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Aviones de Pasajeros

Un avión que presente un diseño actual y que pueda ser tomado por convencional debe presentar cuatro componentes esenciales:  fuselaje, alas, empenaje de cola y tren de aterrizaje.

Partes de los Aviones de Pasajeros - Fuselaje del avión

en los inicios de la aviación, el fuselaje radicaba en una estructura del avion abierta que aguantaba los otros componentes del avión. La parte de mas abajo de la estructura servía de tren de aterrizaje al avión.

Luego, con el paso del tiempo, la necesidad de acrecentar la resistencia y optimizar las prestaciones llevó a generar fuselajes cerrados, afianzados y sujetos por medio de montantes y cables de riostramiento, que perfeccionaban las condiciones aerodinámicas, suministraban protección a los pilotos y pasajeros y lograban mayor espacio para el equipaje y la carga.

Poco tiempo después surgieron los fuselajes monocasco, una novedad que consistía en completar en un solo cuerpo la estructura y su recubrimiento. Es el modelo más usado actualmente y admite presurizar el interior del avión para volar a grandes altitudes.

Partes de los Aviones de Pasajeros - Alas del avión

Los aviones de pasajeros de un solo plano o ala, conocidos actualmente como monoplanos, aparecieron unos pocos años después del primer vuelo de avión realizado por los hermanos estadounidenses Wilbur y Orville Wright. En los inicios, los primeros aeroplanos se construían generalmente con dos alas (biplano) y en ocasiones con tres o hasta cuatro.

El hecho de que un avión presente alas múltiples le da ventaja, aumentando la sustentación debido a una estructura más fuerte, pero el monoplano encuentra menor resistencia al avanzar. Al desarrollarse el ala cantilever, el monoplano se afianzó definitivamente, sin embargosu diseño no comenzó hasta la década de los treinta. El ala cantilever consigue afirmarse mediante elementos estructurales internos, siendo un ala limpia desde su encastre en el fuselaje hasta su extremo.

No presenta soporte visible alguno, siendo utilizada en la mayor parte de los aviones de pasajeros. Las alas reforzadas con puntales y cables aún se siguen aplicando en aviones pequeños y ligeros y en algún avión de usos acrobáticos. La estructura general de un ala consiste en un armazón de largueros y costillas características recubierto por planchas metálicas unidas y sujetas al mismo por remaches.En un avión pequeño el recubrimiento puede ser de lona, contrachapado o de fibra de vidrio impregnada de resina.

Los largueros y costillas van desde el fuselaje hasta la punta del plano. Se pueden usar uno o varios largueros, siendo el diseño más común es el de dos. Las costillas se disponen perpendiculares a ellos y dan al ala su forma exterior. Si el recubrimiento es de planchas metálicas, estas también participan del esfuerzo que soporta el ala en si. Este modelo de recubrimiento resistente del plano se usa en los grandes aviones, aunque cada vez se esta utilizando más plástico reforzado que suele ser de alta resistencia, y se aplica tanto en el recubrimiento de algunas partes del ala como en la estructura del avion.

La forma y el tamaño de las alas de un avión varían mucho con los requerimientos aerodinámicos. Aquellas alas de los aviones supersónicos suelen estar inclinadas hacia atrás, dejando al avión con el aspecto de una punta de flecha dirigida hacia adelante y muy estilizada. Esta forma permite minimizar la brusca variación de compresión cuando el avion se acerca a la velocidad del sonido. La gran importancia del ala dentro de la estructura del avion se pone de manifiesto con la creación de las alas volantes, aviones en los que el fuselaje y la cola se han suprimido por completo.

Estructura del Avion de Pasajeros

Parte de los Aviones de Pasajeros - Empenaje de cola

Un modelo típico de empenaje de cola en un avión consta de dos superficies básicas, la horizontal y la vertical. Cada una de ellas tiene partes fijas para así generar estabilidad y partes móviles para controlar mejor el vuelo. La sección fija de la superficie horizontal es conocido como el estabilizador horizontal y suele estar en la parte frontal, mientras que en la posterior se encuentra la parte móvil conocida como el  timón de profundidad o elevador.

En algunos casos suele pasar que toda la superficie se puede mover y el elevador se elimina. La parte fija de la superficie vertical es el estabilizador vertical y la móvil es el timón de dirección. Algunos diseños presentan dos superficies verticales y, teniendo así dos timones de dirección. Los empenajes de cola inclinados mezclan las funciones de profundidad y dirección en un solo mecanismo. En algunos aviones supersónicos, la superficie horizontal se ha intercambiado por dos aletas (canard) ubicadas a cada lado cerca del morro del avión.

Parte de los Aviones de Pasajeros - Tren de aterrizaje

Estructura de los Aviones de Pasajeros

Uno de los mecanismos mas complicados de los aviones de pasajeros suele ser el tren de aterrizaje. Entre sus componentes se destaca el amortiguador principal, que es una pata con una estructura muy fuerte y resistente, en cuya parte inferior y antes del ensamblaje de las ruedas transporta un amortiguador hidráulico para absorber el impacto del aterrizaje. Va sujeto a los largueros del ala o del propio fuselaje. El mecanismo de accionamiento del tren permite extenderlo y retirarlo al accionar desde la cabina de pilotos la palanca de mando. Por lo general, funciona con energía hidráulica. Los frenos también suelen ser hidráulicos y dotados de un sistema antideslizante. Por lo general llevan un mecanismo detector de modo, aire/tierra, que activa o desactiva varios sistemas del avión, según se encuentre volando o en el suelo.

Pueden haber diferentes tipos de trenes de aterrizaje, el más conocido y utilizado es el triciclo. Consta de dos patas principales dispuestas detrás del centro de gravedad del avión y una tercera más pequeña en el morro. Algunos aviones de pasajeros muy grandes pueden llevar tres y hasta cuatro patas principales y cuatro ruedas por cada pata. Otro modelo conocido es el convencional con dos patas principales delante del centro de gravedad y una tercera muy pequeña situada en la parte mas bajar de la cola.

El aterrizaje resulta más fácil con el tren triciclo, ya que permite un mejor frenado al no existir riesgo de pegar con el morro del avión en el suelo. También facilita y mejora la maniobrabilidad y visibilidad durante el rodaje por el suelo. Otros tipos de tren de aterrizaje pueden presentar bandas de rodadura tipo oruga para cargas pesadas en campos de aterrizaje no preparados, giratorios para viento cruzado, o una combinación de esquís y ruedas para aterrizar sobre hielo o nieve.

SUPERFICIES FLEXIBLES DE LA COLA

SUPERFICIES FLEXIBLES DE LA COLA

En la cola del avión se encuentran situadas las siguientes superficies flexibles:

  • Timón de profundidad (o elevadores)
  • Timón de dirección (o timón de cola)

 

 

Timón de profundidad o elevadores. (Elevators) Son superficies flexibles ubicadas en la parte trasera de los estabilizadores horizontales de la cola. La función de los elevadores es hacer rotar el avión en torno a su eje lateral “Y”, permitiendo el despegue y el aterrizaje, así como ascender y descender una vez que se encuentra en el aire. Los dos elevadores se mueven simultáneamente hacia arriba o hacia abajo cuando el piloto mueve el timón, o en su lugar la palanca o bastón, hacia atrás o hacia delante.

Cuando el timón o la palanca se tira hacia atrás, los elevadores se mueven hacia arriba y el avión despega o toma altura debido al flujo de aire que choca contra la superficie de los elevadores levantadas. Si, por el contrario, se empuja hacia delante, los elevadores bajan y el avión desciende.

En los aviones con tren de aterrizaje tipo triciclo, un instante antes de posarse en la pista, el piloto tiene que mover el timón o la palanca un poco hacia atrás para que el avión levante el morro o nariz y se pose apoyándose primero sobre el tren de aterrizaje de las alas y después sobre el delantero.


Timón de cola o de dirección. (Rudder). Esta superficie flexible situada detrás del estabilizador vertical de la cola sirve para mantener o variar la dirección o rumbo trazado. Su movimiento hacia los lados hace girar al avión sobre su eje vertical “Z”. Ese movimiento lo realiza el piloto oprimiendo la parte inferior de uno u otro pedal, según se desee cambiar el rumbo a la derecha o la izquierda.

Simultáneamente con el accionamiento del correspondiente pedal, el piloto hace girar también el timón para inclinar las alas sobre su eje “Y” con el fin de suavizar el efecto que provoca la fuerza centrífuga cuando el avión cambia de rumbo. Cuando el piloto oprime el pedal derecho, el timón de cola se mueve hacia la derecha y el avión gira en esa dirección. Por el contrario, cuando oprime la parte de abajo del pedal izquierdo ocurre lo contrario y el avión gira a la izquierda.

Actualmente el sistema tradicional de control de movimiento de las superficies flexibles por medio de cables de acero inoxidable acoplados a mecanismos hidráulicos se está sustituyendo por el sistema fly-by-wire, que utiliza un mando eléctrico asistido por computadora para accionarlas. Este sistema es mucho más preciso y fiable que el mando por cables de acero y se está estableciendo como norma en la industria aeronáutica para su implantación en los aviones de pasajeros más modernos. El primero en utilizarlo hace años fue el avión supersónico de pasajeros, Concorde, retirado ya del servicio debido a su alto costo de operación. Después se ha continuado utilizando, de forma parcial, en los Airbus A-310, A-300-600 y los Boeing 767 y 757. En la actualidad lo utilizan, de forma generalizada, el Airbus A-320 y el Boeing 777.

La aviación continúa hoy en día su imparable desarrollo gracias a las investigaciones y experimentos que realizan cientos de ingenieros y científicos, que con su trabajo cambian radicalmente las características de los aviones para hacerlos más rápidos, seguros y confortables. Gracias a ese esfuerzo y a la gran cantidad de medidas de seguridad, controles y revisiones periódicas a las que se someten constantemente los aviones, este medio de transporte se puede considerar como el más rápido y seguro que existe en nuestros días.

 

OTROS DISPOSITIVOS DE CONTROL SITUADOS EN LAS ALAS

OTROS DISPOSITIVOS DE CONTROL SITUADOS EN LAS ALAS

Además de los alerones y los flaps, las alas pueden llevar también los siguientes dispositivos de control:

  • Slats
  • Spoilers
  • Slots.

Slats. Son superficies flexibles aerodinámicas auxiliares situadas en el borde delantero o de ataque del ala, que funcionan automáticamente en algunos aviones o controlados por el piloto en otros. La función de los slats, al igual que los flaps, es alterar momentáneamente la forma del ala durante el despegue y el aterrizaje para aumentar la sustentación, además de facilitar el control del movimiento lateral del avión. 

 




Slat colocado en el borde de ataque del ala


Cuando el ángulo de ataque de las alas se incrementa, los slats se mueven hacia fuera del borde. Ese movimiento provoca que el ángulo de ataque del flujo de aire disminuya con relación al área total de las alas. De esa forma el aire que se mueve por encima del ala se suaviza reduciendo las turbulencias de los remolinos que se forman sobre su superficie durante el vuelo.



Spoiler desplegado sobre la superficie superior del ala.
 

Spoilers. Los spoilers o frenos de aire son también superficies flexibles consistentes en dos tiras de metal colocadas sobre la superficie superior de cada ala. El piloto puede levantar cada spoiler de forma independiente durante el vuelo para controlar el movimiento lateral del avión o hacerlos funcionar de forma conjunta, para que actúen como frenos de aire, una vez que el avión aterriza.


Cuando ambos spoilers se levantan, anulan la fuerza de sustentación y provocan que el avión pierda impulso una vez que ha tocado tierra. De esa forma todo el peso del avión se traslada directamente a las ruedas, facilitando su detención total después que el piloto oprime los pedales de freno que actúan sobre las ruedas.

Slots. Los slots son ranuras situadas cerca del borde de las alas que dejan pasar el flujo de aire cuando ésta cambia el ángulo de ataque. Su función es reducir también las turbulencias que provocan durante el vuelo los remolinos que se generan sobre la superficie del ala.

SUPERFICIES FLEXIBLES DE LAS ALAS

SUPERFICIES FLEXIBLES DE LAS ALAS

En las alas del avión se encuentran situadas varias superficies flexibles, siendo las dos principales los alerones y los flaps.

 

 
 
Superficies flexibles principales situadas en las alas de los aviones
 


Alerones
.
(Ailerons) Se encuentran situados en el borde trasero de ambas alas, cerca de las puntas. Su función es inclinar el avión en torno a su eje longitudinal “X”, con el fin de levantar un ala más que la otra, sobre todo al hacer un giro para cambiar la dirección. Esta inclinación la ejecuta el piloto haciendo girar el timón o la palanca hacia la derecha o la izquierda, según se quiera inclinar las alas en un sentido o en otro. Los alerones se mueven en sentido opuesto, es decir, cuando uno sube el otro baja.

Flaps. (o Wing Flaps) Forman parte del borde trasero de las alas. En los aviones pequeños los flaps suben y bajan de forma mecánica mediante una palanca que acciona manualmente el piloto. En los de mayor tamaño y velocidad resulta prácticamente imposible mover las superficies flexibles a mano. Por esa razón en esos aviones una pequeña palanca graduada, situada a la derecha del piloto, junto a los aceleradores de los motores está destinada a accionar el sistema hidráulico que se encargan de moverlos.

 

Sección transversal de un ala: (A) Flap recogido. (B) Flap 
 parcialmente desplegado hacia abajo.


La función de los flaps o “wing flaps” es modificar la forma aerodinámica del ala proporcionando una mayor sustentación al avión cuando vuela en régimen de velocidad lento y a baja altura, tanto en el despegue como en el aterrizaje. Durante el despegue los flaps se despliegan parcialmente unos grados hacia afuera y hacia abajo. Esta variación permite un mayor desvío de aire en el ala originando un incremento en la sustentación.

Una vez que el avión se encuentra en el aire, el piloto recoge poco a poco los flaps para eliminar la resistencia adicional que estos introducen al desplazamiento del avión y poder alcanzar la velocidad de crucero, es decir, la velocidad máxima que el fabricante aconseja para cada tipo avión, de acuerdo con su tamaño y potencia del motor o motores. De no recogerse los flaps, al aumentar la fuerza del aire a medida que el avión desarrolla más velocidad puede llegar a desprenderlos de las alas.

Durante la maniobra de aproximación a la pista y la preparación para el aterrizaje es necesario disminuir la velocidad del avión. Cuando se encuentra ya cerca del comienzo o cabeza de la pista, el piloto despliega de nuevo los flaps para aumentar la sustentación, compensando así la que se pierde al disminuir velocidad y altura.

SUPERFICIES FLEXIBLES DE CONTROL

SUPERFICIES FLEXIBLES DE CONTROL

  


Los aviones poseen, como mínimo, cuatro superficies flexibles o movibles exteriores que le permiten despegar y aterrizar, mantenerse en el aire y cambiar el rumbo. Dos de esas superficies son los alerones y los flaps, situados en las alas; las otras dos son, el timón de dirección (o timón de cola) y el timón de profundidad (o elevadores), ambas situadas en la cola.

El movimiento o control de las superficies flexibles lo realiza el piloto desde la cabina empleando dos dispositivos:

  • Timón, (sustituido en algunos aviones por una palanca o bastón)
  • Pedales de freno

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE EL AVIÓN EN VUELO

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE EL AVIÓN EN VUELO

 

 


Sobre un avión en vuelo actúan cuatro fuerzas fundamentales:

  • Levantamiento o sustentación (L) (Lift)
  • Peso (W) (Weight)
  • Resistencia (D) (Drag)
  • Empuje (T) (Thrust)

Levantamiento o sustentación (L). Es la fuerza de ascensión que permite al avión mantenerse en el aire. El levantamiento o sustentación se crea principalmente en las alas, la cola y, en menor cuantía, en el fuselaje o estructura. Para que el avión pueda volar la fuerza de sustentación debe igualar a su peso (L=W), contrarrestando así la fuerza de gravedad.

Peso (W). Es el resultado de la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre todos los cuerpos situados sobre la superficie de la tierra, atrayéndolos hacia su centro. La fuerza de gravedad se opone al levantamiento o sustentación en el avión, tanto en tierra como durante el vuelo.

Fuerza de empuje o tracción (T). La proporciona el motor (o motores) del avión por medio de la hélice o por reacción a chorro. La fuerza de empuje permite al avión moverse a través de la masa de aire y es opuesta a la fuerza de resistencia. Para que el avión pueda mantenerse en vuelo la fuerza de empuje debe igualar a la fuerza de resistencia que se opone a su movimiento (T=D).

Resistencia (D). Es la fuerza que se opone al movimiento de los objetos sumergidos en un fluido. Desde el punto de vista físico, tanto el agua como los gases se consideran fluidos. De manera que el aire, al ser un gas, se considera también un fluido. La resistencia aerodinámica, que se opone al desplazamiento de los objetos cuando se desplazan a través de los fluidos, la produce la fricción y depende, en mayor o menor grado, de la forma y rugosidad que posea la superficie del objeto, así como de la densidad que posea el propio fluido.

 

EJES SOBRE LOS QUE SE MUEVE EL AVIÓN

EJES SOBRE LOS QUE SE MUEVE EL AVIÓN

 



Un avión es en sí un cuerpo tridimensional, por lo que para moverse en el aire se vale de tres ejes o líneas imaginarias.

Eje “X” o longitudinal. Comienza en el morro o nariz del avión y se extiende a través de todo el fuselaje hasta llegar a la cola. El movimiento del avión sobre el eje “X” se denomina “alabeo o balanceo” y se controla por medio de los alerones.

Eje “Y” o lateral. Se extiende a todo lo largo de la envergadura de las alas, es decir, de una punta a la otra. El movimiento sobre el eje “Y” se denomina “cabeceo” y para controlarlo se utiliza el timón de profundidad o elevadores, situados en la cola del avión.

Eje “Z” o vertical. Atraviesa la mitad del fuselaje. El movimiento sobre el eje vertical se denomina “guiñada” y se controla por medio del timón de cola o dirección, situado también en la cola del avión