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CAPITULO 02

TEORÍA DEL VUELO

ÍNDICE

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Art. 02.01. Introducción.....................................................................................................................................................02-1Art. 02.02. Principios del vuelo...........................................................................................................................................02-1Art. 02.03. Efecto de la hélice - guiñada.............................................................................................................................02-3Art. 02.04. Estabilidad........................................................................................................................................................02-4Art. 02.05. Los controles y su operación.............................................................................................................................02-5Art. 02.06. Performance igual actitud más potencia...........................................................................................................02-6Art. 02.07. Cuadrante de potencia......................................................................................................................................02-7Art. 02.08. Tabs..................................................................................................................................................................02-8

02.01. Introducción

Antes de su primer vuelo, hay varios conceptos fundamentales de los que Ud. como alumno, debe estar consciente y debe comprender si quiere obtener el máximo provecho de su entrenamiento primario.

Estos conceptos incluyen no solamente aerodinámica básica, sino también algunos principios referentes a la seguridad de vuelo.

En tanto que algunas teorías más complejas se trataron en las aulas, se considera que los conceptos básicos son lo suficientemente importantes como para ser nuevamente tratados a grandes rasgos en esta oportunidad.

02.02. Principios del vuelo

1. Sustentación y empuje:

Los principios físicos que hacen posible el vuelo se deberán conocer para poder entender la forma en la que interactúan las fuerzas sobre una aeronave para que vuele. El principio de acción y reacción se refiere a las consecuencias de la interacción de dos objetos. Utilizando este principio, se puede explicar cómo se producen la sustentación y el empuje.

La forma predominante en la que el aire interactúa con un cuerpo es a través de la presión que ejerce sobre él. Por el momento descartamos los efectos de la fricción. El principio del tubo venturi dice que si se aumenta la velocidad de un fluido (aire en este caso) en un punto dado, la presión estática en el mismo disminuye. El ala de una aeronave está diseñada para que la velocidad del aire que recorre la parte superior sea mayor a la de la inferior. Aplicando el principio del venturi, se obtiene que en la parte superior del ala, la presión estática del aire es menor que en la parte inferior. El diferencial de presión producido empuja el ala de la aeronave hacia el sector de menor presión. Esta fuerza que empuja el ala hacia el lugar de menor presión se denomina sustentación. Para aumentar

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esta fuerza, el ala está inclinada hacia arriba en relación con el aire de impacto para que el aire que recorre la parte superior vaya más rápido disminuyendo aún más la presión. El viento relativo es la dirección de la corriente de aire en relación al movimiento de la aeronave. El ángulo con que el ala corta al viento relativo se llama ángulo de ataque. Ver Fig. 02-1.

Ángulo de ataqueFig. 02-1

Si la velocidad de la aeronave es muy baja, el ángulo de ataque será tan alto que llegará un momento en que el aire ya no podrá seguir la curvatura superior del ala. Generará un flujo de aire turbulento en la parte superior del ala y dejará de producir sustentación, generando la “pérdida”.

Cuando la hélice gira, provee a la aeronave la fuerza necesaria para avanzar. El movimiento hacia adelante genera que la aeronave interactúe con el aire produciendo la sustentación. Las palas de la hélice tienen un perfil similar al de un ala. Por lo tanto, cuando el motor las hace girar producen “sustentación” hacia adelante. A esto se le llama empuje.

2. Gravedad:

Cuando una aeronave es propulsada por el aire y se genera la suficiente sustentación para mantenerla en vuelo, hay otras fuerzas que también actúan sobre ella al mismo tiempo. Toda partícula de materia es atraída hacia el centro de la tierra por la fuerza de gravitación. La cantidad de esta fuerza sobre la aeronave se mide en términos de peso. Para que la aeronave se mantenga en vuelo, la fuerza de sustentación debe ser mayor que el peso.

3. Resistencia:

Cuando la aeronave avanza, el roce de las partículas de aire chocando y desplazándose a través de la superficie de la misma genera resistencia. Pero esta resistencia es solo una parte de la resistencia total de la aeronave y se denomina resistencia parásita.

La otra parte de la resistencia total es la causada por la sustentación. El ala cambia la dirección de la corriente de aire para producir sustentación. La sustentación total no es vertical, sino levemente hacia atrás. Esto significa que produce también una leve resistencia hacia atrás. Esta resistencia se llama inducida. Cuanto mayor es el ángulo de ataque, más hacia atrás se inclina la fuerza de sustentación.

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Para que la aeronave se mueva, el empuje debe superar a la resistencia total.

En una condición de vuelo estable, sin cambios de velocidad o actitud, todas estas fuerzas están presentes, pero compensadas entre sí. La sustentación compensa el peso y el empuje compensa la resistencia.

4. Fuerza centrífuga:

Esta fuerza solo actúa cuando la aeronave está cambiando de actitud, ya sea en forma vertical u horizontal. La ley de inercia es la que explica la existencia de esta fuerza. Para sacar a una aeronave de la posición de equilibrio estando en vuelo recto y nivelado, es necesario aplicar una fuerza lateral en la dirección del sentido de giro deseado. La tendencia de la aeronave a permanecer en vuelo recto y nivelado, o a salir de la trayectoria de giro (cuando ya está girando) es debida a la inercia. Este efecto es el que genera la fuerza centrífuga.

02.03. Efecto de la hélice - guiñada

Otra de las fuerzas que afectan a la aeronave en ciertas condiciones de vuelo es el efecto de torque generado por el movimiento circular de la hélice. El efecto de torque es la fuerza que hace que la aeronave tenga la tendencia a guiñar hacia la izquierda cuando la hélice gira en sentido horario.

Existen cuatro factores que contribuyen al efecto de torque:

1. Torque:

Se puede decir que el torque es el principio de acción y reacción entre el fuselaje y la hélice, es decir, si la hélice gira en sentido horario, el fuselaje tiende a girar (rolar y no guiñar) en sentido antihorario. Para contrarrestar este efecto, el piloto aplica alerones hacia la derecha. Esto genera mayor sustentación en el ala izquierda (ala que sube), por lo tanto, también mayor resistencia. Este aumento de resistencia hará guiñar la nariz hacia la izquierda, lo que el piloto contrarrestará con la aplicación de pedal derecho. Este efecto es mayor cuanto mayor sea la potencia aplicada y menor la velocidad de avance de la aeronave.

2. Precesión giroscópica:

Cuando la hélice de una aeronave está girando se comporta como un giróscopo, por lo tanto también cumple con el principio de precesión giroscópica. La precesión giroscópica es la acción resultante de aplicar una fuerza en la parte externa de una masa rotando. Aplicar una fuerza a lo largo del eje de rotación es lo mismo que aplicarla en el extremo. Si se aplica una fuerza que haga mover el eje de un giróscopo en rotación (la hélice en este caso), la fuerza resultante será ejercida 90º más adelante en el sentido de rotación, y en sentido contrario a la fuerza original. Ejemplo: si se sube la nariz de la aeronave, la parte superior del plano de rotación de la hélice es movido hacia atrás (popa). Esto genera una fuerza en el lado derecho de la hélice de atrás hacia adelante (guiño hacia la izquierda). De la misma forma, la parte inferior del plano de rotación es forzado hacia

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adelante, generando una fuerza en la parte izquierda de la hélice hacia atrás (también guiño a la izquierda). Lo que sucede al componer todas estas fuerzas es que se aplica una fuerza al eje de rotación de la hélice, delante de la misma, que mueve el eje hacia arriba (la aeronave sube su actitud). Y el efecto de esta fuerza es la aplicación de una igual en el lado derecho de la hélice desde atrás hacia adelante, lo que genera el guiño hacia la izquierda. Si en lugar de subir la actitud de la aeronave, se la baja, la fuerza generada hace guiñar la nariz a la derecha. La medida de esta fuerza generada, es proporcional a la velocidad con la que se intente mover el eje.

3. Soplado de la hélice:

La alta velocidad de rotación de la hélice genera que la masa de aire que desplaza hacia atrás vaya girando en forma helicoidal, ejerciendo fuerzas sobre el fuselaje, las alas, y el timón de dirección. Cuanto menor es la velocidad de la aeronave, mayor es el efecto. Como la hélice gira en sentido horario, esta corriente de aire va a impactar sobre el lado izquierdo del timón, provocando que la cola se desplace a la derecha y la nariz guiñe a la izquierda.

4. Carga asimétrica de la hélice:

Cuando la aeronave vuela con grandes ángulos de ataque (con el eje de la hélice inclinado hacia arriba), la pala que baja corta el aire con mayor ángulo de ataque que la pala que sube. Esto genera que la pala con mayor ángulo de ataque produzca más empuje, por lo tanto, en una hélice con giro horario, causará un efecto de guiñada hacia la izquierda. A bajas velocidades este efecto es mayor porque el ángulo de ataque de la aeronave es mayor. A medida que se aumenta la velocidad, el ángulo de ataque disminuye paulatinamente y también el efecto de la carga asimétrica de la hélice.

02.04. Estabilidad

La estabilidad puede clasificarse en tres categorías principales: positiva, neutra y negativa. Dado que todas las aeronaves militares de ala fija tienen estabilidad positiva, nos referiremos sólo a esta categoría.

1. La estabilidad estática es la tendencia inicial de una aeronave a reaccionar ante fuerzas que lo desplazan del equilibrio.

Esta tendencia de una aeronave a volver al estado de equilibrio después de haber sido desplazado se define como estabilidad estática positiva.

2. La estabilidad dinámica son las oscilaciones de la aeronave en su intento de volver a su equilibrio original, después de haber mostrado una tendencia inicial a recuperar el equilibrio. Cuando al rato la magnitud de estas oscilaciones disminuye, se dice que la aeronave posee estabilidad dinámica positiva.

3. El T-34C-1 tiene estabilidad estática y dinámica positiva. Esto es el resultado del diseño aerodinámico de la aeronave, y por esta razón se dice que el T-34C-1 es una aeronave inherentemente estable.

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Su instructor le demostrará las características de estabilidad del T-34C-1 colocándolo en vuelo nivelado. Luego pondrá la aeronave en distintas posiciones y dejará que vuelva al vuelo recto y nivelado. El objetivo principal de estas maniobras de demostración es aumentar su confianza en la aeronave.

02.05. Los controles y su operación

En este artículo se hará una breve reseña de las funciones de los distintos controles que pueden operarse desde la cabina del piloto. Estos controles pueden agruparse en tres (3) categorías:

1. Controles de potencia.

2. Controles de vuelo primarios.

3. Controles auxiliares.

Los tres factores fundamentales para un vuelo exitoso son el vector sustentación, la estabilidad y el control. Estos tres factores dependen a su vez del diseño inherente de la aeronave y de su velocidad en el aire. Para tratar la mecánica de vuelo, supondremos que los dos primeros factores han sido establecidos y sólo resta el problema del control.

La "mecánica de vuelo" se define como la relación entre el movimiento de las superficies de control y el cambio de actitud de la aeronave resultante. Un estudio inteligente de la mecánica de vuelo antes del primer vuelo de instrucción es un requisito importante para el proceso físico y psíquico de aprender a volar. Para subrayar los fundamentos de la mecánica de vuelo, en esta sección se tratará cada una de las tres categorías de controles.

Controles de potencia:

Los controles de potencia son la palanca del acelerador del motor y la palanca de control de paso de hélice. Estos controles están ubicados en el cuadrante del lado izquierdo de cada cabina. Le permiten al piloto regular la potencia del motor dentro de sus límites operativos.

Controles de vuelo primarios:

Los tres controles de vuelo primarios son los alerones, el elevador y el timón. Estos controles son superficies móviles diseñadas para ser operadas por el piloto para controlar la actitud de la aeronave.

Los alerones están fijados a los bordes de fuga externos de las alas. Están interconectados y controlan la rotación de la aeronave alrededor del eje longitudinal. Se controlan mediante presiones laterales sobre el bastón de mando. Cuando se aplica presión a la izquierda, la aeronave rola a la izquierda respecto de su eje longitudinal, por el contrario, cuando se aplica presión a la derecha, la aeronave rola a la derecha.El elevador está fijado al borde de fuga del estabilizador horizontal y controla la inclinación de la aeronave sobre el eje lateral o cabeceo. El elevador se controla mediante presiones hacia adelante y hacia atrás sobre el bastón. Cuando se aplica presión hacia atrás, el resultado es inclinación positiva. Cuando se aplica presión hacia adelante, el resultado es inclinación

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negativa.

El timón está fijado al borde de fuga del estabilizador vertical y controla el guiño de la aeronave alrededor del eje vertical. El timón se controla mediante los pedales. Cuando se aplica presión a la derecha, la aeronave guiña a la derecha. Cuando se aplica presión a la izquierda, la aeronave guiña a la izquierda.

La velocidad con la que la aeronave cambia de actitud alrededor de los distintos ejes depende de la velocidad de la aeronave y de la fuerza aplicada. Los controles tienen el mismo efecto, cualquiera sea la posición de la aeronave en el espacio.

Controles de vuelo auxiliares:

Los tabs son superficies de control de vuelo auxiliares usadas para aliviar las presiones que el piloto debe hacer sobre los controles de vuelo primarios. Están ubicados en las secciones traseras de los controles primarios. Los controles de los tabs están ubicados en la consola izquierda de cada cabina. Unos indicadores conectados con cada control muestran la posición de los tabs correspondientes. Para cada cambio de velocidad o de potencia se necesita un cambio de compensación, debido al cambio de ángulo de ataque y de sustentación creado por las alas. El uso correcto y constante de los tabs es el secreto para convertirse en un buen piloto.

Los flaps son superficies de control de vuelo auxiliares que aumentan la curvatura efectiva de las alas, y por lo tanto aumentan la sustentación y la resistencia cuando están en posición baja. Los flaps se operan eléctricamente mediante una palanca ubicada en el lado izquierdo de cada cabina.

El tren de aterrizaje es del tipo triciclo operado eléctricamente. Las ruedas se retraen totalmente. Se opera mediante la palanca de tren de aterrizaje ubicada en el subpanel izquierdo de cada cabina.

02.06. Performance igual actitud más potencia

La potencia suministra la fuerza necesaria para darle movimiento a la aeronave, sin embargo, el movimiento por sí solo no es eficaz a menos que sea controlado. Controlamos este movimiento mediante los controles de actitud de la aeronave. Juntas, la potencia y la actitud controlan la performance de la aeronave. A cada combinación de potencia y actitud corresponde una determinada performance. Siempre se cumplen las siguientes reglas básicas:

1. Si la altura se mantiene constante y se agrega potencia, aumentará la velocidad.

2. Si la potencia permanece constante y se eleva la nariz de la aeronave para ganar altura, disminuirá la velocidad.

3. Si se agrega potencia a medida que se eleva la nariz de la aeronave, puede lograrse un aumento de altura mientras la velocidad permanece constante.

4. A una velocidad constante, la potencia controla el grado de ascenso ó descenso.

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5. A una potencia constante, la actitud de nariz controla la velocidad.

02.07. Cuadrante de potencia

Acelerador:

El acelerador controla la potencia del motor. Esta potencia, transmitida por la hélice, produce un empuje. Este empuje vence la resistencia y la inercia y mueve la aeronave. Cuando la aeronave se mueve, el movimiento de aire sobre las alas crea sustentación, y cuando se logra suficiente sustentación, la aeronave despega y mantiene el vuelo. Cuando se combina suficiente potencia con el ángulo de ataque del ala apropiado, se obtiene la performance deseada.

Si se mueve el acelerador hacia adelante se aumenta la potencia, si se lo mueve hacia atrás se disminuye la potencia. Si se mantiene una velocidad constante con ajustes de la actitud en relación con el horizonte, una variación de potencia controlará la ganancia o pérdida de altura.

Este concepto de control establece un fundamento básico de la mecánica de vuelo con que Ud. se enfrentará en tanto pilotee cualquier tipo de aeronave propulsada:

PERFORMANCE: ACTITUD + POTENCIA.

El acelerador debe operarse con firmeza pero con suavidad. Los movimientos repentinos e irregulares de este control pueden imponer un esfuerzo indebido sobre el motor.

Control de paso de hélice:

La potencia generada por el motor se transforma en una fuerza utilizable por la hélice llamada "empuje". La hélice del T-34C-1 es de velocidad constante (regulada con el control de RPM) y tiene la posibilidad de ser puesta totalmente en bandera. Dicho control combina las funciones de apertura ó cierre de flujo de combustible y control de RPM de la hélice. Las palancas están interconectadas mecánicamente entre las cabinas. Si se mueve la palanca de condición hacia atrás, se reducirán las RPM de la hélice hasta el mínimo de RPM controlables. Si el movimiento hacia atrás continúa hasta el tope cargado a resorte, la hélice irá a la posición de bandera.

Este tope mecánico puede ser sobrepasado cuando el piloto accione una palanca cargada a resorte ubicada en el lado trasero de los cuadrantes de control de cualquier cabina. Cuando se anula el tope trasero, si se continúa el movimiento de la palanca de condición hacia atrás, se alcanzará la posición de interrupción del combustible. El tope se restablecerá automáticamente cuando se mueva la palanca de condición hacia adelante fuera de la posición de corte de combustible. A lo largo de la ranura de la palanca de condición están marcadas sus posiciones: “OFF” (cortado), “FUEL” (combustible), “ON” (encendido), “FTHR” (bandera), “RPM DECR” (disminuir RPM) y “RPM INCR” (aumentar RPM).

02.08. Tabs

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Las aeronaves están diseñadas de tal modo que el peso siempre actúa a través de un punto llamado centro de gravedad, ubicado sobre el eje longitudinal, en algún punto dentro de límites especificados detrás del borde de ataque del ala. Del mismo modo la sustentación actúa a través de un punto llamado centro de presión, ubicado detrás del centro de gravedad. Como estos dos puntos no coinciden, la sustentación y el peso ejercen un momento de cabeceo. Este momento de cabeceo es compensado por la sustentación negativa producida por el estabilizador horizontal y los elevadores. Sin embargo, el control del elevador y la sustentación negativa de los elevadores varían con los cambios de potencia o de velocidad y requieren la aplicación de los controles para que se balanceen las fuerzas actuantes.

Con la aplicación de potencia en las aeronaves de propulsión a hélice, el torque hace guiñar la nariz de la aeronave hacia la izquierda. Este guiño es controlado por el timón, y la eficacia del timón depende de la cantidad en que se haya movido el timón y del flujo de aire. El flujo de aire depende de la velocidad de la aeronave y de las corrientes de aire inducidas. En consecuencia, la nariz también tendrá tendencia a girar a la izquierda si se reduce la velocidad mientras la potencia permanece constante. En otras palabras, para cada cambio de potencia o velocidad se requiere un cambio de tabs. Muchos pilotos normalmente descuidan la técnica de tabs adecuada y mantienen presiones constantes en los controles para mantener la aeronave en la actitud deseada. Esto no sólo no es recomendable, sino que también es muy cansador. Para usar correctamente un tab, primero aplique presiones de control para poner la aeronave en la actitud deseada y luego mueva el tab, manteniendo la actitud deseada mientras alivia las presiones de los controles.

Para el uso de los tabs, considere lo siguiente:

1. Cuando se aumenta la velocidad (sin cambiar la potencia) se necesita tab de timón hacia la izquierda y de elevador abajo.

2. Si se reduce la velocidad (sin cambiar la potencia) se necesita tab de timón hacia la derecha y de elevador arriba.

3. Si se aumenta la potencia (manteniendo la velocidad) se necesita tab de timón hacia la derecha y de elevador abajo.

4. Si se disminuye la potencia (manteniendo la velocidad) se necesita tab de timón hacia la izquierda y de elevador arriba.

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Uso de los controles y TabsFig. 02-2

Use los tabs. Son dispositivos que ahorran trabajo y están diseñados para aliviar la presión sobre los controles primarios. Deben usarse tabs con cada cambio de velocidad o de potencia. El uso correcto y constante de los tabs es el secreto para convertirse en un buen piloto.

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