Aerodinamica

ACTUALIZACION DE OFICIAL DE OPERACIONES
AERONAUTICAS

MODULO 2
• AERODINAMICA BASICA Y
RENDIMIENTOS.

CAP. JOSE MANUEL CURIEL TREVIÑO

OBJETIVO

• EL PARTICIPANTE ANALIZARA LOS
ELEMENTOS INVOLUCRADOS EN EL
RENDIMIENTO DE LAS AERONAVES Y
ACTUALIZARA SUS BASES TEORICAS,
CONCEPTOS Y NORMAS DE SEGURIDAD
DE LAS OPERACIONES AEREAS CON EL
FIN DE OPTIMIZAR LOS CRITERIOS DE
DECISION EN EL DESEMPEÑO DE SUS
LABORES.

MECÁNICA DE LOS FLUIDOS

• ELEMENTOS DE LA AÉRODINÁMICA
• FUERZAS QUE ACTUAN EN UNA
AERONAVE.
• ANALISIS DEL DESPEGUE Y
VELOCIDADES.
• LIMITACIONES DEL DESPEGUE.

ELEMENTOS DE LA AÉRODINÁMICA
• La aerodinámica es la rama de la
mecánica de fluidos que estudia las
acciones que aparecen sobre los cuerpos
sólidos cuando existe un movimiento
relativo entre éstos y el fluido que los
baña, siendo éste último un gas y no un
líquido, caso éste que se estudia en
hidrodinámica.

ELEMENTOS DE LA AÉRODINÁMICA
• De acuerdo con el número de Mach o
velocidad relativa de un móvil con
respecto al aire, la aerodinámica se divide
en subsónica y supersónica según que
dicho número sea inferior o superior a la
unidad.

FUERZAS QUE ACTUAN EN EL AVIÓN.

• En un aeroplano las fuerzas principales que actúan
sobre el son cuatro:
– Sustentación (Lift)
– Peso (Weight)
– Empuje (Thrust)
– Resistencia al avance (Drag)

Sustentación
• Cuando el aire fluye sobre la superficie
superior del ala del avión, necesita tomar
una forma curva. Para hacer esto, la
presión del aire justo arriba del ala
necesita estar a una presión ligeramente
menor que el aire que está abajo del ala,
y el aire entonces es empujado a fluir
alrededor de las alas.
•

Sustentación
• El aire en la superficie superior del avión
entonces está a una presión menor que el
aire que está por debajo y el avión es
empujado hacia arriba lo que nosotros
llamamos sustentación.

Sustentación
• Si cortamos el ala de un planeador por la
mitad podemos ver que la cara superior
está curvada mientras que la cara inferior
es casi recta.
• Esta fuerza aerodinámica es originada en
las alas de un avión. Y en una
despreciable proporción por el fuselaje y
sus partes.

Peso
• El Peso del Avión se refiere a su peso
total. Peso es la fuerza activa a la que está
sujeto un cuerpo, debido a la atracción
terrestre. El Peso siempre actúa en
dirección hacia el centro de la tierra. Es
contraria a la sustentación.

Empuje.
• Es la fuerza que vence la inercia del avión
parado, acelerarlo en la carrera de despegue o
en vuelo se llama empuje.
• Esta fuerza se obtiene acelerando una masa de
aire a una velocidad mayor que la del aeroplano.
La reacción, de igual intensidad pero de sentido
opuesto mueve el avión hacia adelante. En
aviones de hélice, la fuerza de propulsión la
genera la rotación de la hélice.

Empuje.

• Esta fuerza se ejerce en la misma dirección a
la que apunta el eje del sistema propulsor,
que suele ser más o menos paralela al eje
longitudinal del avión.
• 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

Resistencia al avance.

• La resistencia es la fuerza que impide
o retarda el movimiento de un
aeroplano.
• Cuando un ala se desplaza a través
del aire hay dos tipos de resistencia:
– (a) resistencia debida a la fricción del aire
sobre la superficie del ala.
– (b) resistencia por la presión del propio
aire oponiéndose al movimiento de un
objeto.

• La resistencia por fricción es proporcional a la
viscosidad, que en el aire es muy baja, de manera
que la mayoría de las veces esta resistencia es
pequeña comparada con la producida por la
presión, mientras que la resistencia debida a la
presión depende de la densidad de la masa de aire.


• La resistencia por fricción es proporcional
a la viscosidad, que en el aire es muy
baja, de manera que la mayoría de las
veces esta resistencia es pequeña
comparada con la producida por la
presión, mientras que la resistencia debida
a la presión depende de la densidad de la
masa de aire.


A esta parte se le denomina resistencia
inducida, denominándose resistencia
parásita a la suma del resto de
resistencias.

• La fórmula de la resistencia (en ingles "drag")
tiene la misma forma que la de la sustentación:
D=CD*q*S donde CD es el coeficiente de
resistencia, dependiente del tipo de perfil y del
ángulo de ataque; q la presión aerodinámica
(1/2dv² siendo d la densidad y v la velocidad del
viento relativo) y S la superficie alar.
• La resistencia total del avión es pues la suma de
dos tipos de resistencia: la resistencia inducida y
la resistencia parásita.

• Resistencia inducida. La resistencia inducida,
indeseada pero inevitable, es un producto de la
sustentación, y se incrementa en proporción
directa al incremento del ángulo de ataque.
• La corriente de aire que fluye por arriba es mas
rápida que la que fluye por debajo, por lo que
hace variar el viento relativo, y este efecto crea
una resistencia.
• Este efecto es mayor en la punta del ala, debido
a que el aire que fluye por debajo encuentra una
vía de escape hacia arriba donde hay menor
presión,

• La resistencia inducida aumenta a medida
que aumenta el ángulo de ataque.

Resistencia parásita.
• Es la producida por las demás resistencias no
relacionadas con la sustentación, como son:
resistencia al avance de las partes del avión que
sobresalen (fuselaje, tren de aterrizaje no
retráctil, antenas de radio, etc.);
• También, la superficie total del ala y la forma de
esta afecta a la resistencia parásita;
• La resistencia parásita aumenta con la velocidad.

Si con el aumento de velocidad disminuye la
resistencia inducida y se incrementa la resistencia
parásita, tiene que haber un punto en que la suma de
ambas (resistencia total) sea el menor posible. Este
punto de velocidad viene tabulado por el fabricante en
el manual del avión.

ANALISIS DEL DESPEGUE

El despegue es la maniobra que consiste
en abandonar la superficie de soporte del
avión (tierra, agua, nieve, portaaviones) e
incluye todos los actos desde que se
recibe autorización para despegar hasta
que se alcanza una altura de seguridad
suficiente.

DESPEGUE
El despegue y ascenso es una maniobra que
puede dividirse en 3 etapas separadas:
1. Carrera de despegue (take off roll).
2. Despegue (lift off).
3. Ascenso inicial (climb).

Etapas del despegue
1. Carrera de despegue.
• Inicia al acelerar la aeronave hasta
obtener la velocidad que permita el
levantamiento suficiente para irse al aire.

Etapas del despegue:
Despegue (LIFT-OFF)
• Comienza cuando la aeronave se va al aire como
resultado del levantamiento que generan las
alas durante la carrera de despegue o
abandonando la superficie o por acción del
piloto jalando el bastón para incrementar el
ángulo de ataque y se inicia el ascenso.

Etapas del despegue:
Ascenso inicial
• Inicia cuando la aeronave abandona la pista y la
actitud de ascenso es establecida alejándose de
la pista de despegue.
• Se completa cuando la aeronave se encuentra
en una altitud segura de maniobra o cuando se
establece un ascenso en ruta.

ANTES DEL DESPEGUE:
• No se recomienda despegar
inmediatamente después de otra
aeronave, especialmente mas grande o de
carga, debido a la estela de turbulencia
que generan.

VELOCIDADES
V1 Velocidad de decisión, en caso de falla de
motor, con la cual el piloto debe continuar el
despegue y alcanzar la altura requerida
sobre la superficie de despegue dentro de la
distancia de despegue.
VR Velocidad de rotación, en la cual comienza a
"despegarse" el avión de la superficie de la
pista para llevarlo al aire.
V2 Velocidad de seguridad para el despegue
V2min Velocidad mínima de seguridad para el
despegue

VELOCIDADES

VFE Velocidad máxima con flaps extendidos
VFTO Velocidad final para el despegue.
Vx Velocidad de mejor ángulo de ascenso,
o sea, la mayor ganancia de altitud en
menor distancia horizontal.
Vy Velocidad de mejor tasa de ascenso,
proporciona mayor altitud en menor
tiempo.

FACTORES QUE AFECTAN EL DEPEGUE

Distancia del Despegue.
• Dependiendo de la longitud de pista disponible que se tenga,
otros factores se hacen más o menos importantes.

Efecto de los Sistemas Hipersustentadores.
• Se reduce la velocidad de despegue así como la longitud de
pista utilizada.

• El uso de los dispositivos hipersustentadores es necesario,
sobre todo en aviones de alta velocidad y en aeropuertos a
una elevación considerable (MEX).


Efecto del Peso en la Distancia de
Despegue.
• Afecta a la carrera de despegue y al
ascenso. Las tablas de rendimiento y pista
requerida para el despegue son
proporcionadas por los fabricantes y
suelen dar valores en función, entre otras
variables, del peso del avión.


Efecto del Viento en la Distancia de
Despegue.
• Siempre se debe despegar en contra de la
dirección del viento, o sea con una componente
de frente, especialmente cuando es de una
intensidad considerada.
• A mayor intensidad del viento, menor velocidad
para el despegue, por lo tanto, se ocupará una
menor distancia.


Elevación
Densimétrica.
• Cuanto mayor sea la
altura de vuelo menor
será la densidad y por
tanto menor la
sustentación y la
resistencia al avance.

VELOCIDADES QUE AFECTAN AL
DESPEGUE.
1.- Velocidad mínima de control en el suelo
(VMCG-Minimum Control Speed on
Ground).
Es la mínima velocidad a la que, con fallo
de un motor, el control direccional del avión
en el suelo puede ser recobrado y
mantenido para continuar el despegue, bajo
las siguientes condiciones:
- Fallo del motor más crítico.
- Potencia de despegue en los demás
motores.
- Flaps y Slats de despegue.
- Control direccional sólo con el timón
de dirección.
- Máxima desviación lateral 25 ft.

DESPEGUE.

• http://www.idac.gov.do/Operaciones/manualins/IDAC100
0/VOLUMEN4/Cap.3,%20Vol.4.pdf DEL MANUAL DEL
INSPECTOR DE OPERACIONES TRANSPORTE AEREO

• Vmcg. es la mínima velocidad a la cual se
puede demostrar que el avión está
controlado en tierra usando solamente los
controles principales cuando el más crítico
de los motores deja de operar
repentinamente

DESPEGUE.
• 2.- Velocidad mínima de control en el aire (VMCA). (Minimum
Control Speed in the air).
Es la mínima velocidad en vuelo a la que, con fallo de un motor, el
control del avión en el suelo puede ser recobrado y mantenido
(pues la guiñada debida al fallo Puede llegar a ser de 20º, antes de
que la reacción del piloto lleve al avión a su ruta original), bajo las
siguientes condiciones:
– - Fallo del motor más crítico.
– - Potencia de despegue en los demás motores.
– - Flaps y Slats de despegue en su ajuste mínimo.
– - Timón de dirección a su máxima deflección, y 5º de inclinación lateral
(al lado contrario del motor inoperativo).

• La VMCA no será mayor que 1,2 VMCG , pero con pesos altos la
velocidad de pérdida será superior a la VMCA.

DESPEGUE.

• 3.- Velocidad de decisión (V1). (Decision Speed).
• Es la velocidad máxima a la cual el piloto puede
reconocer un fallo durante la carrera de
despegue y parar el avión dentro de la pista
previamente calculada o bien es la velocidad
mínima a la que, con el fallo del motor más
crítico, pueda continuar el despegue y
cumplimentar los requisitos de subida
establecidos.
• VMCG < V1 < VR

DESPEGUE.
4.- Minimun Unstick Speed (VMU).
• Es la mínima velocidad a la que es posible despegar el avión del
suelo y continuar el despegue, sin consecuencias desastrosas.
5.- Velocidad de rotación (VR). (Rotation Speed).
• Es la velocidad a la que se indica la rotación del avión sobre su tren
principal, para alcanzar la velocidad de subida V2 a los 35 ft de
altura. Ha de cumplir los siguientes requisitos:
- No ser menor de 1,05 VMCA.
- Si la rotación se efectúa bruscamente, no resulte una VLOF menor
que 1,10 VMU sin fallo del motor, o 1,05 VMU con un motor
inoperativo.
- Acota la velocidad de decisión V1.

DESPEGUE.
6.- Velocidad de despegue (VLOF). (Lift off Speed).
• Una vez que el avión efectúa la rotación y pasa a su posición de
vuelo, continúa su aceleración hasta la velocidad VLOF a la cual
despega. No tiene gran importancia ya que es la VR la que
condiciona la maniobra.
• La VLOF si fallo el motor no será menor de 1,10 VMU, y con un
motor inoperativo no será menor de 1,05 VMU.

7.- Velocidad de seguridad al despegue (V2). (Takeoff Safety Speed).

• Velocidad óptima para cumplimentar con un motor inoperativo los
gradientes de subida.
-1,10 VMCA < V2 > -1,20 VS1

OTRAS VELOCIDADES .

1.- Velocidad máxima operativa (VMO).
• Es la velocidad (o Mach) que no se debe exceder en cualquier circunstancia
(subida, descenso o crucero). Se establece de manera que no ha de ser
mayor que la velocidad de cálculo de crucero ni menor que la velocidad de
cálculo de picado.
2.- Velocidad con flaps extendidos (VFE).
• Es la máxima velocidad autorizada con flaps extendidos. Como hay varios
puntos de extensión de flaps, hay varias velocidades máximas autorizadas,
según la exposición del flap.
3.- Velocidad con tren de aterrizaje extendido (VLE).
• Es la velocidad máxima para extender o retraer el tren “con seguridad”.
• Generalmente esta velocidad es un 67% de la velocidad de crucero (VC).

ATERRIZAJE
Al igual que el despegue, la toma de tierra o aterrizaje,
tiene varias etapas.
• 1. Distancia del planeo.- por encima de un obstáculo
a una altura determinada, con velocidad y ángulo
constantes.
• 2. Distancia de transición.- para nivelar el avión,
perdiendo velocidad a altura del suelo constante y
relativamente pequeña, hasta el desplome.
• 3. Distancia de aterrizaje.- para carrera de aterrizaje.
Empleo de frenos sobre ruedas, tipo aerodinámico, o
inversión del sistema propulsor

Efecto de Tierra.
Conjunto de varios fenómenos aerodinámicos que
afectan al avión en vuelo cerca del suelo, o la superficie
del mar;
Los fenómenos suelen aparecer cuando el avión vuela a
una altura que es equivalente al 20 % de la envergadura
del ala, más o menos, respecto al terreno o a la
superficie del agua.
• El efecto suelo influye en la estabilidad longitudinal del
avión. Puesto que la proximidad de la superficie
disminuye los flujos ascendentes y descendentes del
aire, el efecto sobre el plano horizontal de cola es la
disminución del ángulo de “ Downwash ”.

ATERRIZAJE
APROXIMACION Y
ATERRIZAJE NORMAL
• Incluye el uso de
procedimientos normales, como
la potencia disponible en el
motor, viento moderado y de
frente, la senda de aproximación
sin obstaculos y la pista es
preparada y suficiente para su
parada normal. El punto de
toque esta dentro del primer
tercio de la pista.

ATERRIZAJE
• Patrón de tráfico.

LIMITACIONES DE OPERACIÓN.
• VELOCIDADES CARACTERÍSTICAS.
• VELOCIDADES DE DESPLOME EN LA
OPERACIÓN.
• VELOCIDADES MÍNIMAS DE CONTROL.
• VELOCIDAD MÍNIMA DE ASCENSO.
• TRAYECTORIA DE DESPEGUE PARA AVIONES
MULTIMOTORES, TURBORREACTORES Y DE
HÉLICE.
• ANALISIS DE AEROPUERTOS.
• EJERCICIOS.

VELOCIDADES CARACTERÍSTICAS.
• 1.- Velocidad Indicada (Indicated
Airspeed). IAS
Es la lectura que da el
anemómetro
• 2.- Velocidad Calibrada (Calibrated
Airspeed). CAS
Es la IAS corregida por el error de
instalación o de posición. Es muy
pequeño, sobre todo en despegue
(Takeoff) o aterrizaje (Landing).

3.- Velocidad Equivalente (Equivalent Airspeed).
EAS es la CAS corregida por error de compresibilidad
adiabática, a la altitud de vuelo correspondiente.
4.- Velocidad Verdadera (respecto al aire) (True
Airspeed). TAS
• Es la EAS corregida por error de densidad (altitud y
temperatura).
• Varía según la fórmula:
TAS = EAS
σ
σ (densidad rel.del aire) = densidad real del aire
densidad a SL y OAT Std.
• Normalmente se obtiene directamente la TAS, a partir
de la CAS, sin considerar la EAS.

5. Velocidad sobre el suelo (Ground Speed). GS
• Es la TAS corregida por el viento.
6. Número de Mach (Mach Number). M
• Relación entre la TAS y la velocidad del sonido en el
aire, tomadas en el mismo punto.
M = TAS
a
a = velocidad del sonido en el aire
La velocidad del sonido en el aire a SL y OAT Std es de
661 kt y varía según la fórmula:
a = 661. √Θ
• Θ(Temperatura relativa del aire) =
Temperatura real del aire
Temperatura a SL y Std
• Estas temperaturas son absolutas (ºK); ºK=273,15+ºC
• La misma fórmula puede aplicarse utilizando presiones a
partir de la TAS.


• VELOCIDADES DE DESPLOME EN LA OPERACIÓN.
• Velocidad de pérdida (Stall Speed). VS
• Es la mínima velocidad (IAS o CAS) a la que el avión puede ser
controlado en vuelo horizontal con los requisitos siguientes:

- VS0 : Velocidad de pérdida basada en:
- Motores en “idle”, ralenti o vacio.
- CG en su límite delantero.
- Configuración de aterrizaje.

- VS1 : Velocidad de pérdida basada en:
- Motores en “idle”.
- CG en su límite delantero.
- Configuración de tren y flaps ARRIBA.

La velocidad de pérdida aumenta con los factores que incrementan
la carga alar:
- Peso del avión
- Aceleraciones verticales (Pull-up, viraje, turbulencia...): El peso efectivo
aumenta cuando está sometido a aceleraciones que llevan consigo un
incremento de G (éste incremento se denomina factor de carga (n)).
n = 1/cosΦ (Φ = ángulo de inclinación lateral)
• - Hielo sobre la superficie del avión, el cual produce sobre los planos
tres efectos que contribuyen a aumentar la VS:
– - Aumenta el GW.
– - Aumenta la resistencia al avance (Drag).
– - Disminuye la sustentación, debido a las perturbaciones en el extradós.
• - CG adelantado

TRAYECTORIA DE DESPEGUE

• La trayectoria de despegue comienza al
soltar los frenos para iniciar el despegue y
termina al alcanzar 1500 pies de altura.
• La OACI y la FAA consideran la
trayectoria de despegue para la condición
mas critica, como la falla de uno de los
motores.

• LONGITUD MÍNIMA DE PISTA EN
DESPEGUE.
• En el despegue con falla de un motor el
piloto debe decidir entre:
– 1. Desacelerar los motores y parar el avión o,
– 2. Ascender con un motor inoperativo.

• En ambos casos requiere cierta longitud de
pista, y es la que resulte mayor de las
siguientes:
1. Distancia de despegue hasta 15 metros (50
pies) de altura.
2. Distancia de aceleración y parada.
La longitud de pista será mínima cuando la dist. de
despegue sea igual a la de aceleración-parada, con
falla de motor crítico en V1.

DISTANCIA DE DESPEGUE HASTA
15 METROS (50 PIES) DE ALTURA.
• Se compone de las siguientes partes
1. Distancia aceleración con todos motores operando hasta V1.
2. Distancia de aceleración de V1 a V2 con UN MOTOR INOPERATIVO.
Al alcanzar V1 falla el motor crítico (num. 1 lado izq.), motor
abanicando, hasta alcanzar V2. Tren abajo y flaps p/despegue.
3. Distancia de acenso hasta 15 metros de altura. Tren SUBIENDO,
helice motor inoperativo PERFILANDOSE flaps p/despegue.

15 M
ALT

V1 V2

DISTANCIA DE ACELERACIÓN Y PARADA.
ASDA
SE COMPONE DE LOS SIGUIENTES SEGMENTOS:
1. Distancia de aceleración c/motores toda pot. Hasta
alcanzar V1.
2. Distancia por inercia de hélices, desde que se corta
la potencia hasta que inicia la desaceleración.
3. Distancia para parar el avión, aplicando frenos de
ruedas.

1: V1 2. 3.
INERCIA PARADA

FACTORES QUE AFECTAN LA LONGITUD DE PISTA

Para el cálculo de la longitud de pista requerida para el
despegue, los siguientes factores influyen en dicha
longitud:
1. Peso del avión.
2. Elevación del aeródromo.
3. Posición de los flaps.
4. Viento.
5. Temperatura ambiente.
6. Pendiente de la pista, si la pendiente es positiva se
requiere mayor longitud.


La trayectoria de despegue con falla del motor crítico en
V1 se compone de los siguientes segmentos:
1. Carrera de aceleración hasta V1.
2. Aceleración de V1 a V2.
3. Primer segmento del despegue: con V2, tren
subiendo, flaps desp., motor inop. Paso bajo,
ascenso min. 50 pies/min. , motores operando a
pot. De despegue.
4. Segundo segmento del despegue: tren arriba,
motores operando a pot. De despegue, al alcanzar
50 m altura hélice perfilándose, ascenso min. De
0.035 VS12 (VS1 en mph y es el más dificil).

5. Tercer segmento del despegue: Hélice perfilada, motores
operando a pot. De despegue continua ascenso hasta librar
obstáculos, hasta 1 minuto después del inicio del despegue.
Altura sobre obstáculos para librar pendiente máx.. 1:20
6. Cuarto segmento del despegue: empieza al terminar el tiempo
de potencia de despegue y se reduce a máx.. Continua, se
inicia el ascenso en ruta. Termina al alcanzar 1500 pies sobre
obstáculo mas alto de la trayectoria..

ASCENSO EN RUTA

LA VELOCIDAD MINIMA DE ASCENSO DEL AVION CON
TODOS LOS MOTORES FUNCIONANDO A
POTENCIA DE RÉGIMEN, TREN ARRIBA, FLAPS MAS
FAVORABLES Y ALETAS DE ENFRIAMIENTO PARA
TEMP. AMBIENTE:
Vso pies/min. (Vso en mph ó 9.22 Vso pies/min)
hasta 1,500 metros o 5,000 pies.

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