domingo, 13 de mayo de 2007

MANIOBRAS Y ACROBACIAS


Si recordáis, chorlitos, en nuestra primera lección explicábamos por qué vuelan los aviones, y llegábamos a unas cuantas conclusiones interesantes:

(1) Los humanos son unos usurpadores, (2) las aves vuelan muchísimo mejor y (3) la sustentación de un ala es función de su geometría.

Conociendo esto, estamos ya en disposición de comprender los principios que nos permiten maniobrar en el aire (y por qué nosotros superamos ampliamente a los aviones en esos temas).


Sustentación frente a ángulo de ataque para distintos perfiles

La figura representa el coeficiente de sustentación, CL (la sustentación adimensionalizada), de varios perfiles frente a su ángulo de ataque, α. Aquí se ven también muy claramente cómo los distintos factores geométricos afectan a la sustentación. Analicémoslo detenidamente:

(a) Esta curva corresponde a un perfil simétrico. Por lo tanto, no hay sustentación si el ángulo de ataque es nulo (el ala está alineada con la corriente) y la curva pasa por el origen. Fijaos en que, al ser un perfil simétrico, la sustentación que producirá para ángulos de ataque negativos será igual que para ángulos positivos, pero cambiada de signo. Es decir, que, si el ala se inclina hacia abajo con respecto a la corriente, la fuerza producida tirará del avión hacia el suelo en lugar de elevarlo (así que es algo que no conviene hacer si lo que queremos es subir) (pero, por otro lado, es algo totalmente recomendable si estamos en vuelo invertido).

(b) Éste es otro caso de perfil simétrico (observad que también pasa por el origen). La diferencia con el anterior se debe a que este perfil es más grueso; tiene más espesor. Mirad los extremos de la curva. Ningún ala puede volar a un ángulo de ataque mayor que cierto valor, porque llegará un momento en que la corriente se desprenderá (es decir, ya no seguirá su geometría, sino que chocará con ella y se desviará, como si fuera un muro que le impidiera el paso) y no habrá sustentación. Este fenómeno se conoce como entrada en pérdida (stall), y en ese momento la curva de sustentación desaparece. Por lo tanto, cuando aumentamos el espesor del perfil, conseguimos retrasar la entrada en pérdida del ala, y podemos volar con mayores ángulos de ataque sin que el avión se caiga al suelo.

(c) Esta curva pertenece a un perfil no simétrico, o lo que es lo mismo, con curvatura. Observad que ahora sí que hay sustentación aunque no haya ángulo de ataque. Tiene mejor comportamiento que el perfil simétrico para ángulos de ataque positivos, pero entra antes en pérdida para ángulos negativos.


Dos aviones de la Patrulla Águila, uno de ellos en vuelo invertido

De este gráfico puede extraerse que, para un avión, volar del revés en realidad no es muy diferente a hacerlo del derecho (el que realmente lo sufre es el piloto de dentro, pero eso no nos interesa demasiado). Si el avión tiene un perfil de ala simétrico, sus alas se comportarán de igual manera esté del derecho o del revés. Si está en vuelo invertido, lo único que el piloto tendrá que hacer será dejar caer un poco la cola del avión con respecto al morro. De esta manera, las alas adoptarán el ángulo de ataque preciso para producir una sustentación negativa hacia el intradós (lo contrario que en vuelo normal), que en esta situación está mirando hacia arriba, lo que implica que la sustentación es una fuerza opuesta al peso y que el avión, por tanto, puede volar. Un perfil no simétrico también puede producir sustentación negativa, aunque, como vimos antes, entrará en pérdida con mucha más facilidad con ángulos de ataque negativos, y la sustentación producida, en general, será menor. Éste es el motivo de que la mayoría de los aviones acrobáticos tengan alas de perfil simétrico o aproximadamente simétrico.


Flaps y slats

Otra conclusión aún más interesante es que la variación de la sustentación con la geometría de los perfiles es el medio que tenemos, tanto los aviones como las aves, de controlar nuestra trayectoria y nuestra actitud de vuelo. Ya hablé anteriormente (en la primera lección también) de las superficies hipersustentadoras del ala, los flaps y los slats. Ambos se utilizan en el despegue y el aterrizaje para aumentar la sustentación a bajas velocidades (a costa de aumentar la resistencia aerodinámica), y el efecto que tienen es, principalmente, el de aumentar la curvatura del ala y su ángulo de ataque. Los spoilers persiguen justo el efecto contrario: se encuentran en el extradós del ala y, al desplegarse, producen el desprendimiento de la capa límite y la pérdida de sustentación del avión, y ayudan además a frenarlo por lo mucho que aumentan su resistencia aerodinámica (por ello se les conoce también con el nombre de "aerofrenos"). Sólo se utilizan cuando el tren de aterrizaje del avión toca el suelo. Como podéis comprobar, con todos estos artefactos desplegados, el ala del avión parece cualquier cosa menos un ala.


Un avión aterrizando con flaps y spoilers desplegados

Además de las superficies hipersustentadoras y los spoilers, hay otras superficies móviles que permiten al avión maniobrar. Un avión debe ser capaz de moverse en las tres direcciones del espacio, o lo que es lo mismo, girar según los tres ángulos de Euler. En aeronáutica estos movimientos se conocen como balanceo (roll), cabeceo (pitch) y guiñada (yaw).


balanceocabeceoguiñada

  • Balanceo: se consigue moviendo los alerones, que están situados en el borde de salida de las alas y lejos del fuselaje. Cuando uno de los alerones baja (incrementando la curvatura y el ángulo de ataque del ala en esa zona y, por tanto, la sustentación), el otro sube (con el efecto contrario), lo que hace que el avión gire según su eje longitudinal.

  • Cabeceo: es responsabilidad del timón de profundidad, situado en el estabilizador horizontal (en la cola del avión). El timón de profundidad funciona de manera parecida a los alerones, disminuyendo o aumentando la sustentación en la cola, y haciendo que ésta baje o suba en consecuencia. El avión gira con las alas como eje.

  • Guiñada: el timón de dirección, en el estabilizador vertical (en la cola también), hace que el avión gire según un eje perpendicular a su plano, produciendo de igual manera que los anteriores la fuerza adecuada para obtener el giro.

Patrulla Águila de acrobacia aérea

Con estos tres giros un avión es capaz de moverse libremente por el aire. Sin embargo, nosotros como aves tenemos una ventaja muy grande en este terreno, ya que nuestras alas no se limitan a hacer un amago de movimiento, sino que REALMENTE se mueven, lo que nos da un control mucho mayor de lo que hacemos en el aire. A pesar de lo espectaculares que puedan ser sus vuelos acrobáticos (muchos países incluso tienen su equipo de bandera de vuelo acrobático, como es el caso de la Patrulla Águila en España), cualquiera de nosotros puede superarlos sin gran dificultad (ésta es otra de las muchas espinitas que tienen clavadas los humanos en lo más profundo de su orgullo). No hay más que fijarse en la primera golondrina que pase o en el espectacular ritual de cortejo de algunas rapaces. Realmente, los humanos están todavía muy lejos de alcanzar la verdadera excelencia aérea.


Golondrina repostando en vuelo (fotografía: Manuel Pozo Coronado)
Pareja de circus pygargus pasándose una presa en el aire durante el cortejo (fotografía: Javier Milla López)

Ver también: ¿Por qué vuelan los aviones? (de verdad de la buena)

6 piopíos:

El Otro dijo...

Pues la verdad es que lo que hace la "Patrulla aguila" es impresionante, el domingo los ví en Montmelo y no son sólo las acrobacias es como lo hacen y la formación, prácticamente se tocan las puntas de las alas, una precisión milimétrica!

El Otro

Lyd dijo...

Sí que lo es... La verdad es que yo no he tenido el gusto de verles en directo (bueno, todos los 12 de octubre, cuando vivía en Moncloa, pasaban volvando por encima de mi casa, pero eran sólo unos segundos), y me gustaría mucho tener la oportunidad. Es otra de las miiiiles de cosas que tengo en tareas pendientes...

Pero siguen sin poder hacer lo que hace una golondrina xD (aunque puede que sea sólo por una cuestión de tamaño.)

Carlos dijo...

Me encanta tu blog Lyd, llegué a él a través de un enlace en la lista de Aviación Militar de Yahoogroups y ya está en mis favoritos.
-> http://del.icio.us/carlos346

Sólo un apunte, los spoilers -o aerofrenos- se refieren a dos superficies distintas, o mejor, a una misma superficie con dos comportamientos distintos.

Los aerofrenos se usan en vuelo para disminuir la velocidad del avión y/o descender con más régimen sin aumentar la velocidad. En este caso los aerofrenos que se despliegan lo hacen mínimamente.

En aproximación los aerofrenos se "arman" y cuando el tren principal toca tierra los aerofrenos se despliegan, pero no tímidamente como cuando el avión estaba en vuelo, ahora se despliegan a lo bestia, para de esa forma aumentar la eficacia de los frenos (los frenos son el medio principal y obligatorio para certificar un avión, las reversas son opcionales incluso una vez instaladas).

Lyd dijo...

Carlos: Se agradecen los apuntes! Me alegro mucho de que te guste el blog. Espero tus apuntes en próximas entradas ;)

Manuel Pozo dijo...

Sólo quiero decir que para mí es un honor que una foto mía (la de la golondrina) ilustre este fantástico blog. Saludos.

Lyd dijo...

Sólo responderte que siempre me esfuerzo mucho por encontrar las fotos más espectaculares y bonitas para ilustrar el blog, y la tuya reunía las condiciones ;)

(Espero que no te haya molestado que la cogiera sin pedir permiso... que conste que te he puesto como autor de la foto, sólo tienes que poner el ratón encima para ver tu nombre ^^)



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