En el otro extremo de la escala, a medida que la velocidad disminuye hasta cerca de la de pérdida, el piloto advertirá que el elevador está cada vez más flojo y, en definitiva, si entra en pérdida comprobará que la máquina no obedece a su elevador si trata de mantener la nariz arriba. A pesar de todos sus esfuerzos bajará la nariz para ganar más velocidad. Volveremos sobre este punto luego, cuando hagamos referencia a la pérdida y al tirabuzón. El timón de dirección es una superficie movible co nectada al borde posterior del empenaje vertical fijo. El piloto lo opera con los pies, mediante pedales y cables, de tal manera que cuando el pie izquierdo empuja hacia a delante el pedal correspondiente, el timón de dirección pivota hacia la izquierda, hace desplazar la cola hacia la derecha y, por lo tanto, la nariz se mueve hacia la izquierda. Cuando se presiona con el pie derecho tiene lugar l a operación contraria. El control del timón de dirección se ve afectado por los mismos problemas que los elevadores desde el punto de vista del cambio de velocidad: es hipersensible a altas velocidades y se vuelve flojo cuando entramos en pérdida, pero si está correctamente diseñado siempre será efectivo, aun cuando la máquina esté en pérdida. Por lo tanto, en la pérdida el piloto puede tener que utilizar todo el recorrido del pedal para hacer girar la máquina. En tierra, durante el despegue o el aterrizaje, si el piloto necesita corregir la tendencia del planeador a salirse de la línea recta, seguramente tendrá que hacer amplios movimientos con los pedales debido a su baja ve locidad. El control en el eje del rolido se logra mediante los alerones. Estos son porciones del borde posterior de las alas que se encuentran abisagradas y conectadas a la palanca de tal manera que al moverla hacia la izquierda el alerón izquierdo pivota hacia arriba y el derecho hacia abajo. El resultado neto es un incremento de la su stentación en la punta del ala derecha y una disminución en la izquierda, de tal manera que el planeador roía hacia l a izquierda. Si movemos la palanca hacia la derecha ocurre lo contrario. Realmente, es con los alerones que comenzamos a meternos en problemas. Por supuesto, son tanto más efectivos cuanto más rápido volamos, pero si lo hacemos lentamente se vuelven muy flojos y en la pérdida se niegan del todo a trabajar para hacer rolar la máquina. En casos excepcionales incluso pueden h acer rolar la máquina en dirección contraria cuando se usan violentamente en la pérdida. La razón de esto no es muy obvia, pero puede advertirse si consideramos lo que le ocurre a las puntas de las alas cuando el planeador entra en pérdida. Si bajamos un alerón incrementamos -en efecto- la curvatura del perfil en la punta del ala, con lo que aumenta su ángulo de ataque efectivo. Esto da como resultado un incremento de la sustentación y una disminución similar en la punta de la otra ala cuando el alerón se mueve hacia arriba, pero esto sólo ocurre si el ángulo de ataque es menor que el ángulo de pérdida. Si
el planeador entra en pérdida sabemos que un incremento del ángulo no da como resultado un incremento de l a sustentación sino más bien una disminución, de tal manera que los alerones pueden hacer rolar la máquina en sentido erróneo. Cerca de la velocidad de pérdida -digamos 3 kilómetros por hora antes-, el planeador se encontrará volando muy cerca del ángulo de ataque de pérdida y s i observamos la curva de sustentación (Fig. 2) es obvio que un pequeño incremento o disminución del ángulo de ataque de l as puntas de las alas sólo tiene un ligero efecto en la sustentación, a lo cual se debe la falta de efectividad de los alerones cuando nos aproximamos a la pérdida. Para llevar al mínimo estos efectos algunas alas de planeadores tienen cierto alabeo en las puntas. El alabeo significa que el ala está diseñada con una ligera torsión, de tal manera que el ángulo de ataque es menor en las puntas q ue en la sección central del ala. Por este medio el diseñador logra que la sección central del ala se encuentre en pérdida antes que las puntas, de tal manera que los alerones aun serán efectivos cuando el planeador entra en pérdida. La efectividad de este dispositivo varía según las distintas máquinas y en las mejores es sólo un paliativo; la enfermedad aun está allí. EFECTOS SECUNDARIOS DE LOS CONTROLES El uso del elevador en un planeador no tiene efecto sobre la máquina en el eje de rolido ni sobre el eje de guiñada. Hace que la máquina pique o cabree, y nada mas. Sin embargo, cuando usamos los alerones o los pedales durante el vuelo encontramos que cada uno de ellos tiene un efecto en el plano del otro. Esto se conoce como efecto secundario. Tomemos en primer lugar los alerones. Imaginemos un planeador en vuelo recto al que el piloto decide inclinar hacia la izquierda. Mueve su palanca hacia la izquierda, el alerón izquierdo se eleva y el derecho baja. Esto da como resultado un incremento de la sustentación en la punta del ala derecha y una disminución de la sust entación en la izquierda, de tal manera que la máquina rola hacia la izquierda. Pero esto es sólo la mitad de la historia. Cuando bajamos el alerón derecho hemos incrementado, en efecto, el ángulo de ataque y ahora sabemos que un incremento del ángulo de ataque signific a un incremento de la resistencia. Lo contrario ocurre en la punta del ala izquierda y allí habrá una disminución de la resistencia. El resultado de estas resistencias diferentes en las puntas de las alas es que la máquina rota hacia la derecha. Esto es muy molesto porque la rotación tiene lugar en dirección equivocada. Si comenzamos un viraje hacia la izquierda e inclinamos la máquina en ese sentido, no deseamos que l a nariz de nuestro planeador gire hacia la derecha. La cura para esto -si es que podemos llamarle cura- es prevenir que la nariz rote mediante el uso de los pedales, en es te caso hacia la izquierda.Por lo tanto, en resumen, al provocar un rolido tenemos como resultado una rotación en sentido opuesto. Este efecto secundario de los alerones se llama resistencia de los alerones. Se torna cada vez peor cuanto más despacio v olamos, principalmente porque a bajas velocidades se requiere mayor movimiento de los alerones para hacer rolar el planeador. Se llega al peor momento en la pérdida cuando el efecto primario de los alerones (el que provoca el rolido del planeador) se encuentra reducido al mínimo y para hacer las cosas más penosas, el timón de dirección se enc uentra en el momento más débil. Investigaremos esta situación en forma más detallada cuando examinemos el tirabuzón. Ahora veamos el timón de dirección. Si cuando se encuentra volando en línea recta el piloto de un planeador presiona el pedal derecho, el timón de dirección hará que l a nariz de la máquina gire hacia la derecha pero, al ocurrir esto la punta del ala izquierda sufrirá una aceleración y la punta del ala derecha una desaceleración. El resultado de esto es un incremento de la sustentación en la punta del al a izquierda y una disminución en la derecha, provocando una tendencia a rolar hacia la derecha. Por lo tanto, mientras el efecto primario del timón de dirección es producir una guiñada, el efecto secundario da como resultado una tendencia a rolar en la misma dirección. Este efecto de rolido en cualquier circunstanci a actúa en la dirección correcta, que es lo más que se puede pedir, de tal manera que en general el efecto secundario del timón de dirección no constituye un problema. Después de todo, si aplicamos pedal izquierdo no es un mal efecto que la máquina trate de inclinarse también hacia la izquierda. La cuestión es que en la pérdida el efecto secundario se hace muy intenso y el uso del timón de dirección puede dar lugar al comienzo de un tirabuzón. La razón de esto es que durante o cerca de la pérdida la sustentación en las puntas de las alas está muy alterada por cambios de velocidad comparativamente pequeños. Discutiremos nuevamente este problema con mayor detalle cuando examinemos el tirabuzón. Estos dos efectos secundarios de los alerones y timón de dirección son mucho más pronunciado en nuestros planeadores que en un avión a motor. La razón principal es que los planeadores generalmente tienen una gran envergadura en relación a la superficie alar; en una palabra, un gran alargamiento. El alargamiento se define como la relación envergadura / cuerda o, en el caso de las alas ahusadas, en las cuales la cuerda varía, (envergadura) 2 / superficie alar. Si tenemos una gran envergadura resulta claro que cualquier diferencia de resistencia en los alerones tendrá un efecto y una guiñada mucho mayor que si la envergadura fuera pequeña. En forma similar, si hacemos rotar el planeador con el timón de dirección, la aceleración y desaceleración de las puntas de las alas es mucho mayor en una máquina de gran envergadura que en una de alas pequeñas. ¿Qué puede hacer el diseñador respecto a estos efectos secundarios? Como hemos visto, respecto del timón de dirección no vale la pena hacer nada, desde q ue el efecto de rolido en este caso no es algo perjudicial. Si el timón de dirección es bastante grande y fuerte como para trabajar razonablemente bien en la pérdida, nos dará un medio de controlar el rolido de nuestro planeador cuando en ese momento los alerones son virtualmente inútiles. Sin embargo, esta distinta resistencia de los alerones es una molestia y el diseñador inteligente hace todo lo que puede para reducirla al mínimo.
Figura 10
Un método muy común que se emplea en muchos planeadores es el de los alerones dif erenciales. Por medio de este hábil dispositivo en los controles, el alerón que se eleva lo hace en mucha mayor medida que el que desciende. Este sistema indudablemente ayuda, pero no constituye una cura completa. Otro método que es muy popular en aviones co n motor es el uso de los alerones Frise. En este caso los alerones tienen su abisagramiento desplazado hacia atrás y presentan un borde afilado en la parte inferior. El resultado es el que se indica en la figura 10. Cuando el alerón baja el borde afilado es protegido por la zona posterior del ala. Tiene lugar el habitual incremento de resistencia, por supuesto, pero en el otro lado el alerón que se eleva baja el borde afilado sobrepasando el ala y provoca una resistencia extra. Mediante un diseño cuidadosamente planeado esta resistencia extra puede regularse para que equilibre, aproximadamente, la resistencia en el alerón que desciende. Ahora podemos advertir la objeción que presenta este dispositivo para los planeadores: significa resistencia adicional y la resistencia es una de las cosas que debemos mantener a un mínimo si nuestro planeador ha de ser eficiente. A pesar de ello en algunos planeadores se encuentran modificaciones del principio del alerón Frise. Ahora podemos ver claramente por qué en vuelo normal utilizamos l os alerones y el timón de dirección conjuntamente. Tomemos, por ejemplo, un planeador que ejecuta un viraje a la derecha. El piloto mueve la palanca h acia la derecha y aplica la necesaria inclinación, pero al mismo tiempo d ebe aplicar timón de dirección para evitar que la nariz del planeador gire hacia la izquierda, debido al efecto secundario de los alerones. Cuando ha obtenido el ángulo de inclinación necesario y la máquina ha comenzado a virar, la punta del ala exterior estará desplazándose más rápido que la interior y, en consecuencia, producirá más sustentación. Para mantener constante la inclinación -que es la base de un buen viraje-, el piloto debe centrar los alerones y aun puede tener que aplicar palanca ligeramente hacia el otro lado para prevenir un incremento de la inclinación. Las resistencias de l as puntas de las alas son aproximadamente iguales, por lo que el timón de dirección también debe centrarse. Esta última afirmación no es absolutamente exacta desde que la resistencia de la punta del ala exterior puede ser ligeramente mayor que la interior debido a su mayor velocidad. Por otro lado, al dar contraalerón, es decir, al llevar la palanca haci a el lado opuesto del viraje podemos estar incrementando la resistencia de la punta del ala interior para compensar esta situación. No es posible ser dogmático a este respecto dado que los planeadores varían en esta materia. Lo fu ndamental es que el timón se centra -o casi se lleva a esa posición- en un viraje constante desde que, como hemos visto al principio, es la fuerza de sustentación y no el timón de dirección lo que obliga al planeador a desplazarse en círculo. Cuando el piloto quiere retomar el vuelo recto nivela las alas mediante un movimiento de palanca hacia la izquierda y, nuevamente, debe usar timón de dirección izquierdo para compensar el efecto de rotación producido por los alerones. Durante el viraje, por supuesto, el piloto debe utilizar el elevador para mantener la nariz en la misma posición relativa respecto al horizonte. El piloto que ha aprendido a realizar virajes en f orma satisfactoria sabe que lo hace como lo hemos explic ado pero puede que tenga una vaga idea de por qué lo hace así. Con todo lo dicho creemos haberle proporcionado algunas ideas sobre las cuales pensar. Un último punto sobre el tema de los controles. Un planeador que sea realmente agradable de vo lar no sólo debe responder al movimiento de los controles con rapidez sino que debe exigir un esfuerzo razonable para ello y, más importante aun, el esfuerzo requerido para operar los tres controles debe ser similar. Cuando se cumplen estas condiciones decimos que los controles están bien armonizados. Sabemos que algunos tipos de planeadores son más fáciles de volar que otros y la falla por lo general reside en el hecho de que uno de los controles es mucho menos efectivo o parece necesitar mucho más esfuerzo para ser operado que los otros. CONTROLES AUXILIARES El piloto de un planeador tiene una o dos palancas para hacer su tarea más simple (o más complicada, si usted lo prefiere). Seguramente dispondrá de un compensador. Se trata de una pequeña palanca, generalmente montada en un costado de la cabina, mediante cuyo uso el piloto puede hacer que la maquina vuele sola a cualquier velocidad. Esto constituye una gran ventaja cuando se realizan largos vu elos ya que el piloto puede evitarse parte de la fatiga que implica controlar continuamente la máquina y es de gran ayuda cu ando se vuela a ciegas. El compensador además permite a pilotos de distintos pesos compensar los efectos de ligeras diferencias de posición del centro de gravedad. Sin un compensador el piloto pesado por lo general encontrará que debe aplicar una pequeña presión hacia atrás en la palanca para mantener la velocidad de óptimo planeo. Esto es debido al peso extra del piloto, lo cual da como resultado que el centro de gravedad se halle ligeramente desplazado hacia adelante, más de lo normal, con lo que e l planeador adopta una tendencia a bajar la nariz. Estamos hablando, por supuesto, de un planeador común en el cual el piloto se sienta bien
adelante en la cabina. Si la configuración del planeador es tal que el piloto se sienta detrás del centro de gravedad de l a máquina, entonces el peso extra de un piloto producirá un efecto inverso, pero esto no es muy común. La palanca del compensador actúa mediante cables sobre una pequeña superficie rectangular ubicada en la parte posterior del elevador, moviéndola hacia arriba o hacia abajo. Muchas personas se sienten desconcertadas por el hecho de que el compensador parece actuar al revés. Es decir, para bajar la nariz del planeador empujamos la palanca hacia adelante y el compensador se mueve hacia arriba y viceversa. A primera vista podría suponerse que llevando hacia arriba el compensador se haría bajar la cola y levantar en lugar de bajar la nariz. En realidad, el compensador no hace bajar la cola sino que actúa solamente sobre el elevador. Esto tiene el mismo efecto que llevar la palanca hacia adelante y bajar el elevador. Algunos viejos planeadores no tienen compensador y en otros puede hallarse una forma de este dispositivo consistente en nada más que un resorte o pedazo de cuerda elástica fijada a la palanca o al cable del elevador, cuya tensión puede ser ajustada en vuelo. Si bien este sistema trabaja adecuadamente, tiene el inconveniente de que interfiere de alguna manera con la sensibilidad del control del elevador. Con el verdadero compensador el piloto puede apreciar el efecto del aire sobre la superficie del elevador, mientras que de esta otra manera esa diferencia de sensación puede hallarse oculta por la presión del resorte. Una pequeñez, tal vez, pero sólo se consiguen controles realmente buenos prestando atención a una serie de pequeños detalles. Otro control auxiliar que seguramente encontraremos en algunos altoveleros es una palanca ubicada a la izquierda de la cabina, parecida al acelerador de un avión. Esta corresponde a los spoilers o frenos y se ubica en el mismo lugar del acelerador de un avión porque sus funciones son similares. Trabaja en el mismo sentido, es decir, cuando la palanca se lleva adelante los spoilers o los frenos se encuentran cerrados, lo cual corresponde a dar motor; palanca atrás significa spoilers o frenos abiertos, es decir, cortar motor. Los spoilers no deben confundirse con los frenos, aunque su acción es muy similar y dado que los spoilers son mas simples los consideraremos primero. Los spoilers son delgadas tiras de alrededor de un metro de largo y unos 7 centímetros de ancho. Están ubicados en la parte superior del ala, aproximadamente a la altura del mayor es pesor de la sección. Cuando se hallan cerrados permanecen a nivel con la superficie del ala pero como están abisagrados en el borde delantero al presionar la palanca se levantan más o menos en forma perpendicular a la superficie del ala. Generalmente hay un spoiler en cada ala, dispuestos bien alejados del alerón, hacia el fuselaje, pero lo bastante distanciados de éste como para que su acción no interfiera con los planos de cola. Los spoilers fueron creados, en primer lugar, porque a medida que los diseñadores producían mejores planeadores, encontraban que era más y más difícil aterrizar con seguridad o hacer una aproximación justa. Un buen ángulo de planeo significa que un pequeño error de apreciación en el aterrizaje da como resultado el quedarse corto o irse largo y esto convierte el aterrizaje en un pequeño campo en algo muy difícil. Lo que querían los pilotos era algún dispositivo mediante el cual se pudiera disminuir el ángulo de planeo sin incrementar la velocidad y mediante l os spoilers se conseguía exactamente esa finalidad. Cuando se levanta el spoiler éste destruye el flujo del aire sobre la parte superior del ala en la porción de la envergadura ocupada por el mismo. La sustentación sobre esta parte del ala es destruida (de aquí el nombre inglés: spoil = echar a perder, arruinar) y para mantener la sustentación total igual al peso, debe incrementarse el ángulo de ataque. Los spoilers producen un aumento considerable de la resistencia y el efecto neto es una disminución de la relación L/D o, lo que es lo mismo, se obtiene una trayectoria con más pendiente (es decir, una disminución de la relación de planeo). El piloto puede ajustar su ángulo de descenso co n facilidad y el aterrizaje de precisión se transforma en algo relativamente simple. Sin embargo, a medida que más y más pilotos comenzaron a volar en nube se advirtió la necesidad de disponer de algo mejor. Los spoilers proveen resistencia extra por lo que su efecto no es muy pronunciado a altas velocidades, y una de las dificultades del vuelo en nube es la de que, si el planeador baja la nariz inadvertidamente, puede llegarse a una velocidad muy alta en un momento. Lo que los pilotos querían ahora era una forma de producir una gran resistencia de tal manera que, no importa qué hiciera el planeador, no se pudiera exceder la velocidad límite de seguridad cuando el elemento que producía la resistencia estuviera en acción. Veremos cuál fue la respuesta a esta exigencia. FRENOS AERODINÁMICOS Hay varios tipos de frenos pero el efecto de todos ellos es similar. Básicamente consisten en superficies planas similares a los spoilers, operadas en forma similar por una palanca. Cuando estas superficies se encuentran cerradas están ocultas o permanecen a nivel con la superficie del ala. Sin embargo, en el caso de los frenos por l o general se dispone de una placa arriba y otra debajo del ala, las cuales no se hallan abisagradas en su borde delantero sino que salen en forma perpendicular a la corriente de aire, bien separadas de las alas. El efecto a baja velocidad es muy similar al de los spoilers, pero los frenos generalmente producen un efecto mayor. A altas velocidades los frenos dan lugar a un gran incremento de la resistencia. Es este incremento lo que evita que el planeador exceda su máxima velocidad permitida. Los spoilers cuando se abren tienden a hacer que baje la nariz del aparato. Los frenos, desde que operan encima y debajo de las alas, generalmente producen una pequeña variación o ninguna en la posición del aparato. Algunos tipos de freno, sin embargo, tienden a abrirse por la succión durante el vuelo y en estos casos el control debe incluir algún tipo de traba cuando aquellos se hallan cerrados. Spoilers y frenos no deben confundirse con flaps. Los flaps también se utilizan en algunos planeadores, aunque son casi
universales en los aviones. Los flaps, aunque aumentan la resistencia, también incrementan la sustentación y permiten a la
máquina volar más lentamente. Spoilers y frenos disminuyen la sustentación, mientras aumentan la resistencia y, por lo tanto, nuestro planeador tendrá una velocidad de pérdida mayor cuando aquellos estén en uso. Mucha gente no se da cuenta cabal de esta circunstancia y esta es , probablemente, la razón de algunos aterrizajes bruscos. Los frenos -y también los spoilers- cuando se encuentran parcialmente sacados tienen otra propiedad valiosa. Cuando se utilizan para disminuir la velocidad en momentos en que el piloto se encuentra en dificultades temporarias dentro de una nube, generalmente producen un marcado incremento en la estabilidad transversal. Esto significa que el planeador volverá al vuelo nivelado si se lo deja librado a sí mismo. ESTABILIDAD Cuando decimos que algo es estable queremos significar que si su posición se modifica tenderá a volver a su estado original. La mejor analogía para esto, que ha sido usada muchas veces en otros libros, es la que darnos a continuación. En la figura 11 a) vemos una bolita en equilibrio en la parte superior de una superficie curva. Si le imprimimos un pequeño movimiento rodará fuera de la superficie, no importa cuán suave haya sido el impulso. La bolita es inestable porque cualquier perturbación destruye su estabilidad. En la figura 11 b) la bolita descansa en una superficie plana y en este caso un pequeño impulso simplemente hará que se mueva y quede en reposo otra vez en una posición distinta. No tratará de desplazarse mucho ni de volver a su posic ión original. Llamamos a esto estabilidad neutra. Pero en la figura 11 c) la bolita descansa en el fondo de un pocillo y si la empujamos volverá a su posición original. Llamamos a esto estabilidad positiva. La bolita seguramente se desplazará hacia atrás y adelante varias veces antes de detenerse, pero esto no afecta el hecho de que trata de volver a su estado original.
Figura 11
La estabilidad positiva, o sea la capacidad de volver sin ninguna ayuda a una determinada situación de vuelo cuando se produce una perturbación, es una cualidad muy útil en u n planeador. Un planeador inestable puede constituir una amenaza porque ello significa que si la nariz de la máquina cae por alguna razón, puede entrar en picada cada vez más rápido a menos que el piloto entre en acción con el control del elevador. Un planeador con estabilidad neutra es admisible, ya que esto significa que si el aparato es perturbado en su vuelo, continuará en el nuevo estado sin realizar ningún intento de corregirse a sí mismo, pero tampoco sin mostrar tendencia a empeorar la perturbación. Es decir, si la nariz del planeador baja por alguna razón, permanecerá en esa actitud. Un planeador positivamente estable, sin embargo, tratará de volver por su propia cuenta al estado de vuelo en que se encontraba. El vuelo a ciegas en nube se hace mucho más simple si el planeador tiene una buena estabilidad positiva desde que el piloto puede, en gran medida, permitir que la máquina vuele sola. Como todas las cosas, no se puede tener mucho de algo bueno y, como veremos, una excesiva estabilidad puede echar a perder otros aspectos buenos del diseño de un planeador. Cuando nos referimos a los controles vimos que podíamos examinar los efectos del control del elevador separadamente, mientras que los efectos de alerones y timón de dirección se encontraban ligados entre sí. Exactamente lo mismo ocurre en lo relativo a la estabilidad. Una aeronave puede ser estable en cuanto a picar o cabrear, e inestable en cuanto a rolido, pero estable en guiñada, o puede tener alguna combinación de los tres. En la práctica no hay planeadores inestables porque nunca obtendrían el certificado de aeronavegabilidad, pero su estabilidad alrededor de uno de los tres ejes puede ser muy pequeña o aun neutra. Podemos considerar la estabilidad respecto al eje transversal en forma se parada; por lo tanto, vamos a referirnos a ella en primer lugar. Cuando investigamos las propiedades de los perfiles alares advertimos que el centro de presión -el punto
donde se considera que actúa la sustentación- se desplaza bajo ciertas circunstancias. A ángulos de ataque comunes, es decir, los que corresponden al planeo normal, el centro de presión (CP) estará ubicado aproximadamente a un tercio de la cuerda, hacia atrás, a partir del borde de ataque d el ala, el lugar, en realidad, donde el diseñador inteligente ha colocado el larguero principal que va desde la punta has ta el nacimiento o raíz del ala. Pero supóngase que, mientras nos hallamos planeando serenamente, algo produce una ligera elevación de la nariz de la máquina. El ángulo de ataque se incrementa, la sustentación crece y el planeador sufre una aceleración hacia arriba; pero esto no es todo. A medida que el ángulo de ataque aumenta, el centro de presión se desplaza hacia adelante ligeramente, de tal manera que si el planeador estaba en equilibrio antes de que la nariz se elevara, el pequeño movimiento hacia adelante del centro de presión y la fuerza de sustentación harán que la nariz tienda a elevarse aun más. Justamente lo contrario tiene lugar si algo hace que la nariz descienda. Por lo tanto, un ala por sí misma es inestable con relación al eje transversal y para hacerla estable debemos utilizar otros medios. El más fácil consiste en disponer las superficies de cola al final de un fuselaje razonablemente largo. Veamos nuevamente por un momento la figura 8. Desde que L, D y W están en equilibrio y todas ellas se encuentran en un punto, el planeador está en equilibrio y permanecerá en ese estado tanto tiempo como no haya n ada que lo perturbe. Pero, como hemos dicho antes, esta es una situación ideal y raramente tiene lugar en la práctica. Por lo general, la sustentación L y el peso W no tienen el mismo punto de aplicación y si así ocurre, entonces la sustentación debería estar o bien delante o bien detrás del peso W. Supóngase que la sustentación actúa delante del peso. Entonces el planeador tendrá tendencia a elevar la nariz y si queremos mantener el equilibrio deberemos disponer las cosa de tal manera como para que haya un empuje hacia arriba en la cola para lograr el equilibrio. En forma similar, si la sustentación está ubicada detrás del peso necesitaremos un empuje hacia abajo en la c ola para equilibrar el planeador.
Figura 12
La figura 12 muestra estos dos casos. Ahora, en ambas sit uaciones el planeador puede estar en equilibrio siempre que este empuje sobre la cola sea el exactamente requerido, pero esto solo no asegura que la máquina sea estable en el eje transversal. Recuérdese que para la estabilidad el planeador debe retornar o, en cualquier circunstancia, tratar de retornar, al estado de vuelo en que se encontraba antes de ser modificado. Sabemos que si se in crementa el ángulo de ataque el centro de presión se desplazará hacia adelante (hasta la pérdida, cuando vuelve atrás nuevamente) y esto tiende a elevar la nariz e incrementar el ángulo de ataque aun más. Sin embargo, si el cambio en la presión de la cola debido al incremento del ángulo de ataque contrapesa esta tendencia, el planeador tratará de bajar su nariz otra vez hacia su posición original. En el caso de la figura 12 a) esto puede significar un incremento de la presión hacia arriba en la cola y en el caso b) una disminución de la presión hacia abajo o bien una presión hacia arriba. Como ejemplo, supongamos que un planeador está volando en equilibrio con sus alas a un ángulo de ataque de 6º y su cola a 2º. Esto significa que hay una presión hacia arriba en la cola. Una ráfaga incrementa momentáneamente el ángulo de ataque en 2º. El ángulo de ataque del ala es ahora de 8º y hay un incremento de la sustentación de 8/6, o 1,3 de su valor anterior. El ángulo de ataque de la cola, sin embargo, se ha incrementado de 2º a 4º, es decir, su presión hacia arriba es doble. Esto produce una fuerte tendencia a bajar la nariz, lo que hace volver el ángulo de ataque de las alas al valor original de 6º. En el caso de algunas perturbaciones que hagan disminuir el ángulo de ataque haciendo bajar la nariz, la presión en la cola se alterará en sentido contrario. Los factores que puede emplear el diseñador para obtener el grado exacto de estabilidad que desea son: la superficie del empenaje horizontal, su distancia respecto al centro de gravedad, su perfil alar y el ángulo a que está dispuesto respecto al fuselaje. Con relación a este último punto lo que i nteresa al diseñador es el ángulo de ataque real, el cual no será el ángulo a que parece estar ubicado, ya que la superficie de cola trabaja en una corriente
descendente detrás del ala. Para ser exactos, el ángulo de ataque del plano de cola sólo afecta la precisión del vuelo pero no la estabilidad.
Figura 13
Un planeador estable respecto al eje transversal puede, e n realidad, comportarse en una de las siguientes cuatro formas. Puede volver rápida y suavemente a su actitud primitiva; no se encuentra a menudo en la práctica, pero es una deliciosa cualidad. Algunos planeadores se aproximan a este ideal c uando se vuelan con los frenos afuera. Esto se muestra en la figura 13 a). El resultado más común cuando se produce una perturbación respecto al plano transversal es que el planeador se excede en la corrección (exactamente como usted lo hacía en los primeros vuelos) pero después de unas pocas oscilaciones, reasume el planeo normal (fig. 13 b). Puede que comience a oscilar hacia arriba y abajo y continúe haciéndolo; las oscilaciones no aumentarán ni disminuirán (fig. 13 c). Finalmente, como se indica en la figura 13 d), las oscilaciones pueden aumentar hasta que el planeador cabree en forma empinada y entre en pérdida. En este último caso decimos que el planeador es dinámicamente inestable, aunque estáticamente es estable porque trata de efectuar la corrección. Todo lo dicho, por supuesto, supone que el piloto no hace nada para corregir el vuelo del planeador sino que lo abandona a su suerte. Hemos supuesto que el centro de gravedad del planeador permanece fijo en un lugar. En la práctica puede variar ligeramente según el peso de cada piloto, y el movimiento del centro de gravedad tiene un gran efecto en la estabilidad con respecto al eje transversal. Cuando se desea obtener el certificado de aeronavegabilidad de un planeador deben hacerse varios ensayos para encontrar las distintas posiciones del centro de gravedad donde estabilidad y equilibrio resultan satisfactorios y esta gama de posiciones del centro de gravedad se especifica en el documento respectivo. Puede ser lamentable para un piloto volar un planeador con una carga que exceda los límites impuestos por el centro de gravedad. Para evitar consecuencias lamentables cada planeador tiene en su cabina una indicación que establece los pesos máximo y mínimo del piloto, cuándo puede llevarse l astre y bajo qué circunstancias. Un planeador es más eficiente si puede ser dispuesto para que a su velocidad de mínimo descenso o a la de su óptimo planeo (generalmente son distintas pero muy próximas), la presión en el plano de cola sea mínima, desde que toda carga en la cola implica una pequeña resistencia. Lo mejor de todo, por supuesto, es la situación ideal en la que no hace falta carga alguna en la cola. Si usted compra un planeador lo mejor será que ubique la e xacta posición del centro de gravedad con usted a bordo y, si esto no coincide con la posición del centro de presión a las velocidades indicadas, equilíbrelo mediante un pequeño lastre cuidadosamente ubicado. Algunos fabricantes especifican la posición ideal del centro de gravedad, lo cual le evitará una cantidad de cálculos. Hay unos pocos planeadores que tienen lo que se conoce como elevadores de péndulo . En este sistema todo el elevador se mueve cuando se lleva la palanca hacia atrás o hacia adelante y no hay un plano fijo. La estabilidad en el plano transversal en este tipo de planeadores es un problema muy complejo y depende de muchas cosas, de las cuales no es la menor la fricción en el circuito de control del elevador. En algunos tipos más recientes de planeadores el elevador de péndulo ha reaparecido bajo una nueva forma. Aquí se ubica un pequeño plano o planos en el borde posterior el cual altera completamente la situación. Estas superficies se mueven en la misma forma que el elevador, es decir, hacia arriba cuando el elevador se mueve hacia arriba y viceversa. De esta manera, el elevador es autoestable desde que si el piloto lo mueve hacia arriba, esta superficie adicional tiende a bajarlo nuevamente. Mediante la alteración del sistema de conexió n de estas superficies la estabilidad puede hacerse tan grande o pequeña como lo desee el diseñador. Generalmente la posición de estos planos respecto al elevador puede ajustarse desde la cabina y entonces el dispositivo trabaja con un compensador. Todos los planeadores son estables con respecto a la guiñada. Si no lo fueran tenderían a girar y volar hacia atrás. La estabilidad es gobernada por dos cosas. Primero, la cantidad de superficie ofrecida a una corriente de aire que ataca a un planeador desde un lado y segundo y más importante, dónde se halla ubicada dicha superficie con respecto al centro de
gravedad del planeador. Imaginemos un planeador en vuelo normal; algo l o hace girar hacia la izquierda sin inclinarse, de tal manera que el aire en lugar de atacar al planeador de frente lo hace en cierto ángulo del lado derecho. Esto provocará un incremento de la presión en las superficies expuestas al ataque de la corriente de aire y probablemente alguna disminución de la presión sobre el otro lado. El planeador, por lo tanto, tiende a producir una aceleración lateral hacia la izquierda. Pero esto no es todo; las superficies laterales ubicadas delante del centro de gravedad, tales como la nariz del planeador, cabina, etc., al ser empujadas hacia la izquierda tienden a hacer virar al planeador aun más hacia la izquierda, mientras que las superficies ubicadas detrás del centro de gravedad, como la parte posterior del fuselaje, timón, etc., tienden a hacer girar el planeador hacia la derecha, es decir, a enfrentarlo con la corriente de aire. Adviértase que no es sólo la superficie expuesta a la corriente de aire sino su proximidad al centro de gravedad lo que gobierna en gran medida el efecto de guiñada. El timón de dirección se encuentra más lejos del centro de gravedad, por lo que su efecto de palanca es mayor y, en la práctica, el plano fijo vertical y el timón de dirección en mayor o menor medida gobiernan la estabili dad en el plano de rotación vertical. Sin embargo, un plano fijo y un timón de dirección pequeños en el extremo de un largo fuselaje pueden tener mucho más efecto corrector que un plano vertical y un timón de dirección grandes en un fuselaje corto. La forma del fuselaje también tiene su efecto, porque si pensamos en el fuselaje como en un largo y delgado perfil ubicado verticalmente, advertiremos que el centro de presión en el costado del fuselaje se desplazará ligeramente para ángulos de ataque lateral variables, exactamente de la misma manera que el centro de presión de un ala se desplaza con los distintos ángulos de ataque. Podemos, sin embargo, lograr una situación en la que un planeador es absolutamente estable para ángulos de guiñada de alrededor de 6º a 7º, pero que es casi de estabilidad neutra para pequeños ángulos de 1º a 2º. Un planeador o un avión a motor con este tipo de estabilidad de giro es algo i rritante para volar porque continuamente oscila unos pocos grados de un lado a otro mientras vuela. Por suerte, raramente encontramos este tipo de comportamiento en estos días. No obstante, resulta importante advertir que si en un planeador se lleva a cabo alguna modificación que afecta su área lateral, tal corno instalar una cabina cerrada en lugar de una abierta, seguramente se verá afectada la estabilidad de guiñada. En resumen, debemos tener estabilidad de guiñada y todos l os planeadores la tienen. Podemos disponer de esta condición en gran medida y veremos sus consecuencias enseguida. Hemos dejado para el final lo relativo a la estabilidad lateral o en rolido porque es más complicada que la estabilidad en los otros dos ejes. Como antes, un planeador que es estable en el rolido tratará de volver por sus propios medios a su posición anterior. Si un ala está volando normalmente, es decir, no se halla en pérdida, y tratamos de hacerla rolar, el ala que se desplaza hacia arriba se encontrará volando a un ángulo de ataque reducido y el ala que se está desplazando hacia abajo estará volando a un ángulo de ataque incrementado mientras tiene lu gar el rolido. Esto significa mayor sustentación p ara el ala que se desplaza hacia abajo y menor para la que se está elevando, lo cual tiende a detener el movimiento. Cuanto más rápido sea el rolido más fuerte será la acción opuesta. Este efecto se hace presente sólo cuando el ala está rolando. Una vez que el movimiento de rolido se ha detenido ya nada hará que el ala vuelva a su posición anterior. Simplemente este efecto trata de detener todo movimiento de rolido. Incluso esto sólo se produce cuando el ala no está en pérdida. Investigaremos la situación que tiene lugar cuando el ala entra en pérdida en el capítulo relativo a pérdidas y tirabuzón. Por lo tanto podemos afirmar que un ala que no se encuentra en pérdida resiste todo movimiento de rolido. Esto no es del todo ventajoso. La estabilidad requiere que el ala vuelv a a su nivel cuando ha tenido lugar un rolido de pocos grados. Si un planeador rola unos pocos grados y l a máquina no vira, deslizará hacia el l ado del ala más baja. Si debido al deslizamiento el centro de presión de la fuerza lateral del planeador se encuentra bien por encima del centro de gravedad del velero, éste mostrará tendencia a rolar en sentido inverso. Esta fuerza, sin embargo, no es muy grande y su centro de presión raramente se encuentra ubicado muy arriba del centro de gravedad, por lo que la acción de palanca es pequeña y no podemos descansar solamente en ella para provocar un movimiento de rolido que lleve otra vez el aparato a su nivel anterior. En casos especiales era útil, como en al gunos planeadores primarios. En estas máquinas el ala era alta y el centro de gravedad bajo, y además el plano en forma de A ubicado sobre el ala, que soportaba los cables tensores, se encontraba entelado. Si una máquina de este tipo deslizaba, el aire que atacaba esta superficie en forma de A desde un costado tenía un considerable efecto corrector, desde que la fuerza se en contraba bien por encima del centro de gravedad. No desearnos volar primarios por el resto de nuestras vidas, por lo que se necesitaba algo mejor y el método más usual para obtener buena estabilidad en el rolido es dar a las alas un poco de diedro. El ángulo diedro es el que forma el ala con relación a una línea horizontal cuando el planeador se encuentra nivelado. Esto se ilustra en la figura 14 y muchos planeadores tienen un pequeño ángulo diedro.
Figura 14
La manera en que esto trabaja es obvia. Si un planeador rola levemente y no vira, deslizará hacia el ala baja (fig. 15). Hemos dicho eso antes, pero lo repetirnos porque es muy importante. Tan pronto como desliza, el ala baja está volando a un ángulo de ataque mayor y produce más s ustentación, mientras que ocurre exactamente lo contrario en el ala elevada. Esto produce un efecto de rolido, el cual persiste mientras hay algún deslizamiento, es decir, hasta que el ala está otra vez nivelada. Si usted encuentra alguna dificultad en comprender esto imagine un planeador como el de la figura 15 , pero con un ángulo diedro exagerado, deslizando, y el efecto será mucho más claro.
Figura 15
Otro recurso que ayuda a lograr estabilidad en el rolido es el de dar a las alas una cierta flecha positiva.
Figura 16
Esto se muestra en la figura 16, la cual indica asimismo la forma en que trabaja. El planeador está guiñando hacia la derecha y resulta claro que el ala izqui erda penetra en la masa de aire correctamente, mientras que la derecha (superior en la figura) lo hace con un cierto ángulo. Hay, por lo tanto, mayor sustentación en el al a izquierda que en la derecha y el planeador gira en sentido contrario hasta que la guiñada desaparece. La flecha positiva también da una mano en la estabilidad de guiñada desde que el ala izquierda presenta al aire un área frontal mayor que la derecha, por lo que ayuda a las superficies verticales de cola a virar el planeador y enfrentarlo nuevamente en la dirección de vuelo original. Esta flecha positiva tiene que ser pronunciada para que sus efectos sean
importantes, lo cual involucra algunos problemas de diseño. Los largueros de las alas no se unen en el medio y las alas producen un efecto de torsión en la conexi ón de la raíz. Todo ello significa estructura extra y peso adicional para soportar estas fuerzas. La flecha positiva no se utiliza mucho en los planeadores actualmente, excepto en algunos diseños de alas volantes. En estos casos la flecha positiva es tan grande que las puntas de las alas están lo suficientemente atrás como para actuar como estabilizadores. En realidad, en lugar de no tener cola estos planeadores tienen dos colas. Cualquiera sea el sistema o combinación de sistemas que utilicemos para obtener estabilidad de rolido, hay un hecho inmutable. No habrá efecto de corrección para volver un planeador a su nivel horizontal hasta que el planeador deslice. Entonces las fuerzas entran en juego y nivelan las alas nuevamente. Aquí es cuando comienzan los problemas porque tan pronto como el planeador desliza, la estabilidad de guiñada se ve afectada y los planos verticales de cola hacen su tarea para encarrilar al planeador enfrentándolo al vi ento relativo. Esto significa que la estabilidad en rolido y en guiñada se encuentran actuando en forma conjunta y si una de ellas actúa mucho puede destruir a la otra. Por ejemplo, supongamos que tenemos un planeador con buena estabilidad de rolido y una fuerza excepcional de estabilidad de guiñada y permitimos que este planeador role hasta una inclinación de 5º hacia la derecha. Después de un segundo o dos se producirá un apreciable deslizamiento hacia la derecha y l a estabilidad de rolido comenzará a actuar para volver a nivelar las alas. Antes de que esto pueda ocurrir, la fuerte estabilidad de rotación comenzará a hacer girar el planeador hacia la derecha y una vez que la máquina comienza a girar, el ala izquierda, ubicada en la parte exterior del viraje, se encontrará desplazándose más rápido que la derecha. Hay mayor sustentación en el ala izquierda y menos en la derecha, de tal manera que el planeador rola más hacia la derecha, desliza más hacia la derecha y el efecto se hace presente. Asimismo, la estabilidad de guiñada, en una enérgica tendencia a mantener el planeador enfrentado al viento relativo forzando la nariz a girar hac ia la derecha, ahora empuja la nariz por debajo del horizonte debido al ángulo de inclinación. La velocidad se incrementa y ahora la estabilidad en el eje transversal entra en el conflicto tratando de empujar la nariz hacia arriba, desde que el planeador está bien inclinado, y todo lo que puede hacer es aumentar el giro. Esto lleva a una espiral descendente a alta velocidad. Por lo tanto, resulta claro que si la estabilidad en los tres planos no se encuentra equilibrada podemos llegar a lo que se conoce como inestabilidad en espiral, aunque el planeador sea estable en cada uno de los tres planos, separadamente. Una excesiva estabilidad en cualquiera de l os tres planos es entonces algo que debe ev itarse. Excesiva estabilidad en el eje transversal lleva frecuentemente a una inestabilidad dinámica y también significa que se necesita mayor movimiento de los controles para que el planeador supere su estabilidad en ese plano. Una excesiva estabilidad de rolido implica pobre respuesta de los alerones, los cuales ofrecerán una gran resistencia o efecto secundario mientras que, como liemos visto, mucha estabilidad de guiñada puede significar inestabilidad en espiral. Afortunadamente, además de todas las demás cualidades, el diseñador puede proporcionar la cantidad exacta de estabilidad en cada uno de los tres planos, para permitir un vuelo fácil y controles l igeros.
Capítulo VI EL VUELO EN PÉRDIDA
Muchos pilotos de planeador pasan relativamente poco tiempo de sus vuelos en condiciones de pérdida, de tal manera que parecería de más que hayamos dedicado un capítulo a este tema. Lo hemos hecho porque, desde el punto de vista aerodinámico, muchos de los peligros de cualquier forma de vuelo están emboscados en la pérdida. En este capítulo trataremos de trasladar esos peligros a la luz del día, donde podemos examinarlos y hacer una disección, ya que es en su ignorancia donde realmente yace el peligro real. Comprender cómo tienen lugar la pérdida y el tirabuzón, aprender a reconocer los síntomas en el aire y practicar la recuperación hasta que sea instintiva, harán que ese peligro desaparezca. LA PÉRDIDA Hemos tocado este tema en capítulos anteriores y ahora sabemos que un ala entra en pérdida cuando el ángulo de ataque se incrementa más allá del punto crítico, o sea el ángulo de pérdida. Una vez más, repitamos que este ángulo no tiene nada que ver con las direcciones vertical, horizontal o cualquiera otra. Simplemente, es el ángulo entre la cuerda del ala y la dirección en que se aproxima la corriente de aire. Esta última, si usted lo desea, puede definirse como la dirección en que el planeador está desplazándose a través del aire. En vuelo recto, si disminuimos la velocidad debemos incrementar el ángulo de ataque para mantener la sustentación constante e igual al peso del planeador. Si vamos dismi nuyendo la velocidad e incrementamos el ángulo de ataque, eventualmente llegamos a la velocidad de pérdida, en la cual el ángulo de ataque iguala al ángulo de pérdida.
Esta es la pérdida ordinaria en vuelo recto con la que todo el mundo está -o debiera estar- familiarizado. Lo importante y que se debe recordar respecto a la pérdida en vuelo recto es que el planeador se encuentra temporariamente fuera de control o muy cerca de esta situación. Los alerones, en el mejor de los casos, serán prácticamente ineficaces. Incluso pueden producir un resultado contrario debido a un gran efecto secundario y a un efecto primario insignificante. El planeador desobedecerá a su elevador y pondrá la proa hacia abajo aunque la palanca se encuentre aplicada completamente hacia atrás. El timón de dirección puede ser nuestra mejor ayuda desde que aún trabajará en alguna medida, no obstante su efecto secundario, que hará rolar el planeador, y será muy fuerte comparado con su efecto de guiñada. Sin embargo, este no será un efecto malo d esde que por lo menos proporciona al piloto algún control del rolido. Para recuperar completamente el control debemos volver otra vez a un ángulo de ataque que esté por debajo del ángulo de pérdida y esto implica un aumento de la velocidad. El planeador pondrá su nariz hacia abajo cuando entre en pérdida, de tal manera que en un sentido la pérdida proporciona su propia cura, pero los alumnos se sienten muy inclinados a levantar la nariz tan pronto como el elevador comienza a trabajar nuevamente y antes de que el planeador realmente haya obtenido suficiente velocidad, con lo que se lo hará entrar nuevamente en pérdida. Toda pérdida implica una disminución de alt ura y, peor aun, ello ocurre mientras el planeador se encuentra más o menos fuera de control. Aquí reside el principal peligro de la pérdida: que puede no haber suficiente altura p ara lograr la recuperación. La pérdida de altura no es muy grande; suele ser del orden de los 15 a 20 metros, pero si se permite que el planeador entre en pérdida, por ejemplo, a 10 metros del s uelo será inevitable que se estrelle. Si n os encontramos alto una pérdida no puede dañar a nadie y conviene a todo el que vuela familiarizarse con los síntomas que la anuncian. Estos son distintos según el tipo de p laneador, pero los más comunes pueden enunciarse así: 1) una relativa quietud a medida que la velocidad decrece; 2) la nariz del planeador se ubica por encima de su posición normal; 3) blandura de los controles, en particular los alerones; y 4) una posible sensación de sacudimiento de la cola a medida que la onda turbulenta de las alas golpea los planos de cola. La recuperación de la pérdida es obvia. Manténgase la nariz baja hasta que se ha ganado suficiente velocidad y luego levántesela suavemente hasta su posición normal con respecto al horizonte. Desde que la pérdida tiene lugar si el ángulo de ataque se incrementa más allá del ángulo de pérdida podríamos -teóricamente- hacer entrar en pérdida a un planeador a cualquier velocidad incrementando el ángulo de ataque lo suficiente (en términos generales, manteniendo la palanca atrás). Supongamos un planeador que pesa 250 kilos y entra en pérdida a 50 kilómetros por hora. Si este planeador se encuentra volando a 100 kilómetros por hora y súbitamente el pilot o lleva atrás la palanca incrementando el ángulo de ataque hasta el ángulo de pérdida, el planeador entrará en pérdida. Sin embargo, sabemos que a 50 kilómetros por hora y al ángulo de pérdida el ala de este planeador producirá justamente 250 kilos de sustentación. Si duplicamos la velocidad y mantenemos igual el ángulo de ataque, es decir, el ángulo de pérdida, cuadruplicaremos la sustentación, o sea que tendremos 1000 kilos y el planeador se acelerará violentamente hacia arriba. La razón de este gran incremento de la sustentación es, simplemente, que a un ángulo de ataque dado la sustentación varía en razón del cuadrado de la velocidad. Duplicamos la velocidad y cuadruplicamos la sustentación; triplicamos la velocidad y la sustentación será igual a nueve veces el valor original, y así sucesivamente. Esta es la llamada pérdida de alta velocidad y, por favor, adviértase que puede producirse en cualquier posición. El pla neador no tiene necesariamente que estar con la nariz elevada sino que puede encontrarse en un viraje muy escarpado o saliendo de una picada. A velocidades mucho mayores que la de pérdida la carga es muy grande y el piloto dice que siente un montón de g o que es aplastado contra el asiento. Cuando la velocidad es muy superior a la de pérdida es muy difícil que se produzca la pérdida de alta velocidad y a muy altas velocidades ello es imposible sin peligro para la estructura del planeador. Si usted se encuentra volando a tres o cuatro kilómetros por hora por encima de la velocidad de pérdida de su planeador la historia es muy distinta. Un movimiento brusco del elevador puede, en este caso, precipitar una pérdida y la sustentación extra producida no será mucha. Por añadidura, la pérdida muy bien puede ser repentina. Por lo tanto, es conveniente volar delicadamente cuando nos encontramos cerca de la pérdida. Su velero puede sufrir una pérdida por otra circunstancia que está fuera de su control. Si un planeador se encuentra volando con viento de frente, cerca de su vel ocidad de pérdida, una disminución repentina del viento puede llevar al planeador a su velocidad de pérdida. Si el viento sopla en forma horizontal no provocará, por sí mismo, la pérdida en el planeador desde que no altera el ángulo de ataque, pero reducirá la sustentación del planeador y la máquina caerá. A medida que cae, el ángulo de ataque se incrementa (si usted lo prefiere, debido a que el aire va hacia arriba al encuentro del planeador) y puede exceder el ángulo de pérdida, con lo que tiene lugar la pérdida. Para hacer peor las cosas, el alumno inexperto puede sentirse tentado a llevar hacia arriba la nariz de su planeador cuando siente que la máquina comienza a caer. Este tipo de pérdida también puede ser muy repentino y exactamente lo mismo ocurre si el planeador tiene viento de cola y se produce de pronto un incremento del viento. La pérdida puede producirse por un cambio súbito de la dirección del viento, en sentido vertical. Esto ha sido experimentado por todo piloto experto. Si usted se encuentra volando en c olina muy cerca de la velocidad de pérdida y entra en una corriente de aire que está ascendiendo mucho más rápidamente, el efecto del aire ascendente puede ser que incremente el ángulo de ataque de las alas más allá del ángulo de pérdida en forma repentina, sin cambio de actitud. La pérdida será aguda y súbita.
Un planeador también puede entrar en pérdida volando con viento de frente a causa del gradiente del viento. Esto es casi lo mismo que el caso de la calma súbita volando con viento de frente que h a sido examinado antes, excepto que la pérdida es más progresiva y puede llegar inadvertidamente. Esto también tiene l ugar muy cerca del suelo, el peor lugar donde puede ocurrir. La moraleja para lo dicho es obvia: no vuele cerca de la pérdida a menos que tenga suficiente altura como para efectuar una recuperación. En condiciones de turbulencia, cerca del suelo, conserve una reserva extra de velocidad para prevenir los cambios de velocidad y dirección del viento. EL TIRABUZÓN Por alguna razón u otra muchos alumnos tienden a mirar la entrada en tirabuzón de un planeador con cierto temor. Esto puede deberse en parte a las ideas extraordinarias que sustentan algunas personas respecto al tirabuzón. Muchas de esas ideas son semiverdades y otras son mitos. Cuando es analizado y comprendido no hay nada misterioso en el tirabuzón y si partimos de la base de que no se debe llegar a él accidentalmente y a baja altura, no tiene nada de peligroso. En primer lugar, debemos comprender cómo se produce un tirabuzón; luego, debemos aprender a efectuar la recuperación y advertir cómo este procedimiento detiene el tirabuzón. Pero recuérdese que la recuperación es perfectamente lógica si usted comprende qué está ocurriendo en el tirabuzón, pero no es instintiva. Debe aprenderse. Cuando hablamos de la estabilidad en el eje de rolido, vimos que en vuelo común las alas ofrecen resistencia a rolar. Si comienza un rolido el ala más baja ataca el aire a un ángulo mayor y produce más sustentación, mientras que sucede lo contrario con el ala superior. Pero esto es verdad solamente si el ala no está en pérdida, es decir, si se encuentra volando a un ángulo de ataque menor que el ángulo d e pérdida. Tan pronto como el ángulo de ataque se incrementa más allá del ángulo de pérdida y el ala entra en pérdida, las cosas toman un aspecto distinto. Si ahora se produce un ligero rolido, el ala inferior ataca el aire a un ángulo mayor que antes, pero desde que el ángulo de ataque se encuentra más allá del ángulo de pérdida, este incremento del ángulo da como resultado menor sustentación. En forma similar, la disminución del ángulo de ataque da como resultado mayor sustentación. (Si encuentra difícil entender esto, vuelva a leer la parte del Capítulo III que se refiere a sustentación y a la curva de sustentación, fig. 2). El efecto neto es que el ala se ha vuelto inestable en rolido y una vez perturbada tiende a continuar rolando. Mientras tanto, algo ha estado ocurriendo con la resistencia. El ala inferior, con su incremento del ángulo de ataque, sufrirá una mayor resistencia que el ala más alta -esté o no en pérdida- y, por lo tanto, el aparato tratará de girar hacia el lado del ala más baja; por otra parte, el planeador seguirá girando sobre su eje vertical mientras el ala siga rolando. Eso es un tirabuzón; simplemente, un movimiento continuo de rolido y rotación con el ala en pérdida. El planeador describe un movimiento de tirabuzón vertical, generalmente con la nariz bien hacia abajo. Esto es todo lo lejos que podemos ir con generalizaciones sobre el tirabuzón porque cada planeador tiene su propia actitud, velocidad y características en cuanto a la entrada en tirabuzón. La velocidad generalmente no es alta pero desde que el desplazamiento es casi vertical, la pérdida de altura es considerable. El método general para recobrar una máquina de un tirabuzón es el siguiente: aplicar todo timón de dirección contrario; pausa; mover la palanca con firmeza hacia adelante hasta que el tirabuzón se detenga y luego sacar suavemente el planeador de la picada hasta llegar al vuelo normal. Los planeadores se recuperan del tirabuzón muy rápido, pero este método standard se recomienda porque se ha encontrado que es el mejor para algunos aviones a motor que muestran cierta tendencia a ofrecer resistencia para recobrarse de un tirabuzón. La razón por la cual se aplica timón de dirección en primer lugar es que, en algunos aviones con tendencia a entrar en tirabuzón el uso del elevador tiene un efecto perturbador sobre el timón de dirección si se usa primero, y la pausa es para permitir que el timón de dirección actúe. La parte sorprendente de esta acción de recuperación, sin embargo, es la instrucción de mover la palanca con firmeza hacia adelante hasta que el tirabuzón se detenga. Todos nuestros instintos nos están gritando palanca atrás y levantar la nariz, pero esto sólo hará que el tirabuzón se prolongue. Veamos por qué. Como dijimos antes, el tirabuzón es un movimiento continuo de rolido y rotación con el ala en pérdida. Lo primero que tenemos que hacer es ofrecer una oposición al movimiento de rotación y esto lo conseguimos aplicando todo timón de dirección contrario. Es decir, si estamos en tirabuzón a la derecha, aplicamos todo timón izquierdo. Para detener el movimiento de rolido uno podría imaginar que debemos usar los alerones, pero si reflexionamos un momento veremos que esto no será nada bueno porque el ala está en pérdida, y los alerones probablemente harán que las cosas empeoren desde que su efecto secundario -la resistencia de los alerones- arruina nuestros esfuerzos mediante la aplicación de todo timón de dirección contrario. La única manera de detener el movimiento de rolido es sacar el ala de la pérdida; en otras palabras, reducir el ángulo de ataque por debajo del ángulo de pérdida, y esto se logra moviendo la palanca hacia adelante. Tan pronto como el ángulo de ataque ha llegado a ser menor que el ángulo de pérdida el ala muestra su resistencia a rolar y el rolido se detiene. El planeador está ahora entrando en picada y, si el timón de dirección se centra la máquina puede sacarse de la picada para llevarla nuevamente a vuelo normal. Si para salir del tirabuzón se lleva la palanca atrás, el único efecto será una tendencia a incrementar el ángulo de ataque aun más allá de la pérdida y el tirabuzón continuará. Sólo cuando el ala no está en pérdida el planeador obedecerá a su elevador como para levantar la nariz y, una vez que ha sido detenido el tirabuzón el movimiento hacia atrás de la palanca para volver la máquina a vuelo normal desde la picada deberá hacerse suavemente; de otra manera, hay posibilidad de que el ala vuelva a entrar en pérdida.
Ningún aparato aéreo puede entrar en tirabuzón a menos que primero entre en pérdida. Una vez que se ha entrado en pérdida hay posibilidades de que se desarrolle un tirabuzón si por alguna razón el planeador comienza a rolar o girar. Por lo tanto, la forma más simple de comenzar un tirabuzón deliberadamente es hacer entrar el aparato en pérdida y aplicar timón de dirección en la dirección en que se desea entrar en tirabuzón. Esto hace rolar y girar la máquina en la dirección deseada. Puede ser necesario usar alerones en la dirección opuesta, es decir, timón de dirección a la izquierda y palanca a la derecha para producir un tirabuzón a la izquierda. La razón de esto es que una vez que el planeador está en pérdida, moviendo la palanca a la derecha se produce una ligera tendencia a rolar hacia la derecha, pero una fuerte tendencia a girar hacia la izquierda. Durante todo esto, probablemente será necesario mantener la palanca toda atrás si se desea provocar un buen tirabuzón, porque el planeador, desde que es una criatura inteligente, saldrá de la pérdida por sí. mismo si se da alguna oportunidad a su estabilidad sobre el eje transversal, y una vez que ha salido de la pérdida el tirabuzón se detendrá. Se deduce de esto que si un planeador entra en pérdida con un ala baja, hay probabilidades de que se desarrolle un tirabuzón ya que en este caso, mientras el planeador cae, desliza hacia el ala más baja y el empenaje vertical, en cumplimiento de su función normal de mantener la proa del planeador enfrentada al viento lo hará guiñar hacia el ala más baja. (Otro ejemplo de la necesidad de disponer de un equilibrio exacto entre las estabilidades de rolido y de guiñada). En el principio de este capítulo vimos que un planeador o un avión a motor pueden -teóricamente- entrar en pérdida a cualquier velocidad mediante un incremento violento del ángulo de ataque, por encima del ángulo de pérdida. Se deduce de esto que podemos producir un tirabuzón a cualquier velocid ad moviendo rápidamente la palanca hacia atrás y aplicando timón de dirección. Esto es lo que ocurre, excepto que llamamos a esta maniobra tonel en lugar de tirabuzón. El desplazamiento de la máquina es aun el de un tirabuzón, pero el eje del mismo es más o menos horizontal en lugar de vertical. El tirabuzón chato tiene eje vertical, pero el eje longitudinal del planeador tiene poca inclinación respecto al horizonte. Todos los toneles, sin embargo, están absolutamente prohibidos en pl aneadores, a menos que la máquina haya sido especialmente diseñada para ello. Las tensiones son muy g randes y aun en aviones a motor diseñados para estas maniobras, los toneles son llevados a cabo, por lo general, sólo ligeramente más rápido que la velocidad normal de pérdida, para mantener las cargas sobre la máquina y el piloto tan bajas como sea posible. Todos los pilotos deben aprender a entrar y salir de un tirabuzón. Más importante: todo piloto debe aprender a reconocer el comienzo de un tirabuzón y a ejecutar l as maniobras de recuperación rápidamente. Muchos planeadores muestran un buen comportamiento en este sentido y se recobran instantáneamente cuando se inici an las maniobras correspondientes. Entonces, podemos sentirnos tentados a preguntar: ¿Por qué no hacer que todos l os planeadores sean diseñados de tal manera que resulte imposible hacerlos entrar en tirabuzón? La respuesta es que si se diseña un planeador que no entre en tirabuzón se tienen que sacrificar otras cualidades y el resultado es un velero no tan eficiente como podría ser. Por otro lado, como las demás maniobras acrobáticas, el tirabuzón p uede ser más bien agradable. EL TIRABUZÓN DEL NECIO Sólo falta referirnos a lo que podemos llamar el tirabuzón del necio. Es el tirabuzón que se origina en la última pierna de un circuito de aterrizaje y termina en el suelo. Es innecesario y estúpidamente criminal, pero ha tenido lugar tantas veces en la historia de la aviación que su descripción es importante. Es mucho más raro en el mundo del vuelo a vela que en el del vuelo a motor, pero si su descripción puede salvar a una persona de caer en la trampa este pequeño libro habrá justificado su existencia. Aunque según mis conocimientos no se ha establecido ninguna especificación al respecto, el necio estándar es un sujeto que -con respecto a todo- piensa que nada tiene secretos para él. Vuela mal, pero no aceptará ninguna crítica de su instructor. Por suerte, es raro en estos días, pero de vez en cuando se encuentra un ejemplar. Un día, cuando se halla haciendo tráfico sobre su aeródromo, volando lentamente en su última pierna con viento cruzado, advierte que puede quedarse corto. Por lo tanto, eleva ligeramente la nariz de su velero y comienza a virar frente al viento. (Elevar la nariz, por supuesto, es pura demencia desde que ello garantiza que ahora sí se quedará corto). Sus virajes son malos la mayor parte de las veces, pero en esta ocasión particular, cerca del suelo, tiene una tendencia a dar menos inclinación y a forzar al planeador a girar con exceso de timón de dirección. Esto, simplemente, hace derrapar al planeador y da como resultado una consecuente pérdida de velocidad. Para ese momento el planeador ha comenzado a entrar en pérdida con un ala baja, y la nariz empieza a balancearse e inclinarse hacia abajo. Pero el piloto aun no reconoce que hay algo anormal en esto y trata de levantar la nariz mediante un movimiento adicional de la palanca hacia atrás. La nariz baja más aun y él lleva la palanca más atrás, aunque continúa ignorando el hecho de que su timón de dirección aun está aplicado con exceso. Ahora el planeador comienza a entrar en tirabuzón y el piloto empieza a comprender que el viraje está un poco mal hecho y un poco más escarpado de lo que él quería hacerlo.
Aún no ha reconocido qué es esto -un real y honesto tirabuzón- y en un vano intento por reducir la excesiva inclinación de la máquina en el viraje lleva la palanca al otro lado de la cabina. La resistencia del alerón del ala interna une su fuerza al timón de dirección y el planeador entra netamente en tirabuzón. Por supuesto, no hay suficiente altura para ensayar una recuperación y el planeador se estrella. Dicho de esta manera parece increíble que alguien pueda ser tan estúpido, y sin embargo ha ocurrido una y otra vez. Ha habido individuos que se han levantado de los restos del aparato sin saber aun qué fue lo que ocurrió. La moraleja es evidente: vuele con seguridad, aprenda a reconocer los síntomas de l a pérdida y el tirabuzón, hasta que se hallen grabados en su mente y nunca, nunca vuele muy despacio cerca del suelo.
Capítulo VII CLASES DE PLANEADORES
Es ahora tiempo de echar un vistazo más de cerca a los variados tipos de planeadores que pueden verse en el hangar de cualquier club de vuelo a vela. A la luz de lo que hemos aprendido estaremos ahora en condiciones de apreciar mucho más de los por qué y para qué, que antes. EL PRIMARIO Comenzando por lo primero, consideraremos el planeador primario. Se trata de una criatura que está prácticamente extinguida. No tenía fuselaje sino un simple marco de madera o, algunas veces, de tubos de acero que contenían el asiento del piloto y la unidad de cola, y además soportaba un ala rectangular muy simple montada bien por encima de la cabeza del piloto. Esta ala generalmente se encontraba asegurada al fuselaje por arriba y abajo, mediante cables. La parte del marco que hacia de fuselaje situada por encima del ala, por lo general se hallaba forrada con tela, formando una Y invertida. Los controles eran por demás convencionales pero extremadamente simples; en realidad, los cables de control eran visibles en toda su extensión. La característica fundamental era la simplicidad, poco peso y bajo costo, combinados con una gran resistencia. La función del primario era enseñar a la gente a volar por el método de hacerlo so lo desde el primer momento. En consecuencia, debía tener la capacidad de soportar una gran cantidad de malos tratos sin estropearse. Por lo tanto, eran indicadas las alas sujetas con cables desde que un cable dañado es mucho más fácil y barato de reemplazar que un montante. Además, en el caso de un accidente menor el piloto estaba mucho más seguro sin un fuselaje a su alrededor, ya que no había peligro proveniente de astillas de madera. En vuelo el primario era extraordinariamente estable en los tres ejes. Tenía que serlo desde que era volado por pilotos prácticamente sin experiencia. Esta es la razón de la cola anormalmente grande y el plano vertical a que hicimos referencia, ubicado sobre el ala. Esta gran estabilidad, por supuesto, tenía que pagar un precio y ese precio eran controles pesados y lentos. Los controles se hallaban dispuestos en forma accesible. El piloto tenía un amplio control sobre el vuelo normal y le era extremadamente difícil llevar al planeador a una situación anormal. Muchos primarios bien diseñados eran completamente imposibles de hacer entrar en tirabuzón. El ala era de forma rectangular. Todas las costillas eran de la misma forma y la envergadura era relativamente pequeña. Ambos elementos permitían obtener un ala liviana y barata. El rendimiento del primario, como podría esperarse, era muy pobre. El ángulo de planeo era del orden de 1 en 8 o 10 y la caída mínima, de alrededor de 1,5 metros por segundo. Sin embargo, cu mplía su misión en forma admirable y permitía volar lentamente, barato y con seguridad. Tal vez la peor crítica que podía hacerse al pobre primario es que resultaba demasiado estable y fácil de volar. Aunque estas cualidades eran necesarias, tendían a producir hábitos de pilotaje chapuceros en pilotos que habían hecho su aprendizaje en primarios, hábitos que a menudo eran difíciles de eliminar más tarde. Algunos primarios habían sido dotados de carenado, es decir, una pequeña cabina en forma de huevo para permitir un mejor flujo del aire en la zona del piloto y el fuselaje. Mientras esto no a yudaba nada a modificar las malas condiciones del primario, tenía un efecto muy marcado en la performance. Los primarios de este tipo fueron usados durante muchos años como máquinas de entrenamiento elementales para el vuelo a vela en lugares donde había una buena pendiente para vuelo en ladera. Los primarios tenían una curva L/D con mucha pendiente y esto significa que sólo poseían una muy pequeña gama de velocidades donde podía encontrarse alguna eficiencia. Por encima y por debajo de esta velocidad el ángulo de planeo se asemejaba al de un ladrillo. Ejemplos de primario fueron el Dagling, Eon Primario y los alemanes Zogling y Escuela 38.
EL INTERMEDIO A continuación, en cuanto a eficiencia, vienen los planeadores intermedios. Este es un término muy vago que se aplica a una gama muy amplia de planeadores. Podemos afirmar que cubre todos los planeadores que son suficientemente eficientes para volar a vela o mantenerse y t repar en condiciones favorables, pero que no tienen una buena gama de velocidades; en una palabra, que no tienen buena penetración. En esta categoría se incluyen los biplazas Schweizer, Tutor y Specht, así como los monoplazas Grunau Baby, Hütter y Swallow. En estos casos tenemos un verdadero fuselaje, por lo general de forma simple, con costados planos, un ala muy sencilla soportada por montantes y una a pariencia por lo común mucho más aeronáutica que la de los primarios. La diferencia más importante, sin embargo, es que el alargamiento del ala es mucho mayor en los planeadores intermedios, y el ancho y espesor de las alas por lo general van disminuyendo hacia los extremos. Nos referiremos a este tema del alargamiento más tarde con mayor detalle. Los planeadores intermedios más eficientes tienen un ángulo de planeo del orden de 1 en 20 y una velocidad mínima de descenso de alrededor de 0,70 a 1 metro por segundo. También tienen una curva L/D muy pendiente, es decir, que son eficientes en una gama relativamente pequeña de velocidades. Su respuesta a los movimientos de los controles es mucho más rápida que la de los primarios y no son tan estables. Ello no quiere decir que sean inestables; tienen, por supuesto, estabilidad positiva, pero la estabilidad no es excesiva al punto de interferir en forma negativa con la rapidez y ligereza de los controles. Puede afirmarse que un planeador intermedio eficiente como el Grunau Baby o el biplaza Sedbergh hará cualquier cosa que pueda hacer un planeador de alta performance, excepto volar velozmente. Los planeadores intermedios tienen en general una razonable carga alar, lo que les da una baja velocidad de vuelo, pero habitualmente no tan baja como la de l os primarios. Las alas usualmente tienen un cierto alabeo en las puntas para disponer de un razonable control de alerones cuando el aparato se encuentra al borde de la pérdida y los alerones, por lo general, son del tipo diferencial para disminuir al mínimo la resistencia. También se suele dotar a estas máquinas de una rueda central para el aterrizaje. Ahora bien: ¿Por qué, en la búsqueda de una mayor eficiencia debemos tratar de obtener un mayor alargamiento? Para hallar la respuesta a esta pregunta debemos volver a los principios elementales. Eficiencia o buen ángulo de p laneo dependen, como hemos visto, de la relación L/D del planeador. Cualquier cosa que reduce la resistencia sin reducir la sustentación, o a la inversa, incrementa la sustentación sin incrementar la resistencia, hará aumentar la relación L/D y el ángulo de planeo. Lo que ejerce mayor efecto en la relación L/D es el ala. En los primeros capítulos observamos las alas y los perfiles correspondientes a un corte lateral, pero esta no es toda la historia. Permítasenos ahora echar un vistazo al ala de los planeadores, en planta. Imagine un planeador volando directamente hacia usted. Debido a la sustentación que produce, hay una región de presión reducida sobre el ala y una región de presión incrementada debajo de ella. En consecuencia, el aire tiende a escapar de debajo de las alas por los extremos y dirigirse hacia la parte superior. Por supuesto, no puede l ograrlo del todo, pero el efecto es una deflexión del aire situado debajo de las alas, ligeramente hacia afuera y una deflexión del aire que fluye sobre las alas, ligeramente hacia dentro. Este efecto es mayor cerca de las puntas y menor en el medio del ala. Exactamente detrás del ala estas tendencias hacia dentro y hacia fuera del aire se vuelven a e ncontrar y se juntan formando un vórtice (una especie de remolino) que se desprende desde las puntas de las alas. La energía que se desperdicia en estos vórtices proviene del mismo planeador y la resistencia que producen se denomina resistencia inducida. Ahora, desde que las puntas son las culpables principales de esta resistencia inducida, lo ideal sería no tener puntas de alas. Nadie ha inventado hasta ahora una forma práctica de construir un ala sin punta, pero podemos hacerla pequeña en comparación con la parte media eficiente.
Figura 17 – Vórtices en puntas de ala
La figura 17 muestra la forma de tres alas de igual superficie. Las superficies sombreadas muestran la porción relativamente ineficiente. En la figura 17 a) el área sombreada constituye una buena proporción del total del ala. En la figura 17 b) podemos apreciar la enorme ventaja lograda mediante la duplicación de la envergadura y la disminución de la cuerda (en realidad, duplicamos el alargamiento). Ahora, las puntas son una pequeña proporción del ala y la resistencia inducida es mucho menor. Aun lo podemos mejorar si damos a las alas una forma aguzada (fig. 17 c), en la cual la porción de la punta ineficiente es muy pequeña y también lo es la resistencia inducida. Debemos terminar estas consideraciones sobre la resistencia inducida con un elogio a los técnicos en aerodinámica por esta magnífica simplificación en lo que es realmente un problema muy complejo. Por lo tanto, si deseamos una buena eficiencia debemos disponer de una gran relación L/D y únicamente podemos disponer de ella si mantenemos la resistencia inducida tan baja como sea posible. Sólo podemos obtener esto utilizando un gran alargamiento. Naturalmente, hay un límite para el alargamiento que p odemos utilizar, porque a medida que hacemos las alas más largas y estrechas, se hace más y más difícil construirlas fuertes y bastante rígidas como para cumplir su tarea sin que sean excesivamente pesadas. La disminución del ancho de las alas nos ayuda en este caso porque la sustentación se concentra más en el medio y menos en las puntas, lo cual reduce la flexión de las mismas. El alabeo produce el mismo resultado, excepto que si tratamos de volar invertidos con el planeador, el alabeo se invierte y la sustentación se concentra en las puntas. Esta es una de las razones por la cual está prohibido el vuelo invertido en casi todos los planeadores. EL ALTOVELERO El último tipo de planeador que debemos considerar es el de alta performance o para vuelos de distancia. En esta categoría entran los planeadores de perfil laminar como el Standard Austria, Foka, Zefir, M 100, Ka 6, Vasama, Skylarks, Olympia 419 y 460, Ka 18, Eagles, todos de madera (y los más modernos de plástico construidos principalmente en Alemania y Polonia), los tipos más viejos con perfiles alares convencionales tales como el Sky, Weihe, Gull IV, Kite II y muchos otros. Las competencias han mostrado que los tipos laminares son considerablemente más eficientes. Cualquiera sea su eficiencia, todos estos tipos tienen el mismo propósito, es decir, vuelos de distancia a alta velocidad, de tal manera que podemos considerarlos como una clase. En todos los casos estas máquinas tienen alas de gran envergadura y gran alargamiento para proporcionarles alta eficiencia. Las secciones de ala son elegidas muy cuidadosamente para proporcionar una curva L/D tan chata como sea posible, de tal manera que disponen de una gama de velocidades muy grande en las cuales el planeador tiene un buen ángulo de planeo. En síntesis, decimos que estas máquinas tienen buena penetración. Para mantener la resistencia al mínimo los fuselajes por l o general son redondeados, muy pulidos, de sec ción oval, y la cabina se encuentra integrada con una burbuja plástica. Siempre disponen de frenos o spoilers y estos dispositivos también están siendo incluidos en los planeadores intermedios. También y por lo general se incluye una rueda central. Un recurso moderno son las ruedas retráctiles, que una vez entradas quedan cubiertas con un buen carenado. Toda la máquina está perfilada al último grado a fin de llevar la resistencia al mínimo. Las performances de estas máquinas llegan a ángulos de planeo entre 1 en 30 hasta 1 en 60, combinadas con velocidades mínimas de descenso de alrededor de 0,60 metros por segundo hasta menos de 0,50 metros por segundo. Las cargas alares son más altas que las de los planeadores intermedios e inclusive se pueden aumentar con lastre de agua, y las velocidades de óptimo planeo son del orden de 80 a 100 kilómetros por hora contra 55 a 70 en los intermedios. Los planeadores de alta performance pueden tener, sin embargo, ángulos de planeo excelentes cuando se vuelan a velocidades elevadas. La circunstancia de que su velocidad óptima de planeo es mayor que la de los aparatos intermedios coloca a las máquinas de alta performance en ligera desventaja en ciertos días en que las térmicas son pequeñas y difíciles de centrar, desde que altas velocidades significan virajes más amplios para un determinado ángulo de inclinación. Sin embargo, su mayor eficiencia a alta velocidad significa que pueden volar muy rápido entre ascendencias, donde los planeadores intermedios perderán una gran altura volando lentamente. Las máquinas de alto rendimiento pueden, por lo tanto, obtener una alta velocidad promedio en vuelos de distancia. Las características de estos planeadores son, generalmente, razonable estabilidad y buenos controles, peso liviano y rapidez. Las máquinas, por supuesto, varían en estos aspectos y aquellos planeadores con muy grandes envergaduras son los más difíciles de equipar con alerones de fácil control. Estos planeadores son todos del tipo cantiléver, es decir, no poseen montantes para mantener baja la resistencia. Este tipo de máquinas debe permitir un armado y desarmado fácil y rápido, des de que a menudo deben ser transportadas de retorno mediante un remolque por rutas terrestres. Muchas disponen de un tablero muy completo con instrumentos para vuelo a ciegas y todas tienen capacidad para llevar un paracaídas para el piloto. Algunas de ellas están autorizadas para efectuar una limitada gama de acrobacia, siendo las más comunes el looping, la media vuelta y el tirabuzón.
Capítulo VIII a INSTRUMENTOS
En casi todos los planeadores, excepto en los primarios, hay una cantidad de instrumentos montados en el panel, frente al piloto. En una máquina de alta performance puede haber un numero al armante de instrumentos, mientras que los planeadores más modestos se manejan muy bien con escasamente dos o tres. No sugerirnos que usted necesite convertirse en un experto reparador de instrumentos si desea volar, pero l e será de gran ayuda comprender cómo trabajan algunos de ellos.Los instrumentos aeronáuticos dirán la verdad, en general, pero para obtener la verdad de los mismos deben ser leídos con alguna inteligencia. Aquí investigaremos los principios bajo los cuales trabajan los más importantes instrumentos y veremos cuáles son sus limitaciones. Luego, tal vez cuando sus instrumentos parezcan estar contando historias extrañas, usted sabrá por qué y no será inducido a confusión. En primer lugar, ¿qué instrumentos encontraremos? Los más comunes son: velocímetro, altímetro, variómetro y brújula. Además, hay algunos instrumentos destinados principalmente al vuelo a ciegas, incluyendo el indicador de giro, horizonte artificial e indicadores de nivel. Nos referiremos primero al grupo principal y los describiremos en orden. EL VELOCÍMETRO El velocímetro indica la velocidad del planeador. Es un pequeño instrumento con una aguja, similar al velocímetro de un auto, y está calibrado en kilómetros, en millas por hora o en nudos (knots). Este velocímetro indica la velocidad del planeador con relación al aire en el cual se halla volando. No tiene nada que ver con la velocidad del planeador respecto al suelo. Hablando con precisión, podemos afirmar que no siempre indica la velocidad real, como veremos luego. El velocímetro mide la presión que se ejerce sobre un tubo enfrentado a la corriente de aire. Esta presión es muy pequeña: a 80 kilómetros por hora equivale aproximadamente a la de una columna de agua de 2,5 centímetros en un tubo U. Por lo tanto, el instrumento es muy delicado. Dentro del instrumento hay una cápsula en forma de disco, con ondulaciones concéntricas para hacerla más elástica, la cual se encuentra conectada por medio de un tubo al extremo posterior de un tubo pitot. Este último generalmente se halla ubicado en la parte superior de la nariz de la mayoría de los planeadores y consiste en dos tubos apuntando hacia adelante. Uno de los tubos tiene el extremo abierto mientras el otro está cerrado pero posee una serie de pequeños agujeros a lo largo. La presión originada por el impacto del aire en la parte abierta del tubo da lugar a que la cápsula, que está hecha de un metal muy delgado, se combe y esta deformación es multiplicada por una serie de palancas y engranajes que mueven la aguja. La primera pregunta que hace cualquiera es la de para qué sirve el otro tubo con el extremo cerrado. Buenos, si estamos midiendo un pequeño aumento de presión debemos tener algo con qué compararlo. Lo que el instrumento necesita saber es cuánto se ha incrementado la presión del aire por el impacto en el extremo del tubo abierto, en relación con la presión estática ordinaria. Por esta razón, el recipiente del instrumento, que deberá estar herméticamente cerrado, se conecta al segundo tubo, el que tiene el extremo cerrado y posee pequeños agujeros a lo largo; de esta manera la presión de la caja es igual a la atmosférica o estática. Si dejamos que la caja del instrumento quede abierta dentro de la cabina podremos introducir un gran error desde que el aire puede tender a salir o entrar de la misma con lo que la presión será ligeramente mayor o menor que la exterior. Debido a que estamos midiendo un pequeño incremento de presión esto es muy importante. Veamos ahora lo relativo a los errores. El velocímetro es también denominado indicador de velocidad del aire, pero esto es verdad solamente a nivel del mar. A todas la s alturas sobre el nivel del mar el velocímetro proporciona una cifra inferior a la real. Esto se debe a que el aumento de la presión en el extremo descubierto del tubo v aría directamente con la densidad del aire. Ese hecho tiene relativamente poca importancia hasta que llegamos a grandes alturas. A 6000 metros una indicación de 55 kilómetros por hora equivale a 75 kilómetros por hora reales. Esto no tiene tanta importancia en el mundo del vuelo a vela como la tiene para los tripulantes de aviones a reacción. La resistencia y la sustentación son afectadas exactamente de la misma manera por la densidad del aire: ambas disminuyen con la disminución de la densidad. Por lo tanto, en un aire de menor densidad el planeador e ntrará en pérdida a una velocidad real mayor, pero desde que el velocímetro no proporciona una velocidad menor que la real, la cual está determinada por esa menor densidad del aire, la pérdida se producirá a la velocidad normal, según l a lectura del velocímetro. Por ejemplo, un planeador entrará en pérdida a 55 kilómetros por hora a nivel del mar; a 6000 metros lo hará a 75 kilómetros por hora, pero en ambos casos el velocímetro indicará 55 kilómetros. En forma similar, la velocidad de mínimo descenso o máximo planeo será las mismas según el velocímetro a cualquier altura a pesar de que la velocidad real aumenta con la altura. Por lo tanto, podemos considerar es te error como una ventaja positiva ya que evita al piloto mucho esfuerzo mental. En resumidas cuentas, el instrumento nos indica algo más útil que la velocidad real respecto al suelo.
El siguiente error que debernos considerar es el de posición. El aire que se encuentra alrededor de un pl aneador es perturbado en alguna medida a cierta distancia por encima y por debajo, así como por delante y por detrás. El único lugar satisfactorio para colocar el tubo estático es el de unos 20 metros lejos del planeador, pero esto es prácticamente imposible. El diseñador tiene un gran problema en encontrar el mejor lugar para situar el tubo estático, pero cuando lo ha encontrado, debe también hallar en qué medida la cercanía de las alas o el fuselaje afectan la lectura del instrumento. En muchas cabinas se encuentra una pequeña tarjeta que proporciona las correcciones requeridas a distintas velocidades. Este es un problema bastante complicado por el hecho de que sólo a un ángulo de ataque determinado el aire afecta al tubo abierto frontalmente. Sin embargo, se obtiene un resultado razonablemente bueno en muchos planeadores ubicando el tubo pitot en la nariz. No debemos confundimos si vemos un solo tubo en la nariz de un planeador. No se trata, en realidad, de un solo tubo sino de dos, pero el que tiene el extremo cerrado ha sid o colocado lejos del otro. El tubo pitot tiene una molesta tendencia a helarse y dejar de funcionar cuando se vuela en nube en ciertas condiciones de temperatura. Algunas veces se instala un sistema de calentamiento eléctrico para derretir el hielo, pero más comúnmente en la actualidad el tubo abierto se orienta en sentido contrario y se instala en un pequeño recipiente, el cual se ubica en la nariz del planeador. Este último tipo es más o menos inmune a problemas de formación de hielo. Además, en la búsqueda de eficiencia en estos días el tubo estático tiene una tendencia a desaparecer. Se lo reemplaza por dos agujeros cuidadosamente ubicados en el fuselaje, uno a cada lado, para evitar errores debido a derrapes. Si se el ige adecuadamente la posición de estos agujeros, los mismos pueden proporcionar una presión estática muy segura y, por supuesto, evitan la pequeña resistencia que se origina en un tubo situado fuera del fuselaje. Por último, puede haber algunos errores en el velocímetro mismo. Tales errores deben conocerse si se hacen presente y si el instrumento es utilizable deben ser tan pequeños que puedan ser despreciados. Si se tienen dudas debe controlarse el instrumento. Con todos estos problemas de formación de hielo y de errores, resulta sorprendente que nadie haya todavía producido algo mejor para indicar la velocidad. Nadie lo ha hecho, sin embargo. Si usted cree que puede hacerlo, por favor, hágalo. EL ALTÍMETRO El altímetro no indica la altura del planeador sobre el suelo. Mucha gente cree que esto e s lo que hace el instrumento. Todos llegan a comprender la verdad, pero algunos lo hacen por el camino difícil. Podemos, por supuesto, encontrar la altura de nuestro planeador sobre el suelo mediante el altímetro, pero para ello necesitamos utilizar nuestra inteligencia. Para ver cómo puede ser esto, primero debemos entender cómo funciona el instrumento. Dentro de la caja del altímetro hay una c ápsula parecida a la del velocímetro, excepto que en este caso la cápsula se halla sin aire y cerrada herméticamente. Para evitar que se aplaste por la presión del aire tiene un fuerte resorte. Si la presión atmosférica varía, la cápsula será comprimida o se expandirá de acuerdo al incremento o disminución de la presi ón exterior. Este movimiento de la cápsula es multiplicado por medio de pequeñas palancas y engranajes e indicado por medio de una aguja en un dial. En realidad muchos planeadores modernos tienen dos agujas, una para cientos y otra para miles de metros o pies, pero el principio que hemos explicado es el mismo. Se trata, en síntesis, de un perfecto y común pequeño barómetro, calibrado en metros (o pies) y con una escala mucho mayor que el que probablemente tiene usted en su casa. La parte interior de la caja del altímetro se halla conectada al tubo estático del p itot. Muchos pilotos no dan importancia a esto y dejan el estático del altímetro conectado a la cabina, lo cual no tiene mucha importancia desde que los cambios de presión que registra este instrumento son muy grandes y pequeñas variaciones entre la presión exterior de la cabina y dentro de la misma no tienen sino un efecto muy ligero en las lecturas del instrumento. Dado que el altímetro trabaja midiendo la presión estática o atmosférica, cualquier cambio en esa presión lo afectará. Para permitir al piloto ubicarlo en cero el altímetro tiene una pequeña perilla la cual cuando se gira mueve la aguja o agujas. Si el piloto coloca el instrumento en cero antes del despegue (reglaje QFE), la lectura del dial durante el vuelo será una lectura real de su altura sobre el punto de partida. Supóngase, por ejemplo, que trepa a 1500 metros; entonces el altímetro indicará 1500 metros. Si ahora el piloto hace un vuelo de distancia y atraviesa una serie de sierras con una altura de 450 metros, el altímetro seguirá indicándole 1500 metros, aunque tendrá 1500 - 450 = 1050 metros entre él y la cima de las sierras. El piloto dispone de una carta que le proporciona la altura de los distintos puntos del país, en metros sobre el nivel del mar, y esos puntos se hallan unidos por una línea continua. Las distintas alturas se señalan en las cartas con diferentes colores, de tal manera que el piloto puede advertir de un vistazo la altura del terreno sobre el cual está volando y la del que se encuentra por delante. Puede, asimismo, determinar en forma muy simple cuál es su altura sobre el suelo en cualquier momento, partiendo de la base de que sabe exactamente dónde se encuentra. Muchos pilotos c uando vuelan sobre el club y no intentan realizar vuelos de distancia, fijan su altímetro en cero antes de despegar. El altímetro indica entonces la altura real sobre el punto de partida. Sin embargo, cuando se realizan vuelos de distancia la práctica más común aconseja, antes de despegar, fijar la altura correspondiente al punto de partida sobre el nivel del mar (reglaje QNH), de tal manera que cuando se encuentre
en el aire el piloto se ahorrará una serie de cálculos mentales dado que el altímetro le proporcionará la altura sobre el nivel del mar y sus cartas le indicarán también las alturas sobre el nivel del mar. Hay otra fuente de error que debe tenerse en cuenta. A menudo, cuando se deja un planeador con el altímetro en cero durante toda la noche, a la mañana siguiente encontramos que la aguja indica 50 o más metros. Esto se debe a que la presión atmosférica ha descendido durante la noche. Si la presión aumenta el altímetro indicará -50 metros o menos. Ahora, si despegamos luego de haber fijado el altímetro en cero, volamos varias horas y la presión atmosférica vuelve a variar en la misma proporción, el altímetro no estará en cero cuando aterricemos, no obstante hacerlo en el mismo lugar de donde partimos. Afortunadamente, la presión atmosférica no varía mucho en pocas horas, pero en condiciones de tiempo inestable debe esperarse que así ocurra. Esto obliga al piloto consciente a echar un vistazo al mapa del tiempo antes de emprender un vuelo de distancia largo para saber qué puede esperar. Algunos altímetros tienen una pequeña escala en el dial que indica la presión en milibares, la cual se halla conectada a las agujas. Esto, en realidad, es un legado del vuelo con motor. Su finalidad es que un piloto de avión que se está aproximando a su destino, luego de llamar por radio al aeródromo y recibir la presión del lugar en milibares, pueda fijar este dato en el altímetro, con lo que dispondrá de la altura real sobre su destino. Hay en la actualidad un altímetro que realmente proporciona la altura sobre el suelo. Se denomina radioaltímetro y consiste en realidad en un radar que determina la distancia hasta el suelo, basado en el principio del eco sonda. Sin embargo, necesita una fuente de electricidad, pesa demasiado para nuestras posibil idades en un planeador y su precio lo hace bastante inaccesible. No es para nosotros. EL VARIÓMETRO El variómetro es el único instrumento verdaderamente importante para el pil oto de un velero. En realidad, podemos afirmar con propiedad que el vuelo de distancia tuvo que esperar hasta la invención de un v ariómetro práctico y aun los mejores pilotos hoy en día se encuentran casi indefensos sin un buen variómetro. La función de este i nstrumento es indicar al piloto dónde asciende o desciende el aire con respecto a la tierra. Es un instrumento peculiar para el mundo del vuelo a vela y si bien es cierto que los aviones a menudo disponen de un indicador de ascenso y descenso, éste es algo poco sensible y torpe comparado con nuestro variómetro. Existen muchos tipos distintos de variómetros y siempre ha y alguien inventando uno nuevo, pero casi todos ellos trabajan básicamente sobre el mismo principio. Este principio es el de que si tenemos una botella de aire y nos elevamos o descendemos, la presión exterior a la botella se hace mayor o menor que la interior, desde que la presión atmosférica disminuye con la altura y viceversa. En consecuencia, a medida que nos elevamos el aire de la botella tenderá a salir y cuando descendemos tenderá a entrar en ella. El variómetro simplemente indica este pasaje de aire y lo mide, indicando cuán rápido está elevándose o bajando el velero. Figura 18 - Variómetro
La figura 18 indica el funcionamiento de uno de los tipos de variómetro usado (Cobb-Slater). B es una botella; en la práctica es un termo exactamente igual al que usamos para conservar caliente el te o el café. La razón de que se utilice un termo es para aislar el aire interior de cualquier cambio de temperatura que podría variar su presión. Este termo se halla conectado a dos tubos transparentes de plástico ligeramente cónicos, montados en el panel de instrumentos; una conexión va a la parte superior de uno de estos tubos y la otra a la parte inferior del segundo. Los otros dos extremos de estos tubos están conectados al estático del tubo pitot. Dentro de los tubos plásticos transparentes hay dos pequeñas bolitas, una de color rojo y la otra de color verde. Ahora imaginemos que el planeador en el cu al este aparato está instalado comienza a ascender. La presión en el estático disminuye por lo que el aire trata de salir del termo. No puede hacerlo a través del tubo que c ontiene la bolita roja, puesto que ésta es empujada hacia abajo y lo obtura, pero en cambio puede ascender por el tubo que contiene la bolita verde y la empuja hacia arriba. Cuanto más rápido asciende el planeador, más rápido fluye el aire fuera del termo y más alto se eleva la bolita verde. La posición de la bolita proporciona una indicación del régimen de trepada y esto puede leerse en una escala marcada al costado de cada tubo transparente. Exactamente lo mismo ocurre si el planeador desciende, excepto que en este caso el aire fluye hacia el termo. Ahora el aire no puede pasar por la columna de la bolita verde, puesto que ésta es empujada hacia abajo y cierra el c amino, pero en cambio la bolita roja se eleva dejando pasar el aire e indica el régimen de descenso en pies o metros por segundo. Si ambas bolitas descansa n en la parte inferior de los tubos, entonces el planeador no está ascendiendo ni descendiendo. El estático en el tubo pitot se utiliza porque si dejamos el
instrumento conectado a la cabina, cualquier ligera variación en la presión interior del planeador como la que puede producirse al abrir una ventanilla de ventilación, podría causar considerables errores al igual que en el caso del velocím etro, ya que estamos manejándonos con pequeñas variaciones de presión. Últimamente ha habido una invasión de variómetros eléctricos y alguien cree estar inventado algo nuevo cada dí a. Sin embargo, el principio básico permanece igual. Tenemos un termo y medimos el aire que sale o entra. El gran av ance de los variómetros eléctricos es que no tenemos que hacer que el aire mueva ningún pistón, bolita o aguja en su camino hacia dentro o fuera del termo. Podemos dejarlo fluir libremente y medir su intensidad por medio de algún sistema eléctrico, resistencia, termocupla o lo que se desee. En consecuencia, el variómetro eléctrico puede hacerse mucho más sensible y de respuesta mas rápida a los cambios de altura. Lo que necesitamos de un variómetro es que sea sensible, es decir, capaz de detectar pequeñas variaciones de ascenso o descenso combinado con ausencia de retardo. Con esto queremos significar que el variómetro deberá indicar que ascendemos tan pronto como el ascenso comienza y mostrar que dicho ascenso ha terminado en cuanto la trepada deja de tener lugar y, lo mismo, por supuesto, para el descenso. Concretamente, deseamos saber qué está ocurriendo ahora, no que estaba ocurriendo medio minuto antes. Puede parecer sorprendente que un instrumento basado en principios aparentemente tan primitivos pueda cumplir su cometido. La realidad muestra que si lo hace. Si usted necesita convencerse de ello póngase el termo bajo el brazo, sostenga el instrumento en sus manos, conéctelo con un par de tubos de goma y suba y baje lentamente por una escalera. Se sorprenderá al advertir su increíble sensibilidad. (Tal vez deberíamos recordar que es te experimento se facilita si previamente se saca el instrumento del planeador). Los principales errores en los variómetros se deben a las variaciones de la velocidad del planeador. Realmente, este no es un error en sí, sino que el variómetro nos est á diciendo la verdad literal. Ello se debe a lo siguiente. En una térmica turbulenta a menudo resulta difícil mantener constante la velocidad del planeador. El velero es sacudido por la turbulencia y la nariz se eleva o baja ligeramente causando fluctuaciones en la velocidad. Estas fluctuaciones pueden apreciarse como ligeras trepadas y picadas. El variómetro muestra las pic adas como descenso o más probablemente como reducción del ascenso y las trepadas como incremento del ascenso, pero esto puede conducir a un error, aunque es la verdad literal desde que los ascensos pueden o no tener lugar cuando la térmica acelera su ascenso y el piloto busca de hallar la mejor parte de la térmica. Para solucionar esta dificultad muchos veleros han sido equi pados con un venturi de energía total, al cual se conectan los variómetros, en lugar de conectarlos al estático. Para comprender cómo funci ona este dispositivo, primero tenemos que echar una ojeada al venturi.
Figura 19 - Venturi
La figura 19 constituye un corte lateral de un venturi, así llamado en homenaje a su inventor. Se trata, simplemente, de un tubo con un ligero estrechamiento o agolletamiento cerca de uno de sus extremos; por lo tanto, comprende dos formas cónicas, una de ellas (la dirigida hacia adelante) mucho más corta que la otra. Este pequeño tubo se sitúa en la parte superior del planeador de tal manera que el aire fluya directamente a través del mismo. Por lo tanto, el aire que pasa por la garganta de este tubo sufre una fuerte reducción de la presión y si conectamos un tubo a dicha garganta, el venturi absorberá aire a través del mismo. Cuanto más rápido se mueva el aire en el venturi, más fuerte será la succión. A primera vista esto parecerá muy sorprendente. Sin embargo, cualquier fluido al que se lo hace mover rápidamente sin agregarle energía, pierde en presión lo que gana en velocidad. Esto se conoce como el teorema de Bernoulli. Será ob vio que el aire se mueve mucho más rápido a través de la garganta del venturi que a través del extremo abierto ya que el área es mucho menor. Las entradas del venturi están suavizadas como para que el ingreso y la salida del aire se vean tan libres de turbulencia como sea posible. Partiendo de la base de que un tubo venturi produce una succión, ¿qué significa esto para nosotros? En primer lugar, el venturi de energía total para un variómetro debe estar cuidadosamente hecho a fin de que su succión a cualquier
velocidad sea exactamente el equivalente de la presión que se ejerce en el extremo abierto del tubo pitot. Ahora conectemos el variómetro al venturi de energía total en lugar del estático del tubo pitot, dejando l as conexiones al termo y demás, exactamente como antes. Luego remolquemos el planeador a 75 kilómetros por hora. El venturi comienza de inmediato a succionar aire del termo hasta que la presión de éste iguala a la presión en la garganta del venturi. Durante este tiempo la bolita verde del variómetro indica ascenso aunque no haya tenido lugar ningún ascenso. En adelante, mientras la velocidad se mantenga a 75 kilómetros por hora el variómetro se comportará exactamente como antes, indicando ascenso o descenso. Pero si la velocidad se modifica, entonces el venturi comienza a interferir. Imaginemos que mientras un velero se encuentra virando y ascendiendo a 1 metro por segundo en una térmica el piloto inadvertidamente permite que la velocidad fluctúe entre 75 y 90 kilómetros por hora. Mientras el planeador gana velocidad el régimen de ascenso disminuye desde que la velocidad extra es absorbida por la suave picada. Por lo tanto, la velocidad a que el aire se desplaza fuera del termo normalmente disminuirá y la b olita verde indicará menos ascenso, tal vez medio metro por segundo. Sin embargo, debido al incremento de la velocidad la succión del venturi se acrecienta y este aumento del flujo del aire del termo y la bolita verde indican el mismo régimen de ascenso anterior (1 metro por segundo). Mientras el planeador pierde velocidad al ascender, trepará más rápido que antes, digamos 1,5 metros por segundo, pero como la disminución de la velocidad causa una disminución de la succión en el venturi, el flujo extra del aire d el termo se compensa y la bolita verde muestra el mismo régimen de ascenso, es decir, un metro por segundo. Por lo tanto, el venturi de energía total elimina los efectos de las variaciones de vel ocidad sobre el variómetro o, como algunos pilotos expresan, elimina las térmicas de palanca. Esto es muy útil, desde que el piloto sabe que si la bolita verde indica aumento de ascenso en una parte de su viraje, este aumento de ascenso realmente se debe a que el planeador se encuentra en la parte más activa de la térmica y no a un falso registro debido a un movimiento hacia atrás de la palanca. Cuando existe posibilidad de formación de hielo el venturi puede bloquearse, por lo que para prevenir este problema y el resultante de la entrada de agua en el i nstrumento, generalmente se coloca una pequeña llave de desagote entre el venturi y el variómetro. Cuando esta llave se abre posibilita el drenaje del agua que hubiera entrado y además permite al instrumento funcionar como un variómetro común nuevamente, utilizando la presión de la cabina. Como ya hemos dicho, esto no es lo mismo que utilizar la presión estática, por lo que el piloto no debe sorprenderse si, volando con la llave de drenaje abierta, el variómetro se comporta en forma un tanto rara cuando se abre o cierra la ventanilla de ventilación o cuando el velero derrapa o desliza, desde que estos desplazamientos pueden provocar la salida o entrada de air e en la cabina y la consiguiente modificación de l a presión. Hoy se usa un simple tubito con ranuras u orificios apropiadamente hechos que cumple la misma función. Hay un tipo distinto de sistema de energía total. Es el de capacidad variable. En lugar de aplicar la succión a la parte estática del variómetro se utiliza la presión estática común, pero entre el instrumento y el termo se incluye un depósito extra de pequeña capacidad. Este depósito tiene una fina membrana en uno de sus lados y la presión proveniente del tubo pitot se aplica al otro lado de la membrana. Por lo tanto, los cambios de velocidad hacen que la capacidad total varíe ya que la presión del tubo pitot hace que la membrana sufra una deflexión. Esto produce exactamente el mismo efecto que si aplicáramos el venturi a la parte estática del instrumento y tiene la ventaja de que no hace falta un tubo situado al a ire y, desde que el tubo pitot no se hiela, el variómetro no será afectado por el hielo. En condiciones de suma turbulencia el sistema de energía total puede proporcionar indicaciones muy raras. Esto se debe al hecho de que el venturi no puede distinguir entre un aumento de velocidad debido a una picada y otro debido al aumento por la turbulencia. En ambos casos tiende a elevar la bolita verde. En tales condiciones puede ser mejor abrir la llave de drenaje y volver a la operación normal, teniendo esto en cuenta mentalmente. Las ventajas superan de lejos estos pequeños problemas y pocos pilotos que han utilizado un variómetro de energía total no desean disponer del mismo nuevamente. ¿Por qué el curioso nombre de energía total? Lo que el instrumento está haciendo para nosotros es llevar una especie de cuenta bancaria de nuestro stock de energía. Si convertimos parte de nuestra altura en velocidad extra, el variómetro dice: energía total, sin variación, mientras que el variómetro común diría: pérdida de altura . Si nuevamente convertimos nuestra velocidad extra en altura, el variómetro de energía total dirá: energía total, sin variación, mientras que el variómetro común diría: ganancia de altura. Todas estas situaciones son reales, pero en el caso del variómetro de energía total el instrumento tiene un ojo puesto en la energía cinética o la energía debida a la velocidad, así como en la energía potencial, o energía debida a la altura y nos lo acredita o debita de acuerdo al aumento o disminución de la velocidad. El variómetro común nos i ndica cómo está cambiando nuestra energía potencial o debida a la altura. El variómetro de energía total nos indica cómo cambia nuestra energía cinética y potencial: en una palabra, nuestra energía total. LA BRÚJULA El velocímetro, el altímetro y el variómetro pueden considerarse los instrumentos básicos de nuestros planeadores y puede lograrse una enorme cantidad de horas de vuelo solamente con estos tres.
Para un vuelo de distancia importante necesitaremos disponer de una brújula pero desde que ésta es similar a cualqui er otro tipo de brújula magnética, no investigaremos mucho este aspecto. No obstante, su instalación debe ser efectuada por una persona competente. Esto implica colocar el planeador en varias posiciones observando las indicaciones de la brújula y corrigiendo sus errores tanto como sea posible. Ello se debe a que el metal de la estructura del planeador puede, en algunos casos, afectar las indicaciones de la brújula. Cuando la brújula ha sido corregida todo lo que sea posible, los errores deben anotarse y tenerse a la vista en una tarjeta, en el panel de instrumentos. Los métodos de corrección difieren pero el más usual es el de ubicar pequeños imanes dentro de la caja de la brújula o por medio de tornillos que desplazan los imanes ubicados en el recipiente que la contiene.
Capítulo VIII b LOS INSTRUMENTOS PARA EL VUELO A CIEGAS
Si el velero va a ser volado dentro de nubes, los instrumentos que hemos mencionado hasta ahora no serán suficientes. Cualquier piloto que vuele sin un objeto a la vista en base al cual pueda orientarse, después de uno o dos minutos perderá completamente su sentido de la orientación. No será capaz de distinguir entre un viraje regular y el vuelo recto, y su brújula no lo ayudará desde que sus indicaciones son muy irregulares cuando el planeador se encuentra virando. Asimismo, será incapaz de distinguir entre vuelo nivelado, una trepada y una picada, aunque su velocímetro y el ruido y conocimiento de su velero lo ayuden. Por desgracia, la velocidad del planeador se relaciona más con la situación que la máquina tenía unos pocos segundos antes que con s u situación actual. Consecuentemente, el piloto se siente inclinado a corregir en exceso, con lo que provocará una serie de oscilaciones. Es de hacer notar que tampoco los pájaros pueden volar sin visibilidad. En el caso de los murciélagos éstos emiten chillidos cuyos ecos recogen para orientarse, es decir, que utilizan una especie de radar. El vuelo a ciegas supone una técnica especial, un paso mas allá del pi lotaje experimentado. Muchos pilotos no llegan a dominarla nunca porque ofrece inconvenientes muy particulares. Los factores fisiológicos que dan el sentido del equilibrio a l ser humano suelen jugar malas pasadas cuando se está, volando a ciegas. Fundamentalmente, la vista proporciona al hombre los elementos para mantenerse en equilibrio. Pero cuando esta falta, toman el comando otros factores, tales como los canales semicirculares del oído. En su interior las células ciliares, como pistilos que se mecen en un medio líquido, trasmiten al cerebro la posición o desplazamiento del cuerpo. Cuando avanzamos, las células ciliares se inclinan hacia atrás por la inercia y las finas terminaciones nerviosas trasmiten ese dato al cerebro. Pero cuando el cuerpo se detiene se produce un fenómeno inverso, puesto que al inclinarse l as células ciliares hacia adelante dan la impresión de que el cuerpo se desplaza hacia atrás, aunque está inmóvil. C omo los canales son tres, ubicados en ángulo recto cada uno respecto a los otros dos, esa misma sensación engañosa se repite respec to al movimiento lateral o a los desplazamientos verticales. Cuando caminamos o nos mecemos la vista suple esa sensación equivocada y el cerebro elige la que concuerda con la realidad. Pero cuando no vemos el mundo exterior el cerebro sólo dispone de las sensaciones que le envían los canales semicirculares, con lo que fácilmente es llamado a engaño. Piénsese entonces en lo que ocurre cuando volando a ciegas dentro de una nube, sin ver el horizonte que nos sirve de testigo y ante cuyo desplazamiento relativo reaccionamos automáticamente para mantener el planeador nivelado, la máquina inicia un viraje escarpado y se desarrolla sobre el cuerpo del piloto una fuerza centrífuga que siente que "lo proyecta hacia afuera". Las células ciliares reaccionan al estímulo físico y en determinadas circunstancias el cerebro interpreta que estamos haciendo un viraje en sentido contrario al real. Para proporcionar al piloto la información que necesita cuando se trata de vuelo a ciegas, el planeador debe ser equipado con instrumentos para este tipo de vuelo. D ichos instrumentos incluyen el indicador de giro y el horizonte artificial. Los indicadores de nivel transversal y longitudinal no son, hablando con propiedad, instrumentos para vuelo a ciegas, pero resultan una considerable ayuda en nube. Para el vuelo a ciegas es suficiente el indicador de giro como suplemento de los demás instrumentos. Si se instala un horizonte artificial, las cosas serán mucho más fáciles. NIVELES Los niveles son los instrumentos más simples, por lo que los describiremos en primer lugar. El nivel transversal no es más que nuestro viejo amigo, el nivel del albañil, es decir, un tubo de vidrio c urvado cóncavo hacia abajo, lleno de solvente, con una burbuja de aire. Este nivel se encuentra montado a lo ancho en el panel de instrumentos. Si el velero se encuentra volando recto y las alas están niveladas, la burbuja estará centrada, con lo que indica que no hay fuerzas no equilibradas actuando sobre las superficies del aparato. Si el planeador derrapa o desliza en un viraje o en vuelo
recto, la burbuja se desplazará de su posición central. Por lo tanto, el nivel transversal no indica el ángulo de inclinación; simplemente muestra si la inclinación es correcta para un viraje determinado. La burbuja tiene la desventaja de que parece escaparse durante todo el tiempo. Por esta razón algunas veces se dice que hay que perseguir la burbuja con la palanca, en lugar de tratar de volver a su lugar la burbuja mediante la palanca. En un diseño mejor, este instrumento presenta el tubo de vidrio curvado con la concavidad hacia arriba y lleno de solvente como antes, pero en lugar de utilizar una burbuja para obtener las indicaciones se usa una bolita de metal. Esta bolita puede desplazarse libremente a lo largo del tubo curvado y parece obedecer al movimiento de la palanca en lugar de tener que ser perseguida. Esta forma de nivel generalmente se ubica dentro del indicador de giro, en cuyo caso el instrumento es conocido como indicador de giro e inclinación o ladeo. Este es un nombre incorrecto desde que la bolita no indica el ángulo de inclinación. El nivel longitudinal es un instrumento que trabaja sobre principios muy similares. índica al piloto, mediante la altura de una columna de liquido coloreado situada en un tubo de vidrio ubicado en el panel de instrumentos, si la maquina se encuentra cabreada o picada. Detrás del tubo, por lo general, se inserta una escala como referencia. Figura 20 - Nivel
La figura 20 muestra las partes principales de este instrumento y resulta evidente que no es más que una forma particular de nivel. El estrechamiento en la rama inferior tiene como objeto evitar que el líquido se desplace violentamente en condiciones de extrema turbulencia. No cabe duda de que el nivel longitudinal es un instrumento particularmente útil cuando se realiza un vuelo a ciegas. Incluso puede reemplazar al velocímetro en esa situación y muestra lo que está ocurriendo con respecto a la posición del aparato, mientras que el velocímetro indica el efecto de la posición del aparato algunos segundos antes. Además, no se hiela justamente cuando más lo necesitamos. Actualmente este instrumento no se usa. EL INDICADOR DE GIRO
El indicador de giro es el instrumento realmente vital para el vuelo a ciegas. El dial de este instrumento varía en apariencia según los distintos modelos, pero todos presentan una aguja vertical que se mueve a partir de una línea de referencia hacia la izquierda o la derecha. Cuando la aguja se halla centrada el planeador no está virando, es decir, está volando en línea recta. Cuando la aguja se desplaza hacia la izquierda el planeador está virando hacia la izquierda y viceversa. Cuanto más se desplaza la aguja mayor es el ángulo de viraje. Este efecto se obtiene mediante un pequeño giróscopo situado dentro del instrumento. Figura 21 – Indicador de giro
La figura 21 muestra el cerebro del indicador de giro. El giróscopo, que r ota muy rápidamente, se encuentra montado de tal manera que sus ejes longitudinal y transversal tienen la misma disposición que los del planeador. El marco en el cual se halla montado pivota sobre el eje longitudinal de tal manera que el giróscopo, junto con el marco, pueden rolar, pero este movimiento de rolido es controlado mediante un resorte que mantiene el marco nivelado. Una de las extrañas propiedades del giróscopo es la de que cuando está en marcha, si se lo hace girar alrededor de su eje el aparato, a su vez, girará en ángulo recto respecto al movimiento de rotación que se le imprime, hasta que su propio eje de rotación coincide con el eje de giro. Esto se denomina movimiento de precesión y parece bastante complicado, pero si no puede alcanzar a comprenderlo no importa. Veamos nuevamente la figura 21. Si el instrumento completo es girado sobre el eje vertical, como ocurre cuando el planeador vira, el giróscopo tratará de efectuar un movimiento de rolido, junto con el marco, hasta que su eje coincida con la vertical real. No puede lograrlo porque el resorte lo impide, pero tratará de girar sobre su eje longitudinal (rolar), y el esfuerzo variará de acuerdo a la inclinación del viraje. Este movimiento de rotación longitudinal del marco es mostrado por el movimiento de la aguja a través de una serie de palancas. La sensibilidad o el movimiento de la aguja para un viraje determinado pueden alterarse ajustando la tensión del resorte. Para reducir la sensibilidad se aumenta la tensión del resorte. El indicador de giro diseñado para aviones de motor, por lo general debe tener una sensibilidad considerablemente reducida cuando es utilizado en planeadores, porque por lo común los virajes son mucho más escarpados. Si no se procede de esta manera, la aguja se desplazará hasta el tope en cualquier viraje suave.
¿Cómo se logra que el giróscopo se mantenga en movimiento? La forma más simple es instalar pequeñas al etas en la parte exterior de la rueda del giróscopo, producir una succión de aire por medio de un venturi y dis poner una pequeña corriente de aire en la caja del instrumento para mover la rueda del giróscopo. Esto presenta serios problemas para el uso volovelístico. En primer lugar, necesitamos un venturi desmesurado para lograr suficiente succión, debido a nuestra baja velocidad y, en segundo lugar, el venturi tiene una lamentable tendencia a obstruirse con hielo justamente cuando más se lo necesita. es decir, en nube. Este sistema funciona perfectamente en aviones a motor dado que l a alta velocidad permite disponer de un venturi de tamaño razonable, el cual puede colocarse cerca de un escape caliente para evitar el hielo. La mejor forma de hacer funcionar el giróscopo de un planeador es por medio de la electricidad. La rueda del giróscopo se convierte aquí en el núcleo de un pequeño motor eléctrico. Una pila proporciona la energía y desde que el motor eléctrico no mueve nada, sino que se mueve a sí mismo, el consumo de corriente es muy pequeño, generalmente del orden de 0,1 ampere. Incluido en el motor se halla un contacto centrífugo que se abre cuando el núcleo alcanz a su velocidad normal, con lo que impide que exceda de cierta velocidad y ahorra corriente. El contacto vuelve a cerrarse tan pronto como la velocidad de rotación disminuye y requiere nuevamente corriente. El indicador de giro es un instrumento relativamente seguro, pero la sensibilidad varía por lo general de un instrumento a otro. Por lo tanto, conviene familiarizarse con cada instrumento volando con visibilidad hasta tener alguna idea de lo que significa cada indicación de la aguja en términos de grado de viraje. EL HORIZONTE ARTIFICIAL Si usted puede conseguirlo y su planeador puede soportar el peso extra sin exceder el máximo permisible, el instrumento ideal es el horizonte artificial. Este instrumento no nos habilita necesariamente para volar a ciegas, pero es indudable que hará las cosas mucho más fáciles. Hay u na gran cantidad de pilotos que son felices volando a ciegas con un indicador de giro y ladeo y los instrumentos básicos normales y que no encuentran problema en llevar a cabo l as más prodigiosas trepadas en nube. Pero hay también muchos pilotos que utilizan para el vuelo a ciegas como agregado un horizonte artificial. La verdad parece ser que el horizonte artificial realiza un buen trabajo, pensando por nosotros. En cambio, el indicador de giro y ladeo y los instrumentos básicos nos dirán todo lo que necesitamos saber para v olar con éxito en nube, pero su información debe ser interpretada previamente por el cerebro para formar un panorama ex acto de lo que está ocurriendo, y esto en un momento en que nuestros sentidos nos pueden estar diciendo las cosas más raras. El horizonte artificial recoge la misma información básica, pero nos presenta el resultado en forma de un cuadro cuyo mensaje es obvio. Si miramos el horizonte artificial instalado en un panel de instrumentos podremos ver un pequeño modelo de avión, en blanco, visto por detrás, contra un fondo negro. Detrás de este modelo hay una línea blanca horizontal, la cual es el horizonte artificial, del cual el instrumento toma su nombre. Cuando está en funcionamiento (recuérdese que este es un instrumento giroscópico) esa línea blanca permanece paralela al horizonte y lo sigue en su movimiento de ascenso y descenso. Es decir, si la nariz del velero se inclina bajo el horizonte, la pequeña línea blanca se elevará por sobre el modelo y si la nariz del planeador se eleva por sobre el horizonte, la línea blanca descenderá por debajo del modelo. Asimismo, cuando el planeador vira, la línea blanca adoptará una actitud de inclinación paralela al h orizonte real. Por lo tanto, el instrumento muestra al piloto una imagen real de la posición de su máquina respecto al horizonte. Cuando el piloto no puede ver el horizonte, simplemente transfiere su atención al pequeño modelo de avión del instrumento y procede a volarlo , con referencia a la línea blanca u horizonte artificial que se encuentra detrás del mismo. Esto suena muy fácil pero no lo es tanto. El problema principal, por supuesto, es el de que nuestros sentidos nos pueden indicar otra cosa y entonces nos inclinamos a dudar de la evidencia del instrumento. Sin embargo, con un poco de práctica el vuelo a ciegas con un horizonte artificial puede llevarse a cabo con mucho menos esfuerzo mental que con un simple indicador de giro y ladeo y los instrumentos básicos. ¿Cómo trabaja el horizonte artificial? Podría escribirse un libro entero sobre este asunto y tendríamos que comenzar con un tratado sobre las propiedades del giróscopo. Resulta importante investigar los principios básicos de este instrumento, pero no intentaremos ir más allá de esto. Dentro de la caja del instrumento se encuentra una rueda giroscópica, pero este giróscopo es más bien distinto del que hemos visto en el giro y ladeo. El del horizonte artificial es lo que se denomina un giróscopo libre, es decir, con movimiento universal, de tal manera que puede girar en c ualquier dirección, libre de todo resorte. Como se recordará, en el giro y ladeo el giróscopo solamente podía rotar sobre su eje longitudinal y aun ese movimiento era controlado por un resorte. En el horizonte artificial el giróscopo tiene libertad para girar sobre sus ejes longitudinal y transversal. El giróscopo rota con su eje vertical. (Hablando con propiedad, esto no es completamente verdadero, como veremos luego). Una de las propiedades del giróscopo es la de que, si se halla montado sobre su centro de gravedad y puede efectuar un movimiento universal, cuando es rotado tiende a mantener inalterable su posición en el espacio, aunque sus puntos de apoyo sean girados sobre los ejes l ongitudinal y transversal. Esto significa que aunque inclinemos nuestro planeador s obre estos dos ejes, el giróscopo tenderá a mantener sus ejes apuntando verticalmente hacia arriba y hacia abajo. Si acoplamos el movimiento del giróscopo a la línea blanca del cuadrante de un instrumento, tendremos un horizonte artificial.
Un instrumento tan simple como este puede tener, sin embargo, serias fallas. En primer lugar, es virtualmente imposible equilibrar perfectamente el giróscopo en sus puntos de movi miento universal y aun si estuviera perfectamente equilibrado la fricción en los puntos de apoyo y rotación le haría desviarse en un lapso determinado. En segundo lugar, para comenzar habría que fijar el pivote en la vertical. Para solucionar estos problemas todo horizonte artificial tiene algún dispositivo que incorpora pequeñas fuerzas para mantener el giróscopo vertical en caso de que éste tienda a desviarse. Aquí se presenta el primer obstáculo. Este mecanismo de erección sólo puede detectar un desvío de la vertical del giróscopo por comparación de su posición con la de al guna clase de plomada. Este sistema de plomada tratará, por supuesto, de mantener el eje del giróscopo en la línea vert ical del planeador cuando éste se halla vi rando correctamente, de la misma manera que la bolita o la burbuja del nivel permanecen en el centro. Esto introduce un error cuando el velero vira, pero desde que el sistema de la plomada ejerce una presión sobre el eje del giróscopo, que se mueve alrededor del círculo a medida que el planeador vira, el error no es grande. En muchos instrumentos el eje se encuentra ligeramente inclinado y por este medio el error puede ser eliminado por el movimiento de precesión del giróscopo. Dicho error se eliminará completamente sólo en un determinado ángulo de viraje. En todos los otros ángulos habrá algún error y el horizonte -la línea blanca- puede mostrar un ligero error. Haciendo funcionar el giróscopo a elevadas revoluciones se consigue que este error sea muy pequeño, pero es difícil encontrar a qué ángulo de viraje ha sido corregido cualquier instrumento en particular. En cuanto a los sistemas para hacer mover el giróscopo tenemos la misma posibilidad de elegir que en el caso del giro y ladeo: succión de un venturi o instalación eléc trica. El tipo venturi, que trabaja tan bien en los aviones a motor presenta los mismos problemas que en el caso del giro y ladeo, cuando se instala en un planeador. El método más satisfactorio para dar movimiento a un giróscopo es, nuevamente, la electricidad, pero las cosas no son tan simples en este caso. Desde que se trata de un giróscopo libre, la única forma satisfactoria de moverlo eléctricamente es hacer de la rueda d el giróscopo el rotor de un pequeño motor de inducción de tres fases. La corriente continua, que es la que podemos obtener de una pila, no sirve en este caso porque tiene que ser conducida dentro y fuera del núcleo que gira y esto es virtualmente imposible sin interferir con el movimient o libre del giróscopo. Aquí la instalación se convierte en un formidable problema. En p rimer lugar, necesitamos una fuente de poder, por lo general una batería de 12 o 18 voltios; luego para obtener la corriente alternada hace falta un convertidor rotativo. Este convertidor rotativo es una clase de motor generador que torna la corriente continua de la batería y entrega corriente alternada de tres fases al horizonte artificial. Por lo tanto, necesitamos disponer en el planeador de tres cosas bastante pesadas: el instrumento en sí, el convertidor rotativo y la batería, y para cuando haya podido conseguir todo esto, ubicarlo y conectarlo, el peso puede ser demasiado. En realidad, en muchos casos la instalación, sumado a un piloto algo pesado, sobrepasarán el peso máximo permitido para el planeador y, por supuesto, el certificado de aeronavegabilidad de la máquina deberá ser corregido para limitar el peso máximo permitido para el p iloto. En la actualidad la introducción de sistemas transistorizados ha eliminado los problemas de gran volumen y peso y se dispone de horizontes muy livianos y eficaces aunque, por desgracia, bastante onerosos. Sin embargo, la realidad es que un buen horizonte artificial es un instrumento muy útil en un planeador si se intenta volar en nube. NOTA: Hemos estado tentados de cambiar y actualiz ar completamente este capítulo, pero para no salirnos del marco de simplicidad de las explicaciones básicas de esta obra sólo se hicieron ligeros retoques. Para una completa y moderna descripción de instrumentos referimos al lector a la excelente obra de H. Reichmaiin "Vuelo sin Motor: Técnicas Avanzadas" (Edit. Paraninfo).
Capítulo IX LOS PELIGROS OCULTOS
Si manejamos un triciclo de reparto no tenemos el menor interés en chocar contra un ómnibus que viene en sentido contrario. El peligro y, en consecuencia, los resultados de esta acción son obvios. Pero la verdadera amenaza es el ómnibus o el auto que no vemos. El aire, como hemos dicho antes, es invisible y, por lo tanto, el peligro que encierra tiene que ser presentido antes que visto. Sin embargo, el buen piloto de planeador ve el aire y su comportamiento, ya que se ha estado entrenando todo el tiempo sobre lo que está hacien do este elemento. Con el objeto de ayudar al alumno a adquirir este instinto incluimos este capítulo sobre algunas de las trampas que pueden encontrarse.
GRADIENTE DEL VIENTO Cuando sopla viento, la capa inferior de aire es frenada por la fricción con el s uelo. El aire que se encuentra a 3 centímetros sobre el suelo puede hallarse casi estacionario; a 1,50 metros puede que se perciba una ligera brisa; y a 150 metros tal vez sea un fuerte viento. Este efecto del incremento de la velocidad del viento con la altura es muy pronunciado cerca del suelo y se conoce como gradiente del viento. Siempre se encuentra presente en algún grado y es afectado por muchas cosas, de las cuales la más importante probablemente es el tipo de suelo sobre el cual se desarrolla el viento. Las zonas boscosas harán que el aire se desplace más lentamente que en el caso de superficies planas y libres. Asimismo, el efecto del gradiente del viento es mayor con vientos fuertes que con brisas ligeras. Tomemos un caso extremo para ver cómo esto afecta al planeador. Imaginemos un viento que sopla a 50 kilómetros por hora a 90 metros de altura y a cero kilómetros a 85 metros. Si un planeador vuela de frente al viento a 60 kilómetros por hora y a una altura de 100 metros, su velocidad real sobre el suelo será de 10 kilómetros por hora. Cuando el planeador desciende a través del aire y llega a los 85 metros se encuentra con que el viento disminuye repentinamente hasta que cesa por completo hasta quedar en calma completa, con lo que la velocidad de la máquina respecto al aire será de 10 kilómetros por hora. En consecuencia, el planeador entra en pérdida y lo hace en forma muy repentina y aguda. Este ejemplo extremo resulta, por supuesto, imposible en la práctica, pero sí es muy posible que la velocidad del viento sufra una modificación de 25 kilómetros o más entre los 100 y los 5 metros sobre el suelo. En este caso, mientras el pl aneador se aproxima con viento de frente para aterrizar y desciende desde los 100 metros, habrá una insidiosa tendencia del viento a disminuir que puede -si el piloto es suficientemente estúpido- llevar al planeador peligrosamente cerca de la pérdida a medida que se aproxima al suelo. Las medidas que deben tomarse son obvias. Haga la aproximación con suficiente velocidad y prevenga la disminución repentina del viento poniendo la proa hacia abajo tanto como sea necesario. El gradiente del viento es a menudo muy marcado cuando se aterriza en la cima de una colina. Hay un punto que necesita ser mencionado. Si usted trata de hacer un viraje muy escarpado en un gradiente de viento muy fuerte, las velocidades reales de las alas superior e inferior pueden ser muy distintas y esta diferencia es más marcada cuanto mayor es la envergadura del velero. Cuando nos hallamos con viento de cola el ala situada a un nivel inferior encontrará mayor velocidad del aire y el planeador necesitará cierta cantidad de alerón para obligarlo a hacer el viraje. A medida que completa el viraje hasta hallarse frente al viento mientras desciende, la punta del ala superior es la que enfrenta una mayor velocidad del viento y el planeador puede muy bien mostrar una violenta tendencia a girar en exceso sobre su eje longitudinal o sea a escarpar. La moraleja es clara: no haga virajes escarpados cerca del suelo. TURBULENCIA Figura
22
-
Turbulencia
Por desgracia, los objetos comunes tales como casas, hangares, árboles y colinas no tienen una forma perfectamente fuselada. Como resultado de ello provocan remolinos mientras el viento sopla sobre y alrededor de ellos. Estos remolinos pueden ser pequeños e insignificantes o pueden ser grandes y poderosos. Como ejemplo, veamos la figura 22. Esta representa una sección en corte de una ladera para vuelo a vela, con el viento soplando sobre uno de los costados, con un borde agudo en la cumbre. El viento puede comportarse de distintas maneras, lo cual dependerá de muchas circunstancias, pero bien puede hacerlo tal como se ilustra, es decir, bajo la forma de una corriente pareja y constante en la parte frontal de l a colina, un gran vórtice o rotor en la cima y varios remolinos en la parte desc endente del viento, del otro lado. Un planeador en las posiciones A, B o C encontrará un ascenso relativamente bueno y constante, pero dejémoslo desplazarse hasta D, y veamos qué ocurre. En primer lugar, se encuentra en una corriente descendente fuerte, perdiendo altura con rapidez. En segundo término, a medida que pica hacia el otro lado de la colina está volando en un área donde el viento sopla desde atrás suyo y, por lo tanto, reduciendo su velocidad con respecto al aire. Si ha sido llevado bastante lejos, puede considerarse muy afortunado si alcanza a llegar al borde de la cima nuevamente, sin verse obligado a descender. El peligro de entrar en pérdida sobre la cima de la colina es muy considerable. Por lo tanto, piense qué va a hacer el aire y no descienda del otro lado de una cima empinada. La turbulencia causada por hangares, casas y árboles es muy difícil de apreciar y dado que los efectos se advertirán muy bajo, durante la aproximación, la única recomendación que puede hacerse es la de mantenerse a buena distancia de los mismos. Si usted tiene que aterrizar a sotavento de algún obstáculo grande, realice la aproximación con bastante velocidad
como para incrementar la efectividad de los controles y dominar el efecto de un intenso gradiente del viento que seguramente provocará la parte protegida bajo viento. En una oportunidad pudimos apreciar una hermosa demostración del efecto de la turbulencia. Un alumno de la Real Fuerza Aérea estaba haciendo su aproximación para aterrizar en un Tiger Moth. El viento tenía casi la fuerza de un ventarrón y el piloto eligió una aproximación baja, con su ala derecha sobre el borde de una pared. H izo un perfecto aterriza invertido. El aparato fue invertido en forma limpia por la atracción hacia arriba provocada por la pared sobre su ala derecha. Debido a la aproximación ridículamente baja la máquina casi no resultó dañada. HIELO Y ESCARCHA Cualquier cosa que interfiera con el perfil del ala de un planeador reducirá la sustentación e incrementará la resistencia. El hielo es aquí el principal delincuente, a pesar de que los efectos son parecidos si se permite que la alas -y en especial los bordes de ataque- estén ásperos o salpicados de barro. El hielo puede formarse sobre las alas de dos maneras. Primero, puede depositarse en forma de helada mientras el planeador se halla en el suelo. Si esto ocurre conviene limpiar las alas antes de salir a volar. De lo contrario se logrará un pobre remolque y la eficiencia del planeador empeorará en el aire. Existe un gran peligro en tratar de despegar con hielo en las alas, particularmente si el planeador tiene perfil laminar. La pérdida de performance es sorprendente. Esta clase de hielo es una amenaza real para los aviones a motor. Algunos aviones pesadamente cargados han fallado en despegar y, en consecuencia, se han estrellado al final de la pista debido a una subestimación del efecto del hielo o l a escarcha en las alas. La segunda forma en que puede formarse hielo en las alas es en el aire, en nube, en la capa de formación de hielo. Esta capa, que puede hallarse a cualquier altura, generalmente se ubica alrededor de los 0 a 10 grados centígrados. Si un planeador vuela por algunos minutos en esta capa, el hielo se formará rápidamente en los bordes de ataque de las alas, en todo punto que sobresalga de la máquina, tal c omo el tubo pitot, etc. El efecto en las alas es, por supuesto, una reducción de la sustentación y un incremento de la resistencia. Sin embargo, el hielo no se encuentra a menudo por debajo de los 1500 a 1800 metros, por lo que la pérdida de eficiencia del planeador no tendrá como resultado poner al piloto en ningún peligro serio y, en cualquier caso, el hielo se habrá derretido para cuando el aparato llegue al suelo. Sin embargo, conviene recordar que nuestra idea de la distancia que podemos alcanzar con una altura dada puede tener que ser reconsiderada si el planeador soporta mucho hielo, especialmente si es del tipo laminar. Por otra parte, debido al hielo el planeador es más pesado, por lo que la velocidad de pérdida será mayor. Ya hemos discutido los efectos de esta clase de formación de hielo en el tubo pitot y v enturi, pero es un hecho curioso que a menudo no son bloqueados hasta que el hielo c omienza a derretirse. Este tipo de formación de hielo, por lo tanto, no constituye un riesgo grande para los planeadores pero, repitamos, muchos aviones a m otor pesadamente cargados se han estrellado debido a esta causa. Aquí, por supuesto, la pérdida de eficiencia es importante y dado que el régimen de descenso es elevado, el avión puede no estar en condiciones de desprenderse del hielo antes de tocar tierra. Por esta razón muchos aviones modernos disponen de los más avanzados sistemas de descongelación.
Capítulo X UN ANALISIS DE ALGUNAS CONDICIONES ANORMALES DE VUELO
LA PUESTA EN VUELO Antes de que un planeador pueda volar debe ser puesto en el aire por un medio u otro. Dejando de lado el uso de cohetes, que por el momento es muy caro y se encuentra en la etapa experimental, los cuatro métodos usuales son: catapulta o sandows, remolque por auto, remolque por torno y remolque por avión. En todos estos sistemas tiene que aplicarse una fuerza externa al planeador para colocarlo en el aire, por lo que las condiciones en ese momento son algo diferentes a las del vuelo ordinario. Veamos primero el sistema de catapulta o sandows. La puesta en vuelo por medio de sandows tiene lugar normalmente desde la cima de una colina, pero las prácticas pueden hacerse en un lugar llano. El sandow es, simplemente, una cuerda larga elástica que tiene en su parte central o media una argolla de acero. Un pedazo corto de soga, generalmente con nudos para proporcionar un buen agarre, se ubica en cada punta de la cuerda elástica. El planeador es transportado a la cima de la colina, si tuándose en el borde, y la cuerda elástica se dispone hacia afuera, frente al planeador, formando una V. La argolla situada en el centro de la cuerda se calza en un gancho abierto ubicado en la parte inferior de la nariz del planeador. Cuatro personas se sitúan en cada extremo, toman la
soga anudada y esperan una señal del piloto. Mientras tanto otra persona sujeta el patín de col a para retener el planeador. A una señal dada los dos equipos de cuatro personas corren hacia adelante estirando la cuerda de goma. Cuando el que sujeta el patín de cola no puede aguantarlo más, lo suelta y el planeador se acelera hacia adelante y comienza a volar hacia el valle, dejando caer la argolla y la cuerda de goma. El planeador no debe ser cabreado por el piloto sino que debe volar horizontalmente hacia la ascendencia de la colina. Esto es importante ya que al moverse hacia adelante en el comienzo del remolque, el viento es más o menos horizontal, mientras que a unos pocos metros afuera, hacia el valle, en la ascendencia dinámica, sopla más o menos hacia arriba. En consecuencia, a medida que vuela hacia esta área el planeador incrementa su ángulo de ataque sin ningún cambio de actitud. Si el planeador es objeto de un despegue muy pobre y vuela muy cerca de la velocidad de pérdida, este incremento en el ángulo de ataque puede ser suficiente para hacerlo entrar en pérdida. Por lo tanto, si hay alguna duda sobre la fuerza del remolque, el piloto debe, para ganar seguridad, bajar la nariz y picar suavemente hacia afuera del punto de partida hasta estar seguro de que tiene suficiente velocidad. La fuerza del lanzamiento cuando se utilizan sandows se aplica en la proa, en la dirección del eje longitudinal y no implica mucha carga extra para el planeador, excepto en el punto de enganche. Esta es la zona de la estructura que previene que las alas se doblen hacia atrás. Sin embargo, muchos pilotos se sorprenden después de su primer lanzamiento por la muy baja aceleración. Lejos de sentirse violentamente lanzado hacia e l valle, la sensación es de suavidad y el lanzamiento ha concluido casi antes de haber empezado. Desde el punto de vista del planeador los remolques por auto y por torno son muy similares. En ambos casos el planeador es remolcado por medio de un largo cable o soga. Al comienzo del remolque el cable permanece en el suelo, por lo que la tracción es horizontal. Tan pronto como el planeador tiene s uficiente velocidad para elevarse del suelo trepa en forma progresiva sobre el punto en que el auto o el torno ejercen la tracción en el cable. Esto significa que la tracción del c able cambia de dirección en el planeador a medi da que se desarrolla el lanzamiento. En las etapas iniciales la tracción es en dirección de popa a proa, y en el tope del remolque es casi hacia abajo o, lo que significa lo mismo, casi a ángulo recto con la cuerda alar. Por esta razón el cable debe s ujetarse al planeador en un gancho cerrado, que el piloto opera cuando desea quedar en vuelo libre. En realidad, muchos ganchos disparadores tienen un dispositivo de seguridad que hace caer el cable automáticamente si la tracción excede cierto ángulo. Cuando el cable está arrastrando al planeador más o menos en dirección popa a proa, un remolque fuerte sólo acelerará al planeador hacia adelante, incrementando por lo tanto su velocidad. Las cargas en la estructura, en consecuencia, son relativamente pequeñas, excepto en el gancho disparador. Sin embargo, tan pronto como el planeador comienza a trepar las cosas son muy distintas. La figura 23 ilustra este estado de cosas.
Figura 23 – Remolque por torno o auto
Lo primero que vemos es que la sustentación en el ala es mucho mayor que el peso, ya que tiene que compensar también a la fuerza hacia abajo del cable, P. Normalmente, si la sustentación es mucho mayor que el peso el piloto se siente presionado contra su asiento, porque el planeador se está acelerando en la dirección de la sustentación, pero en este caso particular el piloto no lo siente ya que dos fuerzas -sustentación y tracción del cable- se encuentran actuando en direcciones más o menos opuestas mientras el piloto se halla sentado en la conexión ent re los dos, es decir, el planeador. El piloto bien puede no darse cuenta de la gran sustentación que tienen las alas y, por lo tanto, es bueno recalcar que las cargas en el ala son considerables en un remolque por auto o torno. Si las condiciones son turbulentas y la velocidad de
remolque es alta, las cargas pueden ser muy elevadas. Por esta razón todos los planeadores tienen una indicación en la cabina que establece la velocidad máxima permitida en remolque por auto, tomo y avión. Para prevenir que esas cargas lleguen a límites peligrosos, el cable debe poseer un fusible en la parte próxima al planeador. Este fusible, que consiste en una sección de cable o soga más delgada, se rompe si la tracción supera cierto valor. El segundo punto es que la tracción del c able sobre el planeador actúa bien en contra y por delante de la sustentación. Esto da al planeador una tendencia a bajar la nariz, lo cual debe ser equilibrado haciendo bajar la cola. El piloto tiende a compensar esta carga poniendo palanca atrás para subir el elevador. Esto, por supuesto, es una tontería porque no sólo da lugar a un poco más de resistencia e xtra, sino que el ala tiene que producir mayor sustentación aun para equilibrar esta carga en la cola. El remedio para este problema, que inmediatamente se pone de manifiesto por sí mismo, es desplazar el gancho disparador, es decir, el punto en que tracciona el cable, más atrás, de tal manera que la sustentación y la tracción del cable actúen más cerca, en línea recta. Actualmente esto se hace en casi todos los planeadores y el gancho disparador se denomina gancho de centro de gravedad. Su posición debe elegirse con sumo cuidado ya que, si se ubica muy atrás el planeador muestra una pronunciada tendencia a elevar la nariz desde el comienzo del remolque. Esta es una mala co ndición porque si el cable llega a romperse o el torno falla cuando el planeador se encuentra con la nariz muy arriba cerca del suelo, puede que no haya suficiente altura para recobrar la máquina de la pérdida resultante. Es por esta razón que el instructor enseña a trepar los primeros 50 metros en forma suave, en particular si el viento es débil. También debe hacer presente que, si se observa esta regla, aunque el cable se rompa en cualquier momento no habrá ningún problema. Los remolques por tomo y auto pueden dar a los planeadores alturas de 300 metros o más, lo cual depende de circunstancias tales como fuerza del viento, largo del cable y de la pista, tipo de planeador, etc. El remolque por avión se lleva a cabo con la ayuda de un avión a motor que posee un gancho disparador situado atrás, por lo general en el patín de cola. Para el remolque se utilizan de 40 a 60 metros de soga liviana. El planeador debe tener preferentemente un gancho disparador en la nariz, ya que e sto reduce la tendencia a elevar la proa del velero, lo cual ocurre si la tracción se ejerce sobre el ganc ho ubicado en la panza del aparato. Muchos aviones aptos para remolque tienen una velocidad de pérdida bastante más alta que la de los planeadores, lo cual significa que este último, en remolque, debe volar mucho más rápido de lo normal. Como resultado de ello el piloto deberá resistir la tendencia a trepar que mostrará la máquina. Además, dado que el ángulo de ataque de las alas será muy pequeño debido a la alta velocidad, el centro de presión en el ala se desplazará más atrás de lo habitual. Ello da como resultado una carga hacia abajo en la cola. A todas estas cargas debe agregarse la tracción de la soga. Esta tracción deberá ser más o menos en dirección popa a proa, pero cuando el diseñador determina la velocidad de remolque máxima permitida debe tener en cuenta todas las distintas direcciones en que puede traccionar la soga si el planeador se encuentra descolocado durante el remolque. Cuando está siendo remolcado, el piloto de planeador se esfuerza por volar recto detrás del avión, pero tanto arriba como abajo hay corrientes de aire. Esta es la turbulencia provocada por la hélice. La posición de remolque debe ser justamente por encima de la turbulencia y esto da al piloto remolcador la mejor posibilidad de ver qué está ocurriendo detrás suyo. Cuando un avión remolcador y un planeador están virando tiene lugar un curioso fenómeno. Durante el viraje el piloto del planeador debe tener la misma vista del remolcador que en el remolque en línea recta, es decir, el plano fijo de cola del avión ubicado en el centro del fuselaje. Si vemos este panorama en el viraje significará que la tracción de la soga respecto del avión está en línea con el eje del fuselaje, lo cual es correcto, pero el remolque no permanecerá siempre delante del planeador como en el vuelo en línea recta. Se ubicará hacia el lado del viraje. Por lo tanto, la soga ejerce una fuerza lateral sobre el planeador, en la dirección del viraje. Esto significará que el planeador no necesitará tanta inclinación como de costumbre. El viraje parecerá mal hecho y la bolita mostrará un derrape, pero a pesar de ello el viraje estará hecho correctamente. Esto puede comprobarse instalando un hilo en algún punto tal como el tubo pitot, frente al piloto. Este hilo se mantendrá recto hacia atrás si el viraje está bien hecho. ACROBACIA Las maniobras acrobáticas permitidas a planeadores son, por lo general, looping, pérdida, media vuelta y tirabuzón. Sólo en el caso de planeadores especialmente diseñados la lista puede incluir toneles y vuelo invertido. En la cabina se hallará una pequeña placa que determina qué maniobras acrobáticas son permitidas. En un capítulo anterior hemos dedicado un buen espacio al tirabuzón, por lo que no diremos más al respecto. El looping es una maniobra fácil y simple, pero resulta interesante analizarla. Consiste en una circunferencia completa que efectúa el planeador en el plano vertical. Esto requiere energía extra, por lo que la primera exigencia es obtener velocidad adicional.
La energía extra requerida varía según los distintos tipos d e planeadores y debe obtenerse, por supuesto, picando l a máquina. Esta picada debe ser razonablemente suave porque si es muy pronunciada parte de la velocidad adquirida será utilizada en la salida de la picada antes de comenzar el looping. Figura 24 - Looping
La figura 24 muestra el camino recorrido por un pl aneador en un looping. Habiendo picado y ganado la velocidad adicional requerida, el piloto comienza el looping en el punto A. En la picada la velocidad del aire será elevada -del orden de 140 a 180 kilómetros por hora-y en consecuencia el ángulo de ataque deberá ser muy pequeño, tal vez de 1 a 2 grados. En el punto A el piloto comienza a elevar la nariz del planeador suavemente y en el punto B el ángulo de ataque deberá incrementarse en unos 5 a 6 grados. Esto es debido a que vamos a necesitar una fuerza de sustentación equivalente a dos o tres veces el peso del planeador. La s ustentación no sólo está soportando el peso del planeador sino que aporta la gran fuerza (centrípeta) necesaria para que el planeador siga el desplazamiento curvo. En el punto C el planeador está desplazándose verticalmente hacia arriba y la sustentación actúa en forma horizontal, con lo que aporta sólo la fuerza centrípeta. Nada se opone en este momento al peso de la máquina, excepto la inercia del planeador, por lo que éste desacelerará con rapidez. Entre A y C es donde el piloto puede completar o cerrar el looping. Si no llama con bastante firmeza el planeador habrá perdido una gran parte de la velocidad cuando llega a C. El looping será grande, lento en la parte superior y el planeador parecerá caer en el tope en lu gar de completar el circulo volando. Si, por otro lado, llama muy bruscamente en A, aumentará el ángulo de ataque más de lo necesario, la sustentación será muy grande y lo mismo ocurrirá con la resistencia; el looping será muy cerrado. Si aceptamos que el piloto llama correctamente, llegará al punto D invertido y con una velocidad cercana a la de pérdida. Ahora la sustentación está actuando verticalmente hacia abajo y está ayudando al peso a aportar la fuerza centrípeta. Esto puede parecer sorprendente al principio, pero en un looping correctamente ejecutado el pil oto no tenderá a caer de su asiento. Desde un punto de vista lógico la sustentación está presionando el asiento hacia abajo. En el punto D la velocidad será mínima y la palanca probablemente se encontrará por completo atrás. Desde el punto D el planeador continúa el círculo hasta el punto E, donde las condiciones son muy parecidas a las del punto C, excepto que aquí el peso hace que el aparato se acelere muy rápidamente. Desde el punto E hasta el F la maniobra consiste simplemente en salir de una picada y el objetivo del piloto es recuperar el nivel de vuelo sin causar una carga excesiva sobre el planeador y sin demasiado aumento de velocidad o pérdida de altura. Si se hace correctamente, la velocidad y la carga al final del looping deben ser similares a las condiciones existentes al comienzo de la maniobra. Una media vuelta es, en sus etapas iniciales, muy similar a un looping. Figura 25 – Media vuelta
La figura 25 ilustra en forma grosera el camino que sigue el planeador. Se comienza con una ligera picada para ganar velocidad y luego se llama progresivamente hasta que se encuentra en posición vertical. Desde los puntos A -B hasta el punto C la maniobra básicamente es la misma del looping, pero una vez que el planeador se encuentra desplazándose en forma vertical hacia arriba, el piloto deja de mover la palanca y simplemente usa el elevador para mantener el aparato v ertical. El peso y la resistencia se encuentran ahora actuando verticalme nte hacia abajo sin que nada se oponga, por lo que el planeador desacelerará con rapidez. En algún lugar entre los puntos C y D el piloto aplica todo el pedal en la dirección en que desea virar. Si lo hace con limpieza y en el momento exacto, el planeador girará sobre sí mismo en el punto E hasta yacer de costado con la punta de un ala hacia arriba y la otra hacia abajo. El planeador entonces cae en forma vertical de costado, la estabilidad direccional se acrecienta y hace girar la nariz hacia abajo en forma vertical hasta que la máquina se encuentra otra vez apuntando en la dirección en que se desplazaba. Desde aquí la maniobra es simple: una suave llamada para salir de la picada y nivelar el vuelo. Aquí se aplica exactamente la misma consideración que en la parte final del looping. La media vuelta es mal mirada actualmente porque existe un verdadero riesgo si no se lleva a cabo con corrección. El peligro principal es que si el pil oto tarda mucho en aplicar timón de dirección la velocidad del planeador puede disminuir demasiado mientras trepa verticalmente, a tal punto que el timón no tendrá un efecto apreciable. Entonces, el planeador queda apuntando en forma vertical hacia arriba y en lugar de girar sobre su eje vertical puede empezar a caer. Esta es una
