Mecanica de Fluidos

AerodinmicaProfessor : Luis A. Arriola Aerospace Engineer, B.S, M.S, P.E.Former ACTA Engineer

1Determinacin del Factor de carga en el VueloLa influencia en los sistemas de control de los diferentes aviones vara: Algunos tipos son superficies de control balanceados mientras que otros no lo sonUna superficie de control balanceada es un alern, rudder, o elevador diseado en tal manera que se ponga cada lado de su eje articulado en balance con el otro ladoPor lo tanto la presin ejercida por el piloto en los controles no se puede utilizar como un medio paradeterminar el factor de carga producida en diferentes avionesLos load factors son mejores juzgados con el tacto a travs de la experienciaEllos pueden ser medidos por un instrumento llamado un acelermetro, pero ya que este instrumento no se utiliza comnmente en el tipo de aviones de la aviacin general, el desarrollo de la capacidad de juzgar los factores de carga por la sensacin o tacto de su efecto en el cuerpo humano es importanteUna indicacin, para el piloto de que tendr un aumento del factor de carga, es la sensacin de aumento de peso corporalEn un banqueo de 60 , el peso del cuerpo se duplicaraEl conocimiento de los principios expuestos anteriormente es esencial para estimar los factores de cargaEn vista de la discusin anterior sobre los factores de carga, algunas sugerencias se pueden hacer para evitar sobrecargar la estructura del avin:Operar la aeronave de conformidad con el Manual de funcionamiento del piloto (POH)Evite el uso de control brusco a altas velocidadesReducir la velocidad si se encuentra cualquier turbulencia de gran intensidad en el vuelo, o maniobras bruscas se debern de realizar Reducir el peso del avin antes del vuelo si se anticipa una turbulencia intensa o maniobra brusca. Evite giros usando ngulos de banqueo por encima de 60

Fuerzas del Avin a Baja Velocidad (Velocidad mas baja que cruise airspeed)A una velocidad de crucero constante, manteniendo un vuelo recto y nivelado, la fuerza de empuje (Thrust) acta opuestamente a la fuerza de resistencia (Drag) y paralelamente a la trayectoria de vueloEstas fuerzas opuestas son iguales en magnitudAdems, la fuerza de sustentacin (Lift) es igual en magnitud a la fuerza del pesoAhora, mientras se mantiene un vuelo recto y nivelado a velocidades constantes y ms lento que de crucero, las fuerzas de oposicin deben seguir siendo iguales en magnitud, pero algunas de estas fuerzas se separan en componentesEn esta condicin de vuelo, el empuje (Thrust) real ya no acta paralelo y opuesto a la trayectoria de vuelo y arrastreEl empuje (thrust) real esta inclinado hacia arriba como se ilustra en la figura

Las fuerzas que actan sobre el avin en vuelo recto y nivelado a velocidad ms lenta que la de cruceroTenga en cuenta que ahora el empuje (thrust) tiene dos componentes: uno que acta perpendicularmente a la trayectoria de vuelo en la direccin del Lift, mientras que la otra acta a lo largo de la trayectoria de vueloDebido a que el empuje (thrust) real esta inclinado, su magnitud debe ser mayor que el arrastrar (Drag) si es que la componente de este empuje a lo largo de la trayectoria de vuelo a de ser igual al arrastreTambin, tenga en cuenta que, una componente del empuje (thrust) acta 90 a la trayectoria de vuelo, y por lo tanto acta en la misma direccin que el Lift del alaLa figura anterior tambin ilustra que, las fuerzas que actan hacia arriba (lift del ala y la componente vertical del empuje (thrust)) igualan a las fuerzas que actan hacia abajo (peso y fuerza de la cola hacia abajo).La carga del ala o wing loading (W/S) (una medida del Lift del ala) es en realidad menor a velocidades mas bajas que a la velocidad de crucero, porque la componente vertical del empuje ayuda a soportar al avinPara resumir, en vuelo recto y nivelado a una baja velocidad, el empuje (thrust) real es mayor que el Drag, y el Lift del ala es menor que a velocidad de crucero.Fuerzas de un AscensoLas fuerzas que actan en un avin durante un ascenso se ilustran en la figura siguiente

Cuando el avin est en equilibrio, el pesopuede ser resuelto en dos componentes: uno que se opone al Lift, y el otro actuando en la misma direccin que el arrastre a lo largo de la lnea del viento relativo.Los requisitos para el equilibrio son:El empuje (thrust) debe ser igual a la suma del Drag y la componente del peso que se opone al thrustY, el Lift debe ser igual a la componente del peso que se le opone al LiftA mayor ngulo de ascenso, para el peso, ms corta se convierte la longitud de su componente Lift, y al mismo tiempo su componente Drag se hace ms larga

Por lo tanto, el requisito del Lift disminuye constantemente a medida que el ngulo de ascenso se intensifique, hasta que, en un verdadero ascenso vertical, si esto fuera posible, lasalas NO suministren Lift y el empuje (thrust) sera la nica fuerza que se opondra tanto al Drag como al peso, y que estaran actuando hacia abajo en forma opuesta al thrustPor otro lado, con un ajuste de potencia constante, una determinada tasa de ascenso (rate of climb), R/C, se puede obtener bien sea: subiendo abruptamente a una velocidad baja, osubiendo por un camino poco profundo en alta velocidad

R/C = V Sin En un extremo, si la velocidad es demasiado baja, la resistencia inducida se eleva a una figura en la que se requiere todo el empuje (thrust) disponible para superar al Drag y nada esta disponible para el ascenso

Recordar: CD = CD,0 + C2L e ARC l = L ( V 2 ) S D En el otro extremo, si la velocidad es la mxima que puede obtenerse en vuelo a nivel, de nuevo toda la potencia se est utilizando para superar el Drag y no hay tasa de ascenso (Rate of Climb)Entre estos dos extremos se encuentra una velocidad, o un pequeo grupo de velocidades, las cuales conseguirn el mejor Rate of ClimbEl mejor Rate of Climb, no se consigue con el ngulo ms empinado, sino en alguna combinacin de ngulo moderado y velocidad ptima en la cual,la mayor cantidad de exceso de potencia es disponible para ascender al avin despus de que el Drag haya sido equilibrado.

La siguiente figura muestra que la velocidad de Drag mnimo, o el punto ms bajo de la curva potencia-requerida, aunque bajo, no es la ms baja posible que se puede volar sin que se llegue a stall.

Power Required

Vs

Power AvailableEl aumento de la Potencia Requerida a las velocidades ms bajas (a la izquierda del punto de la potencia mnima requerida) es causada por el rpido aumento de los efectos del Drag inducido a velocidades ms bajas.La distancia vertical entre las curvas de potencia-disponible y potencia-requerida representa la potencia disponible para el ascenso a una velocidad particularLa mejor velocidad de ascenso es aquella, en la que el exceso de potencia est en su mximo, de manera que, despus de gastar algo de potencia en vencer al Drag, la cantidad mxima de potencia se mantiene disponible para ascender al avinEn la interseccin de las curvas, toda la potencia disponible se est utilizando para vencer al Drag, dejando nada disponible para el ascensoPor supuesto, en el rango inferior, el exceso de potencia para el ascenso, pronto se vuelve disponible si el ngulo de ataque se reduce para permitir un aumento de la velocidadEl Thrust Horsepower de motores a pistn disminuye con altitudIncluso, si es posible prolongar la potencia al nivel del mar a una cierta mayor altitud con un supercharging, o algn otro mtodo para aumentar la potencia, la potencia se reducir inevitablemente cuando el mtodo empleado para impulsar alcance una altitud a la que ya no pueda mantener una potencia establecida.

A mayores altitudes, las curvas de power-available se bajan.En vista que el Power-Requerido aumenta con la velocidad verdadera (velocidad), el thrust Horsepower requerido para volar a cualquier velocidad indicada deseada aumenta con la altitud.En resumen, es una falacia pensar que un avin sube debido a exceso de Lift. No lo hace; el avin asciende debido a la potencia disponible sobre la potencia requerida

FIN