Aviones. Componentes principales.

AVIONES. COMPONENTES PRINCIPALES.

Autor: Miguel Ángel Muñoz.
Primera versión: Febrero, 2017.
Tiempo de lectura estimado: 20 minutos.

El contenido de esta entrada del blog está dedicado a una introducción a la Técnica Aeronáutica y, en particular, a los aviones como sistemas de desplazamiento aéreo. Va destinado a internautas que sientan curiosidad por la ingeniería aeronáutica, aunque contado de manera sencilla, alejada de la rigurosidad de los numerosos textos que tratan este tema de forma especializada. A los expertos en el tema, advertirles que no van a encontrar nada novedoso aquí. Este documento es de divulgación y es “free”, siempre y cuando menciones mi autoría. Para mayor información sobre Propiedad intelectual e industrial y derechos de autor de este blog, en general y de esta entrada, en particular, puedes consultar el Aviso legal de este blog.

En Aeronáutica se llama aeronave a cualquier sistema con capacidad para despegar, aterrizar y navegar por la atmósfera, con objeto de transportar personas, animales y/o cosas. Al emplear la palabra atmósfera, estamos excluyendo, por ejemplo, a la Estación Espacial Internacional y, en general, a los vehículos diseñados para vuelos fuera de la atmósfera terrestre (naves espaciales, tales como satélites artificiales, sondas espaciales, estaciones espaciales o transbordadores). Quizás te estés preguntando dónde se sitúa el límite entre la atmósfera terrestre y el espacio. Aunque no hay un límite claro entre ambos, la Federación Aeronáutica Internacional ha establecido una altitud de 100 kilómetros como una definición del límite entre la atmósfera y el espacio. A este límite se le conoce como Línea de Kármán.

Una posible clasificación de aeronaves distingue entre aerostatos y aerodinos. Los aerostatos más conocidos son los globos aerostáticos y los dirigibles, mientras que los aerodinos engloban, sobre todo a helicópteros y a aviones, aunque también entrarían en la categoría de aerodinos los planeadores, el ala delta, los parapentes, el paramotor, los ultraligeros y las cometas. En esta entrada del blog nos referimos a la aeronave más conocida popularmente: el avión.

Imagen original:
spydubai.ae/single-post/2016/04/12/Etihad-Abort-Flight-in-Compassionate-Gesture

Los aviones son aerodinos de ala fija, con mayor densidad que la del aire, es decir, que si no fuese porque van en movimiento, caerían por el efecto de la gravedad de la Tierra. Quizás te hayas preguntado alguna vez por qué no se suelen caer los aviones. Básicamente, no se caen por lo que se conoce como principio de sustentación aerodinámica, un principio quizás un poquito complicado de entender, por lo que no voy a entrar en detalles en explicarlo. Resumiéndolo mucho, es debido a las diferentes formas geométricas de la parte superior y de la parte inferior de las alas del avión.

Los aviones, obviamente, no son todos iguales. No es lo mismo un avión militar que un avión comercial de transporte de pasajeros, ni una avioneta que un avión con gran capacidad de transporte. Sin embargo, casi todos los aviones tienen una serie de componentes principales que describo a continuación.

1 Fuselaje.

Es el componente o parte principal del avión, como en un coche lo es la carrocería o chasis. En el momento del ensamblaje del avión en una factoría de aviones, los demás componentes del avión van montándose sobre el fuselaje.

Imagen original:
taringa.net/posts/info/18928371/Como-funciona-un-avion-Inteligencia-Colectiva.html

Aunque tradicional e históricamente se han usado mucho los materiales metálicos, modernamente se utilizan bastante los materiales compuestos, también llamados materiales sintéticos o composites, a base de fibra de vidrio y/o fibra de carbono.

2 Alas.

No creo que sea necesario definir de una manera formal qué es un ala en la Técnica Aeronáutica, ya que seguro que has podido observar alas en aves al volar. Mediante las alas de un avión se consigue la denominada sustentación aerodinámica, la cual es un efecto causado por cómo incide el flujo de aire sobre las alas, debido a la forma geométrica de las mismas y que contrarresta la acción de la gravedad terrestre.

En las alas se encuentran varias partes móviles o superficies de control. Son las siguientes.

  • Los flaps. Son unos dispositivos que, en vuelo del avión, están retraídos, formando un sólo cuerpo con el ala, pero que en el despegue y en el aterrizaje del avión son extendidos hacia atrás y hacia abajo en el borde de la salida del ala, con el objetivo de lograr mayor curvatura geométrica y, por tanto, más sustentación a bajas velocidades del avión.

Imagen original:
taringa.net/posts/info/18928371/Como-funciona-un-avion-Inteligencia-Colectiva.html
  • Los slats. Son dispositivos parecidos a los flaps y con el mismo objetivo de lograr más sustentación a bajas velocidades del avión. Se encuentran situados en el borde de ataque del ala, es decir, más próximos a la proa o parte delantera del avión.

Imagen original:
taringa.net/posts/info/18928371/Como-funciona-un-avion-Inteligencia-Colectiva.html
  • Los spoilers son superficies móviles unidas a la parte superior del ala. Así como los flaps y los slats sirven para aumentar la sustentación aerodinámica, los spoilers tienen como función reducir la sustentación generada por el ala para reducir de manera controlada la velocidad del avión.

  • Los alerones se encuentran en las puntas de las alas y sobre el borde de salida de éstas. Al igual que en un coche, el volante permite girar el movimiento del vehículo a través del mecanismo de la dirección, el piloto del avión controla el movimiento de giro del avión sobre su eje proa-cola mediante los alerones.

  • Los tanques de combustible se encuentran también en las alas. En ellos se almacena el combustible necesario para la propulsión del avión. Se colocan en las alas para que sirvan de contrapeso. Sin ellos en las alas, cuando el avión va cargado en pleno vuelo, las alas se podrían desprender durante el despegue del avión.

  • El tren de aterrizaje principal y los soportes de los motores también se encuentran las alas.

3 Motores.

Los más usados actualmente en Técnica Aeronáutica son de dos clases: A) los basados en el movimiento alternativo de pistones (motores de explosión o motores alternativos) y B) los basados en el principio de las turbinas de gas.

A) Motores basados en el movimiento alternativo de pistones (motores de explosión o motores alternativos)

Estos motores usan la gasolina principalmente como combustible y se fundamentan en el ciclo de cuatro tiempos (admisión, compresión, expansión y escape). Se usan mucho en automoción y, muy probablemente, tu coche lleve un motor de este tipo. En aeronáutica, fueron ampliamente utilizados hasta los años 40/50 del siglo XX, momento desde el cual los motores basados en el principio de las turbinas de gas han ido ganando muchísimo terreno a los motores basados en el movimiento alternativo de pistones.

Imagen original:
aviacionparatodos1.blogspot.com.es/2015/10/motores-de-piston-en-la-aviacion.html

En la actualidad, los motores de explosión se suelen usar en aviones de porte pequeño en aviación general, es decir en aviación ni civil ni militar. La aviación general incluye disciplinas tan distintas entre sí como la aviación deportiva, las avionetas particulares o de empresa corporativa, las ambulancias aéreas, los taxis aéreos, la fotografía aérea, la aviación de salvamento, la de extinción de fuegos o la de fumigación en agricultura.

El movimiento generado por la combustión se transmite a una hélice, la cual, debido a la forma geométrica de sus palas, propulsa el aire que rodea a la hélice, arrastrando el avión hacia adelante y generando la propulsión necesaria para el vuelo.

B) Motores basados en el principio de las turbinas de gas.

Una turbina de gas es una máquina en la que la combustión de un determinado fluido (por ejemplo, queroseno) genera una energía que es transferida a una pieza en forma circular denominada rotor o rodete. Los gases generados por la turbina son expulsados hacia atrás, proporcionando la propulsión necesaria.

Durante la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron los Turborreactores (Turbojets) en aviación militar, los cuales evolucionaron hacia el actual Turbofán (Turbofan), también llamado Turboventilador, Turbosoplante o Turborreactor de doble flujo. Aunque algo más sofisticados, los turbofán tienen un principio de funcionamiento muy similar a los de los turborreactores originales.

Los turbofán se usan mucho en la actualidad en aviación militar (aviones de combate) y en aeronaves comerciales civiles.

Un motor turbofán.
Imagen original:
aviation.stackexchange.com/questions/15510/what-provides-the-greatest-thrust-in-a-high-bypass-turbofan-engine

En aviación civil, en especial de media y corta distancia de vuelo, también se usan bastante los motores Turbohélice, en los que el principio de propulsión no es el chorro de gases que circula a través de la turbina, sino que el motor de ésta se acopla a una hélice tradicional y es ésta la responsable de la propulsión de la aeronave. Como variante del motor turbohélice, cabe resaltar el motor Turboeje, muy usado en helicópteros.

Avión Bombardier Q400 con motores turbohélice.
Imagen original:
profefeito.blogspot.com.es/2012/06/el-bombardier-dash-8-q400-nextgen.html

4 Trenes de aterrizaje (Landing gears).

Los trenes de aterrizaje son unos mecanismos que cumplen ciertas funciones, como evitar que la parte inferior del avión tenga contacto con la pista de aterrizaje, como ayudar al avión a tener movilidad en tierra (superficie) y poder desplazarse tanto en carrera de despegue, como en aterrizaje, así como poder trasladarse de un lugar a otro o como absorber los impactos de choques del avión contra la superficie terrestre.

Habitualmente, los trenes de aterrizaje se retraen en vuelo para mejorar la aerodinámica del avión.

Aunque hay varios tipos de trenes de aterrizaje, el más empleado en la actualidad es el denominado de triciclo. Se llama así porque consta de tres montantes, dos de ellos principales, constituyendo el tren de aterrizaje principal debajo del fuselaje o del ala y un montante en la parte delantera o proa del avión.

Boeing 777 en fase de despegue mostrando el sistema en triciclo del tren de aterrizaje.
Imagen original: es.avia.pro/blog/boeing-777

5 Sistemas de control de estabilidad.

En Técnica Aeronáutica se usan los siguientes términos asociados a rotaciones principales o puras del avión:

  • Guiñada (Yaw, en inglés): rotación principal alrededor del eje vertical perpendicular al avión.

  • Cabeceo (Pitch, en inglés): es una inclinación de la proa del avión o rotación principal respecto al eje ala-ala.

  • Alabeo (Roll, en inglés): es la rotación principal respecto de un eje proa-cola del avión.

Ejes de un avión.

Se llaman estabilizadores a los sistemas de control de estabilidad del avión.

El estabilizador horizontal es un ala pequeña que se sitúa habitualmente en la cola del avión y sirve para controlar el efecto de cabeceo del mismo.

Conjunto de estabilizadores de un avión comercial moderno: 2 planos fijos de estabilidad horizontal + 2 elevadores o timones de profundidad y 1 estabilizador vertical, cuya parte final móvil es 1 timón o rudder de dirección.

El estabilizador vertical está situado en la cola del avión y con él se controla el efecto de guiñada.

Para controlar el efecto de alabeo del avión se emplean los alerones que, a diferencia del estabilizador horizontal y del estabilizador vertical, están integrados en las alas.

6 Instrumentos de control.

Son los dispositivos que controla el piloto para conocer el estado general de las partes del avión, la ruta programada de vuelo, las condiciones meteorológicas y distintos sistemas de manejo de las superficies de control del avión.

En la actualidad, los aviones suelen ir dotados de un Sistema/Ordenador de Gestión de Vuelo (FMC ó FMS, siglas en inglés de Flight Management Computer/System), que es un potente ordenador que permite calcular una gran cantidad de variables del avión y también programar la ruta de vuelo y volarla o bien manualmente o bien mediante el Piloto Automático.

Para saber más.

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