Análisis del despegue parte I.
Vamos
a dividir el análisis de un despegue en varios artículos, aquí les
presento el primero de la serie.
El despegue de una
aeronave, divido en forma general se compone de:
1.-Recorrido
horizontal o carrera de aceleración.- Recorrido durante el cual
la aeronave opera a un ángulo de ataque constante y las ruedas del
tren de aterrizaje están en contacto con el piso de la pista
mientras que la velocidad va aumentando con aceleración constante
desde su valor cero hasta la velocidad de despegue.
2.-Recorrido de
transición.- Periodo muy corto en el cual la aeronave aumenta el
ángulo de ataque para facilitar el despegue (Vr).
3.-Recorrido de
ascenso.- Recorrido en el cual la aeronave se va elevando en
forma constante hasta pasar por encima del nivel de la pista a una
altura de 35 pies.
Ahora bien, en esta fase
del vuelo, las fuerzas que actúan en la aeronave durante el despegue
son:
Fuerzas que actúan en el despegue
-Levantamiento (L)
-Resistencia al avance
producido por el aire (D)
-Tracción (T)
-Peso de la aeronave (W)
-Resistencia por fricción
de la pista con las ruedas del tren de aterrizaje (Ff)
-Reacción del terreno
sobre la rueda (N)
Como podremos observar,
las cuatro fuerzas que actúan en el vuelo de un avión, también
están presentes en el despegue, solo que a estas se le suman dos
más, que están relacionadas con el rodamiento de los neumáticos en
la pista.
Distancia de despegue
La distancia de despegue
está en función de la aceleración y la velocidad, la fuerza que
produce la aceleración en la carrera de despegue es la resultante de
la tracción menos la resistencia al avance total.
Es importante notar que
la distancia varia directamente al cuadrado de la velocidad e
inversamente a la aceleración.
La mínima distancia de
despegue es de interés en la operación de cualquier aeronave porque
define los requerimientos de las pistas. La mínima distancia es obtenida al alcanzar una velocidad suficiente de
seguridad, la cual permite el margen necesario sobre la velocidad de
desplome y provee control satisfactorio.
La velocidad de despegue
deberá ser de 1.05 a 1.25 veces la velocidad de desplome o
velocidad mínima de
control.
En las aeronaves de
hélice, la tracción que produce esta, disminuye más rápidamente
que el aumento de la resistencia al avance total, por lo tanto la
fuerza de aceleración disminuye con la velocidad.
Efecto de los sistemas
hipersustentadores
Los principales
propósitos de los dispositivos hipersustentadores es el incrementar
el coeficiente de levantamiento máximo y reducir la velocidad de
desplome de las aeronaves.
Existen diversos tipos de
dispositivos hipersustentadores usados para incrementar el
coeficiente de levantamiento a bajas velocidades, unos de ellos son
las aletas (Flaps) situadas en el borde de salida del ala, las cuales
son usualmente de un 15 a 25 por ciento de la longitud de la cuerda.
La deflexión de estas aletas produce el efecto de un aumento de la
combadura agregado a la parte posterior de la cuerda.
En el despegue una
deflexión total de las aletas podría permitir despegar a una baja
velocidad, pero el aumento de la resistencia al avance retardará la
aceleración de la aeronave a esta velocidad.
Durante la carrera de
despegue con las aletas en posición neutral se tendrá baja
resistencia y se permitirá una rápida aceleración, pero se
incrementará la distancia. Las prácticas comunes han mostrado que
las aletas deben colocarse en una posición de deflexión moderada,
por ejemplo 10 grados y mantenerlas en esta posición durante todo el
despegue.
Otros sistemas
hipersustentadores consisten en aditamentos cercanos o en el borde de
ataque del ala, los más comunes son las ranuras aerodinámicas tipo
fijo y tipo automático o móvil, así como los controles de la capa
limite por aspiración o soplado sobre la aleta.
Las ranuras y las aletas
del borde de ataque producen aumentos apreciables en el coeficiente
de levantamiento máximo, pero el incremento del ángulo de ataque
para obtener ese levantamiento máximo puede ser desventajoso, por
esta razón las ranuras y sistemas hipersustentadores del borde de
ataque, normalmente son utilizados en coordinación con las aletas
del borde de salida, los cuales producen el levantamiento máximo a
menor ángulo de ataque.
Si inmediatamente después
del despegue se retraen o se suben las aletas, podrá suceder que la
aeronave no tenga la suficiente velocidad para obtener el
levantamiento necesario sin aletas, o sea que se deben de subir estas hasta que se ha obtenido la suficiente velocidad para
contrarrestar la disminución de la sustentación, una retracción
prematura puede causar el desplome.
Al subir las aletas, es
necesario aumentar el ángulo de ataque del ala para conservar el
mismo coeficiente de levantamiento. Este efecto se puede
contrarrestar si la aceleración de la aeronave es rápida, sin no es
así habrá necesidad de aumentar el ángulo de ataque para conservar
la misma velocidad ascensional. Esta situación es típica cuando se
despega al peso máximo o con altitud densimetrica elevada. Además
de la técnica adecuada para el despegue, otras variables afectan al
rendimiento del despegue.
Efecto del peso en la
distancia de despegue
Es importante considerar
el efecto del peso de la aeronave sobre la carrera de despegue, ya
que afecta a la fuerza de levantamiento y por lo tanto al ángulo de
ataque, así como a la fuerza resistencia al avance y a la fuerza
normal sobre el terreno de la pista.
Un aumento en el peso
total produce los siguientes efectos:
a) Aumenta la velocidad
de despegue
b) Aumenta la masa que
debe acelerarse
c) Aumenta la resistencia
al avance total
El efecto del peso en la
distancia de despegue, depende del efecto sobre la fuerza resultante
aceleradora y del efecto sobre la velocidad de despegue.
Efecto del viento en
la distancia de despegue
Durante el despegue la
aeronave puede encontrarse con diferentes condiciones de viento, pero
las que afectan la distancia de despegue son los vientos de frente y
los vientos de cola.
Si la aeronave se
encuentra con un viento de frente al despegar, esta condición es
deseable, ya que permite a la aeronave alcanzar la velocidad
verdadera de despegue a una velocidad absoluta (con relación al
terreno) menor. O sea con una componente de viento de frente la
distancia de despegue es menor. Con viento de cola la distancia
requerida de despegue será mayor.
Efecto de la pendiente
de pista
Cuando una aeronave se
desplaza en su carrera de despegue sobre una pista con pendiente, el
peso de la aeronave tiene una componente horizontal que es paralela a
la pista. Esta componente del peso se suma a la fuerza aceleradora
durante un despegue cuesta abajo y si el despegue se efectúa cuesta
arriba la componente se suma a la fuerza de resistencia al avance.
El valor de la componente
horizontal del peso, está en función directa con la pendiente de la
pista.
El efecto exacto de la
pendiente está en función de la relación de la tracción y al peso.
En una aeronave con alta relación tracción/peso, el efecto de la
pendiente sobre la distancia de despegue es menor, comparado con una
aeronave de menor relación tracción/peso; lo cual es debido que la
componente a lo largo de la trayectoria es un porcentaje mayor cuando
la tracción es menor y esta afecta más a la fuerza aceleradora resultante.
Una pendiente de pista se
expresa en términos de pendiente positiva si la misma se encuentra
cuesta arriba y se llamara pendiente negativa cuando se
encuentre cuesta abajo. Para determinar el porcentaje de pendiente se
calcula con la diferencia de ambas cabeceras entre la longitud total
de la pista.
Efecto de la velocidad
de despegue
La velocidad de despegue
indicada en el manual de vuelo de una aeronave es la velocidad mínima
con la que la aeronave puede volar con seguridad. Cuando se efectúa
el despegue a una velocidad inferior a la adecuada, puede provocarse
un desplome o que la velocidad ascensional sea demasiado baja en un
principio. Como la velocidad es inferior, se requiere un ángulo de
ataque demasiado grande y en algunos casos la aeronave no podrá
sostenerse a este ángulo y fuera del efecto
tierra, podrá despegar pero no ascender.
Si la aeronave alcanza en
tierra una velocidad excesiva, la velocidad ascensional es mayor en
un principio, pero se aumentará apreciablemente la distancia de
despegue.
Efecto de la altitud
densimetrica
La altitud densimetrica o
altitud densidad, es la altitud en la atmósfera estándar que
corresponde a un valor determinado de densidad de aire. El cálculo
de la elevación densimetrica requiere de consideración de la
presión (o altitud presión) y de la temperatura existente fuera de
condiciones de atmósfera estandar (ISA).
La variación de la
altitud densimetrica afecta el rendimiento del despegue, un aumento
en la elevación densimetrica aumenta la velocidad verdadera de
despegue y disminuye la tracción, así como la fuerza aceleradora
resultante.
Una aeronave para una
configuración fija, requiere una determinada presión dinámica para
despegar al ángulo de ataque y coeficiente de levantamiento
conveniente para el despegue, lo mismo cuando opera al nivel del mar
que cuando opera a una elevación mayor; o sea, que para una
elevación mayor la aeronave seguirá despegando a la misma velocidad
indicada; sin embargo, la velocidad verdadera será mayor a mayor
elevación, para que el aumento de velocidad contrarreste la
disminución de la densidad del aire.
La altitud densimetrica
afecta también a la tracción producida por los motores. Un aumento
de la elevación produce una disminución de la potencia disponible
en los motores recíprocos no sobrealimentados, mientras que en los
motores sobrealimentados, la potencia disponible aumenta ligeramente
hasta alcanzar la altitud critica.
De lo anterior resulta
que el efecto de la altitud densimetrica sobre el despegue depende
del tipo del grupo moto propulsor y de la relación tracción/peso.
En
la próxima entrada, veremos las Distancias declaradas: TODA(Take
Off Distance
Available), TORA (Take Off Run Available) y
ASDA (Accelerate Stop Distance Available) y su interacción con las
Velocidades de operación y las pistas balanceadas.
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