AERONAUTICA - Controles y estabilidad
PROBLEMA DE LA ESTABILIDAD
Un avión inestable es aquel que trata constantemente de tomar una posición distinta y que
requiere una constante aplicación de control por parte del piloto para mantener la trayectoria
de vuelo deseada. Se dice que un avión es dinámicamente estable si al ser desplazado de su
trayectoria (por ráfagas, por ejemplo, que pueden hacer bajar un ala repentinamente), se
puede determinar una fuerza tendiente a corregir el efecto de la fuerza perturbadora y que
vuelva al avión a sus condiciones previas de vuelo estable. Aunque se prefiere que los aviones
de entrenamiento y comerciales sean dinámicamente estables, es fácil comprender que un
piloto acrobático tendría dificultades en llevar a cabo s u s maniobras si su avión tendiera
constantemente a volver al vuelo horizontal. Para este tipo de vuelo especializado, donde se
desea gran facilidad para maniobrar, lo ideal es un avión neutralmente estable, llamando así
al avión que permanece en cualquier posición o actitud en que se lo coloque y requiere menos
esfuerzos, por parte del piloto, para efectuar cambios comparativamente violentos y
frecuentes en la trayectoria de vuelo.
Cuando se desarrollan nuevos modelos de aviones, generalmente se tarda algún tiempo para
eliminar todas sus fallas antes de colocarlos en el mercado. A menudo estos defectos consisten
en la inestabilidad sobre uno o más ejes. Hay varias características de diseño que pueden
mejorar la estabilidad de los aviones. Para favorecer la estabilidad sobre el eje vertical, se
construye una deriva como parte del grupo de cola, que por lo general se fija directamente
delante de la superficie de control del timón de dirección. Como en un avión monomotor el
giro de la hélice causará una reacción contraria, o sea un movimiento de torsión del fuselaje
(por cada acción hay una reacción igual y opuesta, la hélice gira en sentido horario desde la
cabina, haciendo que el avión gire en sentido contrario o antihorario), la deriva se halla
ligeramente desplazada, de manera tal que en vuelo de crucero, el avión continuará en vuelo
recto sin que la nariz tienda a girar o el fuselaje a rolar. El efecto de torsión por rotación de la
hélice (tendencia del fuselaje a efectuar un movimiento de "rolido" contrario al sentido de
rotación de la hélice), puede también ser anulado doblando ligeramente la punta de un ala
hacia arriba y la de la otra hacía abajo. Las alas en flecha (el borde de ataque en el fuselaje más
cerca de la nariz del avión que el borde de ataque en la punta del ala) mejorarán también la
estabilidad direccional. Cuando el avión es sacado de su trayectoria de vuelo y la nariz se
balancea haciendo que un ala se adelante a la otra, el borde de ataque del ala adelantada se
halla más aproximadamente en ángulo recto con respecto al viento relativo, lo que crea más
resistencia al avance, frenando el ala adelantada y, en consecuencia, volviendo al avión a su
curso original.
La estabilidad alrededor del eje longitudinal del avión, tendiente a mantener las alas
niveladas, se logra colocando el ala en ángulo diedro, con las puntas de ala más altas que la
raíz o punto de fijación al fuselaje. Cuando un ala es desplazada hacia abajo por una ráfaga,
por ejemplo, habrá un ángulo de ataque mayor en el ala inferior que en la superior, creándose
una mayor sustentación o fuerza correctora, que llevará al ala inferior nuevamente a su
posición primitiva de vuelo horizontal.
También se usan alas de construcción de tipo parasol. Lo mismo que el equilibrista en la
cuerda floja, levanta un parasol sobre su cabeza para equilibrarse (baja su centro de gravedad)
un ala colocada por arriba del fuselaje aumentará la estabilidad del avión.
La estabilidad longitudinal se logra utilizando un estabilizador horizontal, superficies
"compensadoras" movibles en el empenaje o ambas cosas. Como se desea que la construcción
de un avión sea sumamente liviana, el estabilizador se hace lo más pequeño posible. En
general, cuanto más largo es el fuselaje, el avión es más estable longitudinalmente. La
necesidad de un estabilizador
puede comprenderse recordando que, como el avión adopta
varios ángulos de ataque, el centro de presiones se desplaza. Cuando el centro de gravedad y
el centro de presiones están alineados verticalmente, el avión no tendrá tendencia a cabecear.
Al desplazarse el centro de presiones, se determina una fuerza desequilibradora que debe ser
contrarrestada por el estabilizador mediante presiones sobre la cola. Como el estabilizador
está colocado lejos del centro de gravedad, cualquier ligera presión ejercida sobre la cola será
tan efectiva como una gran fuerza actuando más cerca del centro de gravedad. La distribución
de la carga es un factor importante en el mantenimiento de la estabilidad longitudinal, ya que
una carga colocada muy atrás en el avión podría requerir un gran ángulo de ataque, cerca del
punto de pérdida de la sustentación, para mantener el vuelo horizontal y, si el aparato fuese
desplazado por una ráfaga, podría hacerle perder la sustentación.
Otras características de construcción, que mejoran las performances o la seguridad del avión,
incluyen dispositivos de alta sustentación tales como ranuras y flaps. Los flaps son porciones
del borde de salida del ala que pueden ser bajadas o subidas desde la cabina. El uso de flaps
aumenta la sustentación, pero también aumenta la resistencia al avance, de manera que pueda
mantenerse el control a velocidades más bajas. Permiten al avión planear en ángulos más
inclinados sin aumentar la velocidad de planeo. Esto facilita al piloto un buen control al
maniobrar para aterrizar y le permite descender aun con obstáculos. Debe tenerse cuidado en
el uso de flaps cerca del suelo, no obstante, pues al ser levantados rápidamente, se pierde en
seguida la sustentación y el avión cae. Las ranuras (pasajes abiertos en el ala, ligeramente
detrás y paralelos al borde de ataque) reducen las turbulencias sobre el ala permitiendo a los
"filetes" del aire cruzar el frente del borde de ataque (parte frontal del borde de ataque a través
de la envergadura) en grandes ángulos de ataque, y fluir cuando no debe asumirse un cambio
de dirección tan brusco. Las ranuras no afectan la función normal del ala en otras condiciones,
fuera de grandes ángulos de ataque. Hay también varios otros dispositivos, tales como
obturadores o frenos aerodinámicos, usados generalmente en planeos, que perturban la
sustentación bruscamente al afectar a la sustentación de superficie superior, y tienen
aplicación en condiciones de vuelo especiales, por lo cual sólo se ven en ciertos tipos de
aviones. El obturador tiene generalmente la forma de una superficie plana que se extiende a lo
largo de la superficie superior del ala, en forma aproximadamente paralela a la envergadura.
Cuando se levanta el obturador, el flujo del aire sobre la superficie del ala se perturba en
forma muy acentuada, y se disminuye también enérgicamente la sustentación del aparato.
El campo de la aerodinámica e investigación del vuelo, reducido hasta ahora al estudio de los
principios aplicados durante estos primeros cuarenta años de la historia del avión, sufre, en
los momentos actuales, un cambio considerable, ya que el vuelo a velocidades sónicas y
supersónicas presenta nuevos y grandes problemas, tales como los que conciernen al control y
la estabilidad del aparato, en función de la velocidad.
En la resolución de estos problemas, encarados seriamente en todo el mundo, el estudio y la
investigación diligente conducen a nuevos principios y aplicaciones de los mismos a la técnica
aeronáutica, acrecentando, de este modo, día a día nuestros conocimientos en la materia.
CUATRO ESTADOS DE SUSTENTACION
1) El avión sin aletas hipersustentadoras tendrá un ángulo de planeo muy reducido. Los
obstáculos en los alrededores de las pistas obligan a dicho avión a realizar aterrizajes a una
mayor distancia de los mismos. 2) El avión con aletas hipersustentadoras puede planear a la
misma velocidad, pero con un ángulo de planeo más pronunciado, de manera que los
obstáculos cercanos a las pistas de aterrizaje pueden ser salvados con mayor facilidad,
permitiendo que el avión efectúe aterrizajes más cerca del obstáculo. 3) El ala, bajo grandes
ángulos de ataque, presenta en el lomo desprendimientos de filetes de aire con la
correspondiente zona de torbellinos. La sustentación decae bruscamente. 4) Con el mismo
ángulo de ataque, un ala con ranuras permite una circulación de aire sin el desprendimiento
de filetes de aire.
