Historia
El sueño de volar se remonta a la prehistoria. Muchas leyendas y
mitos de la antigüedad cuentan historias de vuelos como el caso griego
del vuelo de Ícaro. Leonardo da Vinci, entre otros inventores
visionarios, diseñó un "avión", en el siglo XV. Con el primer vuelo
realizado por el ser humano por François de Rozier y el marqués de
Arlandes(en 1783) en un aparato más liviano que el aire, un globo de
papel construido por los hermanos Montgolfier, lleno de aire caliente,
el mayor desafío pasó a ser la construcción de una máquina más pesada
que el aire, capaz de alzar vuelo por sus propios medios.
Años de investigaciones por muchas personas ansiosas de conseguir esa
proeza, generaron resultados débiles y lentos, pero continuados. El 28
de agosto de 1883, John Joseph Montgomery
fue la primera persona en realizar un vuelo controlado con una máquina
más pesada que el aire, un planeador. Otros investigadores que hicieron
vuelos semejantes en aquella época fueron Otto Lilienthal, Percy Pilcher y Octave Chanute.
Sir George Cayley, que sentó las bases de la aerodinámica,
ya construía y hacía volar prototipos de aeronaves de ala fija desde
1803, y consiguió construir un exitoso planeador con capacidad para
transportar pasajeros en 1853, aunque debido a que no poseía motores no
podía ser calificado de avión.
El primer avión propiamente dicho fue creado por Clément Ader, el 9 de octubre de 1890 consigue despegar y volar 50 m. con su Éole. Posteriormente repite la hazaña con el Avión II que vuela 200 m en 1892 y el Avión III
que en 1897 vuela una distancia de más de 300 m. El vuelo del Éole fue
el primer vuelo autopropulsado de la historia de la humanidad, y es
considerado como la fecha de inicio de la aviación en Europa
El brasileño Santos Dumont fue el primer hombre en despegar a bordo de un avión, impulsado por un motor aeronáutico; algunos países consideran a los hermanos Wright como los primeros en realizar esta hazaña, debido al despegue que realizaron el 17 de diciembre de 1903, despegue que duró 12 segundos y en el que recorrieron unos 36,5 metros.3 Sin embargo, Santos Dumont
fue el primero en cumplir un circuito preestablecido, bajo la
supervisión oficial de especialistas en la materia, periodistas y
ciudadanos parisinos. El 23 de octubre de 1906, voló cerca de 60 metros a una altura de 2 a 3 metros del suelo con su 14-bis, en el campo de Bagatelle en París.
Santos Dumont
fue realmente la primera persona en realizar un vuelo en una aeronave
más pesada que el aire por medios propios, ya que el Kitty Hawk de los
hermanos Wright necesitó de la catapulta hasta 1908. Realizado en París, Francia
el 12 de noviembre de 1906, no solamente fue bien testimoniado por
locales y por la prensa, sino también por varios aviadores y
autoridades.
En 1911 aparece el primer hidroavión gracias al estadounidense Glen H. Curtiss; en 1913 el primer cuatrimotor, el «Le Grand», diseñado por el ruso Ígor Sikorski y en 1912, Juan Guillermo Villasana crea la hélice Anáhuac, fabricada de madera.4
Tras la Primera Guerra Mundial,
los ingenieros entendieron, que el rendimiento de la hélice tenía su
límite y comenzaron a buscar un nuevo método de propulsión para alcanzar
mayores velocidades. En 1930, Frank Whittle patenta sus primeros motores de turbina de compresor centrífugo y Hans von Ohain hace lo propio en 1935
con sus motores de compresor axial de turbina. En Alemania, el 27 de
agosto de 1939 despega el HE-178 de Heinkel que montaba un motor de
Ohain, realizando el primer vuelo a reacción pura de la historia.
Estructura
Los aviones más conocidos y usados por el gran público son los aviones de transporte de pasajeros, aunque la aviación general y la aviación deportiva
se encuentran muy desarrolladas sobre todo en los Estados Unidos. No
todos los aviones tienen la misma estructura, aunque tienen muchos
elementos comunes. Los aviones de transporte usan todos una estructura semimonocasco de materiales metálicos o materiales compuestos formada por un revestimiento, generalmente de aluminio
que soporta las cargas aerodinámicas y de presión y que es rigidizado
por una serie de elementos estructurales y una serie de elementos
longitudinales. Hasta los años 30 era muy frecuente la construcción de
madera o de tubos de aluminio revestidos de tela.
Las estructuras de los aparatos de aviación ligera o deportiva se
hacen cada vez más de fibra de vidrio y otros materiales compuestos.
Los principales componentes de los aviones son:
Superficies de sustentación
Una superficie de sustentación es cualquier superficie diseñada para
obtener una fuerza de reacción cuando se encuentra en movimiento
relativo con respecto al aire que la rodea, dos ejemplos de superficies
de sustentación son las alas de los aviones o la hoja de una hélice.pero
también los aviones necesitan la sustentación para salir diagonalmente,
mientras en el aire no hace eso.
Alas
Las alas, constituidas por una superficie aerodinámica que le brinda sustentación al avión debido al efecto aerodinámico,
provocado por la curvatura de la parte superior del ala (extradós) que
hace que el aire que fluye por encima de esta se acelere y por lo tanto
baje su presión (creando un efecto de succión), mientras que el aire que
circula por debajo del ala (que en la mayoría de los casos es plana o
con una curvatura menor y a la cual llamaremos intradós) mantiene la
misma velocidad y presión del aire relativo, pero al mismo tiempo
aumenta la sustentación ya que cuando este incide sobre la parte
inferior del ala la contribuye a la sustentación , fuerza que contrarresta la acción de la gravedad.
Las partes más importantes de un ala son:
a) Borde de ataque. Es la parte del ala que encara al viento cuando el avión se encuentra en vuelo, normalmente tiene una forma redondeada.
b) Borde de salida. Es la parte trasera del ala y es la última sección que pasa a través del aire, su forma normalmente es delgada y aplanada.
c) Comba. Es la curvatura de un ala, va desde el borde de ataque hasta el borde de salida.
Fuselaje
1:Para vuelo subsónico. 2:Para vuelo supersónico de alta velocidad. 3:Para vuelo subsónico con góndola de gran capacidad. 4:Para vuelo supersónico de gran maniobrabilidad. 5:Para hidroavión. 6:Para vuelo hipersónico.
El fuselaje es el cuerpo del avión al que se encuentran unidas las
alas y los estabilizadores tanto horizontales como verticales. Su
interior es hueco, para poder albergar dentro a la cabina de pasajeros y
la de mandos y los compartimentos de carga. Su tamaño, obviamente,
vendrá determinado por el diseño de la aeronave.
Superficies de control
En determinadas partes de un vuelo la configuración del ala se hace variar mediante las superficies de control o de mando que se encuentran en las alas: los alerones,
presentes en todo tipo de avión, más otros que no siempre se hallan
presentes, sobre todo en aparatos más ligeros, aunque sí en los de mayor
tamaño: son los flaps, los spoilers y los slats. Todas ellas son partes móviles que provocan distintos efectos en el curso del vuelo.
Alerones
Los alerones
son superficies móviles que se encuentran en los extremos de las alas y
sobre el borde de salida de estas. Son los encargados de controlar el
desplazamiento del avión sobre su eje longitudinal al crear una
descompensación aerodinámica de las alas, que es la que permite al avión
girar, ya que cuando se gira la palanca de mando hacia la izquierda el
alerón derecho baja, creando más sustentación en el ala derecha, y el
alerón izquierdo sube, desprendiendo artificialmente el flujo laminar
del ala izquierda y provocando una pérdida de sustentación en esta; lo
inverso ocurre cuando inclinamos la palanca de mando hacia la derecha.
Todos los aviones presentan estas superficies de control primarias.
Además, y según su tamaño, las alas pueden llevar los siguientes dispositivos:
Flaps
Los flaps son dispositivos hipersustentadores
que se encuentran ubicados en el borde de salida del ala, cuando están
retraídos forman un solo cuerpo con el ala. Éstos son utilizados en
ciertas maniobras (comúnmente el despegue y el aterrizaje), en las
cuales se extienden hacia atrás y abajo del ala a un determinado ángulo,
aumentando su curvatura. Esto provoca una reacción en el perfil alar que induce más sustentación, o la misma con velocidad menor; al hacer que el flujo laminar
recorra más distancia desde el borde de ataque al borde de salida, y
proveyendo así de más sustentación a bajas velocidades y altos ángulos
de ataque, al mismo tiempo los flaps generan más resistencia en
la superficie alar, por lo que es necesario contrarrestarla, ya sea
aplicando más potencia a los motores o disminuyendo el ángulo de ataque del avión. Éste es con mucho el dispositivo hipersustentador más frecuente.
Además de estos, y a partir de un cierto tamaño de aparato, pueden existir los siguientes dispositivos hipersustentadores
Spoilers
Los spoilers son superficies móviles dispuestas en el extradós.
Su función es reducir la sustentación generada por el ala cuando ello
es requerido, por ejemplo para aumentar el ritmo de descenso o en el
momento de tocar tierra. Cuando son extendidos, separan prematuramente
el flujo de aire que recorre el extradós provocando que el ala entre en
pérdida, una pérdida controlada podríamos decir.
Slats
Los slats, al igual que los flaps, son dispositivos
hipersustentadores, la diferencia está en que los slats se encuentran
ubicados en el borde de ataque, y cuando son extendidos aumentan aún más
la curvatura del ala, impidiendo el desprendimiento de la capa límite aun con elevados ángulos de ataque es decir velocidades reducidas.
En las alas también se encuentran los tanques de combustible. La
razón por la cual están ubicados allí es para que no influyan en el
equilibrio longitudinal al irse gastando el combustible. Sirven de
contrapesos cuando las alas comienzan a generar sustentación, sin estos
contrapesos y en un avión cargado, las alas podrían desprenderse
fácilmente durante el despegue. También en la mayoría de los aviones
comerciales, el tren de aterrizaje principal se encuentra empotrado en
el ala, así como también los soportes de los motores.
Son todas aquellas superficies fijas y móviles del avión que al
variar de posición, provocarán un efecto aerodinámico que alterará la
actitud del vuelo para un control correcto de la aeronave, a saber:
Estabilizadores horizontales
Son dos superficies más pequeñas que las alas, situadas casi siempre
en posición horizontal (generalmente en la parte trasera del fuselaje, y
en distintas posiciones y formas dependiendo del diseño, las cuales
garantizan la estabilidad en el sentido longitudinal, es decir,
garantizan un ángulo de ataque
constante si el piloto no actúa sobre los mandos. En ellos se
encuentran unas superficies de control esencials que son o los llamados timones de profundidad)
con los cuales se controla la posición longitudinal del aparato, base
de la regulación de la velocidad. Mediante el movimiento hacia arriba o
hacia abajo de estas superficies, se inclina el avión hacia abajo o
hacia arriba, lo que se llama control del ángulo de ataque, es decir su posición respecto a la línea de vuelo. Este es el movimiento de «cabeceo».
Estabilizadores verticales
Es/Son una(s) aleta(s) que se encuentra (n) en posición vertical en
la parte trasera del fuselaje (generalmente en la parte superior). Su
número y forma deben ser determinadas por cálculos aeronáuticos según
los requerimientos aerodinámicos y de diseño, que aporta la estabilidad
direccional al avión. En éste se encuentra una superficie de control muy
importante, el timón de dirección,
con el cual se tiene controlado el curso del vuelo mediante el
movimiento hacia un lado u otro de esta superficie, girando hacia el
lado determinado sobre su propio eje debido a efectos aerodinámicos.
Este efecto se denomina movimiento de «guiñada».
Acción de los componentes
Cada uno de éstos componentes actúa sobre uno de los ángulos de navegación, que en ingeniería aeronáutica se denominan ángulos de Euler, y en geometría, ángulos de Tait-Bryan. Los ejes perpendiculares respecto de los que se realizan los giros en cada dirección son los ejes principales del avión, y los movimientos particulares se llaman alabeo (oscilación vertical alternada de las alas), cabeceo (oscilación vertical alternada de morro y cola) y guiñada (oscilación horizontal alternada de morro y cola).
-
Acción de alerones: alabeo.
-
Acción del timón de profundidad: cabeceo.
-
Acción del timón de dirección: guiñada.
Grupo motopropulsor
Son los dispositivos cuya función es la de generar la tracción necesaria para contrarrestar la resistencia aerodinámica que se genera precisamente por la sustentación.
Estos motores son largamente desarrollados y probados por su
fabricante. En el caso de los aviones sin motor o planeadores, la
tracción se obtiene por el componente de la gravedad según el coeficiente de planeo
Dentro del grupo motopropulsor,existe una funcionalidad llamada reversa
que sirva para invertir el empuje del motor y permitir que frene con
mayor eficacia durante la carrera de aterrizaje . Esta funcionalidad la
poseen los aviones de grandes prestaciones equipados con motores a
reacción o turbohélices. El piloto una vez que el avión ha tomado tierra
sobre la pista y está rodando a gran velocidad, activa la reversa, un
mecanismo mecánico hace que el aire de los motores que se desprendía
hacia atrás, salga ahora en dirección contraria y contribuya al frenado
del avión
Tren de aterrizaje
Los trenes de aterrizaje son unos dispositivos, bien fijos (aviación ligera) o bien móviles y retráctiles para que la aeronave se desplace por tierra, que no es su elemento natural. Permiten que la aeronave tenga movilidad en tierra. Existen varios tipos de trenes de aterrizaje, pero el más usado en la actualidad es el de triciclo, es decir, tres componentes, uno en la parte delantera y dos en las alas y parte de compartimientos dentro del ala y del fuselaje protegidos por las tapas de los mismos que pasan a formar parte de la aeronave, En el caso de que los trenes permanecieran en posición abierta generarían gran resistencia aerodinámica al avión, reduciendo su rendimiento y la velocidad, provocando un mayor uso de combustible. No todos los aviones tienen la capacidad de retraer sus trenes, sobre todo los más ligeros y económicos, incluso de transporte de pasajeros.
Instrumentos de control
Son dispositivos tanto mecánicos como electrónicos (aviónica)
que permiten al piloto tener conocimiento de los parámetros de vuelo
principales, como la velocidad, altura, rumbo, ritmo de ascenso o
descenso, y del estado de los sistemas del avión durante el vuelo, como
los motores, el sistema hidráulico, el eléctrico, las condiciones
meteorológicas, el rumbo programado del vuelo, la ruta seguida.
Aviación comercial
La aviación comercial es una actividad que hacen las compañías aéreas, dedicadas al transporte aéreo bien de personas, bien de mercancías. En 1919 nacen las primeras compañías aéreas, son: KLM (7 de octubre - Países Bajos) en Europa y Avianca (5 de diciembre - Colombia) en América.
Lo que determina si un vuelo pertenece a la categoría de Aviación
comercial es el propósito del vuelo, no el tipo de avión o el piloto.
Así puede que un Cessna 150 funcionando como aerotaxi se considere aviación comercial mientras que un Airbus A319 ACJ utilizado por sus dueños se considere un transporte privado.
Los aviones de transporte de pasajeros, también denominados aviones comerciales
son los que las compañías aéreas usan explícitamente para el transporte
de pasajeros. Se suelen dividir en dos categorías; aviones de pasillo
único (narrow-body), con un diámetro de fuselaje entre 3 y 4 metros de
ancho y aviones de doble pasillo (wide-body) con un fuselaje entre 5 y 6
metros de ancho.
Uno de los aviones de pasillo único más vendidos en el mundo es el Boeing 737.5 El avión de pasajeros con mayor capacidad de transporte de viajeros es el Airbus A380, avión que puede llegar a transportar alrededor de 800 personas, en vez de las aproximadamente 500 que lleva un 747. El Boeing 747 fue presentado por primera vez en el año 1969.
No obstante, el avión más grande que se haya construido jamás data de los años 1940 y fue diseñado por Howard Hughes, el magnate de la aviación. Denominado Hércules H4,
o simplemente «Spruce Goose» es el hidroavión con mayor envergadura
alar y altura del mundo. Propulsado por 8 motores de hélice, este avión
sólo realizó su vuelo inaugural, con Howard Hughes como piloto. En la actualidad esta aeronave se
encuentra en relativamente buenas condiciones de conservación en el
Evergreen Aviation Museum.
El avión en servicio más grande del mundo es el Antonov An-225 Mriya,
construido en la Unión Soviética en 1988. Este avión se considera una
reliquia porque sólo se ha fabricado uno debido a la caída de la Unión Soviética, aunque actualmente hay una nueva unidad que entró en servicio en 2010.
Como funciona un avion
De forma muy resumida podemos decir que un avión funciona y vuela
gracias al impulso de el motor que lo hace avanzar en conjunto con el
funcionamiento de las alas las que gracias a su forma permiten que la
presión del aire que pasa por sobre ellas sea menor a la presión
existente debajo lo que lleva a la sustentanción de el avión en el aire,
es decir, el llamado vuelo.
Pero un avión es mucho mas que ésto, por lo que es necesario entencer los componentes básicos y más importantes presentes como el fuselaje, las anteriormente mencionadas alas, la cola, el motor y el llamado tren de aterrizaje, veamos a continuación en detalle cada una de ellas. El fuselaje es la parte principal de el avión y dentro de él se encuentra la cabina de mando ubicada en su parte frontal en donde se sitúan el piloto y copiloto, la cabina de pasajeros, la zona destinada a el transporte de carga, como también diferenes componentes para poder operar y dirigir el avión, sirviendo además de acople para otras partes como las alas, el motor de propulsión, el tren de aterrizaje, etc. La forma del fuselaje debe ser aerodinámica para ofrecer la menor resistencia al aire y debe ser acorde a la finalidad de el avión en sí, ya que podemos encontrar fuselajes con mas espacio destinado a el transporte de pasajeros, otros con mayores dimensiones en su zona de carga, etc. Veamos ahora las particularidades de las alas, su funcion principal es encargarse de generar una diferencia de presion de aire entre su plano superior e inferior lo que provoca la sustentación de el avión en el aire, haciendo posible compensar el peso de el avión y que éste se mantenga en vuelo. También posee otras función muy importante y es la de mantener la controlabilida de el avión y actua con suma importancia durante el aterrizaje y despegue gracias a los hipersustentadores que modifican el coeficiente de sustentación. Además de estas funciones primordiales las alas pueden tener otras funciones secundarias no menos importantes como el alojamiento de combustible, soporte para armas, soporte para motores, tren de aterrizaje y para salida de emergencia de los pasajeros, etc. La cola de el avión se encuentra en la parte posterior de éste y esta generalmente formada en la mayoria de los caso por un estabilizador vertical y 2 estabilizadores horizontales, aunque existen excepciones a esta regla con aviones con 2 y 3 estabilizadores verticales y otras variaciones mas que podemos encontrar. Podemos así encontrar diferentes tipo como la cola estandard, en forma de T, de cruz, etc. El motor impulsa al avión para poder volar (si bien los planeadores carecen de motor) y pude ser uno solo en el caso de los llamados aviones monomotor, o más de uno según las necesidades del mismo avión. Entre los tipos de motores que podemos encontrarnos estan basicamente los de explosión (es decir en los que su funcionamiento se asemeja a los de un motor de un auto con la presencia de pistones -u émbolos-) y los de reacción (turbina). El tren de aterrizaje es el mecanismo mediante el cual las ruedas son sujetas a la aeronave, pudiendo ser fijo como el usado en aviones que desarrollan poca velocidad o retractil como los usados en aviones rápidos y grandes, en donde es necesario esconder las ruedas luego de que el avión a despegado para ofrecer una menor resistencia al aire durante el vuelo. |
