FUNDAMENTOS DEL VUELO

¿Por qué vuelan los aviones?
Los aviones vuelan simple y llanamente porque aparece una fuerza (llamadasustentación) que tira de ellos hacia arriba haciendo que se eleven por el aire. Vamos a ver cómo es esa fuerza y en especial, por qué aparece.
La fuerza de la sustentación es proporcional a la velocidad, a la densidad del aire y a una superficie de referencia llamada superficie alar. Por lo tanto, para que un avión se mantenga en el aire, necesita ir muy rápido, para que así su sustentación sea losuficientemente grande como para vencer al peso (a la gravedad). Por eso, cuando un avión va despacio, éste entra en pérdida y cae siendo incapaz de soportar su peso. 

Pero... ¿por qué aparece la sustentación?

Bien, la sustentación aparece porque la presión en la cara superior del ala (extradós) es inferior a la de la cara inferior (intradós). Esa diferencia de presiones hace que aparezca dicha fuerza. Pero, ¿por qué pasa eso? Esto es debido a que la velocidad del aire que va por el extradós es mayor que la del intradós. Al ser la velocidad mayor, como Bernoulli demostró en su famosa ecuación, la presión disminuye. Esto se conoce como efecto Bernoulli 

Importancia de las alas y su diseño

Las alas constituyen la parte estructural donde se crea fundamentalmente la sustentación que permite volar al avión. En los aviones que poseen más de un motor, estos se encuentran situados en las alas y en el caso que sean de reacción también pueden ir colocados en la cola. Además, en las alas están ubicados los tanques principales donde se deposita el combustible que consumen los motores del avión.  Al diseño, estructura de la superficie y sección transversal de las alas los ingenieros que crean los aviones le prestan una gran importancia y éstas varían según el tamaño y tipo de actividad que desempeñará el avión.  Para que un avión pueda realizar las funciones básicas de despegue, vuelo y aterrizaje es necesario que las alas incorporen también algunas superficies flexibles o movibles que introducen cambios en su forma durante el vuelo.  Entre las funciones de algunas de esas superficies flexibles está incrementar la creación de la sustentación que mantiene al avión en el aire, mediante la introducción de variaciones en el área de las alas u ofreciendo mayor resistencia al aire durante las maniobras de despegue y aterrizaje. De esa forma se logra reducir al mínimo la velocidad necesaria para despegar o aterrizar, cuestión ésta que dependerá del peso y tamaño del avión, así como de las recomendaciones del fabricante.  Las alas de los aviones modernos pueden tener diferentes formas en su sección transversal y configuraciones variadas. Podemos encontrar aviones con alas rectas o con otras formas como, por ejemplo, en flecha o en delta. En la actualidad se está generalizando el uso de los winglets en aviones de tamaño medio para uso particular o ejecutivo y también en los comerciales para transporte de pasajeros, como los Boeing y Airbus, por ejemplo. Esos aviones incorporan en la punta de las alas una extensión doblada hacia arriba, casi de forma vertical, cuya función es disminuir la turbulencia que se forma en ese lugar durante el vuelo, con lo cual se mejora el rendimiento aerodinámico. Incluso el nuevo Airbus 380 emplea winglets doblados hacia arriba y hacia abajo. Los winglets permiten disminuir, aproximadamente, un 4% el consumo de combustible en vuelos que superen los mil 800 km , ya que permiten reducir la potencia de los motores sin que por eso disminuya la velocidad del avión.

DISTINTOS APARATOS VOLADORES

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Globo aerostático

Un globo aerostático es una aeronave aerostática no propulsada que se sirve del principio de los fluidos de Arquímedes para volar, entendiendo el aire como un fluido.

Siempre están compuestos por una bolsa que encierra una masa de gas más ligero que el aire y de ahí que se conozcan popularmente como globo. En la parte inferior de esta bolsa puede ir una estructura sólida denominada barquilla o se le puede "atar" cualquier tipo de cuerpo, como por ejemplo un sensor.

Como no tienen ningún tipo de propulsor, los globos aerostáticos se "dejan llevar" por las corrientes de aire, aunque sí hay algunos tipos que pueden controlar su elevación.

Helicóptero

Un helicóptero es una aeronave que es sustentada y propulsada por uno o más rotores horizontales, cada uno formado por dos o más palas. Los helicópteros están clasificados como aeronaves de alas giratorias, para distinguirlos de las aeronaves de ala fija, porque los helicópteros crean sustentación con las palas que rotan alrededor de un eje vertical. 

La principal ventaja de los helicópteros viene dada por el rotor, que proporciona sustentación sin que la aeronave se esté desplazando. Esto permite realizar despegues y aterrizajes verticales sin necesidad de pista. Por esta razón, los helicópteros se usan a menudo en zonas congestionadas o aisladas donde los aviones no pueden despegar o aterrizar. La sustentación del rotor también hace posible que el helicóptero pueda mantenerse volando en una zona de forma mucho más eficiente de la que podría otra aeronave VTOL (de despegue y aterrizaje verticales), y pudiendo realizar tareas que una aeronave de ala fija no podría.

La idea del helicóptero es muy anterior a la del autogiro, inventado por el español Juan de la Cierva, aeronave con la que tiene solo cierta similitud externa. Sin embargo, los primeros helicópteros pagaron patente y derechos de utilización del rotor articulado, original del ingeniero español. 

Comparado con otros tipos de aeronave como el avión, el helicóptero es mucho más complejo, tiene un mayor coste de fabricación, uso y mantenimiento, es relativamente lento, tiene menos autonomía de vuelo y menor capacidad de carga. No obstante, todas estas desventajas se ven compensadas por otras de sus características, como su gran maniobrabilidad y la capacidad de mantenerse estático en el aire, girar sobre sí mismo y despegar y aterrizar verticalmente. Si no se consideran aspectos tales como la posibilidad de repostaje o las limitaciones de carga y de altitud, un helicóptero puede viajar a cualquier lugar y aterrizar en cualquier sitio que tenga la suficiente superficie (dos veces la ocupada por el aparato).

Dirigible

Un dirigible es un aerostato autopropulsado y con capacidad de maniobra para ser manejado como una aeronave. La sustentación aerostática se logra mediante depósitos llenos de un gas de menor densidad a la atmósfera circundante. Difiere de la sustentación aerodinámica, obtenida mediante el movimiento rápido de un perfil alar, como en el ala de un aeroplano o las aspas de un helicóptero.

Fue el primer artefacto volador capaz de ser controlado en un vuelo largo. Su uso principal ocurrió aproximadamente entre 1900 y la década de 1930, para disminuir paulatinamente cuando sus capacidades fueron superadas por la de los aeroplanos y, además, después de sufrir varios accidentes de relevancia; el más notable de los cuales fue sin duda el incendio del Hindenburg. Actualmente se los utiliza en una serie de aplicaciones secundarias, especialmente publicidad.

Ala delta

El ala delta (o aerodeslizador) es un mecanismo construido para planear y realizar vuelos sin motor. El despegue y aterrizaje se efectúan a baja velocidad, por lo que es posible realizarlos a pie.

Avión

Avión, también denominado aeroplano, es un aerodino de ala fija, o aeronave con mayor densidad que el aire, provisto de alas y un espacio de carga capaz de volar, impulsado por uno o más motores. Los aeroplanos incluyen a los monoplanos, biplanos y triplanos. Los aeroplanos sin motor se han mantenido desde los inicios de la aviación para aviación deportiva y en la segunda guerra mundial para transporte de tropas, se denominan planeadores o veleros.

Según la definición de la OACI, es un «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.»

Pueden clasificarse por su uso como aviones civiles (que pueden ser de carga, transporte de pasajeros, entrenamiento, sanitarios, contra incendios, etc.) y aviones militares (carga, transporte de tropas, cazas, bombarderos, de reconocimiento o espías, de reabastecimiento en vuelo, etc.).

También pueden clasificarse en función de su planta motriz; aviones propulsados por motores a pistón, motores a reacción (turborreactor, turborreactor de doble flujo, turbohélice, etc.) o propulsores (cohetes).

Su principio de funcionamiento se basa en la fuerza aerodinámica que se genera sobre las alas, en sentido ascendente, llamada sustentación. Esta se origina por la diferencia de presiones entre la parte superior e inferior del ala, producida por la forma del perfil alar.

Ultraligero

Hacia finales de los años 1970 y comienzos de los años 1980, mucha gente trataba de ser capaz de volar económicamente. Como resultado, muchas autoridades de aviación pusieron en marcha definiciones de ultraligeros, aviones de vuelo lento que podían estar sujetos a una regulación mínima. Los aviones resultantes se conocen comúnmente como ultraligeros o Ultra-Ligero Motorizado (ULM), aunque el peso y los límites de velocidad son raramente los mismos en dos países distintos.

Ornitóptero

Un ornitóptero es un aerodino que obtiene el empuje necesario del movimiento batiente de sus alas de forma análoga a como lo hacen las aves y de ahí su nombre que en griego significa "con alas".

La observación del vuelo de las aves ha llevado a diversos pensadores y científicos a través de la historia a diseñar máquinas basadas en este principio, pero el principal obstáculo para su funcionamiento ha sido la relación entre la fuerza aplicada y el empuje obtenido.

La realización de un artilugio mecánico que desarrolle los trabajos necesarios y complejos para la transmisión mecánica del movimiento, implica rendimientos muy bajos que impiden obtener la sustentación suficiente para levantar el peso del propio motor y sus mecanismos.

Los artilugios que toman como fuente de energía la fuerza de un tripulante humano son inoperantes, pues la relación entre el peso de las aves y la potencia que sus músculos pueden desarrollar es mucho más favorable en su caso que en el del hombre.

LA AVIACIÓN

PRIMERAS MÁQUINAS E IDEAS ACERCA DE VOLAR

Se sabe que alrededor del año 400 a. C., Arquitas de Tarento, un estudioso de la Antigua Grecia, construyó un artefacto de madera que él mismo bautizó con el nombre de "Peristera" , que tenía forma de ave y era capaz de volar a unos 180 metros de altura. Utilizaba un chorro de aire para alzar el vuelo, pero no se tiene constancia de qué era lo que producía ese chorro. El objeto volador se amarraba mediante unas cuerdas que permitían realizar un vuelo controlado hasta que el chorro de aire terminaba. Este artefacto de madera probablemente fue la primera máquina voladora capaz de moverse por medios propios.

La linterna de Kong Ming, precursora del globo aerostático, era conocida en China desde la antigüedad. Su invención se atribuye al general Zhuge Liang, y fueron usadas para asustar a las tropas enemigas. Sobre el año 300 a. C. los chinos inventaron la cometa, que se considera un tipo de planeador, y desarrollaron técnicas para hacerla volar en el aire. Siglos después, en el año 559 hay documentados vuelos de seres humanos usando cometas. El emperador Gao Yang experimentó con prisioneros, entre los que se encontraba Yuan Huangtou. Les ordenó lanzarse desde lo alto de una torre, y Yuan Huangtou planeó hasta sobrepasar las barreras de la ciudad, aunque poco después moriría ejecutado.

En el año 852, el andalusí Abbás Ibn Firnás, se lanzó desde el minarete de la Mezquita de Córdoba con una enorme lona para amortiguar la caída, sufriendo heridas leves, pero pasando a la historia como el precursor de los modernos paracaídas. En el 875, contando con 65 años de edad, Ibn Firnás se hizo confeccionar unas alas de madera recubiertas de tela de seda que había adornado con plumas de rapaces. Con ellas se lanzó desde lo alto de una colina, y logró permanecer en el aire durante un breve espacio de tiempo, aunque hay relatos que afirman que voló durante más de diez minutos. El aterrizaje resultó muy violento y Abbás Ibn Firnás se fracturó las dos piernas, pero consideró que la experiencia había sido un éxito, al igual que la gran multitud de personas que lo observaron.

Diseños de máquinas voladoras realizados por Leonardo da Vinci.

Este vuelo sirvió de inspiración para Eilmer de Malmesbury, un monje benedictino, que más de un siglo después, hacia el año 1010, recorrió más de 200 metros en el aire, sobre un aparato similar al de Abbás Ibn Firnás.

En el 1290, Roger Bacon, un monje inglés, escribió que el aire, al igual que el agua, tenía algunas características propias de los sólidos. Bacon estudió las ideas de Arquímedes relacionadas con la densidad de los elementos, y llegó a la conclusión de que si las personas pudieran construir una máquina que tuviese las características adecuadas, el aire podría soportar esa máquina, al igual que el mar soporta un navío.

Muy probablemente fue el artista e inventor italiano Leonardo da Vinci la primera persona que se dedicó seriamente a proyectar una máquina capaz de volar. Da Vinci diseñó planeadores y ornitópteros, que usaban los mismos mecanismos usados por los pájaros para volar, a través de un movimiento constante de las alas para arriba y para abajo. Sin embargo, nunca llegó a construir tales máquinas, pero sus diseños se conservaron, y posteriormente, ya en el siglo XIX y siglo XX, uno de los planeadores diseñados por Leonardo da Vinci fue considerado digno de atención. En un estudio reciente, se creó un prototipo basado en el diseño de ese mismo planeador, y de hecho, el aparato era capaz de volar. No obstante, al interpretar el diseño del planeador, se aplicaron algunas ideas modernas relacionadas con la aerodinámica. Aun así, este diseño es considerado como el primer esbozo serio de una aeronave.

Según crónicas de la época, el primer vuelo realizado con éxito de un globo de aire caliente, fue gracias al padre Bartolomeu Lourenço de Gusmão, un portugués nacido en Brasil en la época colonial, que logró alzar el vuelo de un aerostato, al que denominaría passarola, el 8 de agosto de 1709 en la corte de Juan V de Portugal, en Lisboa. En la demostración, la passarola se elevó unos 3 metros por encima del suelo, dejando impresionados a los observadores, y ganándose el apodo de Padre Volador. No se conservaron descripciones detalladas del acontecimiento, probablemente debido a que fueron destruidas por la inquisición, pero algunos diseños fantasiosos de la excéntrica aeronave salieron en el periódico vienés Wienerische Diarium de 1709. Según una crónica de ese periódico, el aparato consistía en un globo de papel grueso, que dentro contenía un cuenco con fuego, y que consiguió elevarse más de veinte palmos. No obstante, la passarola no influyó en los desarrollos de la aviación que ocurrirían posteriormente.

El primer estudio de aviación publicado fue Sketch of a Machine for Flying in the Air (Esbozo de una máquina para volar por el aire), de Emanuel Swedenborg, publicado en 1716. Este esbozo de máquina voladora consistía en un fuselaje y dos grandes alas que se moverían a lo largo del eje horizontal de la aeronave, generando el empuje necesario para su sustentación en el aire. Swedenborg sabía que su máquina jamás volaría, pero decía que los problemas que existían en su diseño serían resueltos en el futuro. 

El primer vuelo humano del que se tiene noticia fue realizado en París el 15 de octubre de 1783, en un globo cautivo. Dos meses más tarde, el doctor Jean-François Pilâtre de Rozier y el noble François Laurent d'Arlandes, realizaron el primer vuelo libre en una máquina creada por el hombre. Consiguieron volar durante 25 minutos, recorriendo 8 kilómetros en un globo de aire caliente, inventado por los hermanos Montgolfier, dos fabricantes de papel. El aire dentro de la cámara de aire del globo se calentaba por una hoguera de madera. El globo tenía el inconveniente de que era incontrolable, volaba donde el viento le llevase. Este globo, por ser bastante pesado, alcanzó una altura máxima de apenas 26 metros. Los hermanos Montgolfier continuaron fabricando otros globos, logrando varios vuelos con éxito, lo que hizo que la experimentación de vuelos con globos se extendiera por Europa a lo largo del siglo XVIII. Los globos permitían la profundización en los conocimientos acerca de la relación entre altitud y atmósfera. Incluso Napoleón Bonaparte planeó usar globos en una posible invasión francesa a Inglaterra.

Otros inventores, como el francés Jacques Charles, sustituyeron el aire caliente por hidrógeno, que es un gas más ligero que el aire. Pero de igual forma, los globos seguían sin poder ser dirigidos, y solamente la altitud era controlable por los aviadores.

En el siglo XIX, en 1852, el ingeniero francés Henri Giffard inventó el dirigible, que es una máquina más ligera que el aire, y se diferencia del globo en que su dirección sí podía ser controlada a través del uso de timones y motores. El primer vuelo controlado de un dirigible se realizó el 24 de septiembre de ese mismo año en Francia, controlado por el propio Giffard, logrando recorrer 24 kilómetros, a una velocidad de 8 km/h usando un pequeño motor a vapor. A lo largo de finales del siglo XIX y en las primeras décadas del siglo XX, el dirigible fue un método de transporte de confianza.

     

HISTORIA DE LA AVIACIÓN

La historia de la aviación se remonta al día en el que el hombre prehistórico se paró a observar el vuelo de las aves y de otros animales voladores. El deseo de volar está presente en la humanidad desde hace siglos, y a lo largo de la historia del ser humano hay constancia de intentos de volar que han acabado mal. Algunos intentaron volar imitando a los pájaros, usando un par de alas elaboradas con un esqueleto de madera y plumas, que colocaban en los brazos y las balanceaban sin llegar a lograr el resultado esperado.
Muchas personas decían que volar era algo imposible para las capacidades de un ser humano. Pero aun así, el deseo existía, y varias civilizaciones contaban historias de personas dotadas de poderes divinos, que podían volar. El ejemplo más conocido es la leyenda de Ícaro y Dédalo, que encontrándose prisioneros en la isla de Minos, se construyeron unas alas con plumas y cera para poder escapar. Ícaro se aproximó demasiado al Sol y la cera de las alas comenzó a derretirse, haciendo que se precipitara en el mar y muriera. Esta leyenda era un aviso sobre los intentos de alcanzar el cielo, semejante a la historia de la Torre de Babel en la Biblia, y ejemplifica el deseo milenario del hombre de volar.
La historia moderna de la aviación es compleja. Durante siglos se dieron tímidos intentos por alzar el vuelo, fracasando la mayor parte de ellos, pero ya desde el siglo XVIII el ser humano comenzó a experimentar con globos aerostáticos que lograban elevarse en el aire, pero tenían el inconveniente de no poder ser controlados. Ese problema se superó ya en el siglo XIX con la construcción de los primeros dirigibles, que sí permitían su control. A principios de ese mismo siglo, muchos investigaron el vuelo con planeadores, máquinas capaces de sustentar el vuelo controlado durante algún tiempo, y también se comenzaron a construir los primeros aeroplanos equipados con motor, pero que, incluso siendo impulsados por ayudas externas, apenas lograban despegar y recorrer unos metros. No fue hasta principios del siglo XX cuando se produjeron los primeros vuelos con éxito. El 17 de diciembre de 1903 los hermanos Wright se convirtieron en los primeros en realizar un vuelo en un avión controlado, no obstante algunos afirman que ese honor le corresponde a Alberto Santos Dumont, que realizó su vuelo el 13 de septiembre de 1906.
A partir de entonces, las mejoras se fueron sucediendo, y cada vez se lograban mejoras sustanciales que ayudaron a desarrollar la aviación hasta tal y como la conocemos en la actualidad. Los diseñadores de aviones se siguen esforzando en mejorar continuamente las capacidades y características de estos, tales como su autonomía, velocidad, capacidad de carga, facilidad de maniobra o la seguridad, entre otros detalles. Las aeronaves han pasado a ser construidas de materiales cada vez menos densos y más resistentes. Anteriormente se hacían de madera, en la actualidad la gran mayoría de aeronaves emplea aluminio y materiales compuestos como principales materias primas en su producción. Recientemente, los ordenadores han contribuido mucho en el desarrollo de nuevas aeronaves.


 

Historia de la aviación moderna
La historia de la aviacion entró en un largo impasse que no daba esperanzas a los soñadores del aire, hasta que en el siglo XIX George Caley, un ingeniero aeronáutico inglés logró transportar humanos con cometas y planeadores. También diseñó un aparato en forma de helicóptero que era propulsado por una hélice que estaba dispuesta en el eje horizontal. George Caley se considera aún hoy el padre de la aviación en Inglaterra. Ahora si la historia de la aviacion había ingresado en una etapa que prometía prosperar, eran muchos los avocados a sus estudios e invenciones. En la década de 1840 John Stringfellow y William Samuel Henson pretendieron realizar el primer vuelo comercial de transporte de pasajeros, pero el aparato construido despegó pero no se elevó. El transporte de humanos se logró recién en 1893 con la cometa en forma de caja diseñada por Lawrence Hargrave y esta técnica se desarrolló con las variadas cometas de tetraedro que diseñó Graham Bell entre 1895 y 1910.
Pero llegamos a una fecha clave en la historia de la aviacion moderna, el 17 de diciembre de 1903, cuando los hermanos Orville y Wilbur Wright en Carolina del Norte, Estados Unidos, lograron elevarse en una aeronave propulsada a motor y más pesada que el aire por un lapso de 59 segundos a unos 260 metros. Desde ese día los hermanos Wright se consideran los pioneros de la aviación en el mundo entero.   En adelante se comenzó a avanzar a pasos agigantados, si consideramos que comenzamos esta historia en el siglo V y estamos en el XX. Tres años después de los hermanos Wright se realizó el primer vuelo oficial en Europa. Alberto Santos Dumont, un brasileño que había diseñado un aeroplano llamado 14-bis, voló una distancia de 220 metros en 22,5 segundos. Para 1908 Orville Wright ya realizaba un vuelo de una hora de duración, acompañado además del teniente Frank P. Lamh. Durante la Primera Guerra Mundial los aviones evolucionaron muchísimo y fueron fabricados masivamente. En adelante los avances en la aeronáutica mundial han sido sumamente vertiginosos, pero los orígenes fueron estos y su evolución ha sido tan asombroso que los aviones son considerados hoy en día el medio de transporte más seguro de todos. PRIMER DESPEGUE En 1911, el piloto estadounidense Eugene Ely logra el primer despegue de avión en Hampton Roads, Virginia, EE.UU. Lo hace desde una cubierta añadida al crucero ligero USS Birmingham.