4.6.1 Fuerzas por turnos #

Si una aeronave fuera vista en vuelo recto y nivelado desde el frente [Figure 4-28], y si las fuerzas que actúan sobre la aeronave

Podría verse, el levantamiento y el peso serían evidentes: dos fuerzas. Si la aeronave estuviera en un banco, sería evidente que el ascensor no actuó directamente frente al peso, sino que ahora actúa en la dirección de la orilla. Una verdad básica sobre los giros: cuando las aeronaves se inclinan hacia adentro, actúa hacia el centro del turno, así como hacia arriba.

La primera ley de movimiento de Newton, la ley de inercia, establece que un objeto en reposo o que se mueve en línea recta permanece en reposo o sigue moviéndose en línea recta hasta que alguna otra fuerza lo actúe. Un avión, como cualquier objeto en movimiento, requiere una fuerza lateral para que gire. En un giro normal, esta fuerza es suministrada por la banca de la aeronave para que se ejerza el sustentación hacia adentro, así como hacia arriba. La fuerza de elevación durante un giro se separa en dos componentes en ángulos rectos entre sí. Un componente, que actúa verticalmente y opuesto al peso (gravedad), se llama el «componente vertical de la elevación». El otro, que actúa horizontalmente hacia el centro del giro, se llama el «componente horizontal de la sustentación» o fuerza centrípeta. La componente horizontal de la elevación es la fuerza que tira de la aeronave desde una trayectoria de vuelo recta para hacer que gire. La fuerza centrífuga es la «reacción igual y opuesta» de la aeronave al cambio de dirección y actúa igual y opuesto a la componente horizontal de elevación. Esto explica por qué, en un giro ejecutado correctamente, la fuerza que gira la aeronave no es suministrada por el timón. El timón se utiliza para corregir cualquier desviación entre la vía recta de la nariz y la cola de la aeronave. Una buena vuelta es aquella en la que la nariz y la cola de la aeronave se desplazan por el mismo camino. Si no se usa un timón en un giro, la punta de la aeronave guiña hacia el exterior del giro. El timón se utiliza para que la nariz vuelva a alinearse con el viento relativo.

Un avión no se dirige como un bote o un automóvil. Para que una aeronave gire, debe estar bancada. Si no está bancarizada, no hay fuerza disponible para que se desvíe de una ruta de vuelo recta. Por el contrario, cuando un avión se inclina, gira, siempre que no se deslice hacia el interior del giro.

Un buen control direccional se basa en el hecho de que la aeronave intenta girar cada vez que se inclina. Los pilotos deben tener en cuenta este hecho al intentar mantener la aeronave en vuelo recto y nivelado.

El mero banco de la aeronave en un giro no produce ningún cambio en la cantidad total de sustentación desarrollada. Dado que el levantamiento durante el banco se divide en componentes verticales y horizontales, se reduce la cantidad de levantamiento que se opone a la gravedad y soporta el peso de la aeronave. En consecuencia, la aeronave pierde altitud a menos que se cree una elevación adicional. Esto se hace aumentando el AOA hasta que la componente vertical de la sustentación sea nuevamente igual al peso. Dado que la componente vertical de la sustentación disminuye a medida que aumenta el ángulo de la banca, el AOA debe aumentarse progresivamente para producir suficiente elevación vertical para soportar el peso de las aeronaves. Un hecho importante para que los pilotos recuerden al hacer giros de altitud constantes es que la componente vertical de la elevación debe ser igual al peso para mantener la altitud.

A una velocidad aérea dada, la velocidad a la que gira una aeronave depende de la magnitud de la componente horizontal de elevación. Se encuentra que la componente horizontal de la elevación es proporcional al ángulo del banco, es decir, aumenta o disminuye respectivamente a medida que aumenta o disminuye el ángulo de banco. A medida que aumenta el ángulo de la orilla, aumenta la componente horizontal de la elevación, aumentando así la podredumbre. En consecuencia, a cualquier velocidad aerodinámica dada, la podredumbre se puede controlar ajustando el ángulo de la orilla.

Para proporcionar una componente vertical de elevación suficiente para mantener la altitud en un giro de nivel, se requiere un aumento en el AOA. Dado que el arrastre del perfil aerodinámico es directamente proporcional a su AOA, la resistencia inducida aumenta a medida que aumenta la sustentación. Esto, a su vez, provoca una pérdida de velocidad en proporción al ángulo de banco. Un pequeño ángulo de banco da como resultado una pequeña reducción en la velocidad del aire, mientras que un gran ángulo de banco da como resultado una gran reducción en la velocidad del aire. El empuje adicional (potencia) debe ser

Aplicado para evitar una reducción de la velocidad del aire en giros de nivel. La cantidad requerida de empuje adicional es proporcional al ángulo del banco.

Para compensar la elevación adicional, lo que resultaría si la velocidad aerodinámica se incrementara durante un giro, el AOA debe disminuirse, o el ángulo de banco aumenta, si se quiere mantener una altitud constante. Si el ángulo de banco se mantiene constante y el AOA disminuye, la pudrición disminuye. Para mantener una pudrición constante a medida que aumenta la velocidad del aire, el AOA debe permanecer constante y el ángulo de la orilla aumenta.

Un aumento en la velocidad del aire resulta en un aumento del radio de giro, y la fuerza centrífuga es directamente proporcional al radio de la vuelta. En un giro correctamente ejecutado, la componente horizontal de elevación debe ser exactamente igual y opuesta a la fuerza centrífuga. A medida que aumenta la velocidad del aire en un giro de nivel constante, aumenta el radio del giro. Este aumento en el radio de giro provoca un aumento de la fuerza centrífuga, que debe equilibrarse con un aumento en la componente horizontal de elevación, que solo puede aumentarse aumentando el ángulo de la orilla.

En un giro de deslizamiento, la aeronave no gira a la velocidad adecuada a la orilla que se está utilizando, ya que la aeronave está guiñada hacia el exterior de la ruta de vuelo de giro. La aeronave está demasiado inclinada para la podredumbre, por lo que el componente de elevación horizontal es mayor que la fuerza centrífuga. [Figure 4-29] El equilibrio entre el componente de elevación horizontal y la fuerza centrífuga se restablece al disminuir la orilla, aumentar la podredumbre o una combinación de los dos cambios.

Un giro de deslizamiento resulta de un exceso de fuerza centrífuga sobre el componente de elevación horizontal, tirando de la aeronave hacia el exterior del giro. La podredumbre es demasiado grande para el ángulo del banco. La corrección de un giro de derrape implica una reducción en la podredumbre, un aumento en el banco o una combinación de los dos cambios.

Para mantener una podredumbre dada, el ángulo de banco debe variar con la velocidad del aire. Esto se vuelve particularmente importante en aviones de alta velocidad. Por ejemplo, a 400 millas por hora (mph), una aeronave debe estar inclinada aproximadamente a 44° para ejecutar un giro de tarifa estándar (3° por segundo). En este ángulo de banco, solo alrededor del 79 por ciento de la elevación de la aeronave comprende la componente vertical de la elevación. Esto provoca una pérdida de altitud a menos que el AOA se incremente lo suficiente para compensar la pérdida de elevación vertical.

4.6.2 Fuerzas en escalada #

Para todos los fines prácticos, la elevación de las alas en un estado estable de subida normal es la misma que en un vuelo de nivel estable a la misma velocidad aerodinámica. Aunque la trayectoria de vuelo de la aeronave cambió cuando se estableció la subida, el AOA del ala con respecto a la trayectoria de vuelo inclinada vuelve prácticamente a los mismos valores, al igual que el ascensor. Hay un cambio momentáneo inicial como se muestra en la Figura 4-30. Durante la transición de un vuelo recto y nivelado a una subida, se produce un cambio en la elevación cuando se aplica por primera vez la presión del ascensor trasero. Levantar la nariz de la aeronave aumenta el AOA y aumenta momentáneamente la elevación. Elevación en este momento es ahora mayor que el peso y comienza la escalada de la aeronave. Después de que la trayectoria de vuelo se estabilice en la pendiente ascendente, el AOA y la elevación vuelven a volver a los valores de vuelo de nivel.

Si la subida se ingresa sin cambios en el ajuste de potencia, la velocidad del aire disminuye gradualmente porque el empuje necesario para mantener una velocidad aerodinámica dada en nivel de vuelo es insuficiente para mantener la misma velocidad aerodinámica en una subida. Cuando la trayectoria de vuelo se inclina hacia arriba, un componente del peso de la aeronave actúa en la misma dirección y paralelamente a la resistencia total de la aeronave, aumentando así la resistencia total efectiva. En consecuencia, la resistencia total es mayor que la potencia y la velocidad aerodinámica disminuye. La reducción de la velocidad del aire produce gradualmente una disminución correspondiente en el arrastre hasta que el arrastre total (incluido el componente de peso que actúa en la misma dirección) equivale al empuje. [Figure 4-31] Debido al impulso, el cambio en la velocidad del aire es gradual, y varía considerablemente con las diferencias en el tamaño, el peso, la resistencia total y otros factores de la aeronave. En consecuencia, el arrastre total es mayor que el empuje y la velocidad aerodinámica disminuye.

En general, las fuerzas de empuje y arrastre, y levantamiento y peso, vuelven a equilibrarse cuando la velocidad aerodinámica se estabiliza pero a un valor inferior que en vuelo recto y nivelado en el mismo ajuste de potencia. Dado que el peso de la aeronave está actuando no solo hacia abajo sino hacia atrás con arrastre mientras está en una escalada, se requiere potencia adicional para mantener la misma velocidad aerodinámica que en vuelo nivelado. La cantidad de potencia depende del ángulo de ascenso. Cuando la subida se establece lo suficientemente empinada como para que no haya suficiente potencia disponible, se produce una velocidad más lenta.

El empuje requerido para una escalada estabilizada es igual a la resistencia más un porcentaje de peso que depende del ángulo de ascenso. Por ejemplo, una subida de 10° requeriría empuje para igualar la resistencia más el 17 por ciento del peso. Subir directamente requeriría empuje para igualar todo el peso y la resistencia. Por lo tanto, el ángulo de escalada para el rendimiento de la subida depende de la cantidad de exceso de potencia disponible para superar una parte del peso. Tenga en cuenta que las aeronaves pueden sostener una subida debido al exceso de empuje. Cuando el exceso de empuje desaparece, el avión ya no puede subir. En este punto, la aeronave ha alcanzado su «techo absoluto».

4.6.3 Fuerzas en descensos #

Al igual que en las subidas, las fuerzas que actúan sobre la aeronave pasan por cambios definitivos cuando se ingresa un descenso desde un vuelo recto y nivelado. Para el siguiente ejemplo, la aeronave está descendiendo con la misma potencia que se usa en vuelos rectos y nivelados.

A medida que se aplica presión directa al yugo de control para iniciar el descenso, el AOA disminuye momentáneamente. Inicialmente, el impulso de la aeronave hace que la aeronave continúe brevemente a lo largo de la misma ruta de vuelo. Para este instante, el AOA disminuye haciendo que la sustentación total disminuya. Con el peso ahora mayor que el de la elevación, la aeronave comienza a descender. Al mismo tiempo, la ruta de vuelo va desde el nivel hasta una ruta de vuelo descendente. No confunda una reducción en el ascensor con la incapacidad de generar suficiente elevación para mantener el vuelo nivelado. La ruta de vuelo está siendo manipulada con el empuje disponible en reserva y con el ascensor.

Para descender a la misma velocidad aerodinámica que se usa en vuelo recto y nivelado, se debe reducir la potencia al entrar en el descenso. El componente del peso que actúa hacia adelante a lo largo de la trayectoria de vuelo aumenta a medida que aumenta el ángulo de descenso y, por el contrario, disminuye a medida que disminuye el ángulo de descenso. El componente del peso que actúa hacia adelante a lo largo de la trayectoria de vuelo aumenta a medida que aumenta el ángulo de descenso y, por el contrario, disminuye a medida que disminuye el ángulo de descenso.