Modos dinámicos de aeronaves - Aircraft dynamic modes

La estabilidad dinámica de una aeronave se refiere a cómo se comporta la aeronave después de haber sido perturbada después de un vuelo constante no oscilante.

Modos longitudinales

Los movimientos oscilantes se pueden describir mediante dos parámetros, el período de tiempo requerido para una oscilación completa y el tiempo requerido para amortiguar a la mitad de la amplitud, o el tiempo para duplicar la amplitud para un movimiento dinámicamente inestable. El movimiento longitudinal consta de dos oscilaciones distintas, una oscilación de período largo llamada modo fugoide y una oscilación de período corto conocida como modo de período corto.

Oscilaciones Phugoid (período más largo)

El modo de período más largo, llamado "modo fugoide", es aquel en el que hay una variación de gran amplitud de la velocidad del aire, el ángulo de inclinación y la altitud, pero casi ninguna variación del ángulo de ataque. La oscilación fugoidea es un intercambio lento de energía cinética (velocidad) y energía potencial (altura) alrededor de algún nivel de energía de equilibrio cuando la aeronave intenta restablecer la condición de equilibrio de vuelo nivelado de la que había sido perturbada. El movimiento es tan lento que los efectos de las fuerzas de inercia y las fuerzas de amortiguación son muy bajos. Aunque la amortiguación es muy débil, el período es tan largo que el piloto normalmente corrige este movimiento sin darse cuenta de que la oscilación existe. Normalmente, el período es de 20 a 60 segundos. Esta oscilación generalmente puede ser controlada por el piloto.

Oscilaciones de período corto

Sin un nombre especial, el modo de período más corto se denomina simplemente "modo de período corto". El modo de período corto es una oscilación generalmente muy amortiguada con un período de solo unos segundos. El movimiento es un cabeceo rápido de la aeronave alrededor del centro de gravedad, esencialmente una variación del ángulo de ataque. El tiempo para amortiguar la amplitud a la mitad de su valor suele ser del orden de 1 segundo. La capacidad de auto humectarse rápidamente cuando el brazo se desplaza brevemente es uno de los muchos criterios para la certificación general de aeronaves .

Modos de dirección lateral

Los modos "lateral-direccionales" implican movimientos de balanceo y movimientos de guiñada. Los movimientos en uno de estos ejes casi siempre se acoplan al otro, por lo que los modos se describen generalmente como "modos lateral-direccionales".

Hay tres tipos de movimiento dinámico lateral-direccional posible: modo de subsidencia de balanceo, modo de espiral y modo de balanceo holandés.

Modo de subsidencia de rollo

El modo de hundimiento del rollo es simplemente la amortiguación del movimiento de balanceo. No se crea un momento aerodinámico directo que tienda a restaurar directamente el nivel de las alas, es decir, no hay una "fuerza / momento de resorte" de retorno proporcional al ángulo de balanceo. Sin embargo, hay un momento de amortiguación (proporcional a la velocidad de balanceo ) creado por el giro de las alas largas. Esto evita que se acumulen grandes velocidades de balanceo cuando se realizan entradas de control de balanceo o amortigua la velocidad de balanceo (no el ángulo) a cero cuando no hay entradas de control de balanceo.

El modo de balanceo se puede mejorar con efectos diédricos provenientes de características de diseño, como alas altas, ángulos diédricos o ángulos de barrido.

Modo rollo holandés

El segundo movimiento lateral es un movimiento oscilatorio combinado de balanceo y guiñada llamado balanceo holandés, quizás debido a su similitud con un movimiento de patinaje sobre hielo del mismo nombre realizado por patinadores holandeses; el origen del nombre no está claro. El giro holandés puede describirse como un giro y un giro hacia la derecha, seguido de una recuperación hacia la condición de equilibrio, luego un rebasamiento de esta condición y un giro y giro hacia la izquierda, luego de vuelta a la posición de equilibrio, y así sucesivamente. El período suele ser del orden de 3 a 15 segundos, pero puede variar desde unos pocos segundos para aviones ligeros hasta un minuto o más para aviones de pasajeros. La amortiguación aumenta con una gran estabilidad direccional y un diedro pequeño y se reduce con una estabilidad direccional pequeña y un diedro grande. Aunque normalmente es estable en un avión normal, el movimiento puede estar tan levemente amortiguado que el efecto es muy desagradable e indeseable. En los aviones de ala barrida hacia atrás, el balanceo holandés se resuelve instalando un amortiguador de guiñada , de hecho un piloto automático de propósito especial que amortigua cualquier oscilación de guiñada aplicando correcciones de timón. Algunos aviones de ala en flecha tienen un giro holandés inestable. Si el balanceo holandés está muy ligeramente amortiguado o inestable, el amortiguador de guiñada se convierte en un requisito de seguridad, en lugar de una comodidad para el piloto y el pasajero. Se requieren amortiguadores de guiñada dobles y un amortiguador de guiñada fallido es la causa de que se limite el vuelo a altitudes bajas y posiblemente números de Mach más bajos , donde se mejora la estabilidad de balanceo holandés.

Divergencia en espiral

La espiral es inherente. La mayoría de las aeronaves acondicionadas para un vuelo recto y nivelado, si se vuelan con el bastón fijo, eventualmente desarrollarán una caída en espiral apretada. Si se ingresa involuntariamente a una inmersión en espiral, el resultado puede ser fatal.

Una inmersión en espiral no es un giro; comienza, no con una pérdida o por torque, sino con un balanceo y velocidad aerodinámicos aleatorios y crecientes. Sin la pronta intervención del piloto, esto puede conducir a una falla estructural de la estructura del avión , ya sea como resultado de una carga aerodinámica excesiva o de un vuelo hacia el terreno. El avión inicialmente da pocas indicaciones de que algo haya cambiado. La sensación de "abajo" del piloto sigue siendo con respecto a la parte inferior del avión, aunque el avión en realidad se ha salido cada vez más de la verdadera vertical. En condiciones VFR , el piloto corrige pequeñas desviaciones del nivel utilizando automáticamente el horizonte real, pero en IMC o en condiciones de oscuridad las desviaciones pueden pasar desapercibidas: el balanceo aumentará y la sustentación, que ya no es vertical, es insuficiente para sostener el avión. La nariz cae y la velocidad aumenta; la inmersión en espiral ha comenzado.

Las fuerzas involucradas

Digamos que el rollo está a la derecha. Se desarrolla un deslizamiento lateral, lo que resulta en un flujo de deslizamiento de derecha a izquierda. Ahora examine las fuerzas resultantes una a la vez, llamando a cualquier influencia hacia la derecha guiñada hacia adentro, guiñada hacia la izquierda hacia afuera o hacia adentro o hacia afuera, según corresponda. El deslizamiento-flujo:

• empujar la aleta, el timón y otras áreas laterales detrás de cg hacia la izquierda, causando un giro hacia la derecha,
• empujar las áreas laterales delante del cg hacia la izquierda, causando un desvío hacia la izquierda,
• empujar la punta del ala derecha hacia arriba, la izquierda hacia abajo, un despliegue a la izquierda debido al ángulo diedro,
• hacer que el ala izquierda vaya más rápido, el ala derecha más lento, un roll-in,
• Empuje las áreas laterales de la aeronave por encima del cg hacia la izquierda, un despliegue,
• Empuje las áreas laterales de la aeronave debajo del cg hacia la izquierda, un roll-in,

Además, las posiciones verticales relativas del fuselaje y las alas imponen una fuerza aerodinámica, creando una palanca de balanceo si el fuselaje está por encima de las alas, como en una configuración de ala baja; o despliegue si está debajo, como en una configuración de ala alta.

Una hélice que gira bajo potencia influirá en el flujo de aire que la pasa. Su efecto depende del ajuste del acelerador (alto a altas rpm, bajo a bajo) y la actitud de la aeronave.

Por lo tanto, una inmersión en espiral es el resultado de la compensación de muchas fuerzas que dependen en parte del diseño de la aeronave, en parte de su actitud y en parte de su ajuste del acelerador (un diseño susceptible se sumerge en espiral bajo potencia, pero puede que no en el planeo). .

Recuperación

Un avión en picado tiene más energía cinética (que varía con el cuadrado de la velocidad) que cuando está recto y nivelado. Para volver a la normalidad, la recuperación debe deshacerse de este exceso de energía de forma segura. La secuencia es: Apague todo; nivelar las alas hacia el horizonte o, si el horizonte se ha perdido, hacia los instrumentos; reduzca la velocidad ejerciendo una suave contrapresión en los controles hasta alcanzar la velocidad deseada; nivelar y restaurar la energía. El piloto debe estar alerta a una tendencia de cabeceo hacia arriba cuando la aeronave gira al nivel de las alas.

Ver también

• Mecánica de vuelo de aeronaves
• Vuelo visual
• Aeronáutica
• Dinámica de vuelo

Referencias