Manual del Vuelo a Vela
Wolf Hirth
1942
El vuelo
por Heinz Kensche
2� Secci�n
Propiedades del vuelo
Se
comprende con el nombre de propiedades del vuelo el modo de conducirse el avi�n en el
aire en reposo o en movimiento, con los �rganos de mando en la posici�n normal; la
capacidad de reaccionar, al actuar sobre esos �rgano de mando; las presiones que se desarrollan
sobre los timones, as� como la estabilidad est�tica y din�mica en los movimientos
alrededor de los tres ejes.
Antes de entrar en el estudio detallado de las propiedades
del vuelo, hay que decir algo todav�a sobre las magnitudes que influyen de modo m�s
directo sobre la estabilidad, con objeto de poder deducir cu�les son las condiciones
precisas para obtener la estabilidad deseada, tanto alrededor del eje longitudinal como
del transversal y del vertical.
Se entiende por estabilidad de un avi�n su
capacidad para volver a la posici�n normal de vuelo cuando le han separado de ella
influencias perturbadoras exteriores a �l y esto sin variar la posici�n de los �rganos
de mando, es decir sin actuar sobre los timones.
Si el avi�n no vuelve despu�s de la perturbaci�n a su
posici�n primitiva sin actuar sobre los �rganos de mando, sino que sigue volando en la
nueva posici�n, se dice que se trata de un caso de indiferencia. Si, por �ltimo, el
avi�n sigue la modificaci�n de posici�n iniciada por la perturbaci�n, se dice que hay
labilidad o inestabilidad.
Es claro que cierta estabilidad aparece como indispensable
para que el piloto no se vea obligado a corregir las menores perturbaciones. En un avi�n
inestable se verifica que peque�as perturbaciones le sacan de su posici�n de vuelo y que
asimismo peque�os movimientos de los timones perturban la posici�n de equilibrio, y as�
estos aviones reaccionan en general violentamente ante la maniobra de los mandos y tienen
tendencia a resultar mandados en exceso, aun con peque�os movimientos de los timones, por
lo que el volar en tales aparatos resulta agotador para el piloto.
Estabilidad longitudinal est�tica
Una
condici�n inexcusable para cualquier clase de avi�n es la de tener estabilidad alrededor
del eje transversal, es decir estabilidad longitudinal. Esto es: si se modifica, por una
perturbaci�n, la inclinaci�n longitudinal y por consiguiente el �ngulo de ataque, las
nuevas reacciones del aire deben tratar de hacer volver al avi�n a su primitiva posici�n
y esto sin maniobrar el tim�n de altura.
Pasemos ahora a considerar sucesivamente las magnitudes
que influyen sobre la estabilidad longitudinal del avi�n, examinando los fen�menos sin
emplear las complicadas ecuaciones de estabilidad.
Para obtener el momento que ha de oponerse a una
variaci�n del �ngulo de ataque hay que atender a la magnitud de la superficie del plano
fijo de cola; a la distancia de este plano al centro de gravedad del aparato y a la
capacidad que tenga el mencionado plano de producir mayor reacci�n del aire que en la
posici�n primitiva, cuando al actuar sobre �l se modifique su �ngulo de ataque. La
�ltima circunstancia es dependiente, en esencia, de la forma del contorno y del
alargamiento del plano, y de tal modo, que cuanto mejor sea este alargamiento tanto mayor
ser� el crecimiento del coeficiente de sustentaci�n al variar el �ngulo de ataque. Sin
embargo, el modo m�s eficaz de obtener un valor grande del momento recuperador es
aumentar la superficie del plano de cola y su distancia al centro de gravedad.
En el proyecto de un avi�n es posible fijar por el
c�lculo, hasta un cierto grado de exactitud, la intensidad de la estabilidad
longitudinal, determinando la longitud del fuselaje o sea la distancia del plano fijo de
cola al centro de gravedad, as� como su superficie, partiendo del conocimiento del ala
del avi�n.
Otra influencia tambi�n importante, que solamente puede
ser tenida en cuenta parcialmente en la construcci�n, es la posici�n del centro de
gravedad, la cual durante el funcionamiento del avi�n puede variar de modo importante por
las diferencias de peso de unos pilotos a otros. El constructor dispondr� el centro de
gravedad partiendo del peso normal del piloto, de modo que sea necesaria la m�nima
reacci�n del aire sobre el plano fijo de cola para mantener el equilibrio de la posici�n
de vuelo, en el vuelo normal de planeo, y de este modo no ser� excesiva la reacci�n
sustentadora necesaria y, con ello, tampoco demasiado grande la resistencia inducida a que
d� lugar el mencionado plano fijo de cola; sin dejar de tener en cuenta, claro es, que al
variar el peso del piloto siga habiendo a�n estabilidad suficiente.
En los veleros actuales el sitio del piloto est�
generalmente delante de las alas, de modo que un piloto m�s pesado dar� lugar a un
avi�n cargado de pico y un piloto m�s ligero a un avi�n cargado de cola, y la f�rmula
de la variaci�n de momento del ala, al variar el �ngulo de posici�n de la misma, hace
ver que la estabilidad crece al avanzar el centro de gravedad y disminuye cuando �ste
retrocede. El valor m�ximo del desplazamiento admisible del centro de gravedad en vuelo,
se fija en los ensayos de avi�n, mediante la adici�n de lastre en posiciones anterior y
posterior.
Si al hacer los ensayos de vuelo se ve que no pueden
admitirse m�s que determinados desplazamientos del centro de gravedad, ser� preciso que
cuando el piloto sea de menos peso que el normal se ponga lastre en la proa, mientras que
si el piloto es m�s pesado se ponga lastre en la popa, para no pasar nunca de los
desplazamientos admisibles del centro de gravedad.
Los aparatos que se emplean actualmente est�n construidos
de modo que permiten un desplazamiento del centro de gravedad de 10 cm. aproximadamente.
Por otro lado, si se atiende a que, dada una determinada diferencia de peso de pilotos, el
desplazamiento que resulta para el centro de gravedad depende en gran medida de la
relaci�n entre el peso del avi�n y el del piloto y de la distancia al ala del punto de
aplicaci�n de �ste, resulta que los aviones ligeros y aquellos en los que el piloto va
muy delante respecto al ala ser�n desde el punto de vista de la estabilidad muy sensibles
a las variaciones de peso de los pilotos. Las circunstancias expuestas son la causa de que
los aparatos de escuela vayan provistos actualmente de un reglaje de peso.
Equilibrio
La
expresi�n usada muchas veces cuando se habla de las propiedades del vuelo de �
equilibrio� o de � presi�n din�mica de equilibrio � se refiere a aquel estado de
vuelo o velocidad correspondiente, con las cuales la palanca de mando est� completamente
suelta. La definici�n correcta de este estado ser�a, por consiguiente, � estado de
equilibrio con palanca libre �. La acepci�n exacta de la palabra �equilibrio � es la
de representar cualquier situaci�n estacionaria de vuelo, aunque en ella se obre con una
cierta acci�n sobre la palanca de mando, tanto tirando de ella como llev�ndola hacia
adelante. Naturalmente que para que puedan existir diversas situaciones estacionarias de
vuelo, por tanto a diversas velocidades, hay que suponer desde luego que existe
estabilidad.
Es obligado que con la velocidad normal de vuelo no sea
preciso actuar sobre la palanca de mando y, por tanto, que �sta pueda soltarse en vuelo,
es decir que se desea un estado de equilibrio con palanca libre durante la velocidad
normal de vuelo.
Fig. 18. �ngulo de posici�n del empenaje respecto al ala o diedro longitudinal
Para explicar la variaci�n de las acciones necesarias sobre la
palanca de mando cuando var�a la posici�n del centro de gravedad, se van a exponer las
siguientes razones:
Con una posici�n dada del centro de gravedad es necesaria
cierta inclinaci�n del empenaje respecto al ala, es decir, esos elementos deben formar
entre s� un cierto �ngulo j (fig. 18) para conseguir el equilibrio con la velocidad normal
(Para comprender bien lo que sigue es conveniente decir que se llama empenaje al conjunto
de todos los �rganos que van en la cola del avi�n para conseguir su equilibrio o el
mando, distingui�ndose el empenaje horizontal y el vertical seg�n que se trate de
equilibrar movimientos en el plano vertical o en el horizontal. Cada clase de empenaje
consta de dos partes: parte fija y m�vil: la parte fija del empenaje horizontal se llama
plano fijo de cola, y la parte fija vertical, plano de deriva: las partes m�viles son los
timones de altura y de direcci�n, respectivamente. - N. del T.). Si el centro de
gravedad avanza, debe aumentar el �ngulo formado por el plano de cola y el ala, lo que se
consigue tirando de la palanca, de modo que para mantener el mismo �ngulo de inclinaci�n
longitudinal del avi�n es necesario tirar continuamente de ella, para lo que ser�
preciso una acci�n constante, aunque sea peque�a. Lo contrario ocurrir� con pilotos
menos pesados, es decir cuando el centro de gravedad se retrase, o sea con avi�n cargado
de cola, que ser� preciso empujar la palanca para obtener un �ngulo menor entre el
tim�n y el ala. Por lo tanto, si se dispone de reglaje de peso para llevar siempre el
centro de gravedad casi en la misma posici�n, podr� volar el piloto muy descansado. Otro
camino para conseguir evitar la acci�n continua sobre la palanca, pero no la influencia
sobre la estabilidad, es el reglaje por variaci�n del �ngulo de posici�n del plano fijo
de cola, pues es claro que una peque�a modificaci�n de ese �ngulo dar� lugar al mismo
efecto que una maniobra del tim�n y la acci�n del aire conseguida de este modo
descargar� la acci�n del tim�n y, por tanto, la de la palanca.
Para completar lo expuesto, es preciso decir a�n algo
acerca de la influencia de la forma del ala sobre la estabilidad longitudinal.
Estabilidad longitudinal din�mica
Si en la
estabilidad longitudinal est�tica se atiende a la existencia de fuerzas y momentos
recuperadores que aparezcan al salir el avi�n de la posici�n de vuelo considerada, se
define la estabilidad longitudinal din�mica por la naturaleza del movimiento que toma el
avi�n a consecuencia de una perturbaci�n. Un avi�n es din�micamente estable si tiene
la propiedad de volver a su primitiva posici�n quedando en ella, en reposo, sin necesidad
de emplear los mandos, cuando despu�s de una perturbaci�n que modifique su inclinaci�n
longitudinal o su velocidad toma un movimiento de oscilaci�n amortiguado alrededor de su
posici�n normal.
Es fundamental en la construcci�n de veleros que el
amortiguamiento de los movimientos alrededor del eje transversal sea peque�o, y por esta
raz�n el velero tiene oscilaciones al presentarse una perturbaci�n que en los aparatos
din�micamente estables con suficiente amortiguamiento son, como se ha dicho, de peque�a
amplitud y, poco a poco, van siendo cada vez menores, mientras que en los indiferentes, la
amplitud de las oscilaciones se mantiene la misma y en los din�micamente inestables, por
el contrario, van siendo las oscilaciones cada vez de mayor amplitud hasta llegar a la
completa p�rdida de equilibrio v entrar en ca�da desordenada. La duraci�n de una
oscilaci�n completa es, en general, de veinte a treinta segundos y a consecuencia de esta
larga duraci�n no puede decirse que sea peligroso un avi�n din�micamente inestable,
puesto que las oscilaciones podr�n ser atajadas por el piloto antes de que el movimiento
pueda considerarse establecido. Casi todos los veleros actualmente en uso no pueden
considerarse como ideales desde el punto de vista de la estabilidad din�mica.
Particularizando, puede decirse que la estabilidad o inestabilidad din�micas se
manifiesta, en los veleros de hoy, del siguiente modo:
1.� Al presentarse una peque�a perturbaci�n de la
velocidad inicial, de valor aproximado un 10 %, y abandonando y volviendo a tomar la
palanca de mando en la primitiva posici�n, han tenido efecto oscilaciones tales que el
avi�n despu�s de cinco de ellas entra en ca�da desordenada. Este caso se considera como
inadmisible y un avi�n que lo presente al ensayarle en vuelo es rechazado.
2.� Con la misma perturbaci�n y maniobra de la palanca,
las oscilaciones se mantienen con la misma amplitud o aumentan tan lentamente que la
ca�da desordenada s�lo tiene efecto despu�s de veinte oscilaciones. Este caso se
considera como admisible.
3.� El aparato, despu�s de la perturbaci�n supuesta,
tiene oscilaciones de amplitud creciente, pero hasta un cierto l�mite, aunque durante la
oscilaci�n crezca la velocidad hasta el doble de la normal. Este caso se considera como
normal, porque en �l se llega a un estado de oscilaci�n en cierto modo estable.
4.� El avi�n oscila al presentarse una perturbaci�n,
pero el aumento de la amplitud depende de la magnitud de la perturbaci�n, lleg�ndose a
la ca�da desordenada con las fuertes perturbaciones. Seg�n sea la magnitud de la
perturbaci�n que da lugar a la ca�da desordenada, as� se considera este caso como
admisible o no.
Es claro que la inestabilidad din�mica no llega a hacerse
sensible en el vuelo si se pone atenci�n, pues las oscilaciones se detienen en seguida
con los mandos. Sin embargo, las circunstancias no son las mismas en los aparatos de
escuela, pues muchos alumnos cogen la palanca f�rreamente hasta romperla, especialmente
si en la oscilaci�n descendente hay peligro de tocar el suelo; por lo tanto, en los
aparatos de escuela debe huirse de la inestabilidad din�mica.
Estabilidad de direcci�n
Se dice
que hay estabilidad de direcci�n cuando, despu�s de una perturbaci�n del avi�n
alrededor del eje vertical, el aparato, sin actuar sobre el tim�n, vuelve otra vez por si
mismo a la posici�n del vuelo recto, sin que sea necesario indispensablemente el que la
nueva direcci�n de vuelo sea exactamente la anterior. El t�rmino usado antes de
estabilidad de ruta no est� justificado f�sicamente, puesto que la vuelta a la ruta
primitiva no es posible y aun tampoco se exige.
Si el avi�n signe volando en la posici�n oblicua
producida por la perturbaci�n o esta oblicuidad va aumentando, se dice que el avi�n es
indiferente o inestable en cuanto a direcci�n. Para apreciar el grado de estabilidad de
direcci�n hay que atender a la magnitud del empenaje vertical y de la proyecci�n lateral
del fuselaje. Si la mayor parte de la superficie interesante de la proyecci�n lateral del
fuselaje, incluido en ella el empenaje vertical, est� detr�s del centro de gravedad del
avi�n o, dicho m�s exactamente, si el centro de las presiones producidas por la
corriente del aire que sople lateralmente sobre el fuselaje y el empenaje vertical est�
situado detr�s del centro de gravedad, entonces existe estabilidad de direcci�n. Se ve
que se podr� modificar la estabilidad de direcci�n variando la magnitud de la superficie
del empenaje vertical y tambi�n hay que observar que la parte que el ala misma influye
sobre esta estabilidad puede variarse actuando sobre la forma en V del ala (Para una
explicaci�n mas extensa de este punto, v�ase la obra citada, El hombre vuela. - N.
del T.).
Estabilidad lateral
Las
propiedades de estabilidad lateral de un avi�n est�n definidas por el modo de conducirse
ante las perturbaciones del vuelo que ocasionen movimientos alrededor de los ejes vertical
y longitudinal, habi�ndose expuesto ya lo relativo a movimientos alrededor del eje
vertical al tratar de la estabilidad de direcci�n. Las circunstancias ahora se presentan
claras, pues el movimiento de resbalamiento puede considerarse independientemente del de
balance; pero un examen del movimiento de balance por s� solo no es posible, porque si el
plano de simetr�a del avi�n sale de su posici�n vertical se produce siempre al mismo
tiempo un movimiento de resbalamiento por los momentos de las acciones recuperadoras
respecto al eje longitudinal. Estos momentos son los que intervienen en la � estabilidad
transversal � y nacen, como en la estabilidad de direcci�n, con la existencia de un
�ngulo de resbalamiento. El acoplamiento de la � estabilidad transversal �, de la que
no se puede tratar en su sentido estricto, con la estabilidad de direcci�n es lo que
constituye la llamada estabilidad lateral. La estabilidad de estados de equilibrio, desde
ese punto de vista, debe ser conseguida no solamente por la existencia de las
estabilidades de direcci�n y transversal, sino tambi�n por la adecuada relaci�n entre
ellas.
Aunque, como se ha dicho, no existe una sola estabilidad
transversal, se debe hacer ver la existencia de momentos estabilizadores alrededor del eje
longitudinal producidos en el movimiento de resbalar, y que pueden ser designados
brevemente como momentos de � estabilidad transversal �.
El medio m�s eficaz para conseguir una buena estabilidad
transversal es el empleo de ala en forma de V o en diedro; entonces el ala que resulta
inclinada hacia abajo, en el movimiento de resbalamiento que en la perturbaci�n
transversal toma el avi�n y que relativamente a la corriente a�rea resulta acelerada,
recibe esa corriente con un �ngulo de ataque mayor, lo que, en definitiva, origina una
acci�n recuperadora. Al mismo tiempo el aumento de las fuerzas tangenciales da lugar a
momentos estabilizadores alrededor del eje vertical, como ya se dijo al tratar de la
estabilidad de direcci�n. Otro medio que es tambi�n eficaz, en parte, sobre la
estabilidad de direcci�n es el alabeo del ala, con el fin de obtener distribuci�n m�s
perfecta de la sustentaci�n hacia el centro del ala, pues la estabilidad crece al ser
menor el coeficiente de sustentaci�n de las regiones extremas de las alas. Se ve,
adem�s, que la estabilidad transversal, a consecuencia de su acoplamiento con la
estabilidad de direcci�n, disminuye cuando aumenta la envergadura.
Seg�n demuestra el estado a que hoy se ha llegado del
conocimiento del asunto, el conseguir una estabilidad transversal suficiente no puede
hacerse sino a expensas de perder en caracter�sticas, por lo que en general se considera
bastante si, a lo menos, se llega a la indiferencia en cuanto a inclinaci�n transversal,
aunque la inestabilidad transversal fatiga bastante al piloto, si bien no conduce, en la
misma medida que la longitudinal, a posiciones de vuelo peligrosas.
Para completar las explicaciones sobre la estabilidad
lateral, especialmente sobre su efecto en el vuelo en curva, conviene fijar, desde luego,
las propiedades de este vuelo.
Para dar lugar a un movimiento del avi�n alrededor de su
eje vertical, es decir, hacerle describir una curva horizontal, es preciso actuar sobre el
tim�n de direcci�n. Entonces, a consecuencia del movimiento de rotaci�n ocasionado, el
ala exterior tiene mayor velocidad y menor �ngulo de ataque que el ala interior y, seg�n
que predomine uno u otro efecto, as� recibir� una sustentaci�n que exceder� en mucho o
en poco a la del ala interior, hasta que el avi�n tome una posici�n oblicua en el
sentido de la curva, por el momento positivo de escoramiento que se ha producido. Se
consigue, pues, el estado ideal en la curva si se establece la inclinaci�n transversal
necesaria, seg�n el radio de la curva, sin intervenci�n del mando transversal o si esa
posici�n resulta de mandar transversalmente, de acuerdo con la curva descrita; en el
primer caso, se dice que hay estado indiferente; en el segundo, que hay estabilidad
lateral.
Sin embargo, si predomina mucho la sustentaci�n del ala
exterior respecto a la de la interior, es preciso mandar transversalmente al avi�n en
sentido contrario, hasta conseguir la inclinaci�n correcta respecto a la curva volada, a
lo que hay que a�adir un mando sobre la palanca que resulta tambi�n necesario, todo lo
cual fatiga mucho al piloto, dici�ndose, en este caso, que hay inestabilidad lateral. Si
un tal avi�n inestable se vuela en curva sin contramando transversal, se llega a la
llamada inversi�n de mando; es decir, que a pesar de tirar de la palanca la curva es cada
vez m�s ce�ida, hasta llegar a estar el ala vertical con la correspondiente inclinaci�n
descendente del eje del fuselaje, de modo que se produce una gran p�rdida de altura con
gran aumento de la velocidad y aceleraci�n, dici�ndose entonces que el avi�n cae en
espiral. En el vuelo sin visibilidad en las nubes, que es muy dif�cil por ignorar el
piloto la verdadera posici�n de su avi�n, ya que falta el horizonte, puede dar lugar
esta ca�da en espiral a velocidad y aceleraci�n peligrosas para la resistencia del
aparato y esto puede traer como consecuencia la rotura de las alas, aun prescindiendo del
hecho de que un piloto poco ejercitado no est� tranquilo ante una ca�da en espiral con
un avi�n inestable, porque el mando para salir de un vuelo algo seguido de ca�da en
espiral puede f�cilmente llegar a ser excesivo. Las propiedades de la ca�da en espiral
pueden modificarse tambi�n mediante un alabeo apropiado del ala, pues su estabilidad,
como la estabilidad transversal misma, crecen cuanto m�s marcado sea el alabeo del ala.
En la actualidad no existe un velero que sea claramente
estable en sentido lateral, y a este respecto los veleros est�n en franca inferioridad
con relaci�n a los aviones de motor, a consecuencia de su gran envergadura. Algunos tipos
son indiferentes en cuanto a la estabilidad lateral, hasta llegar a viradas cuya
inclinaci�n correcta correspondiente sea de 30�, siendo inestables para mayores
inclinaciones, y esto es lo m�ximo que en este sentido ha podido conseguirse. En general,
se considera satisfactorio un velero si volando en curva estacionaria es s�lo necesario
un contramando transversal que deje disponible todav�a una reserva de mando en ese
sentido, la cual permita salir r�pidamente de la curva si el piloto lo desea. Las fuerzas
necesarias para el contramando pueden mantenerse suficientemente peque�as por una
apropiada disposici�n diferencial de ese contramando.
Eficacia de los timones
Adem�s de
conseguir la estabilidad de direcci�n, el mando lateral tiene otros objetos. En primer
lugar, debe permitir en uni�n de los timones transversales la realizaci�n de r�pidas
viradas, y en este sentido se presenta otra propiedad del avi�n, desde el punto de vista
del mando transversal, cuya influencia puede compensarse, hasta cierto punto, con el mando
de direcci�n.
Si se ejecuta una virada con el mando transversal (lo que
no es en absoluto rechazable, desde el punto de vista del pilotaje), o, al menos, se ayuda
a la virada con ese mando, resulta que en el ala a la que corresponde bajar el aler�n de
mando de alabeo crece la reacci�n sustentadora del aire, mientras que en el ala opuesta
ocurre lo contrario, y se ha visto en el capitulo anterior que al crecer la sustentaci�n
crece tambi�n la resistencia inducida, y que disminuye en el caso opuesto; esto quiere
decir, en nuestro caso, que el ala que al describir la curva debe retrasarse, tendr� una
aceleraci�n a consecuencia de la disminuci�n de la resistencia, mientras que el ala
exterior que deber�a adelantarse experimentar� un frenado a consecuencia del aumento de
la resistencia inducida y se retrasar�, y entonces el momento resultante, contrario a la
realizaci�n de la virada, deber� compensarse con el de una fuerza sobre el tim�n de
direcci�n. Por lo tanto, si se manda una virada con el mando transversal, el de
direcci�n ha de intervenir como auxiliar, y cuanto mayor sea el tim�n de direcci�n,
m�s f�cil ser� compensar el contramando de virada producido por la resistencia inducida
(Este efecto se llama � arrastre de aler�n �. - N. del T.). Tambi�n debe
decirse en este lugar que el momento de contravirada de la resistencia inducida puede
reducirse con el empleo de un mando transversal diferencial, haciendo que una determinada
maniobra de la palanca de mando d� lugar a un movimiento de los timones transversales, de
tal g�nero que sea mayor la carrera del aler�n que sube que la del que baja (El mando
transversal dispuesto de este modo se llama de � alerones diferenciales �. - N. del
T.).
La magnitud del tim�n de direcci�n tiene influencia no
s�lo sobre el estado de vuelo que se ha examinado, sino tambi�n sobre el valor del
�ngulo de derrape. El derrapar, el llamado � side-slip � (Expresi�n inglesa que quiere
decir � resbalamiento lateral �: en espa�ol se dice � derrapar �. - N. del T.),
puede decirse bienvenido para un aparato, porque por medio de �l se facilita el tomar
tierra en un punto obligado, lo cual es de gran importancia en terrenos dif�ciles y esto
es as� porque el derrape empeora el �ngulo de planeo: cuanto mayor es el �ngulo de
derrape, es decir, el �ngulo que forma el eje del fuselaje con la direcci�n de vuelo, tanto peor es el �ngulo de planeo, a consecuencia
del aumento de resistencia que supone recibir la corriente de aire lateralmente sobre el
fuselaje.
Del mismo modo que la magnitud del empenaje vertical,
especialmente la del tim�n de direcci�n, est� relacionada con las posiciones de vuelo
que se desean conseguir, igualmente ocurre con la magnitud de los timones transversales,
que se fijan con an�logas exigencias. La m�s importante de ellas es ahora la de que
exista rapidez de movimientos alrededor del eje longitudinal del aparato, es decir
manejabilidad para escorar, la cual es una de las circunstancias m�s importantes para
juzgar sobre las propiedades de vuelo que tiene un velero y que es de gran utilidad cuando
es preciso actuar sobre el mando transversal en las viradas que exigen los t�rmicos o en
la proximidad del suelo. Y no solamente la magnitud, sino tambi�n la forma de los
alerones y su disposici�n en las alas tienen influencia sobre el mando de escoramiento.
Alerones de mucha profundidad �til, a igual superficie, dan un momento de escoramiento
menor que los alerones menos profundos y m�s largos, ya que las ranuras que han de
existir necesariamente entre los alerones y el ala producen en el segundo caso menor
reducci�n que en el primero de las reacciones del aire y, con ellas, del momento
actuante. Por otro lado, tambi�n hay que observar que el momento de escoramiento es tanto
mayor cuanto mayor es la distancia de los alerones al eje del fuselaje. El aler�n ideal
ser�, por tanto, largo y estrecho, y con la menor profundidad del lado interior y la
mayor hacia el exterior (fig. 19).
Fig. 19. Formas
de alerones
La
circunstancia que ha de servir de base para fijar el grado de eficacia del tim�n de
altura es la que se deriva de la necesidad de que en el aterrizaje o al corregir
posiciones de vuelo no voluntarias sea posible obtener r�pidos cambios del �ngulo de
ataque; adem�s, debe tambi�n atenderse a que mediante su acci�n permita la salida de la
barrena con la suficiente lentitud en los aparatos en los que se ejecute �sta
voluntariamente.
El remolque con torno, que desde el a�o 1931 se ha
extendido mucho, exige tambi�n un grado de eficacia suficiente en el tim�n de altura
para poder obtener la inclinaci�n necesaria en el aparato durante la zona de vuelo
ascendente ; por este motivo, conviene decir algo m�s sobre los efectos del tim�n de
altura. Se sabe que muchos aparatos empiezan a oscilar durante el remolque por torno
cuando est�n en vuelo ascendente, y esa oscilaci�n constituye una variaci�n peri�dica
del �ngulo de ataque, que resulta desagradable tanto para el conductor del torno como
para el piloto, especialmente para este �ltimo, y que para los principiantes resulta de
muy dif�cil compensaci�n.
La aparici�n de estos fen�menos es debida a que en el
empenaje de altura ocurren los fen�menos siguientes:
Con objeto de obtener el encabritamiento necesario en el
aparato para el vuelo ascendente, el piloto tira de la palanca y sigue tirando hasta que
ya no es posible obtener mayor reacci�n en ese empenaje que compense la tracci�n del
cable. El �ngulo de ataque grande del empenaje, a consecuencia de la maniobra del tim�n,
da lugar a la dislocaci�n de la corriente a�rea que recibe este �rgano y esto trae como
consecuencia que el aparato pique, con lo que la corriente de aire se normaliza en el
empenaje y produce nueva reacci�n, de valor suficiente para encabritar el aparato, y otra
vez se repiten los mismos fen�menos y as� con car�cter peri�dico.
Si se tiene un tim�n de altura de suficiente magnitud
para que produzca la reacci�n necesaria en el mando sin necesidad de una gran carrera,
entonces no se llegar� al �ngulo de ataque cr�tico que produce la dislocaci�n de la
corriente, y el aparato tendr� una ascensi�n tranquila durante el remolque con el cable.
Adem�s de llenar las condiciones de manejabilidad
suficiente alrededor de los tres ejes, es condici�n esencial de un avi�n la de tener la
armon�a necesaria entre los efectos de los mandos: un piloto se encuentra tanto m�s a
gusto en un avi�n cuanto �ste reacciona m�s regularmente a la acci�n de todos los
mandos, de modo que igual maniobra de palanca que de pedales d� lugar a efectos
correspondientes, tambi�n iguales.
Fuerzas en los timones
Hemos
hablado muchas veces de las fuerzas necesarias en la maniobra y hay que decir en este
aspecto que al piloto le es agradable tener que emplear cierta fuerza para mandar.
Sin embargo, si estas fuerzas llegan a ser
demasiado grandes podr�n cansar cuando se hayan de emplear mucho tiempo y entonces mermar
el placer del vuelo y la energ�a del piloto, que le ser� necesaria para llevar a cabo un
vuelo de marca, como, por ejemplo, en un concurso. Generalmente, se fijan las fuerzas de
mando de modo que s�lo el peso de los miembros respectivos, brazos y piernas, sean
suficientes para la maniobra correspondiente, pero cuidando de que estas fuerzas no sean
necesarias para vencer efectos de rozamiento en los �rganos de mando, sino para
contrarrestar
de un modo efectivo
las acciones del aire sobre los timones. El piloto nota muy bien, en cada caso, si se
trata de vencer rozamientos o acciones del aire, y el sentir en la palanca y en el pedal
la presi�n del aire sobre los timones da al piloto el sentimiento de una uni�n corp�rea
con el aparato y, en cierto modo, una medida de los esfuerzos que en las diferentes
acciones y casos de mandos ha de soportar aqu�l. Las fuerzas de mando pueden hacerse
bastante independientes de la magnitud absoluta del tim�n, d�ndole una forma h�bilmente
concebida.
Fig. 20. Timones compensados de altura
y de direcci�n
En los
primeros tiempos, los timones se hac�an poco m�s o menos del siguiente modo: se montaban
costillas que iban hacia atr�s del larguero propiamente dicho ; el borde de salida se
constitu�a por un list�n; todo se entelaba con lienzo y el tim�n as� acabado era
provisto de charnelas fijadas al plano fijo o de cola o bien sobre las alas, seg�n el
caso. La ranura entre los planos fijos o las alas y los timones, especialmente si se
trataba de hacer una construcci�n esmerada, se recubr�a tambi�n cuidadosamente.
Entonces se consegu�a aligerar el esfuerzo necesario en la maniobra de los timones por
medio de los llamados timones compensados, en los que parte de la superficie del tim�n
sobresale del eje de giro (fig. 20). (Con estos timones la acci�n del aire que hay que
vencer en el mando es s�lo la diferencia entre las acciones del aire sobre las dos partes
de superficie a un lado y otro del eje, pudiendo de este modo hacerse todo lo peque�a que
se desee, pero dej�ndola siempre suficiente para que el piloto sienta su avi�n, como
antes dec�a el autor. - N. del T.).
Fig.
22. Tim�n Flettner
Otro
m�todo de compensar las acciones del aire es el empleo de los llamados alerones de
Flettner, los cuales se accionan por el
mismo tim�n y producen una dis�minuci�n del momento de maniobra, por tener carrera de
sentido opuesto a la del tim�n principal (fig. 22).
Lo que se dijo antes sobre la armon�a entre los efectos
de los timones es aplicable tambi�n a la relaci�n entre las fuerzas necesarias para la
maniobra, as� como respecto a los recorridos de mando necesarios. En resumen, se puede
decir que entre los efectos de los timones, los recorridos de mando y las fuerzas de
maniobra necesarias debe haber no una relaci�n num�rica, sino una proporci�n arm�nica
en cuanto a las sensaciones, de modo que la construcci�n sea proporcionada a los sentidos
y esfuerzos apropiados de un aviador de condiciones medias.
Barrena
Si por
maniobra sucesiva del tim�n de altura se va aumentando el �ngulo de ataque de las alas
con el fin de obtener una peque�a velocidad de descenso, se llega f�cilmente, en
especial si se trata de pilotos noveles, al peligro de entrar en la posici�n critica de
vuelo, en la cual, a consecuencia de la peque�a velocidad relativa, disminuye mucho la
eficacia del mando transversal. Si un aparato que llega a esa situaci�n toma un
escoramiento del que no puede sacarse por el mando transversal, entonces resbala sobre el
ala, cae � resbalando �. Numerosos accidentes por resbalamiento de ala causada por la
posici�n cr�tica de vuelo, cerca del suelo, en la que no hay altura suficiente para
recuperar la posici�n normal del avi�n, son testimonio de lo peligroso de ese estado de
vuelo.
Si se sigue aumentando la carrera del tim�n de altura y
con ella el �ngulo de ataque, se llega a la dislocaci�n de la corriente en toda el ala:
la sustentaci�n disminuye bruscamente, el avi�n cae, por lo tanto, inclin�ndose de pico
y empieza a girar alrededor de su eje vertical, puesto que un ala en estado cr�tico tiene
la propiedad de la autorrotaci�n; el avi�n entra en barrena con p�rdida grande de
altura, a pesar de tener el mando de altura en acci�n m�xima.
El valor de la barrena en los veleros es hoy muy
discutido. Los representantes de una tendencia exigen que el velero sea capaz de la
barrena, dando las razones de que con ella o se puede evitar el ser aspirado
involuntariamente por una nube, o se puede salir de una nube relativamente sin peligro,
cuando en el vuelo sin visibilidad se haya perdido la orientaci�n sobre la verdadera
posici�n del avi�n y no se est� en condiciones de recuperar, con vuelo ciego, la
posici�n correcta. Los representantes de la otra tendencia renuncian fundamentalmente a
la barrena, que consideran como un vuelo peligroso en si mismo y exigen por ello al avi�n
tal estabilidad propia con mandos sueltos y fijos, que el avi�n con tiempo de turbulencia
y, sobre todo, en vuelo sin visibilidad no puede llegar a situaciones en las que se pierda
el mando. Los dos modos de opinar son fundados y, sin embargo, como la segunda tendencia
lleva aparejada una merma en las caracter�sticas del aparato y supone exigencias muy
dif�ciles de llenar por el constructor, se toma el camino marcado por la primera
tendencia. Ciertamente, la barrena, especialmente para pilotos poco ejercitados, es, hasta
cierto punto, una maniobra peligrosa, puesto que es un movimiento propio del velero no
mandado. Sin embargo, se puede hacer que la barrena resulte completamente desprovista de
peligro, mediante las oportunas medidas tomadas en la construcci�n del velero, de las
cuales se va a tratar a continuaci�n.
Hemos visto al tratar de la estabilidad transversal que
puede aumentarse mediante un alabeo negativo del ala. El alabeo del ala o su torsi�n es
necesario por las siguientes razones:
Los veleros actuales, en su mayor�a, con motivo de elevar
sus caracter�sticas y mejorar sus propiedades de vuelo, no tienen alas rectangulares,
sino alas m�s o menos afiladas hacia los m�rgenes. Si un ala de este g�nero recibe una
corriente de aire bajo un cierto �ngulo de ataque, se origina, como se ha visto, una
sustentaci�n, pero, adem�s, se presenta un fen�meno del que todav�a no se ha hablado:
las zonas del ala pr�ximas al fuselaje, que tienen mayor profundidad, inducen en las
zonas inmediatas de menos profundidad del exterior una circulaci�n suplementaria, la que
tiene igual valor para un mismo aumento dado del �ngulo de posici�n. Las zonas
marginales del ala est�n as� en condiciones de producir una mayor sustentaci�n: est�n
bajo un �ngulo de ataque �inducido� mayor que el correspondiente a las zonas del ala
pr�ximas al fuselaje, y puesto que un perfil de ala s�lo puede producir sustentaci�n
hasta un determinado �ngulo de ataque, resultar� que, bajo un cierto valor general de
ese �ngulo, la corriente a�rea empieza a dislocarse en las zonas marginales del ala,
mientras que sigue adherida al perfil en las zonas interiores, en las que el �ngulo de
ataque permanece m�s peque�o. La dislocaci�n de la corriente en las zonas exteriores
del ala da lugar al fen�meno ya mencionado de la autorrotaci�n. Mediante un c�lculo
adecuado de la repartici�n de la sustentaci�n en un ala, se puede llegar a un tipo de
torsi�n tal, que el m�ximo del coeficiente de sustentaci�n del perfil tenga efecto
simult�neamente en todas las zonas del ala. Sin embargo, en la mayor parte de los casos,
se llega s�lo en la torsi�n al punto de que con los grandes �ngulos de ataque se
disloque la corriente antes en el interior que en el exterior del ala.
Esta medida tiene grandes ventajas desde el punto de vista
del pilotaje. Por un lado, el piloto se da cuenta de la dislocaci�n de la corriente,
porque el empenaje, que se encuentra en la zona de los torbellinos producidos en la
regi�n central donde se ha producido la corriente desordenada, empieza a estar agitado y
se producen oscilaciones de balance de la cola del fuselaje, las cuales las percibe muy
bien el piloto; adem�s, esta sensaci�n de aviso no llega con retraso, puesto que el
avi�n es todav�a capaz de volar con la acci�n de la corriente que aun permanece
adherida al perfil en las zonas extremas del ala, si bien se ha producido ya cierta
disminuci�n de la sustentaci�n; adem�s, el avi�n tiene todav�a mando transversal,
porque los alerones est�n en una zona de corriente sana y son a�n eficaces. Si el
�ngulo general de ataque sigue aumentando, el avi�n entra en barrena. Se puede facilitar
la dislocaci�n general de la corriente mediante una maniobra hacia abajo del aler�n, con
lo que se aumenta el �ngulo de ataque de la semiala correspondiente, y el avi�n resbala
entonces de costado por la disminuci�n de sustentaci�n producida en esa semiala, y
precisamente hacia el lado contrario de la carrera del aler�n que aun sigue en la zona
sana de la corriente. Con esta maniobra del mando transversal y, como se comprende,
tambi�n por la ayuda del mando lateral, puede mandarse el sentido de rotaci�n de la
barrena en su per�odo de iniciaci�n.
La transici�n del avi�n del vuelo encabritado a la
barrena tiene efecto suavemente en aparatos con alas suficientemente alabeadas, en las que
la corriente se rompe siguiendo el proceso descrito. Con alas en las que la corriente se
disloca simult�neamente en toda su longitud, o en las que la dislocaci�n empiece por el
exterior, el paso a la barrena tiene efecto bruscamente.
Las propiedades de la barrena estacionaria de un avi�n
dependen no s�lo de la forma de las alas, sino tambi�n de la forma y magnitud del
empenaje de direcci�n y de la proyecci�n lateral del fuselaje, todo lo cual influye
sobre el �ngulo de derrape durante la barrena, sobre el �ngulo bajo el cual el avi�n
recibe lateralmente la corriente a�rea, de dentro o de fuera, medido ese �ngulo respecto
al eje longitudinal del fuselaje. En los ensayos sobre la barrena llevados a cabo con
aviones de motor fuera de Alemania y en el Instituto alem�n de Navegaci�n a�rea se ha
llegado a determinar que las dificultades para salir de la barrena se aminoran si el
fuselaje recibe la corriente a�rea de delante o de dentro. Si, por el contrario, el
fuselaje recibe la corriente a�rea de fuera, la salida de la barrena es muy dif�cil. Sin
embargo, los hechos de experiencia que se han podido reunir durante las pruebas de vuelo
de los veleros han demostrado que precisamente cuando el fuselaje recibe el viento
relativo de fuera el aparato tiene tendencia a salir por s� mismo de la barrena, que
solamente se puede continuar, si se desea, mediante grandes acciones sobre el tim�n de
direcci�n.
Un avi�n tiene la barrena m�s agradable cuando la
posici�n del eje del fuselaje es muy pendiente, la rotaci�n es lenta y la velocidad
peque�a; lo primero depende de la posici�n del centro de gravedad, y los otros dos
extremos, de las cualidades del perfil del ala.
En los ensayos de barrena de un aparato, se da especial
valor a la conducta del avi�n en la maniobra de salir de la barrena, y es claro que lo
que se desea es que cese la rotaci�n en cuanto se empuje la palanca y se accione el
tim�n de direcci�n, propiedad que se consigue, adem�s de por el modo de construcci�n
del ala, por las condiciones de la proyecci�n lateral del fuselaje; por la magnitud del
empenaje vertical y, por �ltimo, mediante el adelanto mayor posible de la posici�n del
centro de gravedad.
La posici�n del centro de gravedad influye en el �ngulo
de inclinaci�n del fuselaje durante la barrena, de tal modo que si est� adelantado es
muy pendiente la posici�n del fuselaje y si est� atrasado, el fuselaje se mantiene con
peque�a inclinaci�n y, a su vez, la inclinaci�n del fuselaje determina las condiciones
de la corriente a�rea que encuentra el empenaje de altura, y precisamente de modo que, en
el primer caso, la corriente a�rea es tranquila y adherida al empenaje y en el segundo
caso, la corriente puede ser dislocada. De eso resulta que en la barrena poco pendiente,
si la posici�n relativa de ambos empenajes no es favorable, puede estar el �rgano de
mando de direcci�n en la zona de torbellinos de la corriente dislocada por el empenaje de
altura y resultar, por lo tanto, ambos mandos sin eficacia alguna, con lo que la barrena
no podr�a terminarse nunca. Se ve as� que la reuni�n de algunas circunstancias
desfavorables puede hacer que la barrena sea verdaderamente un estado de vuelo peligroso,
siendo cuesti�n del piloto que ensaye el avi�n en vuelo fijar el retraso l�mite del
centro de gravedad, compatible con que la barrena no sea peligrosa.
Los aparatos construidos actualmente llevan en la cabina
del piloto un plano de reglaje, en el que se hace ver c�mo y cu�nto puede y debe ser
cargado el aparato seg�n el peso del piloto y el lastre de reglaje necesario en cada
caso; esta indicaci�n deber� ser tambi�n puesta en el tiempo m�s breve posible en los
aparatos construidos anteriormente. Las indicaciones que dan esos planos deben ser
seguidas exactamente, puesto que en ellas est�n incluidas tambi�n las posiciones
l�mites del centro de gravedad que ofrecen la garant�a necesaria.
No se tratar� aqu� de las posibilidades de terminar la
barrena de un avi�n que la realice con poca inclinaci�n. El medio m�s eficaz para poner
fin a la barrena es el tim�n de direcci�n, el cual, por esta raz�n, deber� tener
dimensiones suficientes, aunque las exigencias del mando ordinario de direcci�n pudiesen
ser satisfechas con un tim�n m�s peque�o. Otra circunstancia decisiva para la r�pida
terminaci�n de una barrena es la repartici�n de masas, pues la energ�a cin�tica de un
avi�n en barrena, supuestas las mismas dimensiones, es tanto mayor cuanto mayor es su
momento de inercia respecto al eje vertical, o sea cuanto m�s alejadas est�n de ese eje
las masas importantes o las cargas, y entonces mayor ser� tambi�n la dificultad de
frenar el movimiento por medio de la maniobra del tim�n de direcci�n. Resulta, pues, de
esta observaci�n que ser� cuesti�n del constructor el concentrar las masas en las
proximidades del centro de gravedad para mejorar las propiedades de la barrena.
Con lo expuesto se han dado a conocer las propiedades del
vuelo y los estados del mismo m�s importantes para un velero de empleo normal en escuela,
entrenamiento y concurso. Naturalmente que, adem�s, existen propiedades y estados de
vuelo cuyo estudio se sale del cuadro de este libro v cuyo conocimiento no es tan
importante para el piloto medio, ya que aunque sean de peligro o puedan llegar a serlo,
ser�n eliminadas por los ensayos en vuelo. Desde luego, se har� notar solamente que en
la conducta del avi�n desde el punto de vista din�mico puede presentarse la capacidad, o
al menos la tendencia, de oscilar con amortiguamiento o sin �l, alrededor de los ejes
longitudinal y vertical bajo ciertas circunstancias ; cierta posici�n del centro de
gravedad, forma de los alerones y del empenaje de direcci�n, etc., oscilaciones que, en
la mayor parte de los casos, pueden dominarse con la acci�n de los mandos v las cuales
son desagradables y pueden eliminarse con peque�as modificaciones en la construcci�n.
Frenos para vuelo desbocado
Por los
muchos casos de accidentes, que en parte fueron mortales, producidos por rotura de las
alas en el aire, sobre todo en las nubes, se ha dado impulso en los �ltimos a�os al
progreso de los medios de frenado en las ca�das desordenadas. Interpretando los
accidentes se lleg� a la conclusi�n correcta de que estos accidentes podr�an ser
mayormente limitados si se consiguiese un medio para impedir que la velocidad pasase de un
cierto limite, por ejemplo, los 200 kil�metros-hora, consecuencia que llev� de un modo
natural a la construcci�n de medios de frenado. Estos son, poco m�s o menos, superficies
planas que por la acci�n de un mando apropiado se levantan de las alas, sobre las que van
abatidas normalmente, y aumentan la resistencia total del aparato. Se consideran
actualmente dos sistemas el primero, ideado por el DFS consiste en disponer alerones
abatibles, situados en las caras superior e inferior de las alas principales, y los cuales
van abatidos, por un lado, en contra de la corriente y, por el otro lado, en sentido de
ella, girando alrededor de charnelas situadas hacia el interior de las alas. La
disposici�n y proporciones de los alerones de frenado se hacen con el criterio de que las
reacciones del aire que sobre ellos se produzcan se destruyan mutuamente en lo posible, lo
que se consigue principalmente si se prescinde de las peque�as acciones que, no obstante
su peque�ez, se producen con los peque�os giros de los alerones. En otro sistema, nacido
de la casa constructora de aviones de deporte G�ppingen (H�tter), los alerones de frenado aparecen en un plano normal a la
direcci�n de la corriente para evitar que se produzcan reacciones del aire en los
�rganos de mando de los mismos, y esto se consigue impidiendo que circule el aire por la
ranura que resulta en el ala al levantarse los alerones. La eficacia de ambos sistemas es
la misma. Adem�s de que estos alerones sirven para limitar la velocidad m�xima, tienen
tambi�n el efecto de producir una acci�n estabilizadora a todas las velocidades y un
apreciable amortiguamiento de la eficacia de los timones. La ventaja m�s importante de
los �rganos de que se trata es la de que si se llega a un estado cr�tico de vuelo, por
ejemplo, en el vuelo sin visibilidad, al maniobrarlos se recupera en seguida la posici�n
normal por el aumento de la estabilidad, d�ndose lugar, en la mayor parte de los casos, a
un vuelo en curva con algo m�s de velocidad que la normal y en el cual hasta pueden
soltarse los mandos; de este modo es entonces posible salir de la nube relativamente sin
peligro. No hay que decir el inestimable valor de los alerones de frenado en su acci�n
sobre el �ngulo de planeo para aterrizajes obligados.
Todos los veleros que hoy se construyen van provistos de
alerones de frenado cuando se preparan para vuelos de concurso, y a los veleros para el
mismo fin que aun existen en uso, se les dota, en lo posible, de iguales medios de
frenado, compatibles con sus caracter�sticas.
Los ensayos en vuelo que se realizan con cada nuevo tipo
de aparato que aparece dan la garant�a, que permite el estado actual del conocimiento de
las propiedades del vuelo, de que el piloto, especialmente el alumno-piloto, tiene en su
mano un aparato con el cual, si no comete faltas que se salgan de lo corriente, o sea si
sigue las reglas de pilotaje, no son posibles accidentes importantes. Respecto a los
llamados aviones asegurados contra las locuras, puede decirse que se est� hoy todav�a
muy lejos, quedando, sin embargo, la duda de si el vuelo en ellos tendr� el mismo placer
que produce el vuelo en nuestros aviones actuales.
Esfuerzos y resistencia
Si se habla en general de la resistencia de un avi�n, se comprende
bajo esa expresi�n su capacidad de resistir a las acciones que en vuelo o en otras
circunstancias pueden obrar sobre �l. La necesidad de construir los aviones lo m�s
ligeros posible, si se quiere que tengan buenas caracter�sticas, est� limitada por los
pliegos oficiales de condiciones que prescriben determinados valores para la resistencia.
Esos pliegos de condiciones fijan las hip�tesis de carga
que es preciso aceptar para los veleros, y que han de servir de base para los c�lculos de
resistencia, y ahora lo que se quiere explicar es precisamente las ideas que en esos
pliegos est�n contenidas, tales como factores de carga, seguridad, velocidades
admisibles, solicitaciones en las rachas, etc. Para el piloto de concurso y, sobre todo,
para el piloto de acrobacia no deja de ser importante saber lo que puede exigir, de su
avi�n cuando va a realizar un objetivo o cuando va a hacer una acrobacia. Con otras
palabras: ser� muy distinto de otro el piloto que
sepa reflexionar cuando va a realizar una proeza y pueda poner en la balanza sus
conocimientos sobre la resistencia de su avi�n junto con las decisiones que piensa tomar.
Por otro lado, hay pilotos que saben algo sobre las
solicitaciones que su avi�n ha de sufrir en determinados temas de vuelo y que no se
arriesgan ellos mismos y comprometen a su propio avi�n tan sin reflexi�n como parece.
Una buena parte de los accidentes que ocurren en el aire por la rotura del avi�n se
habr�an podido evitar si los pilotos no hubiesen estado tan poco iniciados en los temas
de resistencia.
Hay que decir aqu� a aquellos cuya Aeromec�nica,
Est�tica v Resistencia de materiales est� poco cultivada, que de tales estudios se
obtienen r�pidamente una porci�n de estimulantes tan pronto como se consideren con un
poco de atenci�n. Seguir el juego de las fuerzas en un avi�n y en su construcci�n es
seguramente tan interesante como, por ejemplo, conocer la existencia de ascendencias
t�rmicas o el tiempo de un modo general.
Quiero tratar de dar en lo que sigue una visi�n del
estado de carga de un velero, sin acudir a grandes discusiones cient�ficas y apoy�ndome
en lo fundamental de la Mec�nica del vuelo, todo lo que sea necesario para llegar
a establecer las hip�tesis de carga, y, adem�s, se tratar� de algunos elementos
constructivos y de su resistencia, as� como de las fuerzas que sobre ellos pueden actuar
y a las que deben resistir.
El ala
El
elemento m�s importante del avi�n, el ala, tiene la misi�n de soportar, adem�s de su
propio peso, el del fuselaje con los empenajes; el del piloto, el del paraca�das y el de
los instrumentos. A su vez el elemento m�s importante del ala es el larguero o los
largueros en las alas multilargueras. Los largueros son vigas que por su modo de
construcci�n est�n en condiciones de soportar los momentos de flexi�n, relativamente
grandes, que le son transmitidos por el ala y originados por las reacciones del aire que
sobre ellos se producen.
Consid�rese desde luego el ala sola volando en el aire:
los pesos en el ala est�n repartidos generalmente con bastante regularidad, de modo que
se puede aceptar que cada metro cuadrado del ala tiene el mismo peso, y como cada metro
cuadrado de ala contribuye tambi�n en igual proporci�n a la producci�n de la
sustentaci�n total, se puede admitir que el ala tiene una carga igual en cada metro
cuadrado, resultando que el ala soportar� su propio peso sin que se d� lugar a momentos
de flexi�n. Seg�n lo dicho, se puede imaginar el ala sola volando en el aire como un
tallo de paja flotando en agua tranquila, en el que igualmente cada punto soporta su
propio peso sin que haya flexi�n.
Si ahora se hace pender del centro del ala el peso del
fuselaje con todo lo que contiene, ocurrir� que cada elemento de ala tiene que soportar
un suplemento de sustentaci�n que compense ese nuevo peso, y estas nuevas reacciones del
aire sobre el ala solicitar�n a la flexi�n el larguero o los largueros. Volvamos a la
comparaci�n con el tallo de paja: si en su centro se le pone un peso adicional, por
ejemplo, se le oprime con un dedo, resultar� igualmente solicitado a flexi�n y si se
aumenta la presi�n se doblar� cada vez m�s hasta que llegue a romperse.
En el vuelo uniforme de planeo, s�lo hay que tener en
cuenta para la resistencia del larguero los simples pesos del fuselaje y su carga. La
mayor parte de los estados de vuelo, que tambi�n se llaman normales, pero que suponen un
movimiento acelerado, dan lugar a fuerzas mucho mayores que act�an sobre el larguero. Se
entiende por estados de vuelo acelerados, en oposici�n a los no acelerados o
estacionarios, aquellos estados de vuelo que van acompa�ados de variaciones de la
velocidad o de la direcci�n, entre los que se cuentan el vuelo en curva; el recuperar o
salida del vuelo en picado; el vuelo con tiempo de rachas, etc. Por ejemplo, en las
viradas hay un cambio continuo de direcci�n y entonces cada elemento del avi�n tiene que
soportar, adem�s de su peso propio vertical, la fuerza centr�fuga horizontal que sobre
�l act�a y que se compone con el peso, dando lugar a una resultante de mayor valor, que
exigir� una reacci�n del aire mayor que en el vuelo normal en planeo. Esta mayor
reacci�n del aire sobre el ala equivale a una carga mayor, la cual, seg�n se ha visto en
el cap�tulo de propiedades del vuelo, dar� lugar a mayor velocidad. Cuanto m�s ce�ida
sea la virada, mayor ser� la fuerza centr�fuga y mayor la velocidad, pero menor el radio
de la curva descrita. Un teorema de la mec�nica dice que la fuerza centr�fuga crece con
el cuadrado de la velocidad perif�rica e inversamente al radio de la curva; luego, en las
curvas muy ce�idas, la carga del ala puede llegar a ser un cierto m�ltiplo de la carga
que corresponde al caso de vuelo en planeo no acelerado.
Las mismas circunstancias se presentan al recuperar
saliendo de gran velocidad de descenso. Desde luego, recuperar es de por s� un vuelo en
curva, s�lo que ahora el plano de la curva no es horizontal, sino vertical y en el caso
extremo de curva ce�ida, y tambi�n si se recupera muy bruscamente, o sea si el radio de
la trayectoria descrita es muy peque�o, la reacci�n del aire sobre el ala puede ser un
m�ltiplo de la que existe en el vuelo de planeo uniforme.
La tercera clase de vuelo con aceleraci�n, sobre cuya
intensidad no tiene el piloto acci�n alguna, es el vuelo en tiempo de rachas. Si el
aparato mientras va volando en vuelo normal de planeo entra en una racha ascendente,
claramente limitada del resto del aire, la velocidad de descenso del avi�n experimenta un
cambio brusco: el avi�n trata de tomar la velocidad de la racha, es detenido en su
descenso y acelerado hasta una nueva velocidad vertical que es ascendente, sin que en todo
este proceso cambie la direcci�n de su vuelo. Seg�n las leyes de la mec�nica, la fuerza
es igual a la masa por la aceleraci�n y, por lo tanto, tambi�n en este caso la carga y
la reacci�n del aire llegar� a ser un m�ltiplo de la normal, vi�ndose por las leyes de
la aerodin�mica que la solicitaci�n producida por una racha crece con la velocidad de la
racha y con la del avi�n.
Todav�a existen otras influencias sobre la magnitud de
los esfuerzos en una racha, tales como la forma del ala, la carga por unidad de
superficie, etc.
Las mediciones hechas en vuelo para investigar las cargas
en los casos de virada y de recuperar, as� como en tiempo de rachas, han demostrado que
puede llegarse a cargas que sean de tres a seis veces el valor de los pesos y fuerzas en
el caso de vuelo normal uniforme. Estos n�meros son los que se designan en la mec�nica
del vuelo como � factores de carga � y son n�meros por los que han de multiplicarse las
cargas del vuelo uniforme para obtener las que pueden presentarse en el vuelo de un
avi�n.
Seg�n el uso que se va a dar al aparato, que vaya a ser,
por ejemplo, de escuela o de concurso, as� son los factores empleados en las hip�tesis
de carga para planeadores y veleros, correspondientes a los casos que m�s frecuentemente
pueden presentarse en la pr�ctica. Estos factores de carga son: para los planeadores de
escuela, n = 3, y para los veleros, n = 4, y como estos casos
de carga se pueden presentar con mucha frecuencia, no deber� estar ya agotada en ellos la
capacidad de resistencia de los elementos del ala. Las hip�tesis de carga exigen todav�a
m�s y, precisamente, que los esfuerzos de rotura de los elementos del ala sean dobles de
los que resulten en esas hip�tesis, es decir que se pide todav�a que haya un coeficiente
de seguridad de 2. Seg�n esto, los factores de carga mencionados antes y que
corres�ponden a casos que se presentan en el vuelo se llaman � factores de carga de
seguridad �, con los cuales s�lo se llega a la mitad de los esfuerzos de rotura del
material. Los factores que se obtienen multiplicando por 2 los anteriores se llaman
factores de rotura. En lo que sigue se designar� con el nombre de �estados de
seguridad� los que se presentan con frecuencia en el vuelo de un avi�n y que pueden ser
soportados por �ste con las dimensiones que se le han asignado.
El piloto tiene una medida para apreciar el grado de
solicitaci�n de su aparato al recuperar o en una virada ce�ida o bien en una racha, pues
basta que se fije en la fuerza con la que es apretado contra su asiento : si nota que su
peso se ha triplicado es que, en la figura de vuelo que entonces ejecuta, el factor de
carga del aparato es n = 3. Tambi�n sirve la misma apreciaci�n en la
ense�anza, pues el alumno puede saber por ese medio la aceleraci�n con la que es lanzado
al vuelo.
El recuperar de un avi�n puede tener efecto desde
diferentes velocidades de vuelo, y puesto que el piloto debe procurar, en esa maniobra, no
rebasar en ning�n caso el factor de carga de seguridad, la salida de descenso a peque�a
velocidad se har� con gran �ngulo de ataque, mientras que en el caso de gran velocidad
se dar� un �ngulo de ataque peque�o. Ambos casos est�n considerados en las hip�tesis
de carga, pues la distinta repartici�n de la sustentaci�n a lo largo de la envergadura,
como a lo largo de la profundidad del ala, da lugar a distintos casos de carga. El caso de
�recuperar con gran �ngulo de ataque� se designa abreviadamente por � caso A� y el de
�recuperar con peque�o �ngulo de ataque� se llama �caso B�. Como en la recuperaci�n
con peque�o �ngulo de ataque, por tratarse de salir de mucha velocidad, el piloto, de un
modo instintivo, har� la maniobra m�s suavemente que en el otro caso, el factor de carga
del caso B es algo m�s peque�o que el del caso A .
(Para completar las indicaciones del autor, se hacen constar aqu� los casos que se
consideran para el c�lculo de aviones: A. Recuperar del picado con �ngulo de ataque de m�xima
sustentaci�n positivo. B. Vuelo planeado a gran velocidad. C. Picado vertical. D. Igual que el B, pero
en vuelo invertido. E.
Igual que al A, pero con �ngulo negativo. G1 y G2 Acci�n de las rachas.
�stos son los casos para aviones de motor.
En los aparatos de vuelo sin motor se hacen tres
categor�as:
1.� Planeadores: se incluyen los aparatos de hasta 11 m.
de envergadura y alargamiento de ala, m�ximo de 9, no aptos para acrobacias.
2.� Veleros: los aparatos de caracter�sticas superiores a las citadas, aptos para toda
clase de vuelos.
3.� Aparatos de experimentaci�n: los que tienen este
fin.
Los factores de carga son distintos, naturalmente, para
unos y otros, as� como los casos de carga; por ejemplo, en la 1.� categor�a no se
considera el caso de vuelo invertido.
En todos los aparatos se calcula tambi�n el caso de
aterrizaje, y en la primera categor�a el factor de carga de seguridad es de 4, mientras
que en la segunda es de 3.
Los detalles completos figuran en las Instrucciones Oficiales, dictadas a este fin. - N. del T.)
Conviene hacer notar que el criterio para fijar los
factores de carga de seguridad de los aviones clasificados en diferentes grupos es
tambi�n distinto y, por lo tanto, el alumno deber� ser instruido durante su ense�anza
en los criterios sobre las solicitaciones y esfuerzos que su avi�n puede y debe soportar.
En el caso de la solicitaci�n de un avi�n al volar en
una racha, es posible determinar el factor de carga de seguridad que se presenta partiendo
de una velocidad de vuelo dada y admitiendo
en la racha una velocidad de 10 m/s, o tambi�n se puede hacer inversamente partiendo del
factor de carga con el que est� calculado el aparato, determinar la velocidad con la que
puede volar ya libremente o remolcado, en la suposici�n de que existe tiempo de rachas.
Esta � velocidad m�xima de vuelo libre o remolcado con tiempo de rachas � deber�
constar en el certificado de matr�cula de cada avi�n y no debe ser excedida en ning�n
caso cuando exista tiempo del car�cter a que se refiera.
Lo que aqu� se ha dicho sobre estados de vuelo en
posici�n normal se puede aplicar tambi�n, hasta cierto grado, a aquellos estados de
vuelo en los que el ala est� solicitada por reacciones del aire descendentes, como al
volar en racha descendente o en el caso voluntario o involuntario de vuelo invertido. Como
estos casos se presentan con poca frecuencia y, adem�s, menos frecuentes ser�n a�n los
cambios de direcci�n en este vuelo, como el recuperar partiendo de �l, los factores de
carga que se emplean en estos casos son, naturalmente, m�s peque�os. Todav�a se ver�
m�s adelante otro caso de carga correspondiente a un movimiento acelerado.
Pero tambi�n hay casos de estados de vuelo estacionarios
en los que el ala experimenta una carga m�s elevada por la acci�n del aire que en el
vuelo de planeo uniforme: tales son en primer lugar los de envuelo por remolque con auto o
torno.
Al principio del fen�meno del envuelo la tracci�n del
cable de remolque obra en la direcci�n del eje del fuselaje; pero en cuanto se levanta
del suelo el avi�n, el piloto cambia la posici�n del eje longitudinal, al tirar de la
palanca para ganar altura, y entonces una parte de la tracci�n del cable, su componente
normal al eje del aparato, es una carga adicional que se suma al peso del avi�n. El cable
act�a en la mayor parte de los casos delante del centro de gravedad y produce, por lo
tanto, un momento de picado, el cual deber� ser compensado por otro momento de una fuerza
que se produzca en el empenaje de altura. Cuanto mayor sea el brazo de palanca de la
tracci�n del cable, mayor ser� el momento de picado que act�a y, por lo tanto, mayor
deber� ser la fuerza originada en el empenaje para producir el contramomento de
encabritamiento. Por otra parte, se ha visto en el cap�tulo de propiedades del vuelo que,
dada una cierta velocidad, el empenaje s�lo puede dar lugar a una fuerza, a una
sustentaci�n, en tanto que no sea alcanzado o excedido el m�ximo del coeficiente de
sustentaci�n. Por lo tanto, la tracci�n del cable llegar� a su m�ximo valor en el
momento en que empiece a dislocarse la corriente a�rea en el empenaje. La sustentaci�n,
o mejor dicho, en este caso, la reacci�n descendente del aire que puede producirse en el
empenaje es, como se vio en la ecuaci�n de la sustentaci�n, dependiente de su superficie
y de la presi�n del aire o, lo que es igual, del cuadrado de la velocidad: si se desea
aumentar la velocidad del vuelo ascendente durante el remolque, ser� necesario contar con
una tracci�n mayor del cable, que dar� lugar a esa mayor velocidad por sus dos
componentes, la mayor en la direcci�n del fuselaje o sea aproximadamente en la direcci�n
del vuelo y la menor, normal a la primera, de modo que a la mayor tracci�n corresponde
tambi�n crecimiento de la reacci�n del aire en el empenaje, lo que, para la nueva
velocidad, ser� �nicamente posible en tanto la corriente a�rea permanezca adherida al
empenaje.
El �ngulo de pendiente m�xima de la trayectoria
ascendente depende mucho de la relaci�n entre los brazos de palanca del momento de picado
y del empenaje, como tambi�n depende de estas magnitudes el �ngulo de pendiente del
cable, es decir el �ngulo entre el eje del avi�n y la tracci�n.
De lo expuesto se deduce que las magnitudes que adem�s
del peso act�an sobre el aparato, durante el envuelo por remolque con auto o torno, son
la tracci�n del cable y la reacci�n del aire sobre el empenaje y, por otra parte, si el
brazo de palanca del momento de picado es peque�o y se supone la misma la fuerza que
pueda producirse en el empenaje, deber� ser mayor la tracci�n de cable necesaria para el
vuelo ascendente y mayor, por tanto, la solicitaci�n adicional que resulte para el ala.
Por otra parte, como la tracci�n del cable depende de la velocidad de remolque, �sta es
la magnitud que se introduce para la determinaci�n del factor de carga de seguridad, en
cuya ecuaci�n intervienen tambi�n los otros elementos del aparato que se han mencionado,
como la longitud de los brazos de palanca de la tracci�n del cable y del empenaje, la
magnitud de �ste, etc. Tambi�n, como se ha visto en el caso de la racha, se puede hacer
la determinaci�n inversa, esto es: dado el factor de carga y las dimensiones del avi�n,
hallar la m�xima velocidad de remolque admisible para el envuelo con auto o torno,
velocidad que figura en los certificados de pruebas y de navegaci�n del avi�n y que no
se debe rebasar en su empleo.
Otra consideraci�n puede hacerse que expresa con toda
claridad la importancia de la cuesti�n de resistencia del avi�n en el remolque por
torno.
Los cables que se emplean en el remolque por auto y torno
tienen una resistencia de rotura de 600 kg. aproximadamente. Si se supone el caso m�s
desfavorable de que la tracci�n sea vertical, a�adiendo a la tracci�n del cable la
fuerza que se produce en el empenaje de altura y suponiendo que se llega a utilizar toda
la resistencia del cable, la carga del ala crece, por la reacci�n suplementaria del aire,
en la cantidad de 700 kg.; si se supone, adem�s, que el peso que normalmente insiste
sobre el ala, fuselaje, empenaje, piloto, etc., es de 150 kg., resultar� ser la fuerza
total que la reacci�n del aire producir� en el ala y, por tanto, que producir� flexi�n
sobre el larguero, de un valor de 700 + 150 = 850 kg.: es decir, el factor de carga que
corresponde al l�mite de rotura del cable de remolque tiene una cuant�a de 850 / 150 =
5,67, o sea mucho mayor que el factor de carga de seguridad n = 4, que
se exige a un velero normal. De todo esto se deduce claramente el l�mite de velocidad
posible en el vuelo remolcado con cable fijo en el suelo. Para impedir llegar al l�mite
de velocidad es aconsejable proveer al cable de un punto de rotura obligado que tenga una
resistencia l�mite de 300 kg. y, de este modo, antes de que se llegue al esfuerzo
correspondiente al factor de carga de seguridad se romper� el cable por el punto
se�alado, resultando protegido el avi�n contra el caso de esfuerzos excesivos.
Otro caso, y tal vez el m�s importante de los estados de
vuelo �no acelerados�, es el del descenso desordenado, en el que desaparece la
sustentaci�n total del avi�n. La gran velocidad que resulta en este caso unida al
retraso del centro de presiones da lugar a gran esfuerzo de torsi�n del ala. Los
elementos del ala que han de soportar esta torsi�n, en el caso de alas bilargueras, son
los dos largueros, los cuales sufren una flexi�n por el momento que se origina para
contrarrestar el de torsi�n, y en el caso de alas monolargueras, por el cerquillo de la
nariz del ala que tiene la forma de un tubo de contrachapado, cuyo material resulta
solicitado a esfuerzo cortante por el momento de torsi�n.
Si partiendo de la posici�n de vuelo normal de planeo
empieza el descenso desordenado, la velocidad, peque�a al principio, va creciendo con el
recorrido, hasta que alcanza un valor tal con el que ya no hay aceleraci�n, que
corresponder� al momento en que la resistencia al aire del avi�n sea igual a su peso,
dici�ndose que se ha llegado a la velocidad l�mite de ca�da. Esta velocidad es tanto
mayor cuanto menor sea el coeficiente de resistencia total del avi�n. Los veleros
actuales pueden llegar a una velocidad l�mite de ca�da de 400 Km. /h. y aun mayor.
Si se hubiese de dar a los aviones tales dimensiones que
esta velocidad l�mite pudiera soportarse con el factor 2 de seguridad, ser�an tan
pesados que sus caracter�sticas de vuelo resultar�an insuficientes. Por lo tanto, se
deber� fijar una velocidad m�xima de ca�da tal que las dimensiones del avi�n que
puedan resistirla sean aceptables. Esta velocidad l�mite se fija en relaci�n a la carga
por unidad de superficie del avi�n y llega, en los tipos de veleros actuales, a los 200
km./h.
Mientras un piloto vuela viendo el terreno no le es
dif�cil mantenerse dentro de ese l�mite de velocidad que figura en el certificado de
navegaci�n del aparato; pero, en cuanto vuela sin visibilidad, las condiciones de vuelo
cambian fundamentalmente, a consecuencia de la agitaci�n del aire de la nube, como ya se
ha visto al tratar de las propiedades del vuelo.
Las dificultades que se presentan al piloto para mantener
la velocidad en el vuelo a ciegas proceden, en su mayor parte, de la misma perfecci�n
aerodin�mica de los veleros, que permite alcanzar en muy poco tiempo grandes velocidades.
Muchos casos de rotura que se han producido en las nubes por exceso de velocidad son
testimonios de las circunstancias citadas, y seg�n cuentan los pilotos que pudieron salir
de ellos con vida, les era imposible actuar de modo alguno sobre la posici�n de su
aparato, ya porque el indicador de viraje no era utilizable por haberse helado con la gran
altura, ya porque el piloto no ten�a la pr�ctica necesaria en el vuelo sin visibilidad.
Sin embargo, es hoy un hecho que en la pr�ctica del vuelo
el n�mero de casos en los que se llega a estados de vuelo que exceden a lo tolerado,
especialmente en lo relativo a velocidad de ca�da, es mucho mayor que antes, y esto se
debe al esp�ritu que anima a la juventud, que no se detiene ante tan grandes peligros,
habiendo llegado a constituir seria preocupaci�n de las autoridades que tienen la
responsabilidad de fijar las hip�tesis de carga para el c�lculo de aviones.
Un medio para garantizar, hasta cierto grado, el no llegar
al m�ximo de velocidad permitido es elevar el coeficiente de resistencia total del
aparato por el empleo de alerones de frenado.
En la ca�da a pico, adem�s de la solicitaci�n de
torsi�n, que se transforma en flexi�n de las costillas, se presenta una carga de
flexi�n para el larguero, que en los c�lculos de resistencia de los antiguos aviones no
se ten�a en cuenta, porque en la mayor parte de los casos se supon�a despreciable v
s�lo se empez� a poner atenci�n en ello cuando se introdujo el c�lculo de la
distribuci�n de la sustentaci�n.
A consecuencia del alabeo del ala, del que se ha hablado
ya en los cap�tulos anteriores, resulta que en el caso de sustentaci�n total nula y en
virtud de las diferencias entre los �ngulos de ataque de las distintas zonas del ala, se
tiene una reacci�n del aire normal al ala, que en la zona marginal es negativa y en la
interior positiva, y ambas relativamente grandes y, naturalmente, cuanto mayor sea el
alabeo del ala mayores ser�n las reacciones del aire en el descenso a pico o desordenado.
Los momentos de flexi�n del larguero en el descenso a pico pueden ser, en ciertas
circunstancias y con alabeo muy pronunciado, mayores que en el caso A.
Otro caso de vuelo en el que el ala puede tener una
solicitaci�n importante bajo ciertas circunstancias es el vuelo con mando transversal.
Volando con una velocidad, que con bastante frecuencia se presenta en la pr�ctica del
vuelo, se supone que se ha maniobrado el mando transversal, el cual tiene como
consecuencia que en un lado se aumente la sustentaci�n, con lo cual la semiala
correspondiente tendr� una solicitaci�n a flexi�n suplementaria.
Pero, adem�s, la maniobra del aler�n tiene corno
consecuencia modificar el perfil del ala en la zona en la que �l se encuentra, en la cual
el perfil resulta de mayor curvatura, y ya se ha visto que un aumento de curvatura da
lugar a un aumento del coeficiente de momento del perfil, con lo cual el ala tiene
tambi�n un suplemento de solicitaci�n a la torsi�n que en muchos aviones puede dar
lugar, en algunos puntos, a mayores esfuerzos que el caso de descenso a pico.
Por todo lo expuesto se ve que no basta calcular el ala de
un avi�n para un determinado caso de vuelo, admitiendo que �ste sea el �nico que d� la
medida del c�lculo de la resistencia, sino que es absolutamente necesario investigar
todos los casos de vuelo posibles y estudiar as� qu� caso es el que da la medida del
esfuerzo m�ximo para cada elemento del avi�n.
Los �rganos de mando
Las
solicitaciones de los �rganos de mando, o de los empenajes en general, de un avi�n son
an�logas a las del ala, puesto que, en cierto modo y durante el caso de vuelo normal, son
superficies sustentadoras poco o nada cargadas, como, por ejemplo, las del empenaje de
altura, que han sido estudiadas al examinar las circunstancias de los fen�menos que
ocurren en el remolque por torno.
En general, y como se ha visto al tratar de la estabilidad
longitudinal, el empenaje de altura resulta cargado con una peque�a reacci�n del aire al
compensar el momento de picado que es preciso producir para conservar esa estabilidad.
Esta reacci�n del aire necesaria para la compensaci�n de momentos aumenta al crecer la
velocidad y en los casos de �ngulos de ataque peque�o, puesto que en �stos los momentos
de picado son mayores. El m�ximo de la reacci�n del aire sobre el empenaje tiene efecto
en el descenso a pico, el cual, en la mayor parte de los casos, es el que sirve para fijar
el criterio de c�lculo de ese empenaje, a�adi�ndole la fuerza suplementaria que puede
presentarse por la maniobra del tim�n durante el mismo. Adem�s de este caso de carga,
puede tambi�n ocasionar importantes solicitaciones del empenaje de altura el caso de una
racha, el que sin embargo queda generalmente por debajo de la solicitaci�n que resulta en
el descenso a pico.
El criterio de carga para el empenaje de direcci�n
resulta de las reacciones del aire durante la maniobra del tim�n y por las del caso de
una racha. En cuanto a la carga de los alerones de mando transversal, ya se ha dicho antes
lo necesario sobre ello.
Los empenajes son esencialmente construidos como las alas,
en cuanto al punto de vista de la resistencia: constan de largueros que soportan los
momentos de flexi�n que resultan de las reacciones del aire y los transmiten al fuselaje;
como asimismo de elementos resistentes a la torsi�n; celos�a o cerquillos de
contrachapado, los cuales soportan los momentos de torsi�n debidos a las reacciones del
aire y los transmiten a otros elementos.
El fuselaje
Desde el
punto de vista de la resistencia, el fuselaje se puede dividir en dos partes: la zona de
popa, en la que principalmente act�an las fuerzas transmitidas por los empenajes, y
la zona de proa, que recibe las acciones producidas por el peso del piloto, durante el vuelo; las producidas en el
aterrizaje y las debidas a la tracci�n del cable de remolque. Las cargas del empenaje de
altura producen en el fuselaje un momento de flexi�n alrededor de su eje transversal, como si fuese una viga volada empotrada por la zona comprendida entre
las inserciones anterior y posterior de las alas y, por lo tanto, debe poder resistir ese
momento, que alcanza su m�ximo en la inserci�n posterior del ala. Para resistir esta
solicitaci�n se dota al fuselaje de largueros, en los cuales el momento origina esfuerzos
longitudinales. La carga del empenaje de direcci�n da lugar an�logamente a momentos de
flexi�n alrededor del eje vertical, el cual es soportado por el fuselaje tambi�n como
viga volada con igual apoyo que en el caso anterior y cuya reacci�n es producida por las
fuerzas de inercia del ala, las cuales se presentan al iniciarse la rotaci�n alrededor
del eje vertical, manifestadas por la aceleraci�n de ese movimiento.
Como el empenaje vertical, en la mayor parte de los casos,
es disim�trico respecto a un plano horizontal, se produce, adem�s del momento de
flexi�n, otro de torsi�n alrededor del eje longitudinal, el cual ha de ser equilibrado
por una organizaci�n adecuada de elementos resistentes a este esfuerzo que en el caso de
fuselaje formado de tubos de acero, est� constituida, por ejemplo, por una celos�a de
los mismos tubos. En el caso de fuselaje poligonal o redondeado, provisto de revestimiento
de contrachapado, este revestimiento toma parte en la resistencia de torsi�n por los
esfuerzos cortantes en �l producidos, pues entonces, como ocurre en el ala monolarguera
el fuselaje forma un tubo r�gido para la torsi�n.
En los aparatos de escuela, organizados a base de fuerzas
de atirantado en los cuales no se puede decir que exista un fuselaje en el sentido
estricto de esta denominaci�n, la carga del empenaje de altura se transmite al ala por la
celos�a de la viga que constituye entonces el fuselaje, y los momentos de flexi�n y
torsi�n debidos al empenaje de direcci�n son transmitidos al ala por los tirantes de
hilo de acero de que va provisto el aparato.
En el caso especial de un fuselaje sin largueros, o sea de
los llamados de construcci�n cortical, el revestimiento de contrachapado resiste, �l
solo, no �nicamente los esfuerzos de torsi�n, sino tambi�n los momentos de flexi�n y
los esfuerzos cortantes.
La zona de proa del fuselaje se calcula a base de la solicitaci�n producida por el peso
del piloto y las fuerzas debidas a la tracci�n del cable, debi�ndose tener en cuenta la
multiplicaci�n por el factor de carga correspondiente al caso de recuperar del descenso a
pico, para prevenir los esfuerzos debidos a la aceleraci�n de ese caso de vuelo. Por lo
tanto, resultar� que en la zona de proa del fuselaje y precisamente en el lugar en que
pende del ala, o sea la llamada zona principal, se producen grandes momentos de flexi�n,
y como en ese lugar el fuselaje se encuentra debilitado por la abertura para el piloto y
no est� disponible toda la secci�n del mismo para soportar los esfuerzos, �stos
deber�n ser resistidos solamente por los costados y el fondo. La solicitaci�n por la
tracci�n del cable, en el caso de remolque por torno, da lugar a consideraciones
an�logas.
La zona de proa del fuselaje se encuentra, adem�s de lo
dicho, solicitada a grandes esfuerzos durante el aterrizaje, pues entonces el peso total
del aparato en vuelo multiplicado por el factor de carga correspondiente puede actuar
concentrado en una peque�a zona del pat�n y s� no se quiere correr el riesgo de rotura
en un aterrizaje violento hay que estudiar este caso de un modo especial, como asimismo
tener en cuenta que despu�s de un aterrizaje de ese g�nero, si no se examina
cuidadosamente el aparato, puede haberse producido una rotura o al menos un da�o
importante, que puede dar lugar a una cat�strofe m�s tarde en una nueva solicitaci�n
del avi�n.
Transmisiones de los
mandos
Los
�ltimos elementos que figuran entre los m�s importantes de la construcci�n de un avi�n
son las transmisiones de los mandos, y claro es que los cables, palancas, varillas, etc.,
deben tener dimensiones apropiadas para resistir con el coeficiente 2 de seguridad las
acciones que las cargas de los timones y momentos respectivos transmitan hasta la palanca
y los pedales.
Las fuerzas que la mano o el pie del piloto pueden
producir sobre el mando son, en los veleros, grandes la mayor parte de las veces, y las
transmisiones han de poder resistir la propagaci�n de esos esfuerzos hasta las palancas
que accionan directamente los timones. Pero adem�s, hay que tener presente que se
disponen, en la proximidad de los pedales y de la palanca, topes que limitan la carrera de
unos y otros y, por lo tanto, las transmisiones han de resistir las acciones que la
reacci�n m�xima del aire ocasione en los timones; as� pues las transmisiones se
calcular�n desde la palanca y pedales hasta los topes, por la acci�n m�xima de la mano
o los pies y desde esos topes hasta los cables que accionan los timones por las reacciones
del aire.
Finalmente, hay que decir tambi�n que el empalme de
sujeci�n del cintur�n del piloto y del cabo del paraca�das exigen la atenci�n debida
para que tengan la resistencia necesaria con el fin de dar al piloto la seguridad precisa
en los aterrizajes violentos y en el caso de tener que saltar en paraca�das.
En este cap�tulo se ha visto todo lo que la Ciencia y los
constructores han hecho para satisfacer, lo m�s perfectamente posible, las exigencias que
se plantean ante el velero, desde los puntos de vista de las propiedades del vuelo, de la
obtenci�n de marcas y de la resistencia. Nos encontramos, tanto en la evoluci�n de la
construcci�n de aparatos como en el conocimiento cient�fico de los mismos, no en el
final, sino solamente con la peque�a edad que tiene la aviaci�n a sus cuarenta a�os; de
modo que todav�a hay que ayudar a que se llegue a conseguir cuanto antes el ideal de la
aviaci�n, profundizando a�n m�s la ciencia necesaria para ello, ante el ferviente ardor
de una aviaci�n llena de ilusiones.
Volver Arriba