Aerodinámica y atmósfera: principios, fuerzas y superficies de control en vuelo

Aerodinámica: definición

Aerodinámica: es la rama de la mecánica 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 dicho fluido.

La atmósfera

La atmósfera: el avión se mueve en una masa de aire, la capa gaseosa que rodea la Tierra.

Composición aproximada: 1% vapor de agua y otros (0,07%), dióxido de carbono 0,03%.

Parámetros atmosféricos

• Presión atmosférica: P*
• Temperatura: T*
• Densidad: D* (d = m / v)
• Atmósfera tipo: ISA

P*: es la fuerza ejercida por el peso de una columna de aire sobre una cantidad de superficie, es decir, la fuerza de una columna de aire sobre un punto.

Efecto de la altitud en P, T y D

A mayor altura, menor presión atmosférica. La presión y la temperatura disminuyen con la altura: la presión disminuye aproximadamente 1 pulgada de mercurio cada 1 000 pies (≈ 327 metros).

Temperatura del aire: es la cantidad de calor que tiene el aire; se mide con un termómetro y varía según el lugar. En la troposfera, a mayor altura suele disminuir la temperatura: aproximadamente 2 °C cada 1 000 pies, hasta llegar a valores del orden de -56,5 °C.

Densidad: es la cantidad de masa de un elemento sólido, líquido o gaseoso por cada unidad de volumen; a mayor concentración de partículas, mayor densidad (d = m / v).

Resumen: a mayor altura, menor presión, temperatura y densidad.

Leyes de Newton

• Ley de la inercia: todo cuerpo permanece en estado de reposo o movimiento uniforme, a menos que sobre él actúe una fuerza externa.
• Ley de acción y reacción: por cada acción hay una reacción igual y de sentido opuesto.

Fuerzas en vuelo

• Arriba: sustentación (lift, L)
• Adelante: empuje (thrust, T)
• Atrás: resistencia o drag (D)
• Abajo: peso (weight, W)

Factores que afectan la sustentación

• Viento relativo
• Trayectoria del avión
• Actitud del avión
• Ángulo de ataque
• Densidad del aire

Trayectoria del avión

La trayectoria del avión es la dirección seguida por el perfil aerodinámico durante su desplazamiento en el aire; indica hacia dónde se dirige el avión.

Viento relativo

El viento relativo es el flujo de aire que encuentra el avión al desplazarse; es siempre paralelo a su trayectoria y de dirección opuesta. El viento relativo genera la sustentación: es el flujo de aire que entra sobre el perfil aerodinámico.

A mayor velocidad del avión, mayor viento relativo y, en general, mayor sustentación.

Actitud del avión

La actitud del avión se refiere a su orientación angular respecto al horizonte en términos de cabeceo (pitch) y alabeo (bank o roll).

Superficies de mando y control

Primarias: controlan el vuelo del avión.

• Timón de dirección (vertical): yaw / plano vertical de cola.
• Timón de profundidad o elevador (transversal): pitch / plano horizontal de cola.
• Alerón (longitudinal): roll / superficie en las alas.

Secundarios: modifican la sustentación y el comportamiento del ala.

• Flaps: ubicados en el borde de fuga; aumentan la sustentación (+L).
• Slats (o bordes de ataque móviles): situados en el borde de ataque; aumentan la sustentación (+L).
• Spoilers: situados en el extradós; reducen la sustentación (−L) y aumentan la resistencia.
• Hipersustentadores

Estabilidad

Se diferencia entre estabilidad estática y estabilidad dinámica.

Velocidades

Velocidad de decisión: 82 kt, velocidad de rotación: 102 kt (despegue), velocidad de motor: 11,5.