Conceptos basicos de Aerodinamica
Prólogo: La aerodinamica forma parte de una rama de la
física llamada 'mecanica de los fluidos', de la cual
como toda ciencia esta plagada de fórmulas, principios,
calculos, etc. Dado que ésta es una pagina dedicada a los
simuladores de vuelo, trato de dar aquí algunas explicaciones sencillas
y comprensibles, exponiendo una serie de preguntas
basicas con sus respectivas respuestas. Y que son a saber:
Por que vuela un avión?
Que es la aerodinamica?
Que es la sustentación?
Que fuerzas intervienen sobre un avión?
Por que vuela un avión?
Un avión es un aparato mas pesado que el
aire y sin embargo se eleva. Para que esto
suceda deben ejercerse sobre el mismo diferentes fuerzas. Estas
fuerzas son ejercidas sobre las alas de los aviones. Las alas tienen un diseño aerodinamico que hacen que haya una
diferencia de fuerzas entre la parte inferior y la parte superior de las
mismas. Esto determina la llamada sustentación.
Vista en un corte transversal, vemos como se
comporta el viento que sobre ellas pasan
[pic]
Un ala —o plano
aerodinamico— esta diseñada de forma que el aire
fluya mas rapidamente sobre la superficie superior que sobre la
inferior, lo que provoca una disminución de presión en la
superficie de arriba con respecto a la de abajo. Esta
diferencia de presiones proporciona la fuerza de sustentación que
mantiene el avión en vuelo. A esteprincipio se lo conoce como Teorema de
Bernoulli
[pic
La diferencia de presión produce la fuerza neta de sustentación
Que es la aerodinamica?
Es la rama de la mecanica de fluidos que se
ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las
fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos.
Algunos ejemplos del
ambito de la aerodinamica son el movimiento de un avión a
través del
aire.
Que es la sustentación?
Concepto general
La fuerza del
viento en el ala principal de un avión se puede pensar que esta dividida
en dos partes: un componente que empuja el avión hacia arriba y un
componente que empuja el avión para atras. La fuerza ascendente,
la fuerza de sustentación o elevación, es lo que mantiene el
avión en el aire. La fuerza lateral que disminuye la velocidad del avión es lo que se
llama resistencia
aerodinamica. En realidad, el piloto puede cambiar la fuerza de
sustentación: necesita mucha sustentación durante
el despegue (para acelerar el avión hacia arriba), y menos sustentación
durante el crucero (sólo se necesita superar el peso del avión).
Antes de empezar con la causas de sustentación, es una buena idea
definir algunas partes del ala
Definiciones:
borde de ataque: la parte del ala que ve primero al aire (mira hacia la
dirección de movimiento)
borde de salida: el bordetrasero de un ala (o borde de fuga)
línea de cuerda: la línea uniendo el borde de ataque y el borde
de salida
angulo de ataque: el angulo entre la línea de cuerda y el
viento que viene de frente.
[pic]
Cuando el aire fluye sobre la superficie superior del ala del
avión, necesita tomar una forma curva. Para hacer esto, la
presión del
aire justo arriba del
ala necesita estar a una presión ligeramente menor que el aire que
esta arriba, y el aire entonces es empujado a fluir alrededor de las
alas. El aire en la superficie superior del avión entonces
esta a una presión menor que el aire que esta por debajo -
y el avión es empujado hacia arriba - lo que nosotros llamamos
sustentación. Cuando la curvatura sobre la parte superior del ala se hace mas
grande debido a la rotación de la nariz del avión hacia arriba, hay una
presión diferencial mas grande y por lo tanto una mayor fuerza de
sustentación. Sin embargo, si la curvatura se hace demasiado grande, el
flujo se separa del
ala y termina con una pérdida de sustentación. Con esta
pérdida, hay un cambio drastico en la
curvatura (el flujo practicamente no se curva para seguir al ala) y por
lo tanto la sustentación es mucho menor. La pérdida de
sustentación generalmente le causa al piloto perder un
poco del control del avión hasta que disminuye el
angulo de ataque y recupera la mayor parte de la sustentación
(todos los aviones tienen sirenas quesuenan cuando las alas pierden la
sustentación, lo que se denomina comúnmente 'entrar en
pérdida').
[pic]
Pérdida de sustentación: un
angulo de ataque demasiado alto reduce la sustentación (y la
curvatura)
Que fuerzas actúan sobre un avión?
Rendimiento Aerodinamico: La Sustentación y La Resistencia Aerodinamica
Dos de las cuatro fuerzas en un avión
Concepto general
Un avión vuela equilibrando fuerzas. 'Vuelo uniforme' es
cuando la fuerza de Empuje esta equilibrada con la fuerza de la
Resistencia Aerodinamica, y la Sustentación se equilibra con el Peso. ¿Entonces cómo
se mueve el avión? Fuerzas desequilibradas
producen cambios en movimiento (hélices, turbinas, etc). Un objeto se puede mover con velocidad constante y
todavía tener todas las fuerzas que actúan sobre él
equilibradas. Para que vuele un avión,
éste debe tener motores suficientemente poderosos para empujar el
avión a través del
aire, y haber diseñado alas que levantan y sostienen al avión en
el aire. Una vez en el aire, los aviones se maniobran moviendo superficies de
control que producen torques sobre el
centro de masa del
avión. Estos torques rodaran el avión en la
dirección apropiada (ver sección 'comandos de un
avión').
[pic]
Comandos de un avión
Desde los inicios de la aviación, el hombre siempre quiso tener el
control absoluto sobre los aparatos aéreos. Hoy en día se ha
conseguido que los controles ycomandos de un
avión logren este objetivo. Sin embargo hay comandos
basicos y que son comunes a todo avión.
Ejes y Comandos de un avión
Un avión tiene tres ejes principales a saber:
a) Eje vertical
Sobre este eje gira el avión a izquierda y derecha, y el mismo es
controlado por el timón de dirección. El mismo se controla con
pedales ubicados debajo del panel principal.
b) Eje vertical
Sobre este eje gira el avión hacia arriba o
hacia abajo (cabeceo). El mismo es controlado por el
timón de profundidad. Esto se logra moviendo el comando del
avión hacia adelante o hacia atras.
b) Eje longitudinal (o transversal
Sobre este eje gira el avión hacia mover sus alas hacia arriba o hacia
abajo (alabeo). El mismo es controlado por los alerones.
Esto se logra moviendo el comando del avión hacia izquierda o
derecha.
[pic]
Otros comandos de un avión
Existen también otros comandos que posibilitan al piloto tener un mayor
dominio de la aeronave. Estos comando suelen ser muy comunes
en los aviones de hoy en día. Algunos son
manuales, otros eléctricos y otros son controlados por pilotos
automaticos. Los mas comunes son
Flaps:
A las alas de los aviones se le han hecho grandes innovaciones a fin de mejorar
sus prestaciones. Se les han introducido partes
móviles que mejoran la maniobrabilidad del avión para diferentes condiciones
de vuelo. Una de estas partes son los FLAPS. Los
mismosincrementan la sustentación, permitiendo reducir la velocidad de
la aeronave en las maniobras de despegue y aterrizaje. En los
simuladores, se pueden regular desde el reloj de flaps o desde la palanca de
flaps. Es conveniente utilizarlos en pistas muy cortas y cuando se este realizando procedimientos de aterrizaje donde se
necesita una velocidad menor sin que el avión baje bruscamente.
Spoilers
A continuación de los alerones estan los spoilers que aunque
parecidos a los alerones operan en forma distinta desplegandose de
acuerdo a la velocidad del avión, produciendo una degradación de
la sustentación para asistir a los alerones. Asimismo, después
del aterrizaje los spoilers se extienden totalmente sobre el ala produciendo
gran resistencia al avance y al frenado aerodinamico de la aeronave,
ayudando junto con el frenado de los conjuntos del tren de aterrizaje y los
reversores de los motores, a una disminución de las distancias en la
carrera de aterrizaje.
Instrumentos de un avión
Dentro de la cantidad de instrumentos que podemos observar en el panel de
cualquier avión, se pueden encontrar muchas clases de ellos: simples,
complejos, combinados con otros, electrónicos, mecanicos, etc.
Pero algunos de ellos son comunes a todas las aeronaves y son los mas elementales. En esta sección he resumido la
función principal de cada uno de ellos, que son a saber:
1. Horizonte Artificial
2.Coordinador de Virajes (Turn and bank
3.Velocidad Vertical (Vertical Speed)
4. Brújula
5. Giro Direccional
6. Altímetro
7. Velocímetro (Air Speed)
8. Tacómetro (RPM)
Horizonte Artificial
El Horizonte Artificial (o attitude indicator) es un instrumento que indica al
piloto si el avión se encuentra con la nariz hacia abajo o hacia arriba , también indica si se encuentra inclinado
hacia la izquierda o hacia la derecha , es decir en todo momento da al piloto
la posición del
avión en relación al horizonte terrestre. Es un instrumento de
actitud, o sea que indica la posición de dos de los tres ejes de un
avión: eje horizontal (c) y eje vertical
(b). El Horizonte artificial es un instrumento
giroscópico.
[pic]
[pic]
[pic]
Coordinador de Virajes (Turn and bank
El Coordinador de Virajes es un instrumento que le indica al Piloto a que
Velocidad esta realizando un viraje , por ejemplo le indica en cuanto tiempo va
a realizar un viraje de 180 grados . Este instrumento ademas incluye un indicador en forma de bolita (canica) que indica si el
viraje que se esta realizando es un viraje coordinado o no lo es. Es por esto que el instrumento recibe el nombre de Coordinador de
Virajes.
Viraje coordinado significa que para que el avión gire hacia la derecha
o izquierda, deberan rotar de forma coordinada los ejes vertical (b) y
perpendicular (a), estose logra con la bolita del nivel
centrada.
En general, en los simuladores de vuelos, los virajes son
coordinados.
[pic]
[pic]
Velocidad Vertical (Vertical Speed)
El Indicador de Velocidad Vertical , como su nombre lo indica , da
información al Piloto sobre el comportamiento vertical del avión
, es decir , si este se encuentra ascendiendo o descendiendo , y si lo
esta haciendo , a que velocidad lo hace. Por ejemplo, si esta en
cero, el avión esta nivelado; si esta en el 2 superior,
esta ascendiendo a 2000 pies por minuto, o si por el contrario
esta en el 2 inferior, estara descendiendo a 2000 pies por
minuto. Es un instrumento que se puede programar con
el piloto automatico. Trabaja por diferencia de
presión.
[pic]
Brújula
La Brújula es el instrumento que le permite al piloto conocer el rumbo
magnético en el que el avión se encuentra volando
, este instrumento viene calibrado en 360 grados. Es uno de los
instrumentos mas antiguos que podemos encontrar en nuestros días
, y es un instrumento que encontraremos en todos los aviones sin
importar el tamaño o el tipo de estos . Trabaja mecanicamente
señalando el norte magnético de la Tierra
[pic]
Giro Direccional
El Giro Direccional es un instrumento giroscópico y es lo mismo que la
brújula , solo que mas estable durante los movimientos de ascenso y
descenso del avión , este instrumento tambiénle indica al Piloto
el rumbo en el que el Avión se encuentra volando , hay algunos modelos
de Giro Direccional que cuentan con un dispositivo adicional para ser acoplados
al Piloto automatico y así indicarle a éste el rumbo que debe
seguir.
[pic]
Altímetro
El Altímetro le indica al piloto la altitud a la que se encuentra
volando el avión con referencia al nivel medio del mar. Trabaja
por diferencia de presión barométrica, a mayor altura hay menos
presión y esa diferencia hace funcionar a este
instrumento. El mismo puede ser calibrado para las
variaciones en la presión atmosférica. En aviación
la presión barométrica se conoce como
QNH y la presión estandar es de 29.92 Milibares (Mbs
[pic]
Algunas definiciones:
Altitud: Es la distancia de un objeto suspendido en el aire y el nivel medio del mar.
Altura: Es la distancia entre el nivel del terreno y un punto elevado
determinado.
Elevación: Es la distancia entre el nivel del terreno y el nivel medio del mar.
[pic]
Velocímetro (Air Speed)
El velocímetro o indicador de velocidad , como su nombre lo indica , es
el instrumento que le da al piloto la información de la velocidad a la
que el avión se mueve con respecto a la masa de aire en la que se
encuentra volando , vale hacer notar que la velocidad que indica este
velocímetro es diferente a la velocidad con la que el avión se
mueve con respecto a la tierra , ya queel aire puede estarse moviendo en el
sentido que viaja el avión o en cualquier otra dirección .
Por ejemplo, si el avión se esta dirigiendo hacia el Norte (90
Grados), a una velocidad sobre tierra (ground
speed) de 150 Nudos (1 Nudo = 1 Milla Nautica/hora), y en ese momento
tiene un viento de frente de 30 Nudos (viento de los 180 grados en este caso),
la velocidad sobre tierra sera de 120 Nudos, pero el velocímetro
marcara una velocidad sobre aire (Air Speed) de 150 Nudos. Hay que tener
presente que no siempre se tiene un viento de frente o
de cola, sino también vientos cruzados. La diferencia entre una
velocidad y la otra se realiza haciendo calculos vectoriales.
Este instrumento trabaja por el aire que entra por un
dispositivo externo que tienen todos los aviones, denominado Tubo Pitot.
(ver foto)
[pic]
[pic]
Tacómetro (RPM
El Tacómetro es un instrumento que le permite al piloto conocer y
regular con mucha precisión las revoluciones por minuto (RPM) del motor. Es un instrumento muy útil dado que generalmente va
acompañado de un reloj donde marca las horas-motor, vale decir que una
hora real (60 minutos) = una hora motor a x RPM, donde 'x' equivale a
las RPM designadas para cada avión. Cuando el motor llega a una
determinada cantidad de 'horas motor', se debe hacer una
revisión de seguridad del mismo, de acuerdo a las especificaciones del
fabricante de la aeronave.
[pic]
