Principios básicos de vuelo

Los principios básicos de vuelo

Al igual que la distinción hecha en los componentes básicos necesarios para las aeronaves de ala fija o multirotores, los principios básicos de sustentación en el aire y los fenómenos físicos que lo explican también deben tomarse en consideración de forma separada entre ambos tipos de aeronaves.

Aeronaves de ala fija o aviones.

Para explicar la física del vuelo en los aviones es necesario recurrir al Principio de Bernoulli el cual de forma resumida viene a decir que los aviones pueden sustentarse en el aire gracias a una diferencia de velocidad en el paso del viento por sus alas y por consiguiente una diferencia de presiones que ejerce una fuerza en este caso de sustentación.

Perfil alar

Imagen de un perfil alar en la que se puede observar la asimetría que provoca una diferencia de presión entre el “Extradós” y el “Intradós”

 

Una vez conseguida la sustentación, el avión es capaz de moverse en sus tres ejes que son necesarios recordar a partir de ahora ya que son cruciales tanto para referirnos a movimientos del avión como de cualquier otra aeronave.

Esta es la forma más sencilla que he encontrado de explicarlo

  • Yaw: Si miramos el avión desde “arriba” es la capacidad de moverse sobre su eje vertical como lo hacen las agujas de un reloj
  • Roll: Si miramos el avión desde su “parte trasera” es la capacidad de balancearse a izquierda o derecha rotando sobre sí mismo
  • Pitch: Conocido también como “cabeceo” es el movimiento de “apuntar” el morro del avión hacia arriba o abajo.

Rollpitchyawplain

 

 

Ahora bien, ¿Cómo podemos obtener esos movimientos en un avión?

En un avión las partes esenciales (y repito, esenciales) que permiten controlarlo son:

  • Rudder:  o “Timón” es el ala móvil situada en la cola que permite realizar el movimiento de yaw
  • Aileron: o “Alerón” son las partes móviles de las alas que controlan el roll
  • Elevator: o “Elevador” controla el “nose-up” o “nose-down” conocido en español como cabeceo del avión. Es el control del pitch

Partes del avión

 

 

Aeronaves tipo multirotor (Helicópteros, Tricópteros, “Quadcopter”, “Hexacopter” “Octocopter”)

Los principios físicos que explican la sustentación de estas aeronaves es más sencilla. Se trata de crear una fuerza de empuje en dirección contraria a la gravedad y para ello se emplean rotores a los que se les acoplan hélices que dependiendo del tamaño y la velocidad conseguirán ejercer una determinada fuerza, permitiendo controlar el movimiento de la aeronave.

Fuerza sustentación helocóptero

 

 

 

En este tipo de aeronaves su gran ventaja de poder permanecer inmóviles en el aire es a su vez su punto más débil, ya que el efecto que produce la rotación de sus hélices debe ser compensado de algún modo. De lo contrario, la aeronave conseguiría sustentarse, pero dada la inercia de su rotor, se movería en el mismo sentido girando en el aire de forma descontrolada.

Para solucionarlo, se emplean en los helicópteros los rotores de cola o estabilizadores, que no son más que una hélice girando que crea una fuerza compensatoria del movimiento inercial del rotor principal.

Queda más claro con una imagen:

 

Compensación de inercia

 

 

En el caso de los multirotores el problema viene cuando se intenta hacer girar todas las hélices en la misma dirección. El torque total que produciría el giro de todas ellas es suficiente como para hacer girar el UAV de forma descontrolada.

Para solucionarlo, se instalan hélices en sentidos de rotación opuestos de forma diametral, es decir, se alternan hélices de giro a derecha con hélices de giro a izquierdas resultando nula la suma de las fuerzas que generan. Este juego de sumas y restas de fuerzas es el que permite también el movimiento controlado de yaw  en este tipo de aeronaves.

 

Movimientos quadcopter

 

Carlos EscuraPrincipios básicos de vuelo