Ingeniería de Aeropuertos

EL AVION

República Bolivariana de VenezuelaMinisterio de Educación Superior

I.U.P. “Santiago Mariño”Porlamar, Edo. Nueva Esparta

Escuela: Ingeniería Civil

INTRODUCCION

Desde el principio de la humanidad, el hombre ha admirado el vuelo en todas sus formas, siendo principalmente observado en animales, fascinado por la libertad de estos en ambientes abiertos y por la necesidad de llegar más allá de nuestros límites.

En siglos pasados muchos fueron los intentos y pruebas realizadas para alcanzar el sueño de volar, pero tras diversos ensayos y errores fueron los famosos hermanos Wright quienes dieron el primer paso hacia lo que hoy conocemos como aviación con su vuelo de escasos 36 metros de recorrido dando inicio a una nueva era.

Con el avance de los siglos muchos fueron os desarrollos alcanzados por la ciencia, gracias a ellos disfrutamos actualmente de vuelos seguros, distantes y confortables así como increíbles traslados de equipos pesados de forma eficaz, es por ello que el presente trabajo dará a conocer los aspectos más importantes de esta fascinante invención.

Se podría decir que la historia del avión, o más precisamente de la aviación, comienza como tal desde la edad media con la creación del primer aparato volador por el andalusí Abás Ibn Firnas, o más adelante, hacia el 1500, con los estudios de Leonardo Da Vinci. En efecto, a comienzos del siglo XVI Leonardo da Vinci se preocupó de analizar el vuelo de los pájaros y anticipó varios diseños que después resultaron realizables. Entre sus importantes contribuciones al desarrollo de la aviación se encuentran el tornillo aéreo o hélice y el paracaídas.

Luego vendría el desarrollo de la aviación con artefactos más livianos que el aire, como el globo, pero no sería sino hasta fines del siglo XIX que comenzaría el desarrollo del avión. Las ideas estaban pero el tiempo seguía inexorable y el desarrollo práctico de la aviación se tomó su tiempo, recorriendo distintos vericuetos durante el siglo XIX. Después de innumerables intentos fracasado y luego de años de investigaciones por los primeros precursores de la aviación como John J. Montgomery, Otto Lilienthal, Percy Pilcher y Octave Chanute llega en 1890 la creación del primer avión propiamente dicho por Clément Ader (1841-1926) llamado “Eolé” que voló a una altura de 20 cm y recorrió una distancia de 50 metros.

El alemán Otto Lilienthal realizó sus experimentos con cometas y ornitópteros pero los mayores éxitos los obtuvo con sus vuelos en planeador entre 1894 y 1896. Por desgracia, murió en 1896 al perder el control de su aparato y estrellarse contra el suelo desde 20 metros de altura. Los numerosos experimentos realizados con cometas durante esta época, consiguieron mejorar de forma notable los conocimientos sobre aerodinámico y estabilidad del vuelo.

Los logros conseguidos durante el siglo XIX aportaron los fundamentos necesarios para el éxito de los hermanos Wright, pero los mayores avances se debieron a los esfuerzos de Chanute, Lilienthal y Langley a partir de 1885.

En 1903 aún no se habían conseguido la estabilidad y el control necesarios para un vuelo prolongado, pero los conocimientos aerodinámicos y sobre todo el éxito de los motores de gasolina, que sustituyeron a los más pesados de vapor, permitirían que la aviación evolucionase con rapidez. Y es aquí donde entran en escena los famosos hermanos Wright, dos americanos de Ohio, conocidos como los padres de la aviación, quienes aplicando y mejorando los conocimientos y avances de sus predecesores lograron el primer vuelo controlado de la historia. El día 17 de diciembre de 1903, cerca de Kitty Hawk, en el estado de Carolina del Norte, los hermanos estadounidenses Wilbur y Orville Wright realizaron el primer vuelo pilotado de una aeronave más pesada que el aire propulsado por motor.

El histórico vuelo lo lograron luego de varias pruebas y experiencias con planeadores y uno de los hermanos, Orville Wright, logró volar a una altura de 12 metros y recorrer 36 metros de distancia. Al año de esta proeza superaron aplastantemente su marca consiguiendo recorrer 38 Km. Un nuevo avance fue el del brasilero Alberto Santos-Dumont que en 1906 realizó públicamente el primer vuelo de un avión que podía volar por sus propios medios, a diferencia del de los hermanos Wright, que precisaba la ayuda externa de una catapulta para poder iniciar el vuelo.

El pionero en cruzar el Canal de la Mancha fue el ingeniero y piloto francés Louis Blériot. El día 25 de julio de 1909, durante 35,5 minutos recorrió 37 kilómetros, desde Calais, Francia, a Dover, Inglaterra, en un avión monoplano diseñado y fabricado por él mismo. El transporte aéreo de correo se aprobó oficialmente en Estados Unidos en el año 1911 y se realizó el primer vuelo el 23 de septiembre.

En 1915 se realizan las primeras pruebas con un avión fabricado enteramente de metal y en 1919 se realiza el primer vuelo trasatlántico con escalas entre Canadá e Irlanda. Ocho años más tarde se da el mítico vuelo en solitario de Charles Lindbergh desde Nueva York a París sin escalas.

Durante los años posteriores a la Primera Guerra Mundial se realizaron grandes progresos tanto en el diseño de los aeroplanos como de los motores.

En Europa el avión fue usado para transporte de pasajeros en el año 1919, mientras que en Estados Unidos los primeros vuelos de la aviación comercial se dedicaron principalmente al correo. Los vuelos de pasajeros aumentaron en rutas como la de Londres a París, se introdujeron en Estados Unidos a partir de 1927 y crecieron más rápido gracias a la aparición de aviones seguros y confortables como el Douglas DC-3.

Poco después aparecieron los aviones cuatrimotores que podían volar aún más de prisa, subir más alto y llegar más lejos. El siguiente paso se dio en 1950, con el Vickers Viscount británico, primer avión impulsado por hélice movida por turbina a gas.

Los aviones para cubrir un servicio se eligen en función de dos factores: el volumen de tráfico y la distancia entre los aeropuertos a los que sirve. La distancia entre aeropuertos se conoce como recorrido y hay un elevado número de aviones que pueden operar entre 400 y 11.000 kilómetros.

Los reactores comerciales de pasajeros se usaron al principio para recorridos de larga distancia. El avión británico De Havilland Comet inició su servicio en 1952, y el Boeing 707 en 1958. A finales de la década de 1950 apareció el Douglas DC-8 y los Convair 880 y 990. Estos aviones desarrollaban una velocidad de crucero aproximada de 900 km/h y transportaban más de 100 pasajeros.

El Caravelle francés, el De Havilland Trident inglés y el Boeing 727 estadounidense, todos ellos más pequeños y diseñados con los motores en la cola, se construyeron para cubrir líneas de medio recorrido, entre 800 y 2.400 kilómetros. A mediados de la década de 1960 aparecieron birreactores aún más pequeños para operar en trayectos de corto recorrido, como el Boeing 737, el DC-9, el Fokker F-28 y el BAC-111.

El Boeing 747 entró en servicio en el año 1970 y fue el primer avión comercial de fuselaje ancho. El Douglas DC-10 y el Lockheed 1011 Tristar son también grandes aviones con capacidades próximas a los 300 pasajeros. Ambos van empujados por tres motores montados en la cola.

Mientras, en Europa, el primer avión birreactor de fuselaje ancho, Airbus A300, realizaba su primer vuelo en el mismo año. Airbus es un consorcio de empresas de distintos

países europeos como España, Francia y Reino Unido entre otros. El avión supersónico comercial o SST constituye la cima en el desarrollo de la tecnología aeronáutica y permite cruzar el Atlántico Norte y regresar de nuevo en menos tiempo de lo que un reactor subsónico tarda en hacer uno de los trayectos. El supersónico soviético TU-144, que fue el primero en entrar en servicio en 1975, realizaba vuelos regulares de carga en la URSS.

En 1962 los gobiernos del Reino Unido y Francia firmaron un acuerdo para desarrollar y construir el proyecto del avión supersónico Concorde. El primer vuelo de prueba se hizo en 1971 y el certificado de aeronavegabilidad se firmó en 1975. El primer vuelo comercial del avión francés fue desde París a Río de Janeiro, con escala en Dakar, y del inglés desde Londres a Bahrain.

Las pérdidas de explotación del Concorde superaron los 500 millones de libras y dejó de fabricarse en 1979. A pesar del fracaso comercial del Concorde, los fabricantes y operadores siguen interesados en una posible segunda generación de aviones supersónicos. Entretanto hay una enorme competencia entre los fabricantes de aviones reactores subsónicos avanzados como los Boeing 757, 767 y 777 y los Airbus A-320, 330 y 340.

El A-320 ha sido el primer avión comercial en usar el sistema de control completamente automático fly-by-wire. El avión cuatrimotor de largo recorrido A-340 y el trimotor McDonnell-Douglas MD-11 fueron los competidores del Boeing 747 mientras el bimotor de fuselaje ancho A330 y el Boeing 777 concurren en el mercado de alta densidad y medio recorrido donde ya competían el Boeing 767 y el Airbus A300/310.

Los aviones de carga han conocido una expansión sin precedentes desde la Segunda Guerra Mundial. Los primeros aeroplanos de carga fueron los Canadair CL-44 y el Armstrong-Whitworth Argosy, a los que siguieron versiones de los grandes aviones de pasajeros modificados para carga, que son los usados actualmente.

SUSTENTACION

Se produce por el efecto Ventury, cuando una partícula de aire sufre un estrechamiento, disminuye su presión y aumenta su velocidad, así mediante el perfil del ala se obliga a las partículas a estrecharse lo que produce una disminución de su presión generando una fuerza en el intradós del ala que tiene más curvatura en cambio que el extradós que casi no tiene. Los factores que influyen en la sustentación son, la forma del perfil del ala, su superficie, la densidad del aire, la velocidad del viento relativo, el ángulo de ataque, entre otros más.

La fuerza que empuja a un objeto hacia arriba en contra de la dirección del peso es la sustentación. En los aviones, al igual que en los pájaros, la sustentación es creada por el movimiento del aire alrededor de las alas (la sustentación creada por el cuerpo o la cola es pequeña). La siguiente figura muestra dos líneas de corriente aerodinámica alrededor de un típico perfil aerodinámico (o de una ala); una viaja sobre la superficie superior del perfil mientras que la otra viaja por la parte de abajo. Si dos partículas se dejaran ir desde el mismo punto y al mismo tiempo, una en cada línea aerodinámica, las partículas comenzarían a

moverse juntas. Al acercarse a la parte de enfrente del perfil, sin embargo, sus velocidades comenzarán a cambiar. Debido a la forma que tiene el perfil aerodinámico, el aire se mueve más rápidamente sobre la superficie superior que en la parte inferior del perfil. La partícula que viaja sobre la superficie superior debe recorrer una distancia mayor. El aumento de velocidad del aire en la superficie superior hace que la presión disminuya (debido a la ley de Bernoulli). Asimismo, la disminución de velocidad crea una presión más alta en la parte inferior. La diferencia que hay entre la presión que existe en la superficie superior y la presión que existe en la superficie inferior es lo que genera la sustentación.

Así, cuando se combinan las fuerzas que se generan en ambas superficies, la fuerza neta es la sustentación, la cual está dirigida hacia arriba.

La forma del perfil aerodinámico (corte transversal del ala) es muy importante para la producción de sustentación; y por lo tanto, los diseñadores de aviones diseñan estas formas muy cuidadosamente. En la actualidad, la mayoría de los perfiles tienen comba, lo cual significa que la superficie superior está arqueada mientras que la superficie inferior es más plana. Este tipo de perfiles genera sustentación incluso cuando la corriente del aire es horizontal (el ángulo de ataque es cero). Los hermanos Wright utilizaron perfiles simétricos para construir las alas de su aeroplano. En este caso, puesto que las superficies superior e inferior son iguales, las partículas de las líneas aerodinámicas que se forman encima y debajo del perfil simétrico se mueven exactamente a la misma velocidad. La presión que hay en la superficie superior es exactamente igual a la presión de la superficie inferior, de tal manera que la fuerza combinada neta que actúa en el perfil es cero.

A la "inclinación" del ala con respecto a la corriente del aire se le llama ángulo de ataque. Puede ser utilizada con alas arqueadas o simétricas. Esta es la razón por la cual un avión gira un poco hacia arriba durante el despegue; el piloto aumenta el ángulo de ataque para generar más sustentación. Si el ángulo de ataque aumenta al doble, la sustentación también aumenta al doble. Sin embargo, la cantidad de sustentación que puede ser generada, tiene un límite. El ángulo de ataque puede aumentarse hasta un punto en el que la fuerza neta de sustentación comienza a reducirse drásticamente.

Otra manera de aumentar la sustentación de un ala es extender las aletas hacia abajo. Esto, como cuando se aumenta el ángulo de ataque, hace que la superficie superior se alargue y que la superficie inferior se acorte para generar más sustentación.

La velocidad de la corriente de aire (o, más bien, la velocidad del avión) es el elemento más importante para la producción de sustentación. Si la velocidad aumenta, la sustentación aumentará dramáticamente. Si la velocidad del avión se dobla, la sustentación será cuatro veces mayor.

CONTROLES DEL AVION

Los controles primarios de vuelo consisten en las superficies convencionales de alerones, timón de dirección y elevador. Los controles secundarios consisten en dispositivos hipersustentadores (flaps y slats), spoilers (control lateral, freno aerodinámico en vuelo y

tierra). Sistemas de alamas son provistos para pérdida de sustentación y despegue adverso, o condiciones de velocidad máxima.

Controles Primarios de Vuelo

Control Lateral

Los volantes de control son usados para el control lateral, son conectados por cables con una aleta de control en cada alerón y ambos están unidos por un tubo de torque que hace que ambos volantes se muevan en conjunto.

Las fuerzas aerodinámicas en mueven el alerón. Los alerones están conectados entre sí mediante un cable, de tal manera que cada alerón debe responder al movimiento del alerón opuesto. Cada alerón contiene una aleta de trim (trim tab) que está conectada mediante cables a la perilla ubicada en el pedestal. El control lateral de alerones es aumentado por los spoiler de vuelo (flight spoilers) operando en proporción con el desplazamiento del comando (volante) y/o seteo de speedbrakes.

Control Longitudinal

Consiste en un par de elevadores unidos al estabilizador horizontal. El control de elevador es, para todo vuelo normal, un sistema "asistidor" que mueve una sola aleta de control en cada elevador. La única interconexión entre ambos sistemas de control es una barra de torque que conecta ambas columnas de control. Mientras cada elevador se mueve, una aleta adicional, accionada por el movimiento del elevador, se mueve para asistir al control tab. Una aleta antiflote (anti-float tab) accionada por el movimiento del estabilizador horizontal está instalada en cada elevador en la parte externa del tab de asistencia para mejorar el trimeado longitudinal en una condición de CG adelante y configuración de aterrizaje.

Las aletas en las nacelas de los motores son agregadas para mejorar el control longitudinal después haber estado en pérdida de sustentación.

Una luz azul (ELEVATOR PWR ON) en el panel anunciador está instalada para indicar cuando se está usando presión hidráulica para mover el elevador.

Un resorte del Mach Trim está conectado a la columna de control del 1er Oficial. Este es controlado por un compensador de trim que provee correcciones volando en condiciones de alto número de Mach.

Control Direccional

El control direccional se obtiene a través de los pedales que controlan el movimiento del timón de dirección, el timón es normalmente potenciado por el sistema hidráulico derecho. Hay aletas en la nariz (nose strakes) agregadas al fuselaje para aumentar el control direccional durante el vuelo con grandes ángulos de ataque.

Operación potenciada del timón de dirección.

Durante la operación potenciada del timón el tab de control es trabado hidráulicamente. Los movimientos de los pedales activan el timón, el trimeado es hecho girando la perilla que está en el pedestal. La presión hidráulica que va hacia el timón puede ser cortada llevando la palanca de RUDDER POWER CONTROL a la posición manual, cuando es cortada la presión hidráulica al timón, o cuando la presión hidráulica del sistema cae aprox. debajo de 950psi, el timón automáticamente cambia a operación manual, destrabando el tab de control, una luz en el panel anunciador encenderá RUDDER CONTROL MANUAL indicando la operación manual del timón. La máxima deflexión del timón en el modo potenciado es de 22° a ambos lados.

Operación manual del timón de dirección

Durante la operación manual del timón, los movimientos de los pedales mueven el tab de control en el timón, las fuerzas aerodinámicas sobre el tab de control mueven en timón de dirección, el trimeado es hecho mediante la perilla en el pedestal. Debido a la operación aerodinámica manual del tab de control del timón, la máxima deflexión del timón esperada en el modo manual es de 17° a ambos lados.

Limitador del movimiento del timón de dirección

Un limitador de movimiento está instalado para proteger al empenaje de sobrecargas inadvertidas, el sistema opera por presión de aire de impacto (ram air) desde el pitot que está en el borde de ataque del estabilizador vertical. A mayor velocidad, mayor presión de aire de impacto, resultando en una restricción proporcional del timón de dirección. El limitador está regulado para variar la máxima deflexión desde "no restringido" hasta máxima restricción como función de variación de la velocidad.

Durante la aceleración, el movimiento del timón no está restringido hasta aprox. 180 kts (MD81) o 200 kts (MD82/83/88), el timón tiene una deflexión máxima de 22°, luego se va restringiendo gradualmente hasta alcanzar el máximo de restricción a unos 300 kts, 2,5° con la máxima restricción. Durante la desaceleración, el movimiento posible va aumentando hasta alcanzar la máxima deflexión a aprox 165 kts (MD82/83/88) o 144 kts (MD81).

Controles de vuelo secundarios

Sistema de Spoilers

Cada ala tiene dos paneles de spoilers de vuelo (Flight Spoilers) que funcionan durante todas las fases de vuelo, y un panel de spoiler de tierra (Ground Spoiler) que solo son operados en tierra. El sistema de spoilers tiene los siguientes modos de operación:

1- Aumento del control lateral en todos los modos de operación de los Flight Spoilers.2- Extensión automática de los Flight y Ground Spoilers en el momento del contacto del

tren principal con la pista durante el aterrizaje para disminuir la sustentación y entonces aumentar la eficiencia de frenado.

3- Extensión manual de los Ground y Flight Spoilers durante el aterrizaje o el aborto de despegue.

4- Extensión a requerimiento de los Flight Spoilers para ser usados como frenos aerodinámicos.

Flight Spoilers

Un panel de spoiler interior y otro exterior en cada ala suplementan a los alerones en el control lateral. El movimiento de los spoilers sucede cuando el comando de vuelo en el cockpit actúa los alerones, que están conectados por cables al sistema de spoilers. Ambos sistemas de spoilers interior y exterior están interconectados a ambos sistemas de control de los alerones a través un mecanismo mezclador. Este mezclador alerón/spoiler controla el movimiento de los spoilers en relación al movimiento de los alerones. Cuando el comando de vuelo es movido más de aprox. 5° lateralmente, los flight spoilers del ala que baja comenzarán a extenderse.

Los paneles interiores y exteriores de spoilers son actuados por sistemas hidráulicos separados. Si un sistema hidráulico falla se tendrá la mitad de efectividad de los flight spoilers, ya que se extenderá solamente uno de los dos paneles, dependiendo de qué sistema haya fallado.

Frenos Aerodinámicos (Speed brakes)

En vuelo, al mover la palanca de extensión de frenos aerodinámicos / spoilers hacia atrás, se extenderán los cuatro paneles de flight spoilers para ser utilizados como speed brakes. Estas superficies pueden ser extendidas simétricamente aprox. 6° por cada muesca hasta un máximo de 35°.

Si en vuelo los speed brakes son extendidos con una extensión de flaps de más de 6° se encenderá la luz anunciadora SPOILER/FLAPS EXTENDED y la luz MASTER CAUTION, además sonará una alarma aural y vocal diciendo "SPEED BRAKE". Esta luz y alarma aural está inhibida cuando el avión está en tierra.

Ground Spoilers

Luego del aterrizaje, todos los paneles de spoilers (flight y ground) pueden ser extendidos hasta el máximo de 60° para ser usados como ground spoilers. El sistema puede ser armado para una operación automática tirando hacia arriba la palanca de speed brake / spoilers hasta que una marca roja es mostrada y la palanca queda trabada arriba. Los spoilers se retraerán y la palanca de actuación de speed brakes / spoilers se desarmará si el acelerador izquierdo es adelantado para abortar el aterrizaje En aviones donde está instalado el sistema de autobrake (ABS) y autospoilers cuando el sistema está armado para el despegue, los spoilers se extenderán automáticamente luego que las palancas de reversores han sido accionadas para actuarlos.

Sistema de Flaps

El sistema de flaps de borde de fuga consiste en un segmento interno y otro externo en cada ala. Cada flap es accionado por un cilindro hidráulico interno y otro externo. Los cilindros externos son actuados por el sistema hidráulico izquierdo, los cilindros internos son actuados por el sistema hidráulico derecho. A pesar de que los flaps normalmente son operados por ambos sistemas hidráulicos, un solo sistema es capaz de operarlos más lentamente. Todos los segmentos de flap están unidos mecánicos para una extensión y retracción simultánea.

Una válvula restrictora de dos velocidades restringe la velocidad de movimiento de los flaps desde 20° a 0°, la velocidad de retracción de 40° a 20° es más rápida.

Sistema de Alarma Flap/Tren de Aterrizaje

En vuelo, si los flaps son extendidos a más de 26° y el tren de aterrizaje no está abajo y trabado, la alarma audible sonará hasta que el tren esté abajo y trabado. En vuelo, si uno o ambos aceleradores son llevados a ralentí, la velocidad es menor a 210 kts, y el tren no está abajo y trabado, la alarma audible sonará. La alarma en este caso puede ser silenciada presionando el botón GEAR HORN OFF ubicado en el pedestal si los flaps están a menos de 26°.

Estabilizador Horizontal

El estabilizador horizontal movible brinda compensación longitudinal. El estabilizador es movido por un tornillo movido por un motor eléctrico primario o por otro alternativo. El control de compensado primario (Trim) es hecho actuando switches dobles en cualquiera de los volantes de control de vuelo o moviendo ambas manijas en el pedestal. La operación del trim alternativo es provista por dos switches ALT LONG TRIM montados en el centro del pedestal. La operación del trim alternativo mueve el estabilizador 1/10 de grado por segundo. El motor alternativo también es usado por el piloto automático para el compensado.

Cuando el estabilizador horizontal es movido por cualquiera de los tres métodos de control o por el piloto automático, una señal audible sonará cada vez que el estabilizador se mueva 1/2 grado. En algunos aviones, un aviso vocal sonará cada vez que el estabilizador es movido por el piloto automático a un régimen de 2° o más en 30 seg.

Si se pierde toda la energía eléctrica normal, los motores primario y secundario quedan inoperativos, quedando el estabilizador en su última posición.

Sistema de Protección de Pérdida de Sustentación

Antes de que se produzca la pérdida de sustentación, se activará un sistema de protección. La aproximación a la pérdida de sustentación será detectada por cualquiera de dos sistemas independientes indicadores de pérdida de sustentación. Cada sistema de detección tiene una computadora que recibe información de la aleta de ángulo de ataque, del

estabilizador horizontal y de la posición de los flaps/slats. Cualquier sistema de detección dará indicaciones antes de que el avión entre en pérdida de sustentación mediante la actuación de la vibración del comando de vuelo (stick shaker) a aproximadamente un 10% sobre la velocidad de pérdida de sustentación.

SISTEMAS DE IMPULSIÓN

Motores de explosión

La aviación como la conocemos comenzó gracias a la propulsión de aeronaves mediante motores de cilindros y pistones, también llamados motores alternativos. A pesar de que existían otros métodos y formas de propulsión, los motores permitieron una propulsión de trabajo constante, operados principalmente por gasolina. Debido a la rudimentaria tecnología de finales del Siglo XIX, puede atribuirse en parte al desarrollo de los motores el que a comienzos del Siglo XX el vuelo propulsado fuera posible. Por ejemplo, el motor que usó el Flyer III de los hermanos Wright hecho con la ayuda del mecánico Charles Taylor, fue un gran éxito debido a su excelente relación peso a potencia, ya que era un motor con un peso de 170 libras que producía una potencia de unos 12 CV a 1.025 RPM.

Motor en línea

Este tipo de motor tiene los cilindros alineados en una sola fila. Normalmente tienen un número par de cilindros, pero existen casos de motores de tres o cinco cilindros. La principal ventaja de un motor en línea es que permite que el avión pueda ser diseñado con un área frontal reducida que ofrece menor resistencia aerodinámica. Si el cigüeñal del motor está ubicado encima de los cilindros se le llama un motor en línea invertido, esta configuración permite que la hélice sea montada en una posición más alta, a una mayor distancia del suelo, incluso con un tren de aterrizaje cortó. Una de las desventajas de un motor en línea es que ofrece una escasa relación potencia a peso, debido a que el cárter y el cigüeñal son largos y por tanto más pesados. Éstos pueden ser refrigerados por aire o por líquido, pero lo más común es que sean refrigerados por líquido porque resulta difícil obtener un flujo de aire suficiente para refrigerar directamente los cilindros de la parte trasera. Este tipo de motores eran habituales en los primeros aviones, incluido el Wright Flyer, la primera aeronave en realizar un vuelo controlado con motor. Sin embargo, las desventajas inherentes del diseño pronto se hicieron evidentes, y el diseño en línea fue abandonado, siendo una rareza en la aviación moderna.

Motor rotativo

A principios de la Primera Guerra Mundial, cuando los aviones estaban siendo utilizados para fines militares por primera vez, se hizo evidente que los motores en línea existentes eran demasiado pesados para la cantidad de potencia que ofrecían. Los diseñadores de aviones necesitaban un motor que fuera ligero, potente, barato, y fácil de producir en grandes cantidades. Tienen todos los cilindros distribuidos circularmente en torno al cárter como el posterior motor radial, pero con la diferencia de que el cigüeñal está atornillado a la estructura del avión, y la hélice está atornillada a la carcasa del motor. De este modo el motor entero gira junto a la hélice, proporcionando un montón de flujo de aire para la

refrigeración, independientemente de la velocidad de avance de la aeronave. Algunos de estos motores eran de dos tiempos, con una gran relación potencia a peso. Por desgracia, los severos efectos giroscópicos de un pesado motor rotando a altas velocidades hacían que el avión fuera más difícil de pilotar.

Motor en V

En este tipo de motores los cilindros están dispuestos en dos bancadas, inclinadas con una diferencia de entre 30 y 60 grados, es decir, en forma de V. La gran mayoría de motores en V son enfriados con agua. Estos ofrecen una relación potencia a peso mayor que un motor en línea, mientras que siguen manteniendo un área frontal reducida. Quizás el más famoso ejemplo de este tipo de motores sea el legendario Rolls Royce Merlin, un motor V12 60º de 27 litros usado, entre otros, en los cazas británicos Supermarine Spitfire y Hawker Hurricane, que jugaron un importante papel en la Batalla de Inglaterra.

Motor radial

El motor radial o en estrella apareció hacia 1925. Este tipo de motores tienen una o más filas de cilindros distribuidos circularmente en torno al cárter. Cada fila tiene un número impar de cilindros para que el motor tenga un buen funcionamiento. De cuatro tiempos y refrigerados por aire, los motores radiales sólo tienen una muñequilla por cada fila de cilindros y por tanto un cárter relativamente pequeño, ofreciendo una buena relación potencia a peso. Debido a que la disposición de los cilindros expone muy bien las superficies de irradiación de calor del motor al aire y tiende a cancelar las fuerzas recíprocas, los radiales suelen enfriar de forma uniforme y funcionar correctamente.

El gran salto de estos motores fue permitir mayor potencia con menos peso, mayor confiabilidad que los motores rotativos y a diferencia de estos tenían un bloque fijo; tienen menor complejidad del conjunto en comparación a los motores en línea o en V ya que no necesitan del sistema de refrigeración por líquido y sus componentes.

Motor de cilindros en oposición

Un motor en oposición tiene dos bancadas de cilindros ubicadas en los lados del cárter una en contraposición de la otra. Puede ser refrigerado por aire o por líquido, pero las refrigeradas por aire son las predominantes. Este tipo de motor es montado con el cárter en posición horizontal en aeroplanos, pero puede ser montado con el cárter en vertical en helicópteros. Debido a la disposición de los cilindros, las fuerzas recíprocas tienden a cancelarse, resultando en un buen funcionamiento del motor. A diferencia del motor radial, no padece ningún problema de bloqueo hidrostático.

Motores de turbina

Este tipo de motores usan una turbina de gas para mover el eje propulsor.

Turbohélice

Los diseñadores de aeronaves civiles querían beneficiarse de la alta potencia y bajo mantenimiento que ofrece un motor de turbina de gas. Así nació la idea de acoplar un motor de turbina a una hélice tradicional. Estos motores no basan su ciclo operativo en la producción del empuje directamente del chorro de gases que circula a través de la turbina, sino que la potencia que producen se emplea en su totalidad para mover la hélice, y es esta la genera el empuje para propulsar la aeronave. Debido a que el óptimo funcionamiento de las turbinas de gas se produce a altas velocidades de giro —superiores a 10.000 RPM—, el turbohélice disponen de una caja de engranajes para reducir la velocidad del eje y que las puntas de la hélice no alcancen velocidades supersónicas. A menudo la turbina que mueve la hélice está separada del resto de componentes rotativos para que sean libres de girar a su óptima velocidad propia (se conocen como motores de turbina libre). Los turbohélices son muy eficientes cuando operan dentro del rango de velocidades de crucero para las que fueron diseñados, que en general va desde los 320 a los 640 km/h. Al igual que en la mayoría de motores recíprocos, los motores cuentan con controles que mantienen fija la velocidad de la hélice y regulan el paso de sus palas (hélice de velocidad constante y paso variable

Turboeje

Un motor Turboeje es un motor de turbina de gas que entrega su potencia a través de un eje. Estos motores son utilizados principalmente en helicópteros y en unidades de energía auxiliar. El Turboeje es muy similar al turbohélice, con una diferencia clave: en el turbohélice la hélice es soportada directamente por el motor, y el motor está atornillado a la estructura de la aeronave; en un Turboeje el motor no tiene que ofrecer un soporte físico directo a los rotores del helicóptero, ya que el rotor está conectado a una transmisión fijada a la estructura y el Turboeje simplemente transmite la potencia mediante un eje de transmisión. Algunos ven esta distinción poco relevante, de hecho, en algunos casos las compañías fabricantes de motores producen turbohélices y turboejes basados en el mismo diseño.

Motores de reacción

El componente fundamental de este tipo de motores es la tobera de escape. Esta es la parte que crea el empuje mediante un chorro de gas. El flujo de aire caliente del motor es acelerado al salir de la tobera, creando el empuje que junto con las presiones que actúan dentro del motor empujan la aeronave hacia adelante.

El funcionamiento de estos motores es relativamente más simple que el de los motores recíprocos, sin embargo las técnicas de fabricación, componentes y materiales son mucho más complejos ya que están expuestos a elevadas temperaturas y condiciones de operación muy diferentes en cuanto a altitud, rendimiento, y velocidad interna de los mecanismos.

Turborreactor

Un turborreactor es un tipo de motor de turbina de gas desarrollado originalmente para aviones de combate durante la Segunda Guerra Mundial en el que los gases generados por la turbina, al ser expelidos, aportan la mayor parte del empuje del motor.

El turborreactor es el más simple de todos los motores de turbina de gas para aviación. Generalmente se divide en zonas de componentes principales que van a lo largo del motor, desde la entrada hasta la salida del aire: en la zona de admisión (parte delantera) hay un compresor que toma el aire y lo comprime, una sección de combustión inyecta y quema el combustible mezclado con el aire comprimido, a continuación una o más turbinas obtienen potencia de la expansión de los gases de escape para mover el compresor de admisión, y al final una tobera de escape acelera los gases de escape por la parte trasera del motor para crear el empuje. Entre los diseños de turborreactores se distinguen dos grandes grupos: los de compresor centrífugo y los de compresor axial.

Turbofán

En el motor Turbofán (turbosoplante o turboventilador) los gases generados por la turbina son empleados mayoritariamente en accionar un ventilador (fan) situado en la parte frontal del sistema que produce la mayor parte del empuje, dejando para el chorro de gases de escape solo una parte del trabajo (aproximadamente el 30%).

Otro gran avance del Turbofán fue la introducción del sistema de doble flujo en el cual, el ventilador frontal es mucho más grande ya que permite que una corriente de aire circule a alta velocidad por las paredes externas del motor, sin ser comprimido o calentado por los componentes internos. Esto permite que este aire se mantenga frío y avance a una velocidad relativamente igual al aire caliente del interior, haciendo que cuando los dos flujos se encuentren en la tobera de escape, formen un torrente que amplifica la magnitud del flujo de salida y a la vez lo convierte en un flujo más estrecho, aumentando la velocidad total del aire de salida. Este tipo de motor tiene una gran entrega de empuje, permitiendo el desarrollo de aviones con capacidad de carga y transporte de pasajeros mucho más grande, y al nivel que conocemos en la actualidad.

Cohete

Pocos aviones utilizaron motores cohete como principal medio de propulsión. El único avión cohete puro producido en serie fue el interceptor alemán de la Segunda Guerra Mundial Messerschmitt Me 163, propulsado el Walter HWK 109-509 de combustible líquido bipropelente, que debido a la corta duración de su combustible tenía que regresar a tierra planeando. Como aviones cohetes experimentales destacan el Bell X-1 (primer avión en superar la barrera del sonido) y el North American X-15. Los motores cohete ofrecen mucho empuje pero poca autonomía.

Otros motores alternativos

Recientemente se han desarrollado algunos motores alternativos de ciclo Diésel realizados en materiales ligeros, a partir del campo en el que se ubican los motores de cilindros horizontalmente opuestos. El motor Diésel ofrece un mayor par motor relativo en bajas revoluciones de operación, dificultad que los motores de gasolina usados en aviación confronten ya que deben entregar máxima potencia a revoluciones más bajas que en motores de automoción con el fin de incrementar la durabilidad y rentabilidad.

Las compañías que trabajan en su desarrollo se empeñan por producir motores que tengan el económico consumo de combustible del Diésel, con la refrigeración por aire de los motores actuales.

TREN DE ATERRIZAJE Y FRENOS.

Se denomina tren de aterrizaje al conjunto de ruedas, soportes, amortiguadores y otros equipos que un avión utiliza para aterrizar o maniobrar sobre una superficie. Aunque por su denominación, el tren de aterrizaje parece sugerir una única función a este sistema, realmente cumple varias funciones: sirve de soporte al aeroplano, posibilita el movimiento del avión en superficie (incluyendo despegues y aterrizajes), y amortigua el impacto del aterrizaje. Las operaciones en superficie exigen del tren de aterrizaje capacidades de direccionamiento y frenado, y para amortiguar el aterrizaje debe ser capaz de absorber impactos de cierta magnitud.

Tipos de tren de aterrizaje.

Trenes de rodadura (movimiento en tierra), trenes con flotadores (adaptados al agua) y trenes con esquíes (adaptados a la nieve). Algunos aviones son capaces de amerizar gracias a la forma de quilla de barco de la parte baja del fuselaje.

Estos sistemas no son incompatibles entre sí, o sea que un aeroplano puede disponer de flotadores o esquíes y además tener tren de rodadura. No es raro que los aviones que disponen de flotadores o esquíes tengan además su tren normal de rodadura para no limitar exclusivamente sus operaciones a un solo medio. En este último caso, lo habitual es que uno de los sistemas sea retráctil para no interferir con el otro.

Tren de rodadura.

El tren de rodadura se compone de un tren principal, diseñado para soportar el peso del avión y absorber los impactos del aterrizaje, y una rueda secundaria que además de servir de apoyo estable al avión puede tener capacidad direccional. El tren principal está formado por dos ruedas situadas lo más cerca posible del centro de gravedad del avión, generalmente en el fuselaje a la altura del encastre de las alas o directamente debajo de las alas, disponiendo de amortiguadores hidráulicos, estructuras tubulares o planas (ballestas) o ambas cosas, para absorber el impacto del aterrizaje y las sacudidas cuando se rueda sobre terrenos accidentados. La rueda direccional puede estar situada en la cola del aeroplano, lo cual no es muy frecuente, o lo que es más habitual, debajo del morro del avión.

Los dos tipos más comunes de tren de aterrizaje son: el tren de patín de cola y el tren tipo triciclo. El tren de patín de cola está compuesto de un tren principal y una rueda o patín de cola. Este tipo de tren, se montaba en aviones fabricados hace algunos años estando su uso limitado actualmente casi en exclusiva a aviones acrobáticos, o dedicados a la fumigación o a labores de extinción de incendios.

El tren triciclo, se compone también de un tren principal, localizado en una posición algo más retrasada que el de patín de cola, y una rueda delantera situada bajo el morro del avión, la cual dispone de un dispositivo de amortiguación para evitar vibraciones durante la rodadura.

En algunos casos de patín de cola y casi siempre en el tren triciclo, la rueda de morro o de cola puede ser dirigida hacia un lado u otro mediante un sistema de cables y poleas conectados a los pedales que mueven el timón de dirección. De esta manera, la rueda dirigible permite controlar la dirección del aeroplano durante las operaciones en el suelo, ayudando un poco la deflexión del timón de dirección

Trenes fijos y retráctiles.

En la construcción de los primeros aviones, el tren de aterrizaje estaba anclado directamente al fuselaje o las alas. Esta disposición, genera una considerable resistencia parásita, lo que se traduce en menor velocidad y mayor gasto de combustible para una potencia dada. Para mitigar este inconveniente, se desarrollaron sistemas que permiten la recogida del tren en unos habitáculos preparados al efecto, en el fuselaje o en las alas para el tren principal y en el fuselaje para la rueda de morro, los cuales se cierran con unas trampillas una vez el tren está retraído para no entorpecer la línea aerodinámica del aeroplano.

La extensión y retracción del tren se realiza de forma eléctrica o hidráulica, en respuesta al accionamiento de una palanca situada en el cuadro de mandos, la cual tiene una forma de rueda muy peculiar. Para extender el tren se baja la palanca, y para retraerlo se sube.

Algunos aeroplanos disponen de un sistema manual que permite operar el tren mediante una manivela en caso de fallo del mecanismo. Ni el tren puede extenderse por las buenas ni tampoco debe mantenerse abajo por encima de cierta velocidad, sino que debe respetarse el rango de velocidades indicado por el fabricante. No seguir esta recomendación puede suponer daños estructurales en el tren.

El tren retráctil tiene ventaja sobre el tren fijo en cuanto que al generar menos resistencia es posible obtener mayor velocidad y menor consumo de combustible; pero por contra su mecanismo exige mayores cuidados y es más costoso y delicado.

Frenos.

El sistema de frenos tiene como objetivo aminorar la velocidad del aeroplano en tierra, tanto durante la rodadura como en la fase final del aterrizaje, y por supuesto pararlo.

El dispositivo de frenado de los aviones consiste, lo mismo que en los automóviles, en un disco metálico acoplado a cada rueda, el cual se frena, y con él la rueda, al ser oprimido a ambos lados por unas pastillas de freno accionadas por un impulso hidráulico.El sistema de frenos de los aviones tiene dos características especiales: una, que solo dispone de frenos en el tren principal, nunca en las ruedas directrices; y dos, que cada rueda del tren

principal (o conjunto de ruedas de un lado en trenes complejos) dispone de un sistema de frenado independiente.

El sistema general se alimenta del líquido contenido en un recipiente común; desde este depósito unos conductos llevan el líquido a dos bombines (uno por sistema) situados en la parte superior de los pedales. Al presionar un pedal, el líquido contenido en el bombín de su lado es bombeado hacia la rueda correspondiente; otro bombín en la rueda recibe esta presión y empuja a las pastillas las cuales oprimen al disco metálico y frenan la rueda.

TIPOS DE AVIONES DE CARGA

Se puede enviar casi cualquier tipo de carga por vía aérea: cartas, paquetes, autos, caballos, materiales de construcción, e inclusive otros aviones pueden ser enviados como carga aérea por otros aviones.

Un avión de carga, o avión de transporte, es una aeronave de ala fija diseñada o convertida para el transporte de bienes, más que pasajeros. Están desprovistos de instalaciones para pasajeros, y generalmente ofrecen unas puertas más grandes para la carga y descarga de cargamento. Este tipo de aeronaves pueden ser operadas por aerolíneas de carga, por individuos privados o por fuerzas armadas. Sin embargo la mayor parte de la carga que se transporta por vía aérea va en las bodegas de los aviones comerciales de pasajeros.

Los aviones de carga pueden ser separados en 3 categorías principales:

Aviones mixtos: Transportan pasajeros y carga Aviones de carga: Transportan sólo carga Súper transportes: Para carga de grandes dimensiones.

Los aviones diseñados para transporte de carga tienen varias características que los distinguen de los aviones de pasajeros convencionales:

Fuselaje ancho, para alojar más carga o carga voluminosa. Ala alta, para permitir que el área de carga está situada cerca del suelo. Un número considerable de ruedas, para permitir aterrizajes en pistas no

preparadas. La cola elevada, para permitir una entrada y salida directa de la carga en la

aeronave mediante una compuerta trasera.

CONCLUSION

Muchos fueron los avances logrados con el paso del tiempo desde aquel histórico vuelo de los hermanos Wright, es por eso que hoy en día el avión es el método de trasporte estadísticamente más seguro para viajar, sin contar lo útil de este para diversos aspectos de uso cotidiano, como riego de cosechas, defensa y combate, rescate, entre otros.

Al estudiar más detalladamente las partes principales como los controles y funcionamiento logramos comprender mucho mejor el funcionamiento de esta máquina, dejando atrás muchas intrigantes como lo llegaron a ser en su momento el cómo era posible que un aparato tan pesado pudiera simplemente despegar del suelo.

Podemos decir que el avión ha logrado unir a los continentes, ha logrado romper las barreras de la distancia, y ha facilitado la vida diaria a millones de personas.

ANEXOS

Antonov AN-225 Mriya

Airbus Beluga

Tren de Aterrizaje retráctil

Cessna Corvali con tren de aterrizaje fijo

Motor Radial

Motor a Reacción

Partes del Avion

Principio de Sustentacion

Referencias Bibliográficas

http://www.profesorenlinea.cl/mediosocial/Avion_Historia.htm

http://joanjosep.tripod.com/aprender/Principios/sustentacion.htm

http://wings.avkids.com/Libro/Flight/advanced/forces-01.html

http://www.md80.com.ar/controles.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_aeron%C3%A1utico

http://www.manualvuelo.com/SIF/SIF39.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Avi%C3%B3n_de_carga