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Clasificación

¿Por qué vuela un avión?

Partes del avión

Alas

Perfiles alares

Tren de aterrizaje

Mandos de vuelo

Estructura

 

 

Clasificación de los aviones

Distintos tipos de aviones

En el concepto actual, los aviones son concebidos para tareas definidas, lo que permite realizar una clasificación que los divide en dos grupos fundamentales: los aviones para uso civil por un lado, y los aviones para uso militar por otro.

En el grupo de los aviones para uso civil se encuentran los aviones de turismo, entrenamiento, escuela, transporte de pasajeros, transporte de carga, sanitarios, fumigación,  fotográficos , etc.

Cada una de estas divisiones tienen caracteres bien definidos. Un avión escuela se caracteriza por su robustez, la reducida potencia de sus motores, las bajas velocidades de vuelo, aterrizaje y despegue, la acción lenta de los comandos que le permiten absorber los errores del alumno piloto, el reducido instrumental y su baja carga alar, entre 30 y 40 kg. por m2.

Un avión de entrenamiento es una aeronave más evolucionada y cuenta con una planta motriz de mayor potencia, comandos más sensibles, mayor carga alar, instrumental más completo, ya que el piloto debe efectuar en él su entrenamiento de vuelo por instrumentos.

Este avión puede ser monoplaza ya que no necesariamente debe ir el instructor como el caso del avión escuela.

En el avión de entrenamiento avanzado, ya se puede incursionar en el campo de los dos motores, el tren retráctil, hélices de paso variable y todos los adminículos que permiten al piloto concluir su entrenamiento.

Los aviones de turismo por ser concebidos como su nombre lo indica, para turismo, deben ser en consecuencia máquinas confortables, tener cierta capacidad para el despegue y aterrizaje en pistas no muy preparadas, su mantenimiento y consumo no debe ser demasiado oneroso para sus dueños, el pilotaje debe ser sencillo y su costo accesible.

Los aviones de transporte de pasajeros de corto o largo alcance deben ser máquinas que se caractericen sobre todo, por su gran confiabilidad para brindar así al pasajero la tranquilidad apoyada en la certeza de un vuelo seguro.

El confort, el bajo nivel de ruido, los dispositivos de seguridad y los servicios al pasajero, son también estimables.

La economía de explotación es de gran importancia, ya que toda empresa buscará una aeronave que cuente entre sus cualidades con un fácil y económico mantenimiento, como así también, un bajo consumo por hora de vuelo.

En el caso de los cargueros, se cambia el confort por la facilidad de carga, descarga y volumen disponible en la bodega.

Otra división que vamos a tener en cuenta en los aviones livianos, es la de los aviones realizados por aficionados o homebuilt aircraft (aviones amateurs).

Este tipo de aeronaves puede llegar a ser tomado a la ligera por algunos, pero antes de realizar un juicio apresurado, deben tener en cuenta que el avión de Orville y Wilbur Wright a quien se le atribuye el primer vuelo de una máquina más pesada que el aire, el 17 de diciembre de 1903 utilizando un motor de cuatro cilindros y 12 HP de su propio diseño para impulsar la máquina que pesaba 179 libras, fue un avión hecho por aficionados, homebuilt, y gracias a este súper liviano, nacieron otros y otros que permitieron ir ganando experiencia y la capacidad necesaria que dio como resultado el desarrollo impresionante que experimentó la aviación en 100 años de vida.

Ese inicio no culminó en poco tiempo ya que en el día de hoy el parque de los aviones hechos por aficionados, aviones caseros o homebuilt, es realmente significativo y como resultado, se pueden apreciar verdaderas realizaciones que superan en muchos casos a aviones construidos por prestigiosas fábricas que cuentan con un importante plantel de ingenieros y líneas de montajes supermodernas.

Para que el lector tenga una idea, en los Estados Unidos se realizan anualmente exposiciones de este tipo de aviones, contando generalmente con una concurrencia que supera la cifra de 5.000 aparatos.

En otros países como Francia, Inglaterra, Italia, Canadá y Alemania, para citar algunos, la cantidad también es significativa.

Aviones militares

En este campo se pueden efectuar también grandes divisiones, cada una de las Fuerzas Armadas tiene su tipo particular de aeronaves.

La Marina de Guerra precisa para su desenvolvimiento hidroaviones, torpederos, aviones de vigilancia y aviones de combate con capacidad para aterrizar sobre porta aviones.

El Ejército utiliza pequeños aviones de observación para reglaje de tiro o para ubicar posiciones de tropas enemigas, también aviones de enlace y helicópteros.

La Fuerza Aérea cuenta con aviones de transporte de tropas, cargueros, aviones fotográficos, bombarderos, aviones de caza, aviones de gran maniobrabilidad y potencia de fuego para apoyo de tropas de tierra, aviones interceptores, de entrenamiento, etc.

Los aviones militares se diferencian de los civiles por tener algunas partes vitales blindadas, gran maniobrabilidad, capacidades acrobáticas gran poder de portación de armamentos, el confort es sacrificado en aras de obtener mejores prestaciones, como así también la economía de fabricación y operación no son tan tenidas en cuenta como en los aviones civiles y podemos encontrar pequeñas máquinas con poderosas plantas de poder y sólida construcción, lo que les permite desempeñarse satisfactoriamente durante las grandes exigencias a que son sometidos.

Categoría de los aviones

Como los requerimientos de resistencia estructural de un avión dependen de la maniobrabilidad requerida para su misión ó propósito, la Administración Federal de Aviación Norteamericana (F.A.A.), estableció un sistema de categorías para aviones que pesan menos de 12.500 libras, denominándolas NORMAL, UTILITARIOS y ACROBÁTICOS.

      Cuando un avión encuentra una ráfaga vertical mientras se encuentra en vuelo nivelado, la ráfaga intenta desplazar al avión. Sin embargo, el avión tiende a permanecer en su trayectoria de vuelo, debido a su propia inercia. Por esto el avión se resiste al desplazamiento. La habilidad del avión para resistir el desplazamiento depende de la carga alar.

       La carga alar de un avión es igual al peso bruto (en lbs.) dividido por la superficie alar (en pies cuadrados). Cuando mayor sea la carga alar o cuando más carga transporte el avión, mayor será su resistencia al desplazamiento ocasionado por una ráfaga vertical. 

    Consecuentemente, la aceleración vertical tiende a ser menor cuando mayor sea la carga transportada.

Los cambios bruscos de sustentación son el producto de los cambios de ángulos de ataque y estos a la vez son el producto de una combinación entre velocidad del avión y aceleración vertical, como la sustentación varía con el cuadrado de la velocidad, las grandes velocidades producen mayores cambios de sustentación que las velocidades menores.

Factores de carga

Cualquier fuerza aplicada a un avión para desviar su trayectoria de vuelo recto, produce un esfuerzo en su estructura cuya magnitud se denomina factor de carga.

El factor de carga es la relación entre la carga de aire total sobre la estructura del avión (sustentación) y el peso bruto del avión (FC = L/W). Por ejemplo, un factor de carga de tres significa que la carga total sobre la estructura del avión es tres veces mayor a su peso bruto.

Los factores de carga son expresados generalmente en términos de “g” (gravedad). Cuando un avión está expuesto a 3 g´s en una trepada por ejemplo, el piloto ó sus pasajeros serán comprimidos sobre sus asientos con una fuerza igual a 3 veces sus propios pesos. Los factores de carga son importantes para el piloto, debido a la posibilidad de imponer una sobrecarga peligrosa a la estructura del avión y también porque un factor de carga elevado incrementa la velocidad de pérdida.

Los vuelos en virajes y maniobras producen un efecto en la velocidad de pérdida el cual es similar al efecto del peso. Un viraje coordinado exige que la componente vertical de la sustentación sea igual al peso del avión y la componente horizontal sea igual a la fuerza centrífuga. De ésta manera el avión en un giro coordinado desarrolla una sustentación mayor a su peso y como resultado experimenta un aumento en la velocidad de pérdida. 

El incremento en el porcentaje de la velocidad de pérdida y el incremento del factor de carga, ambos durante el viraje son mostrados en la tabla. Estos valores son válidos para cualquier avión.

 

La tabla muestra que no existe un cambio apreciable en el factor de carga ó la velocidad de pérdida con ángulo de rolido menor a 30°,  pero con ángulos superiores a 45° el incremento del factor de carga y la velocidad de pérdida es bastante rápido.  

En un viraje de 45° el avión experimenta un factor de carga de 1,414 suponiendo que el avión pesa 2000 lbs.,el ala desarrolla 2828 lbs. de sustentación que significa un aumento de un 40%. En un viraje de 60° el factor de carga es de 2, por lo tanto el ala desarrolla una sustentación de 4000 lbs. que significa un aumento del 100% y en un viraje de 75° el factor de carga es de 4 lo cual exige una sustentación de 8000 lbs. con un incremento del 400%.

Suponga que el avión anterior tuviera una velocidad de pérdida sin potencia para vuelo nivelado de 60 MPH con 2000 lbs. de peso lo cual significa un factor de carga igual a 1 ó “1g” como la velocidad de pérdida varía con la raíz cuadrada del factor de carga (VS2 = VS1 x raíz cuadrada de FC.) el avión estará en pérdida a 71 MPH en un viraje de 45° a 85 MPH en un viraje de 60° y a 120 MPH en un viraje de 75° de rolido.

VS1 = Velocidad de pérdida a 1G

VS2 = Velocidad de pérdida en vuelo a valores distintos de 1G

G = Factor de carga para la condición 2

Los aviones con categoría normal está limitados a maniobras relacionadas con: operaciones normales de vuelo, ciertas maniobras de pérdida, virajes hasta 60° de ángulo de rolido, trepadas con deslizamiento (chandelles).

Los aviones con categoría utilitario pueden realizar maniobras de acrobacia moderada y vueltas (tirabuzón).

Los aviones con categoría de acrobacia pueden por supuesto realizar todas las maniobras que les está permitidas a las categorías anteriores, más las maniobras normales de acrobacia.

            La categoría a la cual pertenece el avión está identificada en una plaqueta en la cabina de vuelo y también en su Manual de Vuelo, donde también se indican las maniobras permitidas y otras limitaciones pertinentes.

Categoría                    Límite del factor de carga

 

Normal                         +3,8     -1,52     

Utilitario                       +4,4     -1,76                     

acrobático                     +6,0     -3,0  

           A estos límites de carga se le agrega un 50% como factor de seguridad.

           La FAA. ha establecido limitaciones apropiadas a cada categoría, como así también el valor del factor de carga que se le puede imponer al avión.

Los factores de carga máximos ó límites del factor de carga que pueden ser impuestos son 3,8 para categoría normal, 4,4 para categoría utilitario y 6,0 para categoría acrobático. Estos son límites de factor de carga positivos. Los límites del factor de carga negativos son -1,52 ; -1,76 y –3,0 respectivamente.

Un factor de carga negativo puede ser impuesto sobre un avión como resultado de una maniobra de nariz abajo lo cual es lo contrario a una trepada. El factor de carga, obtenido en una maniobra de nariz abajo es menor que aquel obtenido en una trepada, porque el coeficiente de sustentación máximo negativo es usualmente menor que el coeficiente de sustentación máximo positivo. Además, el piloto como ser humano no puede tolerar tantas “g” negativas como tolera las “g” positivas.

Consecuentemente, los aviones están diseñados para soportar menor factor de carga negativo que positivo.

Los límites de factor de carga reciben un agregado de 50% como factor de seguridad para las categorías NORMAL, UTILITARIO y ACROBÁTICO.

Para la categoría NORMAL, el límite 50% de 3,8 es 1,9 el cual es el margen entre la seguridad y la falla. 1,9 + 3,8 = 5,7 que es el “FACTOR DE CARGA FINAL”. Teóricamente, un factor de carga final puede ser impuesto a la estructura de un avión sin ocurrir fallas. Sin embargo, se pueden producir deformaciones permanentes debido a sobre-esfuerzo y esas partes dañadas deberán ser reemplazadas.     

La aplicación de éste factor de carga final debe ser por única vez . Si el avión es expuesto a una carga mayor al factor de carga final se  puede producir una falla.

Cuando el factor límite de carga ha sido excedido, se pueden producir daños, los cuales pueden ser reconocidos por arrugas ó dobladuras en el recubrimiento, remaches descabezados y miembros estructurales deformados.         

 

En la figura podemos apreciar dos ejemplos sobre factor de carga. En el avión de la izquierda vemos que posee una sustentación de 10450 lbs. y un peso de 2750 lbs. Lo que resulta en un factor de carga de 3.8g’s.

En el avión de la derecha vemos que posee una sustentación de 10450 lbs. y un peso de 2200 lbs. Lo que resulta en un factor de carga de 4,75 g’s.