Tipos y clasificaciones de alas de aeronaves

Para aquellos que aspiran a obtener sus licencias de piloto privado, aprender sobre las diferentes clasificaciones de aeronaves se considera uno de los primeros pasos. Según el tipo de licencia que se le otorgue, es posible que se le permita volar diferentes clasificaciones de aeronaves.

La palabra ‘avión’ es un término genérico que puede referirse a cualquier tipo de vehículo o máquina que pueda volar por el aire. Hay varias formas de categorizar los diferentes tipos de aeronaves, pero nos centraremos en dos calificadores: el método de sustentación y si la aeronave es más ligera que el aire o más pesada que el aire.

Aeronaves más ligeras que el aire

Estos se refieren a aeronaves que pueden elevarse y permanecer suspendidas utilizando gases contenidos que son más livianos que el aire. Los gases típicos utilizados para aeronaves más ligeras que el aire incluyen hidrógeno, helio y aire caliente. Hay dos ejemplos comunes de aeronaves más ligeras que el aire:

• Globos, como los globos aerostáticos, son un tipo de aeronave más ligera que el aire que no tiene un medio activo de dirección a través de la propulsión. En cambio, los globos dependen de la velocidad y la dirección del viento para moverse. Dirigir un globo implica conocer la velocidad y dirección del viento a diferentes altitudes.
• Dirigibles, más coloquialmente conocidos como dirigibles, se refieren a aeronaves más ligeras que el aire que tienen una fuente de propulsión y pueden ser dirigidas activamente. Los dirigibles son visualmente distintos debido a su forma aerodinámica.

Los aviones más ligeros que el aire también se han denominado aerostatos debido a su dependencia de la sustentación aeroestática proporcionada por los gases de baja densidad.

Aeronaves más pesadas que el aire

Los aviones más pesados ​​que el aire son un tipo de avión que necesita un mecanismo para empujar el avión hacia arriba. Esta elevación aerodinámica se puede generar de dos maneras: utilizando alas en forma de perfil aerodinámico o mediante la rotación de rotores motorizados.

• Aeronave de ala fija se refieren a aeronaves más pesadas que el aire que generan sustentación a través de una combinación de alas fijas y propulsión hacia adelante impulsada por un motor. El avión estándar es un ejemplo clásico de esta categoría de aviones.
• Giroavión se refieren a aeronaves más pesadas que el aire que generan sustentación a través de la rotación de uno o más rotores. Los ejemplos incluyen helicópteros, autogiros y drones quadcopter.

También hay ejemplos de aeronaves más pesadas que el aire que dependen de otros medios menos comunes para generar sustentación aerodinámica.

• Planeadores son aeronaves de ala fija que no tienen propulsión impulsada por motor. En cambio, los planeadores confían solo en los efectos meteorológicos, como las térmicas y la elevación de las crestas, para mantener y manipular la altitud. Los planeadores están construidos deliberadamente para ser livianos y aerodinámicos para tener la menor resistencia posible.
• Cohetes son un tipo de aeronave que gana altitud y propulsión por la expansión de los gases a medida que se someten a combustión a velocidades cuidadosamente controladas.
• Paracaídas motorizados son un tipo de aeronave que consta de un ala flexible o semirrígida (el paracaídas) y un fuselaje con motor. La FAA considera los paracaídas motorizados monoplaza como un tipo de avión ultraligero, por lo que es posible utilizarlos sin licencia. Sin embargo, los paracaídas motorizados de dos asientos se clasifican como aviones deportivos ligeros y requerirán al menos un certificado de piloto deportivo.
• Control de cambio de peso es un medio de control que permite al piloto cambiar el cabeceo y el alabeo de una aeronave usando su peso contra una barra de control. Este mecanismo se encuentra comúnmente en alas delta y triciclos ultraligeros.

Categorías para la certificación de aviadores

En el contexto de la certificación de aviadores otorgada por la FAA, solo hay cuatro categorías amplias: avión, helicóptero, planeador y más ligero que el aire. También hay clases de certificación en cada categoría.

• Avión
  1. monomotor
  2. multimotor
  3. Tierra
  4. Aire
• Giroavión
  1. Giroplano
  2. Helicóptero
• Planeador
• Más liviano que el aire
  1. Dirigible
  2. globo gratis

Un aviador certificado puede tener una combinación de estas diferentes categorías y clases. Además, algunas aeronaves específicas (como el Boeing 737) requerirán una certificación de tipo. La habilitación de tipo puede ser un complemento a una licencia de piloto privado o comercial existente.

En lo que respecta a las piezas de los aviones, pocas son tan icónicas como sus alas. Las alas de un avión de ala fija son responsables de generar sustentación a medida que el avión se impulsa hacia adelante. A lo largo de los años, ha habido varias versiones de alas de aeronaves y diferentes tipos de aeronaves con distintos arreglos de alas.

A continuación, hablaremos sobre las partes del ala de un avión, cómo funcionan y los diferentes tipos de estructuras de aviones en el contexto de las alas.

Cómo funciona un ala de avión

Para proporcionar un marco para esta discusión, comencemos con el principio fundamental detrás de las alas de los aviones. La forma de la sección transversal del ala de un avión se llama perfil aerodinámico. Cuando un objeto con forma de perfil aerodinámico se mueve a través de cualquier fluido, su forma genera sustentación de forma natural. Aparte de las alas de los aviones, el perfil aerodinámico también se puede encontrar en la naturaleza, como en las alas de pájaros e insectos.

Hay varias formas de explicar cómo funciona un perfil aerodinámico, todas las cuales se refieren a la física tradicional. Encontramos que el más simple se basa en el principio de Bernoulli: que un aumento en la velocidad de movimiento de cualquier fluido viene con una reducción de presión correspondiente.

A medida que el fluido se mueve a través de un perfil aerodinámico, su forma única crea un desequilibrio de velocidad. El fluido (o el aire, en el caso de los aviones) se mueve más rápido en la superficie superior de un perfil aerodinámico en comparación con la superficie inferior. Esto crea una presión negativa en la parte superior y una presión positiva en la parte inferior, lo que genera sustentación. El principio de Bernoulli es simplemente un compuesto de las leyes más básicas de la física, incluida la ley de conservación de la masa y la tercera ley de Newton sobre acción y reacción.

Esta es una versión muy simplificada de la dinámica de sustentación aerodinámica. Una discusión más matizada involucrará otros principios físicos como la dinámica del flujo de fluidos, la conservación del momento y la conducción de calor. Este es un tema mucho más avanzado de lo que podemos cubrir aquí.

Hay varias variables que influyen en el rendimiento de vuelo de un ala de avión. Las formas aerodinámicas, el ángulo de ataque y las condiciones climáticas son factores que los pilotos de aeronaves deben considerar antes y durante el vuelo.

Partes de un ala de avión

También es fundamental para nuestra comprensión de las alas de los aviones el conocimiento de sus partes. Nuevamente, puede haber ligeras variaciones en estas partes según el tipo de aeronave que se esté considerando. Sin embargo, hemos reducido esta lista a los términos más comunes utilizados en la aviación.

• El espato de un ala es su miembro estructural principal. Se extiende desde el fuselaje de la aeronave hasta la punta del ala, proporcionando fuerza y ​​soportando la mayor parte del peso del ala. Algunas alas también pueden tener múltiples largueros, lo que permite que cada larguero sea más delgado sin comprometer la fuerza del ala. Los primeros diseños de aviones usaban largueros de madera, pero ahora se han eliminado gradualmente a favor de los largueros de metal.
• Costillas son soportes estructurales que van desde el borde de ataque del ala hasta su borde de salida. La forma de las nervaduras proporciona el contorno necesario para que el ala sea un perfil aerodinámico. Además de determinar la forma del ala, las nervaduras también sirven para transferir la tensión al larguero.
• El piel es la cubierta exterior del ala y lleva parte de la carga durante el vuelo. Al igual que las costillas, la piel también permite la transferencia de tensión al larguero. Los revestimientos suelen estar hechos de metal para mayor resistencia, pero también pueden estar hechos de tela si el peso es la principal consideración de diseño.
• El punta del ala es la parte del ala que está más alejada del fuselaje. Diferentes aviones pueden tener diferentes formas de punta de ala. Esto tendrá un efecto en su aerodinámica, particularmente en términos de resistencia y el tamaño de los vórtices en las puntas de las alas. Hay alrededor de una docena de tipos diferentes de puntas de alas.
• El alerón o “ala pequeña” es una superficie de control con bisagras ubicada en el borde de salida del ala que controla la capacidad de la aeronave para inclinarse o balancearse. Los alerones normalmente funcionan en pares opuestos para generar el movimiento deseado por el piloto. Al cambiar el ángulo de desviación del perfil aerodinámico, los alerones pueden manipular la sustentación generada por cada ala.
• El colgajo de ala es otra superficie de control ubicada en el borde de salida del ala. Un dispositivo de gran sustentación, el propósito principal del flap del ala es alterar la forma del ala para reducir su velocidad de pérdida. Como también aumenta la resistencia, el flap del ala es útil tanto durante el despegue como durante el aterrizaje. Hay una gran variedad de diferentes formas de aletas, y cada una tiene ventajas únicas.

Otras partes del ala como spoilers y frenos de aire son menos comunes, pero también se utilizan para manipular la forma del perfil aerodinámico e influir en los parámetros aerodinámicos, como la resistencia, la sustentación y la velocidad de pérdida.

Biplano vs monoplano

Una de las clasificaciones de aviones más distintas visualmente es la que existe entre biplanos y monoplanos. Como sus nombres lo indican, un monoplano tiene un solo par de alas mientras que un biplano tiene dos.

El diseño del biplano fue el original utilizado en la aviación, como lo demuestra el hecho de que el avión de los hermanos Wright era un biplano. Con dos juegos de alas apilados juntos, el biplano tiene la ventaja de una mejor integridad estructural. Esto fue esencial en los primeros años de la aviación, ya que el avión en ese entonces no tenía el beneficio de los materiales de ingeniería livianos que tenemos hoy.

La mayoría de los aviones modernos utilizan el diseño de monoplano. Esta configuración de ala da como resultado una menor resistencia y una eficiencia sustancialmente mejor. Los monoplanos se convirtieron en el diseño de aviones estándar a partir de la década de 1930, gracias en gran parte al desarrollo de materiales de construcción resistentes pero ligeros.

Hoy en día, los biplanos han sido reemplazados por monoplanos casi hasta el punto de la obsolescencia. Aunque los biplanos también tienen ventajas, estas se ven superadas en gran medida por sus limitaciones, como la baja eficiencia y la alta resistencia. Todavía se fabrican y utilizan biplanos en la actualidad, pero estos son principalmente para uso recreativo y para satisfacer el mercado de la nostalgia.

Ala alta vs ala baja

Cuando se trata de monoplanos, hay dos formas en las que las alas se pueden unir al fuselaje: por encima del fuselaje o en algún lugar más cercano a su punto medio. Tanto los aviones de ala alta como los de ala baja son bastante comunes hoy en día. La elección entre los dos considera tanto el rendimiento aerodinámico como otros factores más prácticos.

Los ejemplos más comunes de aviones de ala baja son los destinados a pasajeros comerciales. También hay aviones de entrenamiento de ala baja, sobre todo el Piper Warrior. En el otro extremo del espectro están los aviones de carga que se benefician del diseño de ala alta. El Cessna 172SP es un representante del tipo de aeronave de ala alta en la selección de aeronaves utilizadas en el entrenamiento de vuelo.

En un avión de ala alta, la caja del ala (el componente que conecta las alas al fuselaje) estará ubicada sobre el fuselaje. Esto libera espacio dentro del avión, haciéndolo ideal para carga. Los aviones de ala baja son ideales para vuelos de pasajeros, ya que absorben mejor el impacto del aterrizaje y también son más confiables en caso de que sea necesario un aterrizaje en el agua.

En el campo del entrenamiento de vuelo, la cuestión de elegir entre aviones de ala alta o de ala baja sigue siendo un tema muy debatido. Muchos argumentan que los aviones de ala alta ofrecen un ingreso de pasajeros más fácil y tienen el beneficio de una estabilidad inherentemente mejor.

Sin embargo, la simplicidad del diseño de los aviones de ala baja hace posible que sean más ligeros y eficientes. Los aviones de ala baja también tienen un efecto suelo más pronunciado, lo que permite una aceleración más rápida y un despegue más corto. Sin embargo, este mismo efecto de suelo también puede hacer que el aterrizaje sea bastante complicado, ya que es más probable que flotes más.

En última instancia, no hay lado correcto o incorrecto en este debate. Cada lado tiene un grupo de defensores inflexibles y bastante vocales. La buena noticia es que la mayoría de las escuelas de vuelo deberían poder ofrecer ambas opciones para el entrenamiento de vuelo. La elección se reduce a las preferencias y gustos personales, algo que solo usted puede decidir probándolos por su cuenta.

Pensamientos finales

Comprender cómo funciona el ala de un avión y las diferentes configuraciones de las alas es una de las primeras lecciones en el entrenamiento de vuelo. Es un conocimiento fundamental que será la base de futuras lecciones sobre aerodinámica y maniobras de vuelo.

Dependiendo de dónde realice su entrenamiento de vuelo, puede tener la opción de volar en biplano o monoplano, así como en ala alta o baja. Es una buena idea experimentar todas las opciones de configuración de alas posibles solo para saber cuál funciona mejor para usted.