FUNDAMENTOS DE AERONÁUTICA
Saludos compañeros, les dejo esta información esperando sea de utilidad para ustedes.
PRINCIPIOS AERODINÁMICOS.
Aerodinámica es la parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en movimiento y las
fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se hallan en su seno. A la
importancia propia de la aerodinámica hay que añadir el valor de su aportación a la
aeronáutica. De acuerdo con el número de Mach o velocidad relativa de un móvil con respecto
al aire, la aerodinámica se divide en subsónica y supersónica según que dicho número sea
inferior o superior a la unidad.
Hay ciertas leyes de la aerodinámica, aplicables a cualquier objeto moviéndose a través del
aire, que explican el vuelo de objetos más pesados que el aire. Para el estudio del vuelo, es lo
mismo considerar que es el objeto el que se mueve a través del aire, como que este objeto
esté inmóvil y es el aire el que se mueve (de esta ultima forma se prueban en los túneles de
viento prototipos de aviones).
Es importante que el piloto obtenga el mejor conocimiento posible de estas leyes y principios
para entender, analizar y predecir el rendimiento de un aeroplano en cualesquiera condiciones
de operación. Los aquí dados son suficientes para este nivel elemental, no pretendiéndose una
explicación ni exhaustiva ni detallada de las complejidades de la aerodinámica.
Teorema de Bernoulli.
Daniel Bernoulli comprobó experimentalmente que "la
presión interna de un fluido (líquido o gas) decrece en la
medida que la velocidad del fluido se incrementa", o dicho
de otra forma "en un fluido en movimiento, la suma de la
presión y la velocidad en un punto cualquiera permanece
constante", es decir que p + v = k.
Para que se mantenga esta constante k, si una partícula
aumenta su velocidad v será a costa de disminuir su
presión p, y a la inversa.
El teorema de Bernoulli se suele expresar en la forma p+1/2dv² = constante, denominándose
al factor p presión estática y al factor 1/2dv² presión dinámica.
Enfocando este teorema desde otro punto de vista, se puede afirmar que en un fluido en
movimiento la suma de la presión estática (pe) más la presión dinámica (pd), denominada
presión total (pt) es constante: pt=pe+pd=k; de donde se infiere que si la velocidad de un
fluido se incrementa, la presión estática disminuye.
Se puede considerar el teorema de Bernoulli como una derivación de la ley de conservación de
la energía. El aire esta dotado de presión p, y este aire con una densidad d fluyendo a una
velocidad v contiene energía cinética lo mismo que cualquier otro objeto en movimiento (1/2
dv²=energía cinética). Según la ley de la conservación de la energía, la suma de ambas es
una constante: p + (1/2dv²) = constante. A la vista de esta ecuación, para una misma
densidad (asumimos que las partículas de aire alrededor del avión tienen igual densidad) si
aumenta la velocidad v disminuirá la presión p y viceversa.
En resumen, que si las partículas de aire aumentan su
velocidad será a costa de disminuir su presión y a la inversa,
o lo que es lo mismo: para cualquier parcela de aire, alta
velocidad implica baja presión y baja velocidad supone alta
presión.
Esto ocurre a velocidades inferiores a la del sonido pues a
partir de esta ocurren otros
Efecto Venturi.
Otro científico, Giovanni Battista Venturi, comprobó experimentalmente que al pasar por un
estrechamiento las partículas de un fluido aumentan su velocidad.
3ª Ley del movimiento de Newton.
Para cada fuerza de acción hay una fuerza de reacción igual en intensidad pero de sentido
contrario.
¿Cómo vuela un avión?
Bueno y todo esto es muy bonito y a los que nos gusta la física es algo que podemos comprender, pero, y la pregunta sería, ¿Cómo vuela un avión?.
Un objeto plano, colocado un poco inclinado hacia arriba contra el viento, produce
sustentación; por ejemplo una cometa. Un perfil aerodinámico, es un cuerpo que tiene un
diseño determinado para aprovechar al máximo las fuerzas que se originan por la variación de
velocidad y presión cuando este perfil se sitúa en una corriente de aire. Un ala es un ejemplo
de diseño avanzado de perfil aerodinámico.
Veamos que sucede cuando un aparato dotado de perfiles aerodinámicos (alas) se mueve en el
aire (dotado de presión atmosférica y velocidad), a una cierta velocidad y con determinada
colocación hacia arriba (ángulo de ataque), de acuerdo con las leyes explicadas.
El ala produce un flujo de aire en proporción a su
ángulo de ataque (a mayor ángulo de ataque
mayor es el estrechamiento en la parte superior
del ala) y a la velocidad con que el ala se mueve
respecto a la masa de aire que la rodea; de este
flujo de aire, el que discurre por la parte superior
del perfil tendrá una velocidad mayor (efecto
Venturi) que el que discurre por la parte inferior.
Esa mayor velocidad implica menor presión
(teorema de Bernoulli).
Tenemos pues que la superficie superior del ala soporta menos presión que la superficie
inferior. Esta diferencia de presiones produce una fuerza aerodinámica que empuja al ala de la
zona de mayor presión (abajo) a la zona de menor presión (arriba), conforme a la Tercera Ley
del Movimiento de Newton.
Pero además, la corriente de aire que fluye a mayor velocidad por encima del ala, al confluir
con la que fluye por debajo deflecta a esta última hacia abajo, produciéndose una fuerza de
reacción adicional hacia arriba. La suma de estas dos fuerzas es lo que se conoce por fuerza de
sustentación, que es la que mantiene al avión en el aire.
Como hemos visto, la producción de sustentación es un proceso continuo en el cual cada uno
de los principios enumerados explican una parte distinta de este proceso. Esta producción de
sustentación no es infinita, sino que tiene un
límite.
FUERZAS QUE ACTÚAN EN VUELO
Sobre un aeroplano en vuelo actúan una serie de fuerzas, favorables unas y desfavorables
otras, siendo una tarea primordial del piloto ejercer control sobre ellas para mantener un vuelo
seguro y eficiente.
Aunque los expertos siguen debatiendo e investigando sobre aerodinámica, a nuestro nivel
solo necesitamos conocer algunos conceptos fundamentales, empezando por las fuerzas que
afectan al vuelo y sus efectos.
De todas las fuerzas que actúan sobre un aeroplano en vuelo, las básicas y principales porque
afectan a todas las maniobras son cuatro: sustentación, peso, empuje y resistencia. Estas
cuatro fuerzas actúan en pares; la sustentación es opuesta al peso, y el empuje o tracción a la
resistencia.
Un aeroplano, como cualquier otro objeto, se
mantiene estático en el suelo debido a la acción de
dos fuerzas: su peso, debido a la gravedad, que lo
mantiene en el suelo, y la inercia o resistencia al
avance que lo mantiene parado. Para que este
aeroplano vuele será necesario contrarrestar el
efecto de estas dos fuerzas negativas, peso y
resistencia, mediante otras dos fuerzas positivas
de sentido contrario, sustentación y empuje
respectivamente. Así, el empuje ha de superar la
resistencia que opone el avión a avanzar, y la
sustentación superar el peso del avión
manteniéndolo en el aire.
Sustentación.
Es la fuerza desarrollada por un perfil aerodinámico moviéndose en el aire, ejercida de abajo
arriba, y cuya dirección es perpendicular al viento relativo y a la envergadura del avión (no
necesariamente perpendiculares al horizonte). Se suele representar con la letra L, inicial del
término inglés Lift = Sustentación.
Anteriormente hemos visto las leyes aerodinámicas que explican la sustentación; ahora
veremos con detalle cuales son los factores que afectan a la misma, dando entrada de paso a
algunos conceptos nuevos.
Actitud del avión. Este término se refiere a la orientación o referencia angular de los ejes
longitudinal y transversal del avión con respecto al horizonte, y se especifica en términos de:
posición de morro (pitch) y posición de las alas (bank); p.ejemplo: el avión esta volando con
5º de morro arriba y 15º de alabeo a la izquierda.
Trayectoria de vuelo. Es la dirección seguida
por el perfil aerodinámico durante su
desplazamiento en el aire; es decir es la
trayectoria que siguen las alas y por tanto el
avión.
Viento relativo. Es el flujo de aire que produce
el avión al desplazarse.
El viento relativo es
paralelo a la trayectoria de vuelo y de dirección
opuesta. Su velocidad es la relativa del avión con
respecto a la velocidad de la masa de aire en que
este se mueve.
Es importante destacar que no debe asociarse la trayectoria de vuelo, ni por tanto el viento
relativo, con la actitud de morro del avión; por ejemplo, una trayectoria de vuelo recto y
nivelado puede llevar aparejada una actitud de morro ligeramente elevada.
Ángulo de incidencia. El ángulo de incidencia es el ángulo agudo formado por la cuerda del
ala con respecto al eje longitudinal del avión. Este ángulo es fijo, pues responde a
consideraciones de diseño y no es modificable por el piloto.
Ángulo de ataque. El ángulo de ataque es el ángulo agudo formado por la cuerda del ala y la
dirección del viento relativo. Este ángulo es variable, pues depende de la dirección del viento
relativo y de la posición de las alas con respecto a este, ambos extremos controlados por el
piloto. Es conveniente tener muy claro el concepto de ángulo de ataque pues el vuelo está
directa y estrechamente relacionado con el mismo.
Es importante notar que, tal como muestra la imagen de arriba, el ángulo de ataque se mide respecto
al viento relativo y no respecto de la línea del horizonte.
GENERALIDADES DE LA INSTRUMENTACION
Los instrumentos a bordo proporcionan a la tripulación la información adecuada para la
vigilancia y control del rendimiento del avión, el funcionamiento de sus sistemas y su posición
en el espacio. El piloto debe aprender a interpretar esta información, reconocer su mal
funcionamiento, si existe posibilidad o no de reparación en vuelo, y que posibles limitaciones
pueden surgir en caso de fallo.
Los instrumentos básicos de vuelo son aquellos que nos informan de la altura y velocidad del
avión, su actitud con respecto al suelo sin necesidad de tomar referencias, si está en ascenso,
descenso o nivelado, y en que dirección vuela.
Estos instrumentos básicos, salvo la brújula, se suelen dividir en dos grupos: los que muestran
información basándose en las propiedades del aire (anemómetro, altímetro, y variómetro) y
los que se basan en propiedades giroscópicas (indicador de actitud, indicador de giro/viraje, e
indicador de dirección). Cada uno de estos instrumentos tiene su capítulo correspondiente
dentro de esta sección, pero antes es conveniente comprender que se entiende por
propiedades del aire y propiedades giroscópicas.
El espacio aéreo es la parte del cielo ubicada sobre la tierra o agua (mar, lagos, ríos) de un país. La soberanía de estos espacios le corresponde al país al que pertenezca la tierra.
Además, el espacio aéreo representa una zona de gran importancia para la seguridad de las naciones. A las autoridades de cada país les es pertinente controlar y vigilar esas áreas; ninguna otra nación tiene derecho a irrumpir en estas.
El espacio aéreo es una zona muy sensible y que muchas veces no se tiene completamente definida. En este caso, no existe una línea fronteriza visible, a diferencia de la tierra.
Asimismo, tiene gran importancia para la seguridad de la nación. Si se descuidan, podrían ocurrir invasiones o ataques de aéreos. Cuando ocurren conflictos entre los Estados, el espacio aéreo es el primero en verse afectado, pues es más sencillo atacar a través de este.
Si llegase a ocurrir una intrusión, tiene la responsabilidad de rendir cuentas a las autoridades del país agredido, porque el espacio aéreo es el canal por el que viajan aviones que trasladan personas con diferentes objetivos. Debe existir una regulación y una supervisión por la seguridad de los ciudadanos y el país en general.
TIPOS DE ESPACIO AEREO
El tipo de espacio aéreo se define en función del movimiento de aeronaves. También hay otros factores como el objetivo de las operaciones que se conducirán y la seguridad requerida.
La OACI es una agencia de la Organización de las Naciones Unidas. Fue creada por el Convenio sobre Aviación Civil Internacional. Su función es analizar los problemas que pueda presentar la aviación civil internacional. También se encarga de promover las normas en la aeronáutica mundial.
En función a esto, la OACI clasificó en 7 partes, de la A a la G, al espacio aéreo. La clase A representa el nivel más alto en cuanto al control; la clase F y G son el espacio no controlado.
En la clase F se permiten los vuelos IFR, VFR y VFRN. Los vuelos IFR obtienen asesoría de tránsito aéreo, y los vuelos VFR y VFRN disponen de servicio informativo de vuelo si lo requieren.
Por su parte, en la clase G se aceptan vuelos IFR y VFR. Cada uno de los vuelos tiene servicio informativo de vuelo si lo requieren.
Los países seleccionan los niveles que, de acuerdo a sus características, concuerden con el espacio aéreo de su nación y a sus necesidades específicas.
Reglas de vuelo instrumental
Las reglas de vuelo instrumental son un conjunto de normas recogidas en el Reglamento de Circulación Aérea. También son conocidas como reglas de vuelo por instrumentos o por sus siglas en inglés IFR (Instrumental Flight Rules).
Su objetivo es regular el vuelo de las aeronaves que usen instrumentos para la navegación. Este tipo de vuelos no exige el contacto visual con el terreno.
Además, permiten una operación continua de las aeronaves en las ocasiones en las que el pilote no puede ver. De esta manera se evitan colisiones con objetos que se encuentren en el camino, como otras aeronaves o montañas. Para lograr esto existen criterios de separación entre aeronaves y el terreno.
AERONAVE DE ALA ROTATORIALas reglas de vuelo instrumental son un conjunto de normas recogidas en el Reglamento de Circulación Aérea. También son conocidas como reglas de vuelo por instrumentos o por sus siglas en inglés IFR (Instrumental Flight Rules).
Su objetivo es regular el vuelo de las aeronaves que usen instrumentos para la navegación. Este tipo de vuelos no exige el contacto visual con el terreno.
Además, permiten una operación continua de las aeronaves en las ocasiones en las que el pilote no puede ver. De esta manera se evitan colisiones con objetos que se encuentren en el camino, como otras aeronaves o montañas. Para lograr esto existen criterios de separación entre aeronaves y el terreno.
Reglas del vuelo visual
Por su parte, existe el método de navegación regido por las reglas de vuelo visual, que son regulaciones por las que se rigen los pilotos al volar bajo condiciones climáticas claras que permiten visualizar el camino. Se conoce también como VFR por sus siglas en inglés (Visual Flight Rules).
Bajo este reglamento, el piloto debe ser capaz de volar pudiendo establecer contacto con el suelo y evitar cualquier potencial obstáculo.
Por su parte, los VFRN son los reglamentos para vuelos controlados de manera visual pero en la noche.
Espacio aéreo controlado
El espacio aéreo controlado se refiere a un espacio con dimensiones especificadas y definidas. En este existe un servicio de control para el tráfico de vuelo IFR (Instrumental Flight Rules o Reglas de Vuelo Instrumental) y para vuelos VFR (Visual Flight Rules o Reglas de Vuelo Visual).
En este espacio todos los pilotos deben regirse por ciertos requisitos, reglas operativas y exigencias de las aeronaves. Además, todos los vuelos están sujetos al servicio de control del tránsito aéreo.
Dentro de la clasificación de la OACI, el espacio aéreo controlado comprende la clase A, B, C, D y E. Los vuelos en estas clases están sujetos al Servicio de Control de Tránsito Aéreo (ATC).
Por su parte, existe el método de navegación regido por las reglas de vuelo visual, que son regulaciones por las que se rigen los pilotos al volar bajo condiciones climáticas claras que permiten visualizar el camino. Se conoce también como VFR por sus siglas en inglés (Visual Flight Rules).
Bajo este reglamento, el piloto debe ser capaz de volar pudiendo establecer contacto con el suelo y evitar cualquier potencial obstáculo.
Por su parte, los VFRN son los reglamentos para vuelos controlados de manera visual pero en la noche.
Espacio aéreo controlado
El espacio aéreo controlado se refiere a un espacio con dimensiones especificadas y definidas. En este existe un servicio de control para el tráfico de vuelo IFR (Instrumental Flight Rules o Reglas de Vuelo Instrumental) y para vuelos VFR (Visual Flight Rules o Reglas de Vuelo Visual).
En este espacio todos los pilotos deben regirse por ciertos requisitos, reglas operativas y exigencias de las aeronaves. Además, todos los vuelos están sujetos al servicio de control del tránsito aéreo.
Dentro de la clasificación de la OACI, el espacio aéreo controlado comprende la clase A, B, C, D y E. Los vuelos en estas clases están sujetos al Servicio de Control de Tránsito Aéreo (ATC).
Sistemas para el funcionamiento de un helicóptero
Los helicópteros son aeronaves inestables de por sí, mientras un avión puede
centrarse y volar prácticamente solo, si se le da libertad a un helicóptero este
empezara a oscilar y podría ponerse en una situación comprometida. Por lo tanto son
requeridos sistemas complejos de control, descritos a continuación:
Sistemas Conductores
Rotor Principal
Constituido por palas giratorias que provocan reacción aerodinámica de tal modo que
permite el movimiento del helicóptero y proporcionan sustentación para elevarse.
Además permite el desplazamiento del helicóptero en cualquier dirección del espacio a
voluntad del piloto, que desde la cabina varia los ángulos de paso de las palas o el
plano de rotación mediante los mandos de vuelo.
Sistema antipar
Todos los helicópteros monorrotores necesitan un sistema antagónico a la par de
rotación, produce sustentación lateral a gran distancia del eje de giro del rotor
principal, lo cual se traduce en la producción de momento opuesto al par de rotación
mencionado.
Estabilizadores
Con el fin de obtener estabilidad tanto horizontal como vertical, a semejanza de los aviones convencionales.
Con el fin de obtener estabilidad tanto horizontal como vertical, a semejanza de los aviones convencionales.
Sistema propulsor
Genera la potencia necesaria para el movimiento de los elementos sustentadores y
por consiguiente el desplazamiento del helicóptero.
Sistemas de transmisión
Encargados de transmitir el movimiento del motor al rotor, reduce la velocidad de giro
en la proporción conveniente de modo que el rotor principal gire a velocidades seguras
desde el punto de vista aerodinámico y estructural.
Sistemas funcionales:
Son sistemas subordinados, facilitan el pilotaje del helicóptero y ayudan a su buen
funcionamiento. Se destacan el sistema hidráulico, instrumentos de aviónica,
combustible, aceite, fuselaje entre otros.
Ventajas y desventajas de los helicópteros sanitarios:
La vida del paciente depende en gran parte del tiempo que transcurre desde la
asistencia inicial hasta que se establecen los cuidados definitivos, que normalmente se
aplican en centros especializados. Por tanto la rapidez del transporte en las mejores
condiciones se releva como la más importante.
El helicóptero es un eslabón en la cadena de supervivencia que permite mejorar el
pronóstico vital a corto plazo y el funcional a largo plazo.
Entre las desventajas se encuentran el elevado coste pasajero/km, radio de acción
limitado, complejidad mecánica, la altitud para ciertos tipos de lesiones (se minimiza
disminuyendo la altura de vuelo), el ruido (minimizado por los protectores de oídos,
cascos, etc.) el cual impide escuchar, realizar un examen físico adecuado o medir
parámetros de forma ordinaria (estetoscopio, tensiómetro, etc.); siendo reemplazados
por equipos electrónicos que tienen alarmas visuales y sonoras.
El reducido espacio de algunos helicópteros, impiden realizar otras maniobras de
manera convencional sean intubación, drenajes, etc. Esto se disminuye con el
entrenamiento del personal sanitario en la aeronave a desempeñarse.
En cuanto a las ventajas; se resaltan el menor tiempo de respuesta y evacuación que
una ambulancia terrestre, el poseer bajos niveles de aceleración, desaceleración y
vibraciones, presentes en otros medios aéreos o terrestres y la posibilidad de atención
en lugares remotos o de difícil acceso.
Cabe resaltar que, la utilización del helicóptero complementa pero no sustituye a los
restantes medios de transporte y su eficacia depende del conjunto del sistema, el uso
del helicóptero en misiones sanitarias presenta limitaciones relacionadas sobre todo
con fenómenos meteorológicos o visibilidad reducida.
Definitivamente, esta información es solo un repaso general de los conceptos básicos de la aeronáutica y las diferencias entre el un aeronave de ala rotatoria y una de ala fija.
Gracias.
