POR QUÉ VUELA UN AVIÓN
Las Cuatro Fuerzas
En realidad, estas fuerzas son las que actúan sobre un avión en vuelo. Las cuatro fuerzas (sustentación, peso, empuje y resistencia) están presentes en todo momento cuando un avión está en el aire. Mire la siguiente figura, donde se muestra la acción de las cuatro fuerzas.
Figura 1. Las cuatro fuerzas que actúan sobre un avión en vuelo. A-Sustentación, B-Empuje, C-Peso y D-Resistencia
Las flechas sirven para mostrar que nos enfrentamos a un nuevo juego muy competitivo: lucha en cuatro frentes. Su trabajo como piloto es administrar los recursos disponibles para equilibrar estas fuerzas. Veamos en qué consisten.
La sustentación es la fuerza que actúa en sentido ascendente cuando las alas de un avión se desplazan por el aire. El movimiento hacia adelante produce una ligera diferencia de presión entre la superficie superior e inferior de las alas. Esta diferencia se convierte en sustentación.
Es la sustentación lo que mantiene un avión en el aire y las alas proporcionan la sustentación para permanecer arriba.
El peso es la fuerza que actúa en sentido descendente. Es la única fuerza que los pilotos controlan en cierta medida, pues eligen la carga que lleva el avión. Con excepción del consumo de combustible, el peso real del avión es difícil de modificar durante el vuelo. Una vez en el aire, no se consume la carga ni entran más pasajeros (pero tampoco salen). La descarga no prevista de pasajeros durante el vuelo es una infracción de alguna de las reglas de la FAA, así que no debe hacerse. En vuelo sin aceleración (cuando la velocidad y dirección del avión son constantes), las fuerzas opuestas de sustentación y peso están en equilibrio.
El empuje es una fuerza que actúa hacia adelante producida por una hélice impulsada por un motor. En la mayoría de los casos, cuanto más grande sea el motor (más potencia tenga), mayor será el empuje producido y más rápido volará el avión… hasta cierto punto. El movimiento hacia adelante siempre genera una penalización aerodinámica, denominada resistencia. La resistencia empuja el avión hacia atrás y se trata simplemente de la resistencia molecular de la atmósfera al movimiento que la atraviesa. En lenguaje sencillo y directo (el que los pilotos y los técnicos no suelen utilizar), es la resistencia del viento.
El impulso hace que el avión acelere, pero la resistencia determina su velocidad final.
Al aumentar la velocidad del avión, también aumenta la resistencia. Debido a la perversidad de la naturaleza, si se duplica la velocidad del avión, la resistencia se cuadruplica. Al final, el empuje hacia atrás de la resistencia iguala el impulso del motor y se consigue una velocidad constante.
El VW Escarabajo que tenía en el instituto conocía bien estos límites (se llama Escarabajo porque es lo más grande con lo que se puede chocar sin destrozar el automóvil). La velocidad VW está limitada por el tamaño de su motor. Con cuatro pequeños cilindros (de los cuales sólo tres funcionaban a la vez), el automóvil no podía correr a más de 100 km/h. En la figura 2 se muestran los resultados del empuje máximo que compensa la fuerza equivalente y hacia atrás de la resistencia a esta velocidad.
Figura 2 A-Empuje de un automóvil producido por la potencia del motor y B Resistencia causada por las moléculas del aire.
Mantener una velocidad más lenta requiere menos potencia, pues existe menos resistencia. A cualquier velocidad inferior a la velocidad máxima hacia adelante del automóvil, el exceso de empuje (potencia) está disponible para otros usos, como acelerar para adelantar a otros automóviles o mover el fuelle de un órgano portátil, si es eso lo que prefiere.
Lo mismo sucede con los aviones. A una velocidad inferior a la máxima en vuelo nivelado, hay potencia (empuje) sobrante. El empuje sobrante se puede utilizar para realizar una de las maniobras más importantes de la aviación: el ascenso.
Después de esta introducción, creo que es hora de que aprenda un poco acerca de los controles de vuelo del avión.
Controles de vuelo
Si tiene usted madera de piloto, se habrá estado relamiendo pacientemente en espera de la parte que trata de los controles de vuelo. En la figura 3 se muestran los tres ejes imaginarios del avión. Mediante los controles de vuelo, se puede hacer que el avión gire alrededor de uno o varios de estos ejes.
Figura 3. Los tres ejes de un avión, A-Eje vertical (Guiñada), B-Eje longitudinal (Alabeo), C-Eje lateral (Cabeceo)
El eje longitudinal recorre la línea central del avión desde el morro hasta la cola. Los aviones giran, o se ladean, sobre su eje longitudinal. En el fútbol, un pase de lado se denomina pase lateral. De igual manera, el eje lateral discurre de un lado al otro del avión, entre los extremos de las alas. Los aviones cabecean sobre su eje lateral.
El eje vertical del avión discurre de arriba abajo, desde la cabina hasta la panza. Los aviones guiñan sobre su eje vertical.
Considere el movimiento de guiñada como el movimiento que hacemos cuando nos desperezamos. Por la mañana, se despereza al ponerse de pie y estirarse verticalmente, girando a derecha e izquierda, esperando a que encajen las vértebras.
Ahora examinaremos los tres controles de vuelo principales que hacen que un avión
se mueva sobre sus ejes.
Alerones
Los alerones son las superficies móviles situadas en el borde exterior de salida de las alas. Su objetivo es ladear el avión en la dirección que desea virar. Cuando la rueda de control se gira a la derecha, como se muestra en la figura 4, los alerones se mueven simultáneamente en direcciones opuestas (esto no significa que se rompan).
El alerón del ala izquierda baja, lo que aumenta la sustentación del ala. El alerón del ala derecha sube, lo que reduce la sustentación del ala. Esto hace que el avión se ladee a la derecha
Figura 4. Ladeo hacia la derecha. Cómo ladean el avión los alerones. A-Mayor sustentación con un alerón bajado, B-Menor sustentación con un alerón subido.
Si la rueda de control se gira a la izquierda, como se muestra en la figura 5, el alerón del ala izquierda sube, lo que reduce la sustentación del ala izquierda. El alerón del ala derecha baja, lo que reduce la sustentación del ala derecha. Con esto, el avión se ladea (alabea) hacia la izquierda.
Figura 5. Ladeo hacia la izquierda. Cómo ladean el avión los alerones. A-Menor sustentación con un alerón bajado, B-Mayor sustentación con un alerón subido.
Los alerones permiten que un ala desarrolle más sustentación que la otra.
La diferencia de sustentación ladea el avión, que inclina la fuerza de sustentación total en la dirección que desea virar.
Timón de profundidad
El timón de profundidad es la superficie horizontal móvil situada en la parte posterior del avión (figura 6). Su objetivo es cabecear el morro del avión arriba o abajo.
Figura 6. Cómo el control del timón de profundidad cambia el cabeceo del avión. A-Movimiento de la cola (abajo). B-La cola baja y el morro sube.
El control del timón de profundidad funciona con el mismo principio aerodinámico que el alerón. Al aplicar presión hacia atrás en el mando de control del avión, como se muestra en la figura 6, la superficie del timón de profundidad se eleva.
En la parte inferior de la cola se crea menor presión, lo que hace que descienda y el morro del avión cabecea arriba.
El avión de la figura 7 muestra lo que sucede cuando el mando de control se mueve hacia adelante. La superficie del timón de profundidad desciende, con lo que se crea menor presión en la parte superior de la cola.
Figura 7. Cómo el control del timón de profundidad cambia el cabeceo del avión. A Movimiento de la cola (arriba) B-La cola baja y el morro sube. Esto hace que la cola se eleve. El morro gira sobre el eje lateral en dirección descendente. Dicho de forma simple, para cabecear arriba, tire hacia atrás del mando de control; para cabecear abajo, mueva hacia adelante el mando de control.
Hay un tercer control de vuelo, el timón de dirección, que controla la guiñada sobre el eje vertical. Esto se tratará más adelante pero, de momento, quiero asegurarme de
que sabe que no me he olvidado de ello.
