La Aerodinámica es la ciencia que estudia las leyes que regulan el movimiento del aire y las reacciones que se originan sobre cualquier cuerpo situado dentro de él. Un cuerpo fuselado reduce dichas reacciones. Aeronave: toda máquina que puede sustentarse en la atmósfera por las reacciones del aire, que no sean las reacciones del mismo contra la superficie de la tierra o agua, y con capacidad de carga que puede moverse a través del aire, sustentada por su propia fuerza ascensional o por la acción dinámica del aire contra sus superficies. La clasificación de las aeronaves puede realizarse en: ➔ Aerostatos: son más ligeros que el aire como los globos o dirigibles y deben su fuerza ascensional al gas que se les introduce. ➔ Aerodinos: son más pesados que el aire y tienen sustentación aerodinámica. Pueden ser: • De alas fijas (avión o aeroplano): − Aviones sin motor como el planeador o velero y el ala delta. − Aviones con motor como los de émbolo y reacción. • De alas giratorias (giroavión y giroplano) como el autogiro Juan de la Cierva o los helicópteros. Es un avión con un motor y una hélice convencionales, y un rotor de gran tamaño que no está conectado al motor, sino que gira automáticamente con el movimiento hacia delante del avión. • Convertiplanos que tienen giro de empuje a 90° y despegue vertical. • De alas batientes como el ornitóptero. Aernoave: cualquier vehículo capaz de navegar por el aire o, en general, por la atmósfera de un planeta. Avión o aeroplano: aerodino propulsado por motor que debe su sustentación en vuelo principalmente a reacciones aerodinámicas ejercidas sobre superficies que permanecen fijas en determinadas condiciones de vuelo. Los aviones se clasifican como grandes cuando tienen una Masa Máxima Certificada (M.M.C.) de despegue superior a 5.700 kg y como pequeños, cuando tienen una Masa Máxima Certificada de despegue igual o inferior a 5.700 kg. La cabina en diversos medios de transporte es el espacio reservado al piloto, al conductor y al personal técnico. También, de modo generalizado, se puede referir al espacio utilizado por los pasajeros. Aviónica de a bordo: expresión que designa todo dispositivo electrónico y su parte eléctrica utilizada a bordo de las aeronaves, incluyendo las instalaciones de radio, los mandos de vuelo automáticos y los sistemas de instrumentos. Comandante de aeronave o piloto al mando: piloto responsable de la operación y seguridad de la aeronave durante el tiempo de vuelo. La posición de comandante establece la numeración de los diferentes elementos en una aeronave que, normalmente, se encuentra sentado a babor. Copiloto: piloto titular de licencia que presta servicios de pilotaje sin estar al mando de la aeronave, a excepción del piloto que vaya a bordo de la aeronave con el único fin de recibir instrucción de vuelo. Auxiliar de a bordo o tripulante de cabina de pasajeros: miembro de la tripulación que, en interés de la seguridad de los pasajeros, cumple con las obligaciones que le asigne el explotador o el piloto al mando de la aeronave, pero que no actuará como miembro de la tripulación de vuelo. Según el Principio de Bernouilli aplicado a un perfil de ala, el aire a través del extradós del ala, desde el borde de ataque al borde de salida, llega al mismo tiempo que el aire a través del intradós. La mayor velocidad sobre el extradós produce una depresión en el mismo. La menor velocidad sobre el intradós produce una sobrepresión en el mismo. Esta diferencia de presión entre extradós e intradós produce la fuerza aerodinámica que da lugar a la sustentación (o fuerza sustentacional). Página 1 de 15 Las fuerzas a que está sometida una aeronave en vuelo son: Fuerzas Aerodinámicas – Sustentación (lift): fuerza producida por una aeronave moviéndose a través del aire y que es perpendicular a la trayectoria de la aeronave. – Resistencia (drag): fuerza producida por una aeronave moviéndose a través del aire y que es paralela a la trayectoria de la aeronave y en sentido opuesto. Fuerzas Propulsivas – Empuje (thrust): fuerza proporcionada por los motores a reacción o hélice de una aeronave, que la desplaza hacia delante a través del aire. Fuerzas Gravitatorias – Peso (weight): fuerza producida por la atracción gravitatoria de la Tierra. Su dirección y sentido es vertical hacia el centro de la Tierra. Momento de cabeceo (pitch): movimiento del avión alrededor del eje transversal del mismo. Momento de balance, balanceo o alabeo (roll): movimiento del avión alrededor del eje longitudinal del mismo. Momento de guiñada (yaw): movimiento del avión alrededor del eje vertical del mismo. Componentes básicos (estructura) de una aeronave: fuselaje, alas/planos, empenaje de cola y tren de aterrizaje. La velocidad del sonido en el aire a nivel del mar y a una temperatura de 20 grados Celsius (MACH en referencia a Ernst Mach) es aproximadamente: 343 m/s o 1,235 km/h. Velocidad Información Subsónica < MACH 0,75 Transónica 1,20 > MACH ≥ 0,75 Supersónica 5,0 > MACH ≥ 1,20 Verdadera Velocidad de la aeronave con relación al aire Página 2 de 15 Fuselaje El fuselaje es un entramado-soporte que debe estar aislado térmicamente y ser hermético para su presurización. El más común es en cáscara. Consta: Una/s viga/s longitudinal/es conformando el “suelo” de cabina, constituyendo un punto de anclaje para las distintas partes en una aeronave. Cuadernas verticales montadas perpendicularmente desde el morro a la cola de la aeronave (suelen ser aros de una sola pieza de aleación). Largueros horizontales sobre las cuadernas que se sitúan alrededor de todo el perímetro del fuselaje. Exteriormente está cubierto con paneles de revestimiento unidos con remaches o pegados al entramado. Interiormente se dispone de los soportes para anclar los portaequipajes, aislantes térmicos y acústicos, asientos… Se ubican: la cabina de mando, la cabina de pasajeros, las bodegas de carga y las puertas. En el pedestal central de la cabina de mando, cabina de vuelo o cabina de pilotaje (cockpit), entre otros elementos, están situados los mandos de gases o aceleradores de los motores (throtles), que se desaceleran hacia atrás, y las válvulas principales de corte de alimentación de combustible. En la mayoría de las aeronaves comerciales, una puerta separa la cabina de vuelo de la cabina de pasajeros que, generalmente, es acorazada y puede contar con un sistema de seguridad que obliga a marcar un código en un panel del exterior de la puerta para que la tripulación, desde el interior, admita o deniegue la entrada. Dependiendo del modelo, las cabinas disponen de una o más ventanillas que pueden ser abiertas mientras la aeronave está en tierra. También, puede haber una trampilla de escape que se puede abrir desde el exterior para la evacuación de la tripulación. Galley: zona de una aeronave sin puertas (cortinas), por razones de seguridad, para preparar y llevar alimentos y bebidas. Normalmente, es donde se sitúan los asientos de la tripulación. Sobre las filas de asientos en la cabina de pasajeros están situados los portaequipajes (bins). Los asientos de los pilotos se desplazan por unas guías hacia atrás y los cinturones de seguridad suelen ser de cuatro bandas y cierre central. En caso de necesidad, para evacuar al piloto debemos desplazar el asiento que dispone de una palanca en la parte posterior del apoyabrazos. Son más difíciles de ajustar que los de pasajeros. Los asientos de los pasajeros son integrales, ajustables, están sujetos al piso de la aeronave y equipados con cinturones de seguridad. Algunos modelos de aeronaves disponen de airbags en los cinturones de seguridad. El sistema de disparo asociado suele estar contenido debajo del asiento y, formado por un cilindro de gas comprimido (hasta 7.400 psi = 510 bar) y un módulo electrónico (con batería) que es independiente de la potencia de la aeronave. Dicho módulo electrónico dispone de un acelerómetro que pone en marcha el sistema ante una desaceleración súbita. No intentar desactivar el sistema del airbag (esto debería realizarse por personal experto). Si debemos cortar un cinturón de seguridad, lo haremos por la sección delgada. No obstante, el sistema no se desplegará si se hace por la sección gruesa. Las bodegas de carga pueden presurizarse, climatizarse, facilitar el acceso a la tripulación, disponer de detectores de humo o incendios, sistemas fijos de extinción… Por lo general, las bodegas en las aeronaves de pasajeros van en el lado de estribor. El número y tamaño varían según los modelos y dimensiones de las aeronaves. Las bodegas de carga se clasifican (Doc 9481 - AN/928): Clase A. La presencia del incendio puede ser descubierta fácilmente y cualquier parte del compartimento es de fácil acceso en vuelo. Clase B. Dispone de un detector de humo o incendio y permite un acceso suficiente a la tripulación en vuelo para que alcance cualquier parte del compartimento con un extintor manual. Página 3 de 15 Clase C. No cumple con los requisitos de las clases A y B, pero cuenta con un detector de humo o incendio y dispone de un sistema extintor de incendios que se puede accionar desde el puesto de pilotaje con medios para dominar la ventilación y las corrientes de aire dentro del compartimento. Clase D. Un incendio se puede acotar por completo sin poner en peligro la seguridad de los ocupantes, disponiendo de medios para controlar la ventilación y las corrientes de aire. Clase E. Dispone de un detector de humo o incendio, medios para obturar la ventilación hacia el interior del compartimento de pasajeros y las salidas de urgencia para la tripulación son accesibles en cualquier situación. Las aeronaves de pasajeros suelen disponer de bodegas de carga de las clases A y B en las cabinas de pasajeros y de las clases C y D, debajo de las cabinas de pasajeros y en las colas, dependiendo del tipo y dimensiones de la aeronave. El accionamiento de las puertas de las bodegas de carga puede ser hidráulico, eléctrico o manual, aunque todas van dotadas de algún dispositivo mecánico de apertura manual desde el exterior. Las más grandes se accionan de forma hidráulica o eléctrica y suelen abrir hacia afuera, mientras que las más pequeñas se denominan bodega de paquetería (bulk cargo), operan manualmente y suelen abrir hacia adentro. Generalmente, las puertas del lado de babor (puertas L) suelen utilizarse para embarque y desembarque del pasaje, y las del lado de estribor (puertas R o galley) para el servicio de catering… aunque alguna aeronave puede tener un único acceso. Generalmente, su número es igual en ambos lados. La forma de accionarlas varía de unas aeronaves a otras: hacia adentro, hacia afuera, hacia abajo, de forma manual o automática mediante energía eléctrica o hidráulica… La presurización de la cabina se realiza apoyando la puerta en su marco interior y hacia afuera de forma que se asegura su hermeticidad. No se debe obstaculizar nunca la apertura de una puerta, ya que la rampa de evacuación puede estar armada. Habitualmente, las aeronaves con acceso por su parte posterior llevan escaleras integradas desplegables que pueden extenderse desde el exterior mediante sistema hidráulico. EASA, a través de sus regulaciones, establece que todas las aeronaves en las que las salidas de emergencia se encuentren a más de 1,8 m de altura deben contar de forma obligatoria entre otras cosas con toboganes de evacuación que faciliten la salida de la aeronave en situaciones de emergencia. Las puertas de emergencia, escotillas o vías de escape se diferencian de las puertas para embarcar/desembarcar en que son más pequeñas, utilizándose exclusivamente en caso de emergencia. Además, suelen estar marcadas con señalización, líneas o colores que contrastan con el color del fuselaje. Generalmente, la tripulación tiene sus propias vías de escape a través de escotillas en el techo u otras salidas desde la cabina del piloto como las ventanillas. Algunos modelos de aeronaves tienen sistemas para la evacuación de los pilotos mediante cables de acero. Muchas aeronaves incorporan un sistema de desarme de rampa que actúa al abrir la puerta desde el exterior. Otras aeronaves llevan un visor en la puerta que permite ver la luz de presión residual en el interior de la cabina que, en el caso de que se encuentre encendida, no debe abrirse la puerta. El SSEI ante una puerta actuará siempre como si estuviera armada. Las ventanillas de las aeronaves son de un material plástico muy resistente y están completamente fijas. Los puntos de penetración son accesos a través de las cuadernas y vigas que nos indican las zonas libres de conductos, cables, largueros, cuadernas, muebles… para facilitar el corte. No todos los aviones llevan este tipo de marcas (líneas discontinuas) debido a que las autoridades nacionales de aviación civil de los distintos países manejan diferentes normativas. En caso de incendio en el interior de una aeronave, al tener un fuselaje aislado térmicamente se alcanza en poco tiempo una elevada temperatura. Tanques de combustible: Flexible: construido de algún tipo de goma o caucho, situándose tanto en las alas como en el fuselaje. Habitualmente, se emplea en los aviones pequeños. Rígido o semirrígido: construido con aluminio o duraluminio. Los depósitos están equipados con drenajes y válvulas de expansión ante sobrepresiones, así como de un sistema llamado “dumping” que permite arrojar combustible en caso de aterrizaje de emergencia para minimizar el riesgo de incendio. Los depósitos están repartidos de forma simétrica respecto a su eje longitudinal, son independientes, están intercomunicados, suelen estar en un espacio previamente calefactado y suelen ubicarse en las alas y en la parte central inferior del fuselaje. La distribución del combustible se realiza por bombas mecánicas o eléctricas a través de conducciones de Ø 5-50 mm. El aprovisionamiento se efectúa por la boca del tanque o por presión. Página 4 de 15 MATERIALES Duraluminio: aleación de aluminio (95%), cobre (4%) y magnesio (1%) que funde a una temperatura de 503-540 °C con una capa de aluminio puro en su superficie. Facilita la penetración en la aeronave, resiste bien la corrosión por aire/agua, es un buen conductor eléctrico y tiene un bajo coeficiente de expansión. Acero: aleación de hierro con carbono y otros componentes que confieren propiedades específicas (inoxidable, dieléctrico, alta resistencia…). En las aeronaves, se emplea un acero de gran resistencia y tenacidad que funde a temperaturas próximas a los 1.500 °C (que normalmente no se alcanzan en un incendio de aeronave) pero algunos de sus componentes empiezan a perder propiedades a partir de los 600-700 °C. Puede producir chispas durante un accidente aéreo. Magnesio: metal muy ligero usado en estructuras metálicas, pudiéndose encontrar en forma de aleaciones de aluminio y níquel formando parte del tren de aterrizaje (aros de cierre, llantas…), asientos (junto con plástico)… El magnesio funde a 680 °C y tiene una temperatura de ignición entre 2.000-3.000 °C. Titanio: metal ligero que funde a 1.800 °C y presenta alta resistencia mecánica, térmica y corrosiva. Composite: nombre genérico a la combinación de una resina epoxi (ligante) con distintos elementos de armado como fibra de carbono, grafito, vidrio, boro, aramida o una combinación de varios de ellos. Las fibras de carbono son invisibles y pueden estar presentes en el humo de un incendio, siendo muy peligrosas cuando su diámetro es menor de 3 micras (µm). Al romperse el composite puede formar bordes muy afilados, producir gases muy tóxicos por encima de 400-500 °C y comprometer su resistencia estructural (¡precaución con ciertos paneles del suelo!). Ejemplos: Kevlar® (resina epoxi y fibra de carbono) y plásticos reforzados (fibra de vidrio con algún polímero). Plásticos, textiles y maderas. Los plásticos termoformados y termoplásticos están presentes en el interior de las cabinas junto con el aislamiento plástico o de PVC (PolyVinyl Chloride, policloruro de vinilo) de los cables eléctricos. Los textiles y las maderas tienen puntos de ignición bastante bajos a pesar de los tratamientos de ignifugación. Página 5 de 15 Alas/Planos y otros elementos aerodinámicos Las alas o planos propician la sustentación de la aeronave, soportan su peso total en el aire y, en muchos casos, el peso del combustible y los motores. Generalmente, están constituidos por: Un/os larguero/s longitudinal/es que soporta/n esfuerzos de flexión y de torsión (componente principal). Costillas transversales unidas a los largueros que dan forma y transmiten la carga del revestimiento a los largueros. Ambos elementos (largueros y costillas) determinan una especie de cajón hueco que es donde se ubican los depósitos de combustible. Larguerillos longitudinales que transmiten la carga soportada por el revestimiento a las costillas del ala. El encastre es la parte del ala que está unida al fuselaje, mientras que la punta es el extremo del ala más distanciado del fuselaje. El revestimiento es un conjunto de planchas y paneles unidos y sujetos a la estructura por remaches u otros medios. Las superficies de control primarias permiten al piloto conseguir el equilibrio del avión: Timón de profundidad (elevator): controla el movimiento longitudinal de cabeceo. Podemos encontrar más de uno, identificados como interior, exterior, babor, estribor, central… EMPENAJE DE COLA Timón de dirección (rudder): controla el movimiento de guiñada. El modelo normal de empenaje de cola consta de dos superficies básicas (horizontal y vertical) que tienen secciones fijas para proporcionar estabilidad (estabilizador horizontal y estabilizador vertical o de cola) y secciones móviles para controlar los movimientos de vuelo (timón de profundidad o elevador y timón de dirección). A veces, el estabilizador horizontal y el timón de profundidad se pueden mover en conjunto. La estructura y construcción de los estabilizadores es similar a la de las alas. Alerones: se encargan de controlar el movimiento de balance, balanceo o alabeo en vuelo mediante una deflexión (desviación de la dirección) de manera asimétrica (un alerón hacia arriba y otro hacia abajo), consiguiendo que la aeronave gire sobre su eje longitudinal. De esta forma, se realizan giros laterales sin consumir una elevada cantidad de combustible y en un espacio reducido. Tipos de alerones en el ala: ▪Alerón de baja velocidad: usado para realizar giros con la aeronave bajo Mach. ▪Alerón de alta velocidad: usado para realizar giros con la aeronave a Mach de crucero. Básicamente, las superficies de control secundarias son: Trim tabs o tabs de compensación: pequeñas superficies de control situadas cerca del borde de salida del timón de profundidad, timón de dirección y/o alerones que se deflectan (desvían) en la dirección opuesta al control primario, del cual forma parte, y consiguen llevar a la posición deseada al control primario sin esfuerzo. Dispositivos hipersustentadores: usados durante el despegue o el aterrizaje para que la aeronave mantenga condiciones de vuelo seguras a bajas velocidades. Para lograrlo hay varias técnicas (aumentar la superficie de ala, aumentar el coeficiente de sustentación del ala, aumentar el coeficiente de sustentación máximo del ala…) que permiten incrementar la fuerza total de sustentación a una velocidad dada. La deflexión de estos dispositivos incrementa la resistencia de la aeronave, pudiendo ser pasivos (mediante una modificación de geometría) o activos (mediante la inyección de energía al aire). Así, geométricamente: ▪Slat: dispositivo en el borde de ataque que permite que aparezca en él una ranura para insuflar aire a gran velocidad sobre el extradós del perfil (▲V →▼P), pudiendo alcanzar mayores ángulos de ataque sin entrar en pérdida. ▪Flap Krüger: dispositivo hipersustentador pasivo complejo del borde de ataque. ▪Flap (aleta): dispositivo hipersustentador pasivo del borde de salida. ▪Flap de 3 partes interior del borde de salida. ▪Flap de 3 partes exterior del borde de salida. Página 6 de 15 Flap sencillo: generalmente, utilizado en aeronaves pequeñas. Flap de intradós: generalmente, utilizado en bimotores de pistón. Flap Fowler: generalmente, utilizado por una gran variedad de aeronaves turboprop y algunos jets. Flap ranurado (slotted): generalmente, utilizado en aeronaves jet. Flap zap: generalmente, utilizado por aeronaves medianas como turboprops y algunos pistones. Flap Krueger (también se le conoce como slat): generalmente, utilizado por aeronaves pesadas. Turboprops son la solución económica para distancias cortas de 3 a 4 horas de vuelo. Disponen de 2 a 10 asientos y la cantidad de equipaje se limita a 15 kg por persona. Además de los sistemas (principal y secundario), existen unos sistemas especiales en las aeronaves de altas prestaciones: Spoiler (rompedor, aerofreno o freno aerodinámico): elemento usado para destruir la sustentación del ala durante el aterrizaje impidiendo que la aeronave vuelva al aire de nuevo al tocar suelo y al rodar en pista. También, permite descender rápidamente a un nivel de vuelo donde la presión sea la adecuada, “rompiendo” la sustentación del avión, cuando la cabina se descomprime y apoyando a los alerones en los giros (deflexionándose ligeramente). Spoilers-frenos internos. Motores orientables. Inversores de empuje o reversa: compuertas en la parte trasera de los reactores que redireccionan los gases de salida o escape hacia delante consiguiendo el efecto de empuje hacia atrás, decelerando la aeronave durante el aterrizaje e incrementando la frenada. Paracaídas: elemento que despliegan algunos aviones de combate durante el aterrizaje, disminuyendo la distancia de pista necesaria. Dispositivo de punta de ala o aleta (wingtip) : forma geométrica instalada en el extremo del ala cuya misión es reducir la resistencia inducida del ala creada por la conexión entre intradós y el extradós. La distribución de sustentación a lo largo del ala no es uniforme y se produce un fenómeno de barrido de aire hacia la punta del ala provocando la formación de torbellinos en la punta de ala. Esto genera en el ala que se transfiera energía cinética, en forma de torbellino, al aire consumiendo energía. El winglet reduce este fenómeno, pero genera un elevado momento flector (fuerza) en el encastre del ala. El ala baja es más común en aviones grandes de transporte comercial debido a su interferencia mínima con la cabina de pasajeros, pues el ala no atraviesa el fuselaje por la zona de las bodegas. El ala alta permite que el fuselaje se encuentre más cercano al suelo, lo que facilita la carga y descarga, pero necesita un tren de aterrizaje más bajo que genera problemas de espacio en su recogida. El ala media apenas se utiliza en la aviación comercial debido a que reduce el volumen útil del fuselaje. El ángulo de incidencia tanto para el ala como para la cola es el ángulo que forma la línea de referencia del perfil (ala o cola) con la línea de referencia longitudinal. Decalaje: diferencia angular entre las incidencias de ala y de cola para mejorar las características de control de la aeronave. Página 7 de 15 Página 8 de 15 Motores Dentro del grupo de motores de una aeronave podemos distinguir los motopropulsores (el motor por sí solo proporciona una energía capaz de mover a la aeronave como el motor de reacción) y el grupo motopropulsor (además del motor se precisa de otro elemento -propulsor- que transforme la energía suministrada por el motor capaz de mover a la aeronave como la hélice). La turbina convierte la energía cinética de un fluido en movimiento (agua, vapor, aire o gases calientes) en energía mecánica mediante el movimiento de ese fluido hacia el rotor que está conectado a un dispositivo que realiza un trabajo útil. Las turbinas movidas por vapor son usadas para la generación de electricidad. La turbina de avión genera calor y gas presurizado por la combustión de un combustible en un espacio confinado. El gas, en el proceso de escape desde el motor, hace que la turbina haga trabajar al compresor para comprimir el aire que entra al motor. Los gases calientes comprimidos salen del motor a alta velocidad, generando la fuerza o empuje que mueve a la aeronave hacia adelante. La turbina de aeronave es, a veces, denominada motor a reacción porque ejemplifica la 3ª Ley de Newton: “para cada acción hay una igual pero de sentido opuesto”. En este caso, la acción es la expulsión del gas de escape caliente de la parte trasera de la turbina y la reacción es el empuje impartido al motor, fuerza que el motor transmite al resto de la aeronave. La turbina consta de tres secciones, cada cual con una función diferente: • La sección de compresión introduce y comprime aire del ambiente, entregando aire comprimido a la sección de combustión. • En la sección de combustión, el combustible es continuamente inyectado en el aire comprimido muy caliente por medio de un conjunto de inyectores, combustionando. Así, los gases calientes de la combustión a la salida del compresor son forzados a penetrar a alta presión en la sección de la turbina. • La sección de la turbina contiene el estátor y el rotor, con una serie de álabes ambos. Los álabes del estátor son estacionarios y aceleran el flujo de gas que entra sobre los álabes del rotor conectado por un eje al compresor, moviendo la turbina y, por consiguiente, el compresor. Finalmente, la mezcla de gases calientes de combustión es acelerada a través de una tobera en la parte trasera de la turbina, empujando a la aeronave. La combinación de una turbina, el compresor que acciona y el eje de conexión se llama spool. Las primeras turbinas tenían un spool único, llamadas turbojet. Combustión en el motor La turbina posee un encendedor que permite iniciar la combustión. Esta se mantiene por una inyección continua de combustible en una llama estable que precisa una correcta adecuación del combustible y flujo de aire a la velocidad de propagación de la llama (desde aproximadamente 0,5 m/s para una mezcla estática hasta 10-30 m/s bajo condiciones de flujo turbulento). La llama en la zona de combustión es estable solo si su velocidad de propagación es mayor que la velocidad del aire primario, pues de otra manera, la llama se apagaría. TIPOS DE TURBINA → DE TURBINA COMPRESORA Turborreactor El aire entra aspirado por las hélices de un compresor. En la cámara de combustión, el oxígeno (comburente) que entra comprimido reacciona con el queroseno (combustible). Los gases se expanden a altísimas temperaturas, saliendo por su parte posterior impulsando la aeronave hacia adelante. Al salir, hacen girar una turbina que, a su vez, hace girar el compresor delantero (para que entre más aire al motor). Ejemplo: Concorde. Las cámaras de combustión están formadas por un tubo de llama, su cárter, inyector de combustible, torbellinadores e interconectores de llama. Los compresores pueden ser centrífugos (formados por un impulsor, un difusor y un colector) y axiales (formados por ruedas de álabes que giran, denominados rotores y ruedas de álabes que no giran denominadas estátores). Las turbinas pueden ser centrípetas y axiales (las más usadas). Las toberas pueden ser subsónicas (con sección convergente y constituidas por el propio cárter, el cono de escape y los montantes de fijación) y supersónicas. Turbofan Al estar el ventilador dentro del tubo, este refrigera el turborreactor y el flujo de aire es mayor. El avance del avión se debe al empuje del ventilador y a los gases que salen por la tobera final. Se aventaja al turborreactor en ser más silencioso; por lo que, la gran mayoría de los aviones actuales lo utilizan. Es un motor de reacción de doble flujo. Ejemplo: Airbus 380. Página 9 de 15 Turbohélice (o turbopropulsor) Es un grupo motopropulsor formado por turbina de gas y una hélice. Es muy parecido al turborreactor, solo que la turbina de la parte posterior hace girar no solo al compresor, sino a la hélice delantera exterior. Así, la propulsión se debe a dos causas: a los gases que salen por la parte posterior (con poca velocidad) y al empuje de la hélice. Parte del aire llevado por las hélices va directo al corazón de la turbina mientras que el resto pasa externamente rodeando la turbina. Este by pass (desvío o derivación ) de aire provee la mayoría del empuje, aproximadamente el 85 %, mientras que los gases calientes de escape proveen solo un 15 % de empuje. Ejemplos: ATR 42/72 y DASH 8. → SIN TURBINA Estatorreactor Es un modelo más simple que todos los anteriores: un tubo abierto por ambos extremos que al entrar el aire a alta velocidad reacciona con el combustible, expandiéndose. Así, es muy ligero, sencillo, silencioso… pero presenta el inconveniente de que si la velocidad de vuelo no es muy alta, los gases pueden retroceder hacia la entrada. Se utiliza en aviones espías que vuelan en cotas muy altas y a grandes velocidades. Ejemplo: Lockheed SR-71 Blackbird. Pulsorreactor Es el mismo modelo que el anterior, solo que este incluye una válvula (o persiana), que impide el retroceso del aire. MOTORES A PISTÓN El motor de combustión interna quema el combustible en una cámara transformando la energía química contenida en el mismo, en energía mecánica. La mayoría de los motores de aviación son del tipo de pistones alternativos en los cuales un pistón se mueve de arriba hacia abajo en un cilindro. La potencia del motor es generada por la fuerza ejercida sobre el pistón por la rápida expansión de los gases resultantes de la combustión de una mezcla comprimida de aire-combustible. La potencia que proviene del movimiento del pistón se transmite a través de una biela que lo conecta al cigüeñal, el cual está acoplado a la hélice. El aire es forzado dentro del motor por el sistema de admisión. Pasa a través de un filtro que le quita el polvo y los contaminantes para que no entren al motor. Una mariposa (disco solidario a un eje) montada en la admisión, controla el flujo de aire. Cuando el piloto acciona el acelerador, el disco se inclina, permitiendo entrar más aire al motor. Así, el motor puede usar más combustible y producir más potencia para despegar o ascender. Un motor que posee la admisión de aire a presión atmosférica se dice que tiene aspiración natural. La cantidad de aire que un motor naturalmente aspirado puede ingresar es limitada por la densidad de aire local (presión barométrica) y por las pérdidas de presión en el sistema de admisión. Para que ingrese más aire al motor (aumentar la presión del aire), se suelen utilizar pequeños compresores que presurizan el aire de admisión. Hay dos maneras de impulsar el compresor, a través del cigüeñal del motor (superalimentado) o a través de una turbina movida por los gases de escape (turboalimentado). Para mantener la presión en un valor relativamente constante sobre un amplio rango de velocidades del motor se requiere cierta regulación. El turboalimentado es el preferido, ya que extrae energía de los gases de escape que se desperdiciaría, por lo tanto, es más eficiente que el sistema superalimentado, el cual toma energía del cigüeñal. Como la densidad del aire disminuye con la presión atmosférica a medida que la altura de la aeronave aumenta, cada vez menos aire ingresa a un motor naturalmente aspirado. Esto limita la velocidad máxima y altura que pueden alcanzarse. En el sistema de admisión de un motor, el aire se mezcla con una pequeña cantidad de combustible vaporizado para producir una mezcla homogénea de aire-combustible. El carburador es el más exitoso entre muchos dispositivos desarrollados para descargar la correcta cantidad de combustible en el caudal de aire de admisión. El corazón de un carburador es el Venturi (una tobera convergente-divergente). El diámetro de la tobera disminuye hasta un mínimo en la garganta y después se incrementa hacia el extremo de la descarga. A medida que el aire pasa a través del Venturi, su velocidad se incrementa hasta la garganta porque el área transversal disminuye. Cuando la velocidad del aire se incrementa, su presión disminuye, generando un vacío que fuerza al combustible a salir de la cuba del carburador a través de una pequeña boquilla. Boquillas adicionales se utilizan para enriquecer la mezcla durante la aceleración y para proveer suficiente combustible en ralentí. Uno elemental operado a mano es usado en muchos motores para enriquecer la mezcla para arranques en frío. Los carburadores no controlan el flujo de combustible con suficiente precisión para aplicaciones críticas o de altas performances. En parte es porque el control lo realiza sobre el volumen de combustible y es difícil de calibrar para cubrir todas las condiciones de operación. El segundo sistema de combustible más importante es el de inyección. Los inyectores de combustibles van montados en el tubo de admisión de cada cilindro, donde pulverizan combustible sobre las válvulas de admisión. Para enriquecer la mezcla durante arranques en frío, puede usarse un inyector adicional. Este inyector adiciona combustible al aire de admisión por un corto lapso mientras el motor toma temperatura. La primera ventaja del inyector de combustible es la mayor uniformidad en la distribución del combustible dentro de cada cilindro comparada con la carburación. Los motores de inyección también responden más rápidamente que los motores carburados cuando el piloto cambia la configuración de control. Una ventaja adicional es la eliminación del efecto de congelamiento en el carburador. Las desventajas del sistema de inyección comparado con la carburación radican en una mayor complejidad, más partes móviles, pasajes muy angostos en el inyector que se pueden obstruir y mayor tendencia al vapor lock (vapourlock), creación de burbujas de vapor de combustible en el circuito de alimentación. Los sistemas de inyección usados en aviación no son generalmente tan sofisticados como aquellos usados en motores de automóviles modernos. El sistema de una aeronave emplea una bomba de combustible movida por el motor y generalmente incluye una bomba auxiliar eléctrica, la cual impide la formación de vapor y actúa como respaldo de la bomba principal. Los filtros de combustible son instalados uno antes y el otro después de la bomba principal para remover partículas del combustible que podrían causar la obstrucción de los inyectores. En algunos sistemas, un regulador de presión de diafragma mantiene la presión y envía el exceso de combustible de vuelta al tanque. Los motores de aviación a pistón han sido construidos con diferentes configuraciones. Los motores en línea y en “V” son muy similares a los usados en automóviles. Al principio, algunos diseños separaron cilindros para reducir peso, pero los diseños posteriores usaron bloques de cilindros que eran refrigerados. La configuración radial de motores es exclusiva de la aviación. Aquí el cigüeñal está ubicado en el centro del motor y los cilindros radiales en un plano perpendicular al cigüeñal. En este diseño, cada cilindro recibe el mismo flujo de aire, por lo que la mayoría de este tipo de motores es enfriado por aire. Un temprano e interesante diseño es el motor rotativo, en el cual el bloque del motor gira alrededor de un cigüeñal fijo. Página 10 de 15 Los motores opuestos horizontalmente o “boxer” son la tercera mayor configuración. Estos pueden ser considerados un caso extremo de los motores en “V”, en donde el ángulo entre pistones es de 180 grados. Los cilindros están acostados en un plano paralelo a las alas. La mayoría de estos motores son de enfriamiento por aire. Han sido utilizados en casi todos los aviones pequeños construidos a partir de la Segunda Guerra Mundial. Los motores se numeran, mirando de frente a la aeronave, de derecha a izquierda, es decir, el motor número 1 es el motor externo de babor. El aire de un motor encendido en una aeronave parada sale a 56 °C. Página 11 de 15 Tren de aterrizaje Tren de aterrizaje principal o central (aunque en aeronaves de grandes dimensiones se considera un tren de aterrizaje independiente del principal) y tren delantero, de proa o de morro. El tren de aterrizaje es un mecanismo aerodinámico compuesto por un conjunto de ruedas, soportes, amortiguadores… que permiten los movimientos en tierra de una aeronave soportando grandes cargas. Solo el tren de morro tiene capacidad de giro. Un conjunto de tren consta de: Enclavamiento para la pata en largueros del ala o fuselaje. Uno/s amortiguador/es hidráulico/s. Freno, llanta y neumático: el freno está integrado en el eje de cada neumático. Normalmente, los frenos están instalados solo en el tren de aterrizaje principal. Están provistos de unidades de freno multidisco que constan de elementos de fricción fijos y giratorios (placas metálicas o de composite), accionados por émbolos hidráulicos y que vuelven a su posición normal por muelles de retracción. Los frenos están provistos de un sistema antideslizante que regula la frenada, evitando que la rueda se quede bloqueada y consiguiendo una mayor frenada (este sistema puede conectarse y desconectarse mediante un interruptor). Las pastillas son de carbono con tratamiento especial que permiten alcanzar temperaturas de hasta 3.000 °C en aterrizajes de emergencia o despegues abortados. El neumático suele estar formado por varias capas, inflado con nitrógeno seco y tener una válvula termofusible. En el caso de fallo del sistema hidráulico en el despliegue del tren de aterrizaje se suelen tener como alternativa otro sistema hidráulico, un sistema eléctrico, la extensión por gravedad o la extensión con manivela. Carretón: estructura que soporta las ruedas del tren de aterrizaje. El sistema de frenado de los aviones dispone de 3 sistemas independientes por si alguno de ellos fallase. El primer sistema es un sistema hidráulico que funciona mediante la presión suministrada por las turbinas, el segundo es similar al ABS de los coches y el tercero se activa en vuelo mediante una hélice. Cada tren de la aeronave se enumera independientemente, es decir, el tren de morro por una parte y el principal por otra, así como si existieran patas auxiliares. Una aeronave no puede quedar con los frenos hidráulicos activados; por ello, se ponen calzos. Al tren de morro se le puede acoplar un pin con una cinta roja que permite quitar la dirección al comandante. Página 12 de 15 Iluminación Durante la operación en el área de movimiento de los aeródromos, las aeronaves tendrán: ⇒ Luces de navegación Su objetivo es indicar la trayectoria relativa de la aeronave a los observadores e indicar las extremidades de su estructura. Consisten en una luz ROJA en la punta del ala de babor, una luz VERDE en la punta del ala de estribor y una luz BLANCA bajo el plano horizontal en la cola. ⇒ Luces anticolisión Su objetivo es indicar que los motores de las aeronaves están en funcionamiento y consisten en luces destellantes de color ROJO situadas sobre y bajo la célula o fuselaje de la aeronave. En algunos tipos de aeronaves, pueden ser BLANCAS. BLANCAS ⇒ Luces de aterrizaje Consisten en luces BLANCAS situadas en el tren de morro. ⇒ Focos de iluminación de la célula Consisten en luces de color BLANCO utilizadas para iluminar externamente el fuselaje y el timón de dirección. Página 13 de 15 Otros… La corriente eléctrica alterna (CA) se obtiene mediante unos generadores/alternadores que son accionados por los motores de la aeronave. Estos generadores producen corriente trifásica de 115 voltios a 400 ciclos por segundo (c/s) o Hertzio (Hz), y tienen una capacidad de carga de 75-90 KiloVoltAmperios (KVA). En el caso de fallo de los generadores, el inversor estático es el encargado de producir la corriente alterna a partir de la corriente continua de las baterías. La corriente eléctrica continua (CC) se obtiene a partir de la corriente alterna de la aeronave por medio de transformadores/rectificadores a 28 V y una salida a régimen continuo de 75 A. Otra fuente de corriente continua son las baterías que suelen ser de NÍquel-CaDmio (Ni-Cd) con una tensión de salida de 28 V y una capacidad de carga de 50 A/h. Además, las aeronaves están provistas de cargadores de baterías. Habitualmente, tanto las baterías como los generadores/alternadores se localizan dentro de la caja de accesorios, situada entre el motor y la carcasa exterior. Todos estos componentes se suelen encontrar bajo la cabina de mando de la aeronave. Los cables de la batería deberían desconectarse en caso de accidente. El circuito eléctrico suele estar duplicado, con lo que ante un fallo de un generador se puede seguir obteniendo energía de otro, incluso de emergencia de la turbina de aire de impacto (RAT, Ram Air Turbine). En la cabina de mando está situado el interruptor central (master) del sistema eléctrico. Casi todos los aparatos de control de la aviónica se localizan en el E&E bay (compartimento de eléctricos y electrónicos) que normalmente está situada en la parte delantera del avión debajo o delante de la cabina de vuelo. En algunas aeronaves, desde este compartimento hay acceso a la cabina de mando. Las cajas negras (Registradores de Vuelo) registran/graban las operaciones del sistema de una aeronave mediante el Registrador de Datos de Vuelo (Flight Data Recorder, FDR) y el Registrador de Voces en Cabina de Mando (Cockpit Voice Recorder, CVR). Cada caja pesa 4,5 kg y tiene un tamaño de una caja de zapatos de color rojo o naranja con bandas reflectantes. Ambas cajas se guardan en la misma carcasa y están construidas con una 1ª capa de aluminio (varias capas) para proteger los datos frente a influencias magnéticas, una 2ª capa de silicio (> 2” de espesor) para protegerlas ante las altas temperaturas (1.100 °C durante una hora) y una 3ª capa de titanio o metal inoxidable (1” de grosor) para protegerlas ante grandes presiones (6.000 metros bajo el mar durante un mes) o contra una llama de fuego. Las cajas se sitúan en la cola debido a que estadísticamente es la parte de la aeronave que mejor resiste un siniestro. Disponen de una pequeña baliza que emite una señal de radio durante 90 días antes de quedarse sin batería y que puede captarse con un radar hasta 2 km por encima del nivel del mar. El sistema hidráulico trabaja con alta presión (20-30 MPa, 200-300 Bar) producida por bombas hidráulicas situadas en las cajas de accesorios de los motores. El fluido utilizado es una mezcla de alcoholes y aceites sintéticos. Para su distribución se almacena en reservorios a alta presión que suelen estar en los alojamientos del tren principal. El fluido hidráulico no es “inflamable” pero a alta presión se pulveriza y puede inflamarse fácilmente. Actualmente, las aeronaves de pequeña masa con un solo motor de impulsión incorporan un sistema de emergencia en caso de fallo que consiste en un paracaídas que reduce la velocidad de descenso. En una intervención se tendrá en cuenta el sistema de disparo o eyección. Ante el peligro de una posible despresurización, la legislación aeronáutica exige la instalación de un sistema de oxígeno (drop out) que garantice la respiración (autonomía de 15 minutos) hasta que la aeronave descienda a cotas más bajas. Este sistema puede estar constituido por hasta 12 botellas (400-2.250 litros), aunque suelen reemplazarse algunas por generadores de oxígeno que pueden llegar a 250 °C durante su funcionamiento. Además, en los compartimentos también hay botellas de atención médica. El aire procedente del sistema neumático es necesario refrigerarlo y ponerlo a la temperatura adecuada para su posterior distribución en la cabina de vuelo y pasaje. Las aeronaves de gran tamaño suelen tener repartido por zonas el control del aire acondicionado. Las cabinas suelen estar provistas de distribución de aire general y de salidas de aire individual. El aire que se mete en cabina es aire procedente de diferentes etapas de los compresores de los motores. El aire de impacto (en inglés, ram air) se utiliza para enfriar el aire procedente del compresor, bien en los preenfriadores (precooler) o bien en la máquina de ciclo de aire. Otros subsistemas neumáticos que utilizan aire presurizado son los destinados a evitar la formación de hielo y el arranque de los motores. El hielo en los bordes de ataque de las alas puede variar el perfil aerodinámico y en las tomas de aire de los motores puede afectar a su potencia. Como líquido anticongelante se utiliza una mezcla de agua y glicol. En las aeronaves turbofan, el sistema antihielo funciona con aire caliente extraído de los compresores de los motores mientras que en los motores turbohélice, se realiza inflando fuelles que rompen el hielo. La protección contra el hielo se complementa con la calefacción eléctrica de los parabrisas y las tomas dinámicas de los indicadores de vuelo (tubos de pitot). La APU produce la energía eléctrica y las presiones neumática e hidráulica necesarias para alimentar los distintos sistemas de a bordo cuando la aeronave está en tierra, permitiendo que los motores estén apagados. Está protegida por detectores de sobre-velocidad, baja presión de aceite, sobrecalentamiento o fuego. Se puede utilizar en vuelo ante el fallo de un motor o de sus generadores eléctricos. Dispone de su propio sistema de extinción que se acciona desde la cabina del piloto, tiene un conducto de admisión de aire para el compresor y una salida de gases de turbina, y generalmente, está ubicada en la cola de la aeronave en un compartimiento propio y resistente al fuego. Su puesta en marcha y parada, incluso en emergencia, puede realizarse desde el exterior en muchas aeronaves, principalmente desde el tren de aterrizaje, e incluso de los propios motores. Normalmente, solo las aeronaves turbofan tienen APU. Habitualmente, tanto los motores como el APU utilizan queroseno como combustible (punto de inflamación de +38 °C). El ASU se conecta normalmente a la aeronave mediante una toma de anillo en la parte baja central del fuselaje. Cuando uno de los motores arranca, se retira el conector, teniendo en cuenta que para crear la suficiente presión de aire para arrancar el resto se debe acelerar hasta más de la mitad de su potencia, lo que genera gases calientes con gran velocidad. ACU (Air Conditioning Unit): climatizador. APU (Auxiliary Power Unit): unidad de potencia auxiliar. ASU (Air Start Unit/Air Supply Unit): grupo neumático para arranque de motores. GPU (Ground Power Unit): grupo electrógeno de tierra. Página 14 de 15 La detección de fuego se realiza mediante unos “loops” (detectores de líquido termosensible) que al activarse envían una señal a la cabina. Esta dispara la alarma y se enciende en rojo la llave de fuego correspondiente al motor. Al accionarla, se produce la interrupción de combustible, presión hidráulica y salida de aire, y se arman las válvulas de descarga de los extintores que hay en cada motor y que suelen tener dos descargas (izquierda y derecha). Además, las aeronaves pueden llevar detectores de humo, térmicos (en los calentadores) y sistema automático de extinción en los servicios; extintores portátiles en las cabinas del piloto y del pasaje en los portaequipajes (bin) y en los galleys; equipos de protección respiratoria (capuchas de aire); herramientas como hachas… El agente extintor utilizado es un tipo de CFC como el halón 1301 o HFC-125, aunque las últimas generaciones llevan HCF-227ea (C 3F7H), más eficaz y ligero. Dado que la altitud de vuelo de los reactores actuales dificultan la respiración, es necesario que la aeronave esté presurizada. Durante el vuelo la presión exterior sufre grandes variaciones y una válvula (outflow valve), aunque existen otras medidas de seguridad, se encarga de descargar la sobrepresión de cabina. Antes de comenzar el descenso para aterrizar, la presión es de 0,1 MPa (1 Bar). Se puede actuar desde el exterior para igualar las presiones aunque podemos despresurizar la cabina apoyando una herramienta en el marco de dentro de la puerta hacia fuera o actuando con una hacha sobre la esquina de una ventanilla. Cartas de salvamento y cartas de las características de las aeronaves. El peso máximo al despegue es el peso máximo que puede tener una aeronave de acuerdo a la legislación aplicable, al soltar los frenos en el comienzo de la pista para iniciar la maniobra de despegue. Incluye, por ejemplo, el peso estructural de la aeronave, la tripulación, el combustible y otros materiales propulsores consumibles, así como la carga de pago (pasajeros, equipaje y carga). Grado I II III IV V VI VII VIII IX Grupo de aeronaves B-744/B-747/A-340 MD-11/DC-10/DC-8-63 B-763/L-1011/IL-62/B-767/A-300/A-310/B-707/DC-8-53 B-757/TU-154 B-727/MD-80/A-321 MD-87/A-320/TU-134 DC-9/B-737/F-100/BAE-143 F-28/F-27/BAE-111 ATR-72/ATR-42/CN-235/BAE-146 Piper PA-42/Beechcraft Super King Air 300/Cessna 525 Longitud máxima (metros) 71 62 55 48 47 40 38 28 15 Envergadura máxima (metros) 65 52 48 38 34 34 30 28 17 Número máximo de asientos 400 350 300 200 170 150 120 80 --- Peso máximo al despegue + 380 Tm 160-270 Tm 130-190 Tm 95-110 Tm 75-90 Tm 50-70 Tm 20-50 Tm 7-20 Tm < 7 Tm Clasificación por estela H H H/M H/M M M M M L La estela es el rastro que deja la aeronave en su movimiento por el espacio aéreo y terrestre, y que determina la separación que debe haber entre aeronaves. Clasificación de las aeronaves por su estela H (Heavy/Pesada) Aeronaves ≥ 136.000 kg MCD M (Medium/Media) 7.000 kg < Aeronaves < 136.000 kg MCD L (Light/Ligera) Aeronaves ≤ 7.000 kg MCD MCD: Masa Certificada de Despegue Categorías de aeronaves Categoría A Categoría B Categoría C Categoría D Categoría E Categoría F Categoría H Velocidad Indicada (IA) en el Umbral < 169 km/h (91 nudos) 224 km/h (121 nudos) > IAS ≥ 169 km/h (91 nudos) 261 km/h (141 nudos) > IAS ≥ 224 km/h (121 nudos) 307 km/h (166 nudos) > IAS ≥ 261 km/h (141 nudos) 391 km/h (211 nudos) > IAS ≥ 307 km/h (166 nudos) > IAS ≥ 391 km/h (211 nudos) Helicópteros Según la configuración de la cabina de pasajeros (anchura interior del fuselaje), las aeronaves se clasifican en… Fuselaje estrecho (narrow body): dispone de un solo pasillo con hasta 6 asientos por fila. Suele permitir menos de 200 pasajeros y no suele tener acceso a la cabina de mando desde el compartimento de carga inferior. Ejemplos: A319, A320, DC9, B737… Fuselaje ancho (wide body): dispone de doble pasillo con más de 6 asientos por fila. La cabina tiene más de 4,50 metros de ancho, permite más de 200 pasajeros y tiene acceso a la cabina de mando desde el compartimento de carga inferior. Normalmente, todas las salidas de emergencia son puertas y las rampas de evacuación se desarman desde el exterior. Ejemplos: A310, A340, B767, B777… Página 15 de 15
