CURSO DE PILOTO PRIVADO

CAPITULO 2AERONAVE Y SISTEMAS

SECCION A “AERONAVES”

A pesar de que los aviones han sido diseñados para diferentes propósitos, los componentes mayores son esencialmente los mismos. Estos son: Fuselaje, Alas, Empenaje, Trenes y planta Motora (Fig. 2.1).

Fig. 2.1 Típicamente las aeronaves están compuesta por cinco partes mayores. El fuselaje se considera el componente central ya que a el se fijan la planta motora, las alas, empenaje y los trenes.

FUSELAJE

El fuselaje alberga la cabina de tripulantes, la cabina de pasajeros, compartimientos de carga y otros, así como también contiene puntos de fijación a los que se unen y fijan otras partes del aeroplano. El fuselaje de las primeras aeronaves era de estructura de tipo “Armazón Abierta”. Las aeronaves que usan este tipo de estructura son fácilmente identificables ya que se ven abiertamente los componentes del fuselaje y las alas con puntales atirantados (Fig. 2.2).

Fig. 2.2 Fuselaje de tipo “Armazón Abierta” muy común en los primeros tipos de aeronaves

Con el progreso de la tecnología, los diseñadores cerraron los componentes de la armazón dentro de un diseño innovador incrementando así las características aerodinámicas y desempeño de las aeronaves. Se implementaron nuevos tipos de materiales ligeros tales como el aluminio y aleaciones de este. En algunos casos la cubierta externa puede soportar de forma total o parcial las cargas generadas durante el vuelo. Las aeronaves en la actualidad usan este tipo de “revestimiento activo” conocido como construcción de tipo monocoque o semimonocoque.

En la construcción de tipo monocoque, el revestimiento es el elemento que soporta la mayoría de la carga estructural. Esta es una estructura pesada, fuerte pero no soporta alguna abolladura o deformación en los laterales.

Debido a las limitaciones de la estructura de tipo monocoque, se desarrolló el esquema de estructura de tipo semimonocoque que es la que se utiliza en las aeronaves modernas.

La estructura semimonocoque está compuesta además del revestimiento por cuadernas, largueros y larguerillos, elementos que asumen en su conjunto la carga estructural por lo que esto posibilita que sea una construcción mas ligera y solo reforzada en aquellas partes concretamente donde incida mayor carga estructural (Fig. 2.3).

Fig. 2.3 La construcción de tipo “Semimonocoque” incorpora subestructuras para añadir dureza y rigidez

ALA

El ala es el elemento que al ser atravesado por la corriente del aire y debido a su perfil aerodinámico surge la fuerza de sustentación y hace posible el vuelo. El ala está diseñada para sacar el mayor provecho y ventaja a esta fuerza. Esta puede ser fijada en el plano superior, medio o inferior del fuselaje. Estos diseños se conocen como de ala alta, ala media o ala baja respectivamente. La cantidad de alas también puede variar. Las aeronaves con un diseño de dos alas se conocen como biplanos y con un diseño de un ala se conoce como monoplano (Fig. 2.4).

Fig. 2.4 Aeronaves Monoplano y Biplano

Fijados en la parte trasera del ala se encuentran dos tipos de superficies de control, estos son: alerones y flaps. Los alerones se extienden desde el punto medio hacia los extremos y se mueven en sentido opuesto uno del otro (asimétricamente) creando la fuerza aerodinámica que causa el giro de la aeronave. Los flaps se extienden desde la raíz del ala hacia la parte media. Normalmente los flaps durante el vuelo crucero no se notan y se ven como parte estructural del ala. Al extenderse, estos se mueven hacia detrás y debajo simultáneamente aumentando la sustentación durante el despegue y el aterrizaje (Fig. 2.5).

Fig. 2.5 Los alerones normalmente se conectan a la columna de mando a través de un sistema compuesto por una serie de cadenas, balancines, poleas y cables. El movimiento de los alerones es asimétrico donde por ejemplo si se gira el guía hacia la izquierda el alerón derecho baja y el izquierdo sube. Los flaps se controlan desde la cabina a través de un switch o manivela. Los flaps se usan primariamente en las etapas de despegue y aterrizaje

EMPENAJE

El empenaje está compuesto por el estabilizador vertical y el estabilizador horizontal. Estas dos superficies actúan manteniendo la estabilidad longitudinal y transversal de la aeronave (Fig. 2.6).

Fig. 2.6 Los estabilizadores Vertical y Horizontal se localizan en el Empenaje

El rudder se fija en la parte trasera del estabilizador vertical y se usa para mover la nariz de la aeronave hacia la izquierda o derecha en el plano horizontal. El rudder se usa conjuntamente con los alerones para lograr un giro correcto (Fig. 2.7).

Fig. 2.7 El timón direccional (Rudder) se controla en la cabina por los pedales. Los pedales y el rudder están unidos habitualmente por una serie de cables y poleas haciendo que al oprimir el pedal izquierdo se deflexione el rudder hacia la izquierda logrando un giro hacia la izquierda de la nariz en el plano horizontal mientras que si se oprime el pedal derecho el rudder se deflexiona a la derecha moviendo la nariz hacia la derecha en el plano horizontal. Con el rudder se controla el movimiento de guiñada de la aeronave

El elevador se fija a la parte trasera del estabilizador horizontal. Durante el vuelo se usa para subir o bajar la nariz (movimiento de cabeceo) de la aeronave en el plano vertical haciendo que esta logre la altura deseada (Fig. 2.8).

Fig. 2.8 El Timón de Profundidad o Elevador es controlado por el guía a través del movimiento de desplazamiento de este hacia delante y atrás. El elevador se une al guía de mando por un sistema de poleas y cables. El elevador controla el movimiento de cabeceo de la aeronave haciendo que al empujar hacia delante el guía el elevador y la nariz de la aeronave baja mientras que si se hala el guía el elevador y la nariz de la aeronave suben.

Algunos empenajes usan un estabilizador de una sola pieza y recibe el nombre de estabilator. En este caso el estabilizador horizontal también cumple con la función de elevador por lo que gira sobre un punto de pivoteo en su parte central (Fig. 2.9).

Fig. 2.9 En algunas aeronaves se usa el stabilator para desempeñar de forma combinada las funciones de estabilizador horizontal y elevador

DISPOSITIVOS DE TRIM

Algunos aeroplanos incluyen pequeños planos abisagrados en el borde de salida de la mayoría de las superficies de control. Estas pequeñas superficies llamadas aletas trimer o aletas compensadoras se usan para ayudar a disminuir la carga de los controles de forma aerodinámica manteniendo las superficies de control en la posición deseada. Si en un avión solo hay una aleta trimer, esta usualmente estará localizada en el elevador (Fig. 2.10).

Fig. 2.10 La Aleta compensadora o Trimer disminuye la carga de los controles de forma aerodinámica

El stabilator usualmente dispone de una aleta anti-servo para proporcionar una sensación similar a la desarrollada por el elevador. Sin el anti-servo las fuerzas de control del estabilator serán suaves por lo que se podría llevar a cabo un “sobrecontrol” o movimiento exagerado más de lo necesario de los controles para obtener el resultado deseado. La aleta anti-servo funciona como una aleta trimer para mantener el estabilator en la posición deseada.

TRENES

Los trenes es la parte de la estructura de la aeronave que soporta la mayor carga estructural en el aterrizaje y soporta a la aeronave en tierra. Típicamente el tren de aterrizaje está compuesto por tres ruedas: dos ruedas principales que se ubican a ambos lados del fuselaje y una tercera rueda que algunas veces se posiciona en la nariz de la aeronave y otras veces en la cola del fuselaje. El diseño de tren de aterrizaje donde se emplea la rueda en la parte trasera del fuselaje se denomina como tren de aterrizaje convencional. Las aeronaves con este esquema de tren de aterrizaje se les dan el nombre algunas veces como aeronave con tren o patín de cola (Fig. 2.11).

Fig. 2.11 Tren Convencional

Cuando la tercera rueda se posiciona en la nariz del fuselaje este se denomina como tren de nariz y este diseño lleva el nombre de tren triciclo. Las ruedas de nariz o de cola son habitualmente orientables o guiadas o tal llamadas “locas”. Las ruedas orientables o guiadas habitualmente están unidas a los mandos del rudder a través de cables y varillas mientras que las ruedas “locas” no. En ambos casos el control de giro se lleva a cabo a través de los pedales, sin embargo en el caso de ruedas de tipo “locas” se necesita combinar el uso independiente de los frenos o como se llama frenado diferencial, sobre todo para hacer giros profundos o cerrados (Fig. 2.12).

Fig. 2.12 Tren Triciclo

Los trenes también se pueden clasificar como fijos o retractables. Los trenes fijos siempre se mantienen extendidos y tienen la ventaja de combinar la simplicidad con el bajo costo. Los trenes retractables se diseñan para ser guardados dentro de la estructura de la aeronave durante el vuelo crucero. El incremento del peso y el costo de los trenes retractables normalmente limitan su uso solamente para aeronaves de gran desempeño (Fig. 2.13).

Fig. 2.13 La mayoría de las aeronaves ligeras tiene el tren fijo, mientras que las aeronaves con mayor desempeño habitualmente usan tren de aterrizaje de tipo retractable

MONTANTES DEL TREN DE ATERRIZAJE

Las ruedas se fijan a la estructura del aeroplano por medio de montantes los cuales tienen algunas cualidades de absorción de las sacudidas e impactos durante el aterrizaje y el taxeo sobre superficies irregulares. Los muelles de acero y cables inmovilizadores de los montantes del tren no absorben realmente los impactos, pero los aguantan y los transmiten a la estructura con una menor intensidad disminuyendo la carga que hace que la aeronave de saltos (Fig. 2.14).

Fig. 2.14 Los Montantes del tren aceptan y transmiten los impactos hacia la estructura de la aeronave en una magnitud aceptable

El tipo de montante mas usado es el amortiguador pneumo-hidráulico que se incluye usualmente como parte integral del ensamblado del tren. Este tipo de montante lleva un pistón encerrado en un cilindro con aceite en una cavidad y otra con aire comprimido para absorber los impactos durante el aterrizaje y operaciones de taxeo, estos absorben rápidamente los impactos y luego lentamente regresa a su posición original (Fig. 2.15).

Fig. 2.15 Montante con Amortiguador Pneumo-Hidráulico el cual consiste en un cilindro con aceite y aire que tiene la propiedad de absorber presión rápidamente y luego lentamente devolverla

FRENOS

Las aeronaves ligeras habitualmente usadas para el entrenamiento usan frenos de disco ubicados en las ruedas del tren principal (Fig. 2.16). Debe aplicarse igual presión en cada freno simultáneamente oprimiendo la parte superior de los pedales del rudder para parar o disminuir la velocidad de desplazamiento de la aeronave manteniendo una línea recta. Los frenos pueden ser usados indistintamente para lograr giros de diferentes magnitudes hacia ambos lados, esto

se conoce como frenado diferencial. Esta aplicación de los frenos es de uso normal para ayudar a dirigir la aeronave durante el taxeo y operaciones en tierra. La mayoría de las aeronaves están provistas de frenos de parqueo los cuales mantienen la presión en ambos bloques de frenado para prevenir que la aeronave ruede cuando no se esté aplicando fuerza sobre los pedales.

Fig. 2.16 En la mayoría de aeronaves ligeras se usa un freno de disco actuado hidráulicamente en cada rueda del tren principal

PLANTA MOTORA

En las aeronaves pequeñas, la planta motora incluye el motor y la hélice. La función primordial del motor es la de proporcionar la fuerza para hacer girar la hélice. Los accesorios montados en el motor o los que se conectan a este, generan corriente eléctrica, presión de vacío necesaria para el funcionamiento de los instrumentos de vuelo y en la mayoría de los aviones monomotores sirve como fuente de calentamiento para la cabina de los pilotos y pasajeros. La pared de fuego la cual se ubica entre el motor y la cabina no solo protege a los ocupantes sino que también aloja los puntos de fijación del motor. El compartimiento del motor se encuentra cerrado por medio de tapas o cowlings. Los cowling además de brindar una forma aerodinámica a la nariz de la aeronave también ayudan al enfriamiento del motor haciendo pasar el aire de forma dirigida para el enfriamiento (Fig. 2.17).

Fig. 2.17 El motor genera la potencia y se la transmite a la hélice

La hélice montada en la parte frontal del motor transforma la fuerza de rotación obtenida por el motor en fuerza dirigida hacia delante llamada fuerza de tracción o empuje que hace posible el desplazamiento de la aeronave a través del aire. La cantidad de palas en la hélice puede variar. En la mayoría de las aeronaves ligeras de entrenamiento las hélices usadas son de dos palas (Fig. 2.18).

Fig. 2.18 La Hélice recibe potencia desde el motor y genera empuje para mover la aeronave a través del aire

MANUAL DE OPERACIÓN DEL PILOTO (Pilot´s Operating Handbook (POH))

La mayoría de la información pertinente acerca del tipo o modelo de aeronave puede encontrarse en el Manual de operación del piloto (POH) (Pilot´s operating Handbook). Desde 1975 se ha estandartizado el formato y contenido de este para permitir su uso fácil y el proceso de transición a diferentes tipos y modelos de aeronaves. Unos años después, la FAA exigió para todas las aeronaves construidas a partir del 1 de Marzo de 1979 que estén equipadas de un Manual de vuelo de la aeronave aprobado por la

Pared de Fuego

Planta Motora

FAA (Airplane Flight Manual (AFM)), el cual se asigna específicamente para cada aeronave individualmente y el cual el piloto pueda tener acceso durante todas las operaciones de vuelo. Para satisfacer las exigencias regulatorias, los POH también han sido diseñados como los AFM (Fig. 2.19)

Secciones que conforman un AFM/POH

1. GENERAL – Presenta la información básica tales como carga, manejo y prevuelo. También se incluyen definiciones y la explicación de abreviaciones, simbología y terminología.

2. LIMITATIONS – Incluye las limitaciones operacionales, marcación de los instrumentos, códigos de colores e información necesaria para la operación segura de la aeronave.

3. EMERGENCY PROCEDURES – Se proporciona las listas de chequeo para el desenvolvimiento durante varios tipos de emergencias o situaciones críticas. Se expone la relación de velocidades recomendadas.

4. NORMAL PROCEDURES – Incluye la lista e chequeo para conducir de forma normal las operaciones. Se relacionan las velocidades recomendadas.

5. PERFORMANCE – Proporciona la información referente al desempeño de la aeronave mas información opcional para ser usada en el vuelo.

6. WEIGHT AND BALANCE – Incluye los procedimientos de pesado, record de peso y balance, instrucciones para el cálculo y listado de equipos.

7. AIRPLANE AND SYSTEMS DESCRIPTION – Describe el aeroplano y sus sistemas en un formato considerado por el fabricante para ofrecer mayor nivel informativo.

8. HANDLING, SERVICE AND MAINTENANCE – Incluye información acerca de las inspecciones a realizarse en la aeronave por el piloto, procedimientos de tierra, serviciado, limpieza y cuidado.

9. SUPPLEMENTS – Contiene información necesaria para la operación eficiente y segura de varios sistemas opcionales de la aeronave.

10. SAFETY AND OPERATIONAL TIPS – Incluye información opcional del fabricante de naturaleza general para llevar a cabo procedimientos y prácticas seguras.