Enviado por
José María Rebés
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Balance, centrado de la carga (y 4) |
Fecha y hora de inicio
19/01/2013 18:21:50
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Bueno, ahora que habíamos aprendido a colgar un avión de una argolla (véase la tercera entrega) ahora hablemos un poco de la realidad, lejana a esa simplificación que nos sirvió para entender el reparto de cargas en vuelo.
Mean Aerodynamic Chord (MAC).
Nos gustan las expresiones en inglés, quizás porque se ha internacionalizado su uso, quizás porque nuestro idioma ha enviado a la jerga universal pocas expresiones. El caso es que eso significa "Cuerda Aerodinámica Promedio" o "Cuerda Aerodinámica Media" (CAM). Vamos a jugar a la cuerda un poco en esta última entrega.
Se define como "cuerda" la línea que va desde un punto en la parte delantera de un ala (borde ataque) al borde posterior del ala (borde de salida) tras ese mismo punto. Esa línea debe ser paralela al fuselaje. Las alas tienen "cuerdas" de muy diferente longitud, dado que su diseño les da una mayor amplitud en el encastre con el fuselaje y una menor en el extermo del ala, con excepción de las alas rectangulares.
Para un ala dada la "Cuerda Aerodinámica Estándar", un concepto diferente, se define como la cuerda que produciría un ala absolutamente rectangular con la misma envergadura del ala y su misma superficie. Es decir, es como quitar trozos del ala del lado más ancho y ponérselos al más estrecho para producir un rectángulo de la misma superficie. La longiud de esa cuerda se obtiene dividiendo la superficie del ala "S" por su envergadura "b":
MAC = S / b.
Por cierto, ¿por qué no todas las alas son rectangulares? Las hay efectivamente rectangulares (o prácticamente), en su mayoría en avionetas, pero no en aviones comerciales. Como resumen digamos que el ala en trapecio y flecha produce una mayor velocidad que un ala rectangular equivalente de la misma superficie. Alas en flecha las hay regresivas, la inmensa mayoría, y progresivas (o flecha invertida), las menos. Un ejemplo de flecha invertida en un avión comercial lo tenemos en el Hansa-Jet HFB-320, el primer reactor comercial alemán. En aviones militares se han dado más casos.
La geometría habitual de las alas de los aviones comerciales es en "huso", en trapecio, con el extremo más corto que el encastre en el fuselaje. La ventaja del huso es, por una parte, que requiere menos estructura para sostenerla, al estar más cerca del encastre en el fuselaje la parte más pesada del ala. Prueba a colocar un pesado libro sobre tu brazo en horizontal (hacia un lado, en postura "del ángel"), sitúalo sobre la mano y prueba lo mismo cerca del hombro. El esfuerzo para soportar el peso es radicalmente diferente, debido a que la palanca ejercida es muy diferente. El efecto palanca se maximiza con la distancia al punto de anclaje (ya se indicó en otro artículo de esta serie divulgativa la importancia de los efectos palanca). Así, un ala rectangular produce más efecto palanca que uno de la misma envergadura en forma ahusada, lo que significa que ese ala rectangular requerirá de mayores estructuras para soportarla, lo que se traduce en un avión de mayor peso y de mantenimiento más costoso. Alas rectangulares en aviones comerciales serían poco eficientes pues, aunque su diseño y fabricación fuera más económico.
Además, la resistencia del borde del ala, la zona en la que se forman remolinos, es proporcional al tamaño del extremo del ala, lo que se traduce en que un ala rectangular ofrece más resistencia que un ala en huso. Esa resistencia determina y mucho la velocidad que puede adquirir un avión, y su consumo.
La sustentación de un avión se distribuye en el ala de acuerdo a su geometría. La fuerza de los motores en horizontal producen el paso del aire por encima y por debajo del ala con diferentes presiones, lo cual se traduce en una fuerza ascensional, como empujando a las alas justo por debajo de las mismas. Es sorprendente pero es así, una fuerza horizontal hascia atrás se transforma parcialmente en una fuerza vertical ascendente. La posición adelantada habitual de los motores nada tiene que ver con ese efecto, que se produce también en aviones en los que los motores están tras las alas (DC-10, B727, Piaggio P180 Avanti, etc.).
El efecto sustentatorio es mayor en la zona más amplia del ala, cerca del fuselaje, puesto que allí la cuerda es mayor, allí el recorrido del aire por encima y por debajo del ala tiene un diferencial mayor.
La Cuerda Aerodinçamica Estándar sirve de bien poco en aerodinámica, en cambio la cuerda aerodinámica media (MAC o CAM) sí que se utiliza. Su cálculo matemático es algo más complicado y de poco sirve indicarlo aquí. Es algo así como la cuerda necesaria para producir un ala rectangular equivalente al ala del avión, no en superficie, sino en otras características aerodinámicas. En el tema que nos ocupa, el centro de gravedad (centro de masas) del avión se analiza con respecto a la posición de la CAM (no como con la simplificación de la argolla) y se valora en un determinado porcentaje acerca de la distancia entre el borde de ataque (punto delantero del ala) a la altura de la CAM y el punto del centro de gravedad. Así nuestro punto único representado por una argolla en la tercera entrega de esta serie se ha convertido en una línea que une puntos a la altura del borde de ataque de las CAM de ambas alas. Con el centro de gravedad CG por detrás de esa línea tenemos el peso (masa) del avión retrasado, con el CG por delante de esa línea lo tenemos adelantado, en el sentido de lo explicado en la tercera entrega.
Siendo el CAM dependiente del diseño del ala avión es el fabricante el que informa acerca de su posición, a los efectos del balance de la carga, y de los porcentajes óptimos de desviación del CG con respecto al MAC. El operador determina los porcentajes en la práctica para sus aviones a partir de los indicados por el fabricante.
Bien, este es, salvo error u omisión, el final de esta serie sobre el balance de un avión. Espero que esta última entrega no haya resultado demasiado farragosa.
Saludos,
José María
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