Los 18 bloques de este tema
- Dos ciencias, no una
- La atmósfera estándar internacional (ISA)
- Altitud de presión y altitud de densidad
- Las velocidades
- Bernoulli: por qué se sostiene
- Las cuatro fuerzas
- Sustentación y resistencia: las fórmulas
- El perfil alar
- La geometría del ala
- La entrada en pérdida
- Factor de carga
- Mach crítico y Coffin Corner
- Los tres ejes y sus movimientos
- Los mandos primarios
- Hipersustentadores y spoilers
- Los vórtices de punta de ala
- Estela turbulenta y efecto suelo
- Actuaciones en despegue y aterrizaje
Dos ciencias, no una
Este tema junta dos disciplinas que se estudian mejor separadas.
| Disciplina | De qué se ocupa |
|---|---|
| Aerodinámica | Parte de la mecánica de fluidos que calcula las fuerzas que soporta un cuerpo sólido cuando el aire y él se mueven uno respecto del otro. |
| Mecánica de vuelo | Ciencia aplicada que se ocupa del estudio del movimiento de los vehículos voladores. |
La aerodinámica estudia las fuerzas que aparecen. La mecánica de vuelo estudia el movimiento resultante. Una explica por qué aparece la sustentación; la otra, qué hace el avión con ella.
El recorrido de este tema
Seis preguntas ordenan todo lo que viene: en qué aire vuela · por qué se sostiene · cómo es el ala que lo sostiene · cuándo deja de sostenerse · cómo se gobierna · qué deja detrás.
De todo este tema, hay una parte que usarás literalmente cada día: la estela turbulenta. Las separaciones que aplicas por categoría de estela salen directamente de la física de los vórtices de punta de ala. El resto explica por qué un avión pide nivel más bajo cuando va cargado, por qué una salida en Madrid en agosto necesita más pista, y por qué un reactor en crucero tiene menos margen de velocidad del que parece.
La atmósfera estándar internacional (ISA)
Para poder comparar actuaciones, calibrar instrumentos y hacer cálculos, hace falta una atmósfera de referencia que no cambie. La OACI definió la ISA — International Standard Atmosphere.
La ISA modeliza la atmósfera para ofrecer una referencia que no varía, sobre la que apoyar cálculos y navegación.
Los valores al nivel del mar
| Parámetro | Valor ISA al nivel del mar |
|---|---|
| Temperatura | 15 °C |
| Presión | 1013 hectopascales |
Cómo varía con la altitud
| Capa | Comportamiento |
|---|---|
| Hasta 36.000 pies | La temperatura disminuye 2 °C cada 1.000 pies — equivalente a 6,5 °C por kilómetro. Es el gradiente de temperatura. |
| De 36.000 a 80.000 pies | La temperatura se considera constante a −56 °C. |
15 °C · 1013 hPa · 2 °C por cada 1.000 ft (6,5 °C/km) · −56 °C constante por encima de 36.000 ft. Se preguntan por separado y en combinación.
Altitud de presión y altitud de densidad
Dos conceptos que suenan parecido, se definen igual de parecido y significan cosas distintas. Es de lo más preguntado del tema.
| Concepto | Definición | Para qué se usa |
|---|---|---|
| Altitud de presión | La altitud en la ISA a la que se encontraría una determinada presión. | Sirve para calcular la performance y para asignar nivel de vuelo por encima de la altitud de transición. |
| Altitud de densidad | La altura sobre el mar a la que, en atmósfera estándar, el aire presenta esa misma densidad. | Es el factor más importante en las actuaciones del avión. |
Qué reduce la densidad del aire
La densidad del aire decrece cuando aumentan la temperatura, la altitud y la humedad. Una combinación de alta temperatura, alta altitud y alta humedad hace crítica la maniobra de despegue.
Lo de la humedad es contraintuitivo y por eso se pregunta: el vapor de agua (H₂O, peso molecular 18) es menos denso que el aire seco, compuesto de nitrógeno y oxígeno (pesos moleculares 28 y 32). Aire más húmedo es aire menos denso.
Por qué la densidad lo condiciona todo
| Si la densidad decrece (altitud densidad alta) | Si la densidad aumenta (altitud densidad baja) |
|---|---|
| El motor toma menos aire y genera menos potencia | El motor genera más potencia |
| La hélice o turbina es menos eficiente | La hélice o turbina es más eficiente |
| El ala genera menos sustentación a la misma velocidad | El ala genera más sustentación |
| Las actuaciones disminuyen | Las actuaciones mejoran |
Esto explica por qué en verano un avión pesado pide pista larga, por qué las salidas de aeropuertos elevados tienen limitaciones de peso, y por qué un mismo avión que sube sin esfuerzo en enero necesita otro perfil en agosto. Cuando un comandante te dice que necesita más distancia, casi siempre está hablando de altitud de densidad.
Las velocidades
El avión tiene varias velocidades a la vez y cada una sirve para algo distinto. La cadena de correcciones va de la que marca el instrumento a la real.
| Velocidad | Qué es |
|---|---|
| IAS Indicated Airspeed | La velocidad que marca el anemómetro (ASI). Sin corregir por errores de instrumento, posición ni compresibilidad. |
| CAS Calibrated Airspeed | La IAS corregida por errores de posición y de instrumento. |
| EAS Equivalent Airspeed | La que marca el ASI una vez corregidos los errores de instrumento, posición y compresibilidad. |
| TAS True Airspeed | La velocidad del avión respecto al aire en el que vuela. |
| GS Ground Speed | La velocidad respecto al suelo: suma vectorial de la TAS y la velocidad del viento. |
Y a medida que aumenta la altitud, la TAS es mayor que la CAS. Es la relación que más se pregunta de este apartado.
El número de Mach
El número de Mach es la relación entre la velocidad verdadera del avión (TAS) y la velocidad del sonido (c):
Los errores del anemómetro
| Error | Causa |
|---|---|
| De instrumento | Falta de precisión en su fabricación. |
| De posición | Dificultad de ubicación de la toma en el fuselaje. |
| De compresibilidad | Por encima de 250 kt la variación de la densidad es apreciable y afecta a la precisión de la medida. |
Es el umbral que se pregunta. Por debajo, la compresibilidad es despreciable; por encima, hay que corregirla.
Bernoulli: por qué se sostiene
Bernoulli comprobó que «la presión interna de un fluido decrece en la medida que la velocidad del fluido se incrementa».
P + ½ρV² = constante
En un fluido, si la velocidad aumenta, la presión disminuye, y viceversa. Es la base de la generación de sustentación.
Aplicado al ala: el aire que circula por el extradós recorre mayor distancia, por lo que va más rápido y su presión es menor. La diferencia de presión entre extradós e intradós genera la sustentación.
Presión estática y presión dinámica
| Componente | Definición |
|---|---|
| Presión estática | La que ejerce el fluido sobre las superficies paralelas a la dirección del flujo. |
| Presión dinámica (q) | q = ½ρV² — el componente dinámico de la presión total del fluido. |
Si se dobla la velocidad, la presión dinámica se multiplica por cuatro. Esto explica por qué las velocidades altas tienen efectos tan pronunciados sobre las fuerzas aerodinámicas.
Las cuatro fuerzas
Empuje (T) · Peso (W) · Resistencia (D) · Sustentación (L).
| Fuerza | Definición |
|---|---|
| Sustentación (L) | Componente perpendicular a la corriente de aire. |
| Peso (W) | Tira del aeroplano hacia abajo por efecto de la gravedad. Se opone a la sustentación y actúa verticalmente hacia abajo a través del centro de gravedad. |
| Resistencia (D) | Fuerza hacia atrás que retarda el avance. Causada por la interrupción del flujo de aire por alas, fuselaje y objetos salientes. Se opone al empuje. |
| Empuje (T) | Fuerza de avance producida por el motor, la hélice o el rotor. Como regla general actúa en paralelo al eje longitudinal. |
Qué ocurre cuando se desequilibran
Cuando el empuje excede a la resistencia, la velocidad aumenta y el avión acelera horizontalmente. Ese aumento de velocidad incrementa la sustentación — y si la sustentación supera al peso, el avión asciende.
El CG actúa como punto de aplicación de la fuerza peso. Su posición relativa al centro de presión determina las características de estabilidad longitudinal de la aeronave.
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