¿Cómo Vuela un Avión?

Porqué vuela un avión

Son más pesados que el aire y sin embargo vuelan. A qué se debe? En este capítulo veremos las leyes básicas de la aerodinámica que posibilitan el vuelo tanto a nuestros modelos como a un Jumbo que puede llegar a pesar hasta 350 toneladas a la hora del despegue.

Para que un objeto permanezca en vuelo, simplemente la fuerza vertical que lo eleve tendrá que ser igual o mayor que la fuerza de su peso.

¿Cómo Vuela un Avión?

Cómo se crea esa fuerza vertical que sostendrá al avión? El ala tiene una forma de sección especial, el perfil alar, que al paso del aire crea la fuerza de sustentación. La curvatura de este perfil obliga al aire pasar a mayor velocidad por encima que por debajo causando una diferencia de presiones, más baja arriba que abajo, con lo cual el ala tenderá a subir.

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Como hemos visto, la condición para que esto ocurra es que el aire pase a una cierta velocidad por el ala. Cuanto mayor la velocidad mayor la sustentación (dentro de unos límites físicos, claro está). Asi que será necesario impulsar el avión hacia delante con una fuerza de tracción, en contra de la resistencia al aire, para que el ala pueda crear la fuerza de sustentación necesaria para vencer el peso del avión y pueda elevarse. La fuerza de sustentación siempre será perpendicular al perfil alar.

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Y esto en fondo es todo el secreto... Cuando la tracción, la resistencia al aire, la sustentación y el peso están en equilibrio, el avión volará a una velocidad y altura constante.

Como ya se mencionó más arriba, la velocidad con la que pasa el aire por el ala, influye la sustentación. A su vez, para que el avión se eleve, la sustentación deberá de ser mayor que el peso. Ahora se entiende que es importante que el avión sea lo más ligero posible. Asi la potencia de tracción podrá ser menor. Por otro lado, cuanto más aerodinámica sea la forma del avión, menos resistencia al aire tendrá y menos potencia se derrochará.

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Y en un helicópero? Básicamente sucede lo mismo. La diferencia reside en que el paso del aire para crear sustentación no se consigue impulsando todo el aparato hacia delante, sino impulsando las alas circularmente. Es por esto que ya no se habla del ala, sino del rotor.

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Y ahi también está la razón por la cual un helicóptero es capaz de elevarse verticalmente sin necesidad de una pista de despegue para ganar velocidad previamente. Ahora se puede pensar que un helicópero es mucho más simple que un avión, sin embargo, la complejidad surge a la hora de controlar el vuelo. Aqui hay grandes diferencias entre los aviones y los helicópteros, por lo cual se tratan en dos capítulos por separado.

Los mandos de un avión

Hemos visto porqué vuela un avión, pero al fin y al cabo también queremos dirigir el avión a donde nosotros queremos. Ganar altura y volar curvas es necesario si queremos llegar de A a B.

El avión dispone de unas aletas móviles que se pueden abatir tanto en la cola como en el ala. En el ala, en los exteriores se encuentran los alerones y en el interior, cerca del cuerpo del avión, los flaps. En la cola del avión se encuentran el timón de dirección (vertical) y el de profundidad (horizontal).

¿Cómo Vuela un Avión?

Cómo hacer que un avión gire? Es parecido a las ruedas de dirección de un coche. Para dar una curva, éstas se giran hacia un lado y el coche, en vez de seguir recto realiza una trayectoria curvada. Pero en un avión esto no es todo. Se le ha de añadir una inclinación parecida a la de una moto.

Timón de dirección:

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Las alitas pequeñas en la cola del avión estabilizan la posición del ala principal y dotadas de superficies móviles actúan como el timón de un barco. El timón de dirección, también llamado deriva, actúa sobre el eje vertical del avión.

Timón de profundidad:

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Si en al caso de un barco nos movemos en un plano bidimensional, no es este el caso en los aviones que se desplazan también a diferentes alturas, es decir en un espacio tridimensional. Para controlar la altura o incidencia del avión se utiliza el timón de profundidad, también llamado estabilizador horizontal. En contra de lo que a lo mejor se espera, para que el avión inicie una trepada, la cola ha de ir para abajo y viceversa. El timón de profundidad actúa sobre el eje transversal del avión.

Alerones

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Ya sólo nos falta el eje longitudinal del avión. Para influir sobre éste, se utilizan los alerones. Dos superficies de control a los extremos de las alas que actúan en sentido opuesto. Esto significa, que en una semiala el alerón baja, aumenta asi la sustentación y la mueve para arriba, mientras que en la otra semiala ocurre lo contrario y la baja, consiguiendo que el avión gire alrededor del eje longitudinal.

Flaps

Al contrario de los alerones donde uno sube y el otro baja, los flaps actúan ambos en el mismo sentido. Los flaps no sirven para cambiar de rumbo o altura. Su finalidad es de aumentar la curvatura del ala y con ello la sustentación. Esto posibilita un vuelo más lento que facilita el aterrizaje. Los flaps generalmente se montan en modelos más grandes, por encima de 1,80 m de envergadura y 5kg de peso aproximadamente.

La curva perfecta en vuelo

Para volar una curva perfecta en el aire, será necesaria una coordinación de estos tres mandos del avión. Lo que a continuación parecerá relativamente simple, a la hora de pilotar nuestro avión resultará más complicado de lo que se espera. Al menos al pricipio, cuando aun estemos en la fase de aprendizaje. Con el paso del tiempo y el perfeccionamiento de las habilidades, la coordinación saldrá automaticamente.

Para que el avión vuele una curva, deberá de ejercer sobre éste una fuerza que esté orientada hacia el centro de ésta.

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De donde sacamos esa fuerza? Para ello se ofrece la fuerza de sustentación. Si inclinamos el avión alrededor del eje longitudinal, la fuerza de sustentación, que siempre es perpendicular al ala del avión, se dividirá en una parte (también llamada componente, en el mundillo de la física) vertical y una parte horizontal. Cuanto más inclinemos el avión hacia el centro de la curva, mayor será la componente horizontal que "tirará" del avión hacia un lado y más cerrada resultará la curva que volemos.

Pero ahi no queda la cosa. Como se observa, si le "sacamos" de la fuerza de sustentación una componente horizontal mediante una inclinación, la que se ocupa de que el avión se mantenga en vuelo, la componente vertical, resultará más pequeña, por lo que perderemos altura. Por ello, será necesario compensar "tirando" del timón de profundidad. Con ello aumentaremos la incidencia del ala aumentando la sustentación.

¿Cómo Vuela un Avión?

Ya casi tenemos todos los requisitos para un viraje perfecto, sólo falta un detalle: el giro del avión entorno a su eje vertical. Aunque la superficie de la deriva o timón de dirección ya se ocupa de mantener alineado el avión respecto a su dirección de vuelo, resulta un tanto atrasado en su reacción. Además, el ala que se encuentra en el exterior del circulo de giro, al tener mayor velocidad porque recorre más distancia, también opone mayor resistencia al aire de forma que el avión vaya ligeramente cruzado a la trayectoria.

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Una alternativa simplificada en el aeromodelismo

Si bien los controles descritos arriba son los básicos empleados en la aeronáutica, en el mundillo del aeromodelismo existe una configuración de avión que prescinde del mando de alerones. Con ello el control de dirección y altura se quedan limitados al timón vertical y horizontal. A la hora de aprender a pilotar un avión se agradece cualquier tipo de simplificación.

Estos modelos llamados "de iniciación" o entrenadores, están caracterizados por una alta estabilidad propia en vuelo y reducida velocidad. La mayor estabilidad se consigue aumentando el ángulo entre las dos semialas, llamado diedro. Cuanto más grande el ángulo, mayor será la tendencia del modelo a volver a una posición horizontal de las alas.

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Como se ve en la imagen, cuando el avión está nivelado, ambas fuerzas de sustentación A y B de las semialas son idénticas. Cuando el avión se inclina alrededor del eje longitudinal, una semiala está más horizontal respecto al suelo que la otra y en consecuencia las componentes verticales de las fuerzas de sustentación se desnivelan, siendo más grande la de la semiala que está más baja. Asi el desequilibrio entre la menor fuerza A y mayor fuerza B originan la vuelta a la posición horizontal del avión.

En entrenadores, los angulos de diedro suelen rondar entre 5º y 7º ente la semiala y el suelo. En modelos con alerones el ángulo de diedro es menor y se encuentran entre 0º y 4º en función de las prestaciones acrobáticas que se deséen obtener del avión.

Volviendo a los entrenadores, aparte del ángulo del diedro, una posición elevada del ala respecto al fuselaje también estabiliza el vuelo. En estos aviones llamados de ala alta, el centro de gravedad de encuentra debajo del ala tienendo el efecto estabilizador de un péndulo.

link:

link: http://www.videos-star.com/watch.php?video=a7_Y7gnSuLc&rel=0


Fuente

6 comentarios - ¿Cómo Vuela un Avión?

@Adrius
+5 interesante
@Larofk
divino el post loco... fjate de editarlo y sacar el video null.. así queda impecable.. no tengo points ahora, sino te dejaba algunos. Saludos y muchas gracias