No cabe ninguna duda de la importancia de los efectos aerodinámicos en vuelo.

¿Alguna vez te has desviado hacia la izquierda en el despegue?

¿Alguna vez has sentido que tu viraje no estaba siendo del todo perfecto?

¿Alguna vez has escuchado aquello de “cuidado con el par motor”?

Repasamos en este post 7 efectos aerodinámicos que todo piloto debe conocer. Anticiparse a ellos mejorará nuestra técnica de pilotaje, nos permitirá conocer  la respuesta de nuestro avión en determinadas circunstancias y harán nuestro vuelo más seguro.

Iniciemos nuestro vuelo de hoy…

Efectos Aerodinámicos

Efectos Aerodinámicos de tendencia de giro a la izquierda (Left Turning Tendencies)

El término tendencias de giro a la izquierda (left turning tendencies, en inglés) se refiere a un conjunto de efectos aerodinámicos que desvían al avión de su trayectoria.  Habitualmente, estos efectos producen un desplazamiento de esta trayectoria hacia la izquierda, bien en vuelo o a lo largo de la pista.

Dentro de esta categoría se agrupan los siguientes efectos:

  • Par motor (Torque)
  • Factor P (P-Factor o Propeller Factor)
  • Flujo en espiral de la hélice (Spiralling Slipstream)
  • Precesión giroscópica (Gyroscopic Precession)

Los comentamos uno a uno.

Par motor (torque)

Cuando aplicamos potencia a un motor de pistón, se genera lo que los físicos denominan un par motor o torque. Un par motor es una fuerza que hace girar a un objeto en torno a un eje. En este caso, el cigüeñal del motor que, a su vez, se encuentra conectado a la hélice.

De este modo, la potencia aplicada al motor se traduce en el giro de la hélice.

Durante este giro, la hélice encuentra resistencia (drag) debido al rozamiento con el aire que la rodea. Esta resistencia es, en sí, una fuerza que se opone al movimiento generado por el motor. Esta fuerza de reacción produce, a su vez, un par de la hélice o torque de hélice (propeller torque). El par de hélice hace girar al avión en el sentido contrario al de la hélice, es decir, hacia la izquierda.

A mayor potencia, mayor será el par motor y, por tanto, mayor será la resistencia que se genere al movimiento de la hélice. A mayor potencia, mayor será la tendencia de giro del avión hacia la izquierda.

El efecto par motor / par de la hélice se manifiesta de modo diferente según la fase del vuelo:

  • Cuando el avión se encuentra en la pista, dado que el fuselaje no puede girar, se produce una mayor presión sobre el neumático izquierdo que se traduce en una tendencia natural del avión a girar a la izquierda. Esta tendencia se compensa con “pie derecho“. Este es un efecto muy significativo durante el despegue, cuando la potencia aplicada es máxima.
  • Cuando el avión se encuentra en vuelo, el par motor genera un alabeo hacia la izquierda (left banking). Esta tendencia se compensa con un leve contra-alabeo.

Torque o par motor

Factor P (P-Factor o Propeller Factor)

El factor P o propeller factor es perceptible cuando el avión presenta un configuración de “morro alto” (alto ángulo de ataque o high pitch). Como consecuencia de esta configuración, la hélice en su fase descendente presenta un mayor ángulo de ataque que en la ascendente. Esto se traduce en una diferencia de tracción.

El factor P es una consecuencia de la tracción asimétrica que genera la hélice en su fase descendente (hélice a la derecha. mayor ángulo de ataque y mayor tracción) y ascendente (hélice a la izquierda, menor ángulo de ataque y menor tracción) en configuraciones de morro alto.

La mayor tracción ejercida por la hélice en el lado derecho, se traduce en un efecto de giro hacia la izquierda (guiñada a la izquierda o left yaw).

Cuanto mayor sea el angulo de ataque del avión (cuanto más elevado esté el morro), más relevante será el efecto generado por el factor P.

  • El efecto del factor P se manifiesta de modo diferente según la fase de vuelo:
  • Durante el despegue, el avión presentará altos ángulos de ataque y, por tanto, el efecto de tracción asimétrica de la hélice será predominante y deberá compensarse con “pie derecho“. Conforme vayamos reduciendo el ángulo de ataque, es decir, conforme vayamos pasando de Vx a Vy, su influencia se irá reduciendo.
  • Durante el ascenso en crucero el efecto será más o menos notable dependiendo del ángulo de ataque al que se realice este ascenso. Su compensación también requerirá del uso de “pie derecho“.
  • En vuelo recto y nivelado, la tracción de la hélice será simétrica y este efecto no se manifestará.

P-factor y navegación aérea

Flujo en espiral de la hélice (Spiralling Slipstream)

En su giro, la hélice genera un flujo de aire hacia la parte posterior del avión (prop wash, en inglés). Este flujo no posee una trayectoria recta, sino que se enrosca a lo largo del fuselaje (spiralling slipstream), incidiendo sobre la cola del avión.

El flujo de aire que incide sobre la parte izquierda de la cola (estabilizador vertical) genera una guiñada a la izquierda o left yaw.

Este efecto es predominante a baja velocidad y alta potencia. Conforme la velocidad aumenta, el flujo en espiral pierde relevancia.

El efecto del flujo en espiral se compensa aplicando “pie derecho“.

Flujo de hélice - slipstream

Efecto giroscópico (Gyroscopic Precession)

Entendamos en primer lugar qué es y cómo se comporta un giróscopo.

Un giróscopo está formado por un disco o rueda que gira a gran velocidad en torno a su eje de simetría. El conjunto se monta sobre una estructura (gimbal) que le permite girar con total libertad en los tres ejes del espacio. El giróscopo posee unas propiedades físicas que lo hacen muy útil para la construcción de instrumentos de vuelo y para la navegación aérea inercial.

Las dos propiedades fundamentales de un giróscopo son:

  • Rigidez o Inercia (Rigidity): Cuando la estructura del giróscopo se mueve, se mantiene la dirección del eje de rotación del disco en el espacio.
  • Precesión (Precession): Al aplicar una fuerza al eje de rotación, el conjunto se mueve (precesiona) en una dirección que es perpendicular al eje de giro y la dirección de la fuerza aplicada. Todos hemos oído aquello de “horizonte precesionado”.

El avión, en sí mismo, se comporta como un giroscopo, cuya hélice actúa como un disco que gira en torno a su eje de simetría (el cigüeñal del motor). Es precisamente la precesión giroscópica la que induce tendencias de giro inesperadas en el avión:

  • Cuando se eleva el morro del avión (pitch up), se ejerce una fuerza descendente en el timón de profundidad. Debido a la precesión, la respuesta será un movimiento del avión en un plano perpendicular al de giro de la hélice y a la fuerza. Se producirá una guiñada a la derecha (right yaw). Deberá compensarse con “pie izquierdo
  • Cuando se baja el morro del avión, se ejerce una fuerza ascendente sobre el timón de profundidad: Debido a la precesión, la respuesta será un movimiento del avión en un plano perpendicular al de giro de la hélice y a la fuerza. Se producirá una guiñada a la izquierda (left yaw). Deberá compensarse con “pie derecho”.

Efecto giroscópico

Además de los efectos que hemos descrito, fuerzas que se apliquen en otras direcciones y que afecten al eje de giro de nuestro “avión giróscopo” producirán alabeo o guiñada, según sea la naturaleza de estas fuerzas.

A continuación incluimos una tabla resumen con las tendencias de giro más relevantes y las acciones correctivas necesarias para contrarrestarlas.

 

Resumen Tendencias de Giro

Dejamos a un lado las tendencias de giro a la izquierda para concentrarnos en otros efectos aerodinámicos.

Otros Efectos Aerodinámicos

Efecto suelo (Groud Effect)

El efecto suelo está relacionado con la alteración de los flujos de aire en torno a las alas cuando el avión se encuentra volando próximo a la pista. El efecto suelo se debe a dos respuestas aerodinámicas diferentes:

  • La reducción en la resistencia inducida como consecuencia de la alteración de los vórtices de punta de ala (wingtip vortices). Estos vórtices no pueden desarrollarse completamente debido a la interferencia del suelo. Esto se traduce en una menor resistencia y una mayor velocidad y sustentación para un mismo régimen de potencia.
  • El incremento de sustentación debido a la compresión del aire bajo las alas. Este efecto es proporcional a la cuerda del ala (a mayor cuerda, más se manifiesta). Este efecto es menos predominante.

En otras palabras, debido al efecto suelo, necesitamos menor velocidad o menor ángulo de ataque para obtener la misma sustentación en las proximidades del suelo.

Con respecto al efecto suelo es importante entender que:

  • El efecto suelo es más notable en aviones de ala baja.
  • El efecto suelo es relevante cuando nos encontramos a una altura inferior a la envergadura del alas (wingspan).
  • El efecto suelo produce una “flotación” sobre la pista que es más perceptible en el aterrizaje.

La respuesta del piloto ante el efecto suelo depende de su capacidad para controlar la flotación durante el aterrizaje. Si esta es demasiado grande, deberá realizar un motor y al aire (go around) e intentar de nuevo la aproximación.

En el caso del despegue, cuando el efecto suelo desparezca, se producirá una pequeña pérdida de sustentación, que no será peligrosa si se ha alcanzado una velocidad adecuada.

Guiñada adversa (Adverse Yaw)

La guiñada adversa (adverse yaw) es un efecto que se produce durante el viraje. El alabeo necesario para el viraje induce una guiñada contraria al sentido del viraje.

Cuando el avión se encuentra en vuelo recto y nivelado, la cantidad de sustentación y resistencia que se genera en cada una de las alas es idéntica. De este modo, las alas del avión avanzan en la dirección del vuelo a la misma velocidad.

Debido a la aerodinámiáca de las alas, sustentación y resistencia van unida. A mayor sustentación, mayor resistencia.

Cuando realizamos un viraje:

  • el alerón del lado hacia el cual estamos virando se eleva reduciendo la sustentación. De este modo, el ala se inclina hacia abajo.
  • el alerón del lado opuesto al viraje desciende, incrementándose así la sustentación. De este modo el ala se eleva.

El incremento de sustentación en el ala opuesta al viraje acarrea un incremento de su resistencia. Como consecuencia de esta resistencia adicional, el ala opuesta la viraje se “frena”, generándose una guiñada opuesta al viraje. Es la guiñada adversa.

La guiñada adversa hace que el viraje deje de estar coordinado. Además de las fuerzas que tiran del avión hacia el suelo, se producen otras fuerzas que lo desplazan lateralmente.

Para contrarrestar la guiñada adversa y hacer que el viraje sea coordinado, deberemos aplicar pie en la misma dirección del viraje. Es decir, “ayudar al viraje” con el pedal correspondiente. De este modo la bola permanecerá en el centro y el viraje será más eficaz.

 

Guiñada AdversA

Cabeceo de Flaps abajo (Flaps down)

Cuando un avión vuela recto y nivelado, se encuentra en equilibrio estable. Al desplegar los flaps, se producen una serie de fenómenos que afectan a esta estabilidad:

  • Se genera una variación en la forma y superficie del ala.
  • Como consecuencia de una mayor superficie alar, crece la sustentación y, paralelamente, se incrementa la resistencia.
  • El centro de sustentación (el lugar donde se aplica la fierza de sustentación en el ala) se desplaza hacia la parte posterior del ala, que es por donde se incrementa la superficie alar.

Al romperse el equilibrio de fuerzas (peso, sustentación y compensación de cola) se produce un efecto de cabeceo.

Teóricamente, el desplazamiento de la fuerza de sustentación hacia la parte posterior del ala, conservándose el centro de gravedad, produce un momento de cabeceo descendente. Una tendencia del avión a hacer el morro más pesado.

No obstante, en función del diseño del avión, este efecto se manifiesta de un modo u otro. Factores como el tipo de flap, la posicíon de las alas la posición del del timón de profundidad, etc. hacen que el flujo de aire resultante se altere, y por tanto, también varíen los efectos del despliegue de los flaps.

Como regla general,

  • Despliegues de flap inferiores a 15 grados, producen mucha más sustentación que resistencia. Esto se traduce en un “efecto globo“.
  • Despliegues de flap superiores a 15 grados, generan un efecto de cabeceo más notable aunque, en función de las características del avión, será descendente o ascendente.

En aviones de ala alta, al desplegar el flap por encima de 15 grados se incrementa notablemente el flujo de aire sobre el timón de profundidad, lo que hace que la cola “tire” del avión hacia abajo (sea más efeáctiva). El avión se comporta de modo opuesto a como teóricamente debiera suceder. Es decir, es mucho mas notable el flujo de aire sobre la cola que le desplazamiento del centro de sustentación.

Por tanto, en el caso del descenso de los flaps, el cabeceo varía segun el tipo de avión y es responsabilidad del piloto conocer cómo se manifiesta este efecto y compensarlo adecuadamente.

El cabeceo debido al despliegue de flaps se compensa actuando sobre el timon de profundidad en la dirección adecuada.

 

Flaps Down

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