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15/12/2009

La Física del Globo. ¿Por Qué Vuelan los Globos?

Hay dos tipos principales de globos, el de aire caliente y el de gas, pero se están incorporando otros tipos de globos híbridos denominados “Rozier”, los cuales mezclan ambos sistemas.


¿POR QUE VUELAN LOS GLOBOS?:

La física de vuelo de globo está basada en los principios de dinámica de los fluidos y teoremas asociados. Debemos de pensar en el vuelo de globo, usando el concepto de flotabilidad. En la física, la flotabilidad es la fuerza ascendente de un objeto producido por el fluido circundante (por ejemplo, el líquido o el gas) en el cual dicho objeto está totalmente o parcialmente sumergido, debido a la diferencia de presión del fluido entre la parte superior e inferior del objeto.

El empuje ascendente es igual al peso del volumen de fluido desplazado por el objeto. Esta fuerza permite al objeto flotar o al menos parecer más ligero. Un globo se mantiene en el aire cuando el empuje ascendente obtenido por el gas del interior es igual o superior al peso del globo.


Fuerzas En El Globo

Para obtener la sustentación necesaria para el vuelo, el aire dentro del globo es calentado, lo que hace que el aire se expanda, haciéndolo por tanto menos denso. Una vez que el aire interior pesa menos que el aire de la atmósfera, el globo se eleva hasta alcanzar una altura donde la densidad del aire interior es igual a la densidad de aire exterior.

Cuanta mayor diferencia de calor entre el aire dentro del globo y el aire exterior, más rápido asciende el globo. El aire caliente se pierde a través de la tela, las costuras, y el puerto de deflación. El calor también es perdido por la radiación, siendo sólo las telas más recientes (casi herméticas) las únicas que evitan este fenómeno. Para compensar la pérdida de calor, el vuelo prolongado es posible sólo si se lleva combustible a bordo para producir calor.


Calentando El Aire De Un Globo

La temperatura interna del aire en el globo es aumentada o reducida para cambiar de altitud. Si queremos ascender, debemos calentar el aire para aumentar su temperatura, mientras que para descender se debe permitir al aire del globo enfriarse. La refrigeración del globo se consigue permitiendo al aire caliente escaparse por un puerto de ventilación situado en la parte superior del globo. Este puerto, se cierra y sella automáticamente cuando no está en uso.

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10/12/2009

Los Estabilizadores Horizontales "Canards"

El diseño de Canard introduce el concepto de dos superficies de sustentación, siendo el Canard la superficie que funciona como un estabilizador horizontal localizado delante de las alas principales. En esencia, el Canard es una superficie sustentadora similar a la superficie horizontal del diseño de cola convencional, pero la diferencia es que el Canard en realidad crea sustentación y por tanto provoca el elevamiento del morro, a diferencia del diseño de estabilizador horizontal en la cola, el cual ejerce una fuerza hacia abajo sobre la cola para impedir que el avión pique.

El diseño del Canard se remonta a los inicios de la aviación, siendo utilizado por los hermanos Wright en el “Wright Flyer”. Recientemente, la configuración de Canard ha recuperado popularidad y se ha incluido en el diseño de alguno de los aviones más modernos.


Foto de Canards

El diseño Canard incluye dos variantes. Una variante formada por una superficie horizontal de aproximadamente el mismo tamaño que un estabilizador horizontal de cola normal, variando el ángulo de ataque en bloque (es decir, rota toda la superficie) e incluso permitiendo una deflexión asimétrica para proporcionar estabilidad longitudinal, y otra variante con una superficie del mismo tamaño aproximado pero con un alerón en la superficie de salida (la única parte móvil del Canard).

Teóricamente, el Canard es considerado más eficiente que el estabilizador tradicional de cola porque proporciona sustentación positiva (por situarse en el morro) y por tanto colabora a la sustentación del avión, permitiendo un mayor peso al despegue.


Canards de los Eurofighters

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01/12/2009

La Estructura del Ala

Las alas son superficies sustentadoras conectadas a cada lado del fuselaje y es la estructura sobre la que se apoya el aeroplano en el vuelo. Hay numerosos diseños de ala, tamaños, y formas usadas por varios fabricantes. Cada uno cubre una cierta necesidad que depende del funcionamiento esperado para el avión diseñado.

Las alas pueden ser conectadas en la parte alta, media, o la parte inferior del fuselaje. El número de alas también puede variar. Los aeroplanos con un único juego de alas se denominan monoplanos, mientras que los que llevan dos juegos se denominan biplanos.

Las partes principales estructurales del ala son los largueros (spar), las costillas (ribs), y los larguerillos (stringers).


Estructura del Ala

Las costillas de ala determinan la forma y el grosor del ala. Distribuyen los flujos de cargas a lo ancho del ala además de proporcionar rigidez a la estructura.

Los largueros tienen como misión principal conectar toda la estructura a lo largo de ésta, y proporcionar y a su vez limitar los efectos de la flexión y la torsión alar. Suele ser una pieza única (a diferencia de los larguerillos) y sobre él se fijan las costillas.

Los larguerillos son pequeñas vigas, cuya función es dar forma al ala y, trabajando tanto a tracción como a compresión, limitar (ayudando al larguero) los efectos de flexión y torsión alar.

La piel (skin) del ala, proporciona una superficie uniforme y suave al ala. Se apoya sobre el resto de elementos y mantiene estanco el interior del ala.

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Nueva Regulación de la FAA Sobre la Formación de Hielo en las Alas

A partir del 30 de enero de 2010, a todo avión contaminado con hielo pulido sobre alas, así como en el estabilizador y las superficies de control le será prohibido el despegue según la norma editada el 30 de noviembre por la FAA.

Originalmente, la norma JAR Part 91 (subparte F), junto con las específicas tanto de aviones ligeros (JAR 23.125 y JAR 23.135) como de aviones de transporte (JAR 25.125 y JAR 25.135) permitían el despacho de los vuelos con hielo en las alas previa realización de trabajos de pulido de éstas para conseguir una superficie suave y aerodinámica (siempre de acuerdo a las normas y estándares que publicase cada uno de los fabricantes de aviones). Mediante la nueva norma, se prohíbe terminantemente el despacho del vuelo salvo que se elimine totalmente la escarcha y el hielo que se forma en las alas.

Dicha norma surge debido a que ninguno de los fabricantes de aviones ha realizado una norma o procedimiento para la realización del pulido del hielo con límites de espesor y de acabado, quedando demostrado que cada uno de los operadores realizaba dicha labor de acuerdo a su mejor criterio.

Desde ahora en adelante, para poder dar salida a un avión, éste deberá evitar la formación de hielo, siendo las únicas alternativas: el deshielo previo a la salida por líquido anticongelante, cubrir las alas para evitar la congelación o disponer de un hangar donde introducir las aeronaves durante la noche.




Esta nueva norma se prevé que afecte al menos a 57 operadores y 188 aeronaves, y genere un gasto para las aerolíneas de al menos 164.000$ durante los próximos 9 años.

Sin embargo dicha medida aunque engorrosa y costosa es beneficiosa para las aerolíneas. Una reducción del hielo en las alas significa una superficie aerodinámica, más sustentación por kilo de combustible consumido y por tanto una reducción de coste por hora de vuelo. Dicho ahorro ha sido valorado por la FAA en 980.000$ para el mismo período de 2009-2018.

En resumen, la medida ha caído a plomo sobre las aerolíneas debido al coste de adquisición de los elementos necesarios, sin embargo proporciona tanto beneficios económicos a los operadoras como mejoras en el nivel de seguridad de la aeronavegación, y éste es un punto clave sobre el que trabaja la FAA.

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