ANÁLISIS FUNCIONAL V

ANÁLISIS FUNCIONAL V

En la cola del avión se encuentran situadas las siguientes superficies flexibles:

 Timón de profundidad (o elevadores)

 Timón de dirección (o timón de cola)

 
Timón de profundidad o elevadores. (Elevators) Son superficies flexibles ubicadas en la parte trasera de los estabilizadores horizontales de la cola. La función de los elevadores es hacer rotar el avión en torno a su eje lateral “Y”, permitiendo el despegue y el aterrizaje, así como ascender y descender una vez que se encuentra en el aire. Los dos elevadores se mueven simultáneamente hacia arriba o hacia abajo cuando el piloto mueve el timón, o en su lugar la palanca o bastón, hacia atrás o hacia delante.
 

Timón de cola o de dirección. (Rudder). Esta superficie flexible situada detrás del estabilizador vertical de la cola sirve para mantener o variar la dirección o rumbo trazado. Su movimiento hacia los lados hace girar al avión sobre su eje vertical “Z”. Ese movimiento lo realiza el piloto oprimiendo la parte inferior de uno u otro pedal, según se desee cambiar el rumbo a la derecha o la izquierda.

ANÁLISIS FUNCIONAL IV

ANÁLISIS FUNCIONAL IV

EJES SOBRE LOS QUE SE MUEVE EL AVIÓN

Eje “X” o longitudinal. Comienza en el morro o nariz del avión y se extiende a través de todo el fuselaje hasta llegar a la cola. El movimiento del avión sobre el eje “X” se denomina “alabeo o balanceo” y se controla por medio de los alerones.

Eje “Y” o lateral. Se extiende a todo lo largo de la envergadura de las alas, es decir, de una punta a la otra. El movimiento sobre el eje “Y” se denomina “cabeceo” y para controlarlo se utiliza el timón de profundidad o elevadores, situados en la cola del avión.



Eje “Z” o vertical. Atraviesa la mitad del fuselaje. El movimiento sobre el eje vertical se denomina “guiñada” y se controla por medio del timón de cola o dirección, situado también en la cola del avión.

 

 

SUPERFICIES FLEXIBLES DE CONTROL

Los aviones poseen, como mínimo, cuatro superficies flexibles o movibles exteriores que le permiten despegar y aterrizar, mantenerse en el aire y cambiar el rumbo. Dos de esas superficies son los alerones y los flaps, situados en las alas; las otras dos son, el timón de dirección (o timón de cola) y el timón de profundidad (o elevadores), ambas situadas en la cola.

El movimiento o control de las superficies flexibles lo realiza el piloto desde la cabina empleando dos dispositivos:

 Timón, (sustituido en algunos aviones por una palanca o bastón)

 Pedales de freno

SUPERFICIES FLEXIBLES DE LAS ALAS

 

Alerones. (Ailerons) Se encuentran situados en el borde trasero de ambas alas, cerca de las puntas. Su función es inclinar el avión en torno a su eje longitudinal “X”, con el fin de levantar un ala más que la otra, sobre todo al hacer un giro para cambiar la dirección. Esta inclinación la ejecuta el piloto haciendo girar el timón o la palanca hacia la derecha o la izquierda, según se quiera inclinar las alas en un sentido o en otro. Los alerones se mueven en sentido opuesto, es decir, cuando uno sube el otro baja

Flaps. (o Wing Flaps) Forman parte del borde trasero de las alas. En los aviones pequeños los flaps suben y bajan de forma mecánica mediante una palanca que acciona manualmente el piloto. En los de mayor tamaño y velocidad resulta prácticamente imposible mover las superficies flexibles a mano. Por esa razón en esos aviones una pequeña palanca graduada, situada a la derecha del piloto, junto a los aceleradores de los motores está destinada a accionar el sistema hidráulico que se encargan de moverlos.

 

OTROS DISPOSITIVOS DE CONTROL SITUADOS EN LAS ALAS

 

Slats. Son superficies flexibles aerodinámicas auxiliares situadas en el borde delantero o de ataque del ala, que funcionan automáticamente en algunos aviones o controlados por el piloto en otros. La función de los slats, al igual que los flaps, es alterar momentáneamente la forma del ala durante el despegue y el aterrizaje para aumentar la sustentación, además de facilitar el control del movimiento lateral del avión.

 

 

Spoilers. Los spoilers o frenos de aire son también superficies flexibles consistentes en dos tiras de metal colocadas sobre la superficie superior de cada ala. El piloto puede levantar cada spoiler de forma independiente durante el vuelo para controlar el movimiento lateral del avión o hacerlos funcionar de forma conjunta, para que actúen como frenos de aire, una vez que el avión aterriza.

Slots. Los slots son ranuras situadas cerca del borde de las alas que dejan pasar el flujo de aire cuando ésta cambia el ángulo de ataque. Su función es reducir también las turbulencias que provocan durante el vuelo los remolinos que se generan sobre la superficie del ala.

ANÁLISIS FUNCIONAL III

ANÁLISIS FUNCIONAL III

CÓMO SE CREA LA SUSTENTACIÓN

La sustentación que mantiene al avión en el aire sólo se puede crear en presencia de un fluido, es decir, de la masa de aire que existe dentro de la atmósfera terrestre. Ni la sustentación ni la resistencia se producen en el vacío. Por esa razón las naves espaciales no necesitan alas para moverse en el espacio exterior donde no hay aire, con excepción de los transbordadores que sí la necesitan para maniobrar a partir del momento que reingresan en la atmósfera terrestre y poder después aterrizar.

Existen dos teorías acerca de la creación de la sustentación: la de Bernoulli y la de Newton. Aunque ninguna de las dos se consideran perfectas, ayudan a comprender un fenómeno que para explicarlo de otra forma requeriría de una demostración matemática compleja.




Teoría de Bernoulli



La teoría del científico suizo Daniel Bernoulli (1700-1782), constituye una ayuda fundamental para comprender la mecánica del movimiento de los fluidos. Para explicar la creación de la fuerza de levantamiento o sustentación, Bernoulli relaciona el aumento de la velocidad del flujo del fluido con la disminución de presión y viceversa.



Según se desprende de ese planteamiento, cuando las partículas pertenecientes a la masa de un flujo de aire chocan contra el borde de ataque de un plano aerodinámico en movimiento, cuya superficie superior es curva y la inferior plana (como es el caso del ala de un avión), estas se separan. A partir del momento en que la masa de aire choca contra el borde de ataque de la superficie aerodinámica, unas partículas se mueven por encima del plano aerodinámico, mientras las otras lo hacen por debajo hasta, supuestamente, reencontrarse en el borde opuesto o de salida.

El teorema de Bernoulli es la explicación más comúnmente aceptada de cómo se crea la sustentación para que el avión se mantenga en el aire. Sin embargo esa teoría no es completamente cierta, pues si así fuera ningún avión pudiera volar de cabeza como lo hacen los cazas militares y los aviones de acrobacia aérea, ya que al volar de forma invertida no se crearía la fuerza de sustentación necesaria para mantenerlo en el aire al variar la forma de las alas. De hecho, las alas de esos tipos de aviones son simétricas por ambos lados.

Teoría de Newton

Por su parte, el matemático y físico inglés Sir Isaac Newton (1642-1727) planteaba que las moléculas de aire actuaban de forma similar a como lo hacen otras partículas. De ahí se desprende que, las partículas de aire al golpear la parte inferior de una superficie aerodinámica deben producir el mismo efecto que si disparamos una carga de perdigones al fondo de un plato o disco irrompible. De es forma parte de su velocidad la transferirían al plato, éste se elevaría y los perdigones rebotarían después de hacer impacto. Newton quería demostrar con esa experiencia que las partículas de aire actuaban de forma similar a como lo harían los perdigones, pues al chocar éstas con la parte de abajo de una superficie aerodinámica, le transfieren velocidad empujándola hacia arriba.

Esta teoría de Newton tampoco es completamente exacta, pues no tiene en cuenta la función que tiene la superficie superior del plano aerodinámico para crear la sustentación. Sin embargo, para condiciones de vuelo hipersónicas, que superen en cinco veces la velocidad del sonido y en densidades del aire muy bajas, la teoría de Newton sí se cumple, pues esas son, precisamente, las condiciones a las que se enfrentan los transbordadores en el espacio antes de reingresar en la atmósfera terrestre.

En relación con el teorema de Bernoulli y la teoría de Newton lo importante es comprender que la creación de la sustentación dentro de la atmósfera terrestre depende tanto de la superficie de arriba como la de abajo del ala y de las diferentes áreas de presiones que se crean. A pesar de que ninguna de las dos teorías se pueden considerar completamente perfectas ayudan, no obstante, a comprender el fenómeno de cómo se crea la sustentación que permite a los aviones mantenerse en el aire.

ANÁLISIS FUNCIONAL II

ANÁLISIS FUNCIONAL II

Fuerzas de Vuelo

El vuelo de un avión, de un pájaro, o de cualquier otro objeto involucra cuatro fuerzas que puedan ser medidas y comparadas: sustentación, resistencia, empuje, y peso. Como se puede ver en la figura de abajo, estas cuatro fuerzas están distribuidas con 1) la fuerza de sustentación dirigida hacia arriba; 2) el peso que empuja hacia abajo; 3) el empuje dirigido hacia adelante en la dirección del vuelo; 4) y la fuerza de resistencia que se opone al empuje. Para que el avión vuele, la fuerza de sustentación debe ser mayor o igual al peso. La fuerza de empuje debe ser mayor que o igual a la fuerza de resistencia. Los términos y conceptos que fueron definidos anteriormente en este capítulo se pueden ahora utilizar para calcular cada una de estas fuerzas.

PESO: Es una medida de una fuerza natural que "tira" del avión hacia la tierra (gravedad). Por lo tanto la dirección que se le asigna es hacia abajo.

FUERZA DE PROPULSIÓN: Es generado por los motores del avión. Los motores empujan hacia fuera aire rápido detrás del avión, mediante el uso de hélices propulsoras o de propulsión a chorro. Este aire rápido es lo que causa que el avión se mueva hacia adelante.

RESISTENCIA: Esta fuerza retarda el movimiento hacia adelante de un objeto, incluyendo los aviones. Hay cuatro tipos de resistencia: fuerza de fricción, resistencia de presión, resistencia inducida, y la resistencia causada por las ondas de choque. Estos tipos de resistencia dependen de la forma que tenga el cuerpo, de la suavidad de las superficies, y de la velocidad del avión. Las cuatro se suman para obtener la fuerza de resistencia total. La fuerza de resistencia se opone a la fuerza de empuje. Si empuje es mayor que la resistencia, el avión se mueve hacia adelante, pero si la fuerza de resistencia excede al empuje, el avión perderá velocidad.


FUERZA ELEVADORA: la forma aerodinámica de la alas genera una fuerza elevadora debido a que por debajo de ellas el flujo de aire tiene mayor presión que por encima, ya que pasa más rápido por esta parte. El reactor del avión expulsa un chorro de gases calientes que propulsa el aparato hacia delante. Ambas fuerzas deben superar la tresistencia del aire y el peso.