Buzos de la Armada brasileña recuperan una gran parte del timón del Airbus A330 de Air France fuera del Océano Atlántico, unas 745 millas (1, 200 kilómetros) al noreste de Recife. El accidente había ocurrido ocho días antes, el 1 de junio 2009. Ver más fotos de vuelos. © Fuerza Aérea Brasileña / Folleto / Xinhua Press / Corbis El 1 de junio 2009, El vuelo 447 de Air France descendió inesperadamente, cientos de pies por segundo, antes de que golpeara su vientre en el Océano Atlántico, destrozando el avión y matando a los 228 pasajeros y miembros de la tripulación. Tiempo extraordinario, Los investigadores de accidentes pudieron reconstruir lo que salió mal en esa fatídica noche:una combinación de clima severo, El mal funcionamiento del equipo y la confusión de la tripulación hicieron que la aeronave se detuviera y cayera del cielo.
El vuelo 447 envió una onda expansiva a la industria de la aviación. El avión, un Airbus A330, era uno de los aviones más confiables del mundo, sin víctimas mortales registradas volando comercialmente hasta el vuelo condenado de Air France. Luego, el accidente reveló la aterradora verdad:los vehículos más pesados que el aire operan con tolerancias muy estrechas. Cuando todo sea de cinco en cinco, un avión hace lo que se supone que debe hacer, volar, casi sin esfuerzo aparente. En realidad, su capacidad para mantenerse en el aire se basa en una compleja interacción de tecnologías y fuerzas, todos trabajando juntos en un delicado equilibrio. Alterar ese equilibrio de cualquier manera, y un avión no podrá despegar del suelo. O, si ya esta en el aire, volverá al suelo, a menudo con resultados desastrosos.
Este artículo explorará la delgada línea entre volar alto y caer rápido. Consideraremos 10 innovaciones críticas para la estructura y función de un avión moderno. Comencemos con la única estructura, alas, que poseen todos los objetos voladores.
Las aspas aerodinámicas están diseñadas para generar la máxima sustentación. iStockphoto / Thinkstock Los pájaros los tienen. También lo hacen los murciélagos y las mariposas. Dédalo e Ícaro se los pusieron para escapar de Minos, rey de Creta. Estamos hablando de alas por supuesto, o aspas aerodinámicas , qué función dar a un avión de elevación. Las aspas aerodinámicas suelen tener una ligera forma de lágrima, con una superficie superior curva y una superficie inferior más plana. Como resultado, el aire que fluye sobre un ala crea un área de mayor presión debajo del ala, conduciendo a la fuerza ascendente que hace que un avión despegue del suelo.
Curiosamente, algunos libros de ciencia invocan el principio de Bernoulli para explicar la edificante historia de las superficies aerodinámicas. Según esta lógica, el aire que se mueve sobre la superficie superior de un ala debe viajar más lejos y, por lo tanto, debe viajar más rápido para llegar al borde de fuga al mismo tiempo que el aire que se mueve a lo largo de la superficie inferior del ala. La diferencia de velocidad crea un diferencial de presión, que lleva a levantar. Otros libros descartan esto como tonterías, prefiriendo, en cambio, confiar en las leyes de movimiento probadas y verdaderas de Newton:el ala empuja el aire hacia abajo, por lo que el aire empuja el ala hacia arriba.
¿Eso es un bigote o una hélice? iStockphoto / Thinkstock El vuelo más pesado que el aire comenzó con planeadores - Aviones ligeros que puedan volar durante largos periodos sin utilizar motor. Los planeadores eran las ardillas voladoras de la aviación, pero pioneros como Wilbur y Orville Wright deseaban una máquina que pudiera emular a los halcones, con fuerte vuelo propulsado. Eso requería un sistema de propulsión para proporcionar empuje. Los hermanos diseñaron y construyeron las primeras hélices de avión, así como de cuatro cilindros dedicados, motores refrigerados por agua para hacerlos girar.
Hoy dia, El diseño y la teoría de las hélices han recorrido un largo camino. En esencia, una hélice funciona como un ala giratoria, proporcionando sustentación pero en una dirección hacia adelante. Vienen en una variedad de configuraciones, de dos palas, hélices de paso fijo a modelos de cuatro y ocho palas con paso variable, pero todos hacen lo mismo. Mientras las cuchillas giran, desvían el aire hacia atrás, y este aire gracias a la ley de acción-reacción de Newton, empuja hacia adelante en las cuchillas. Esa fuerza se conoce como empuje y trabaja para oponerse arrastrar , la fuerza que retarda el movimiento de avance de una aeronave.
Un motor de avión moderno espera pedidos en un aeropuerto. ¿Qué haría Frank Whittle con eso? iStockphoto / Thinkstock En 1937, La aviación dio un gran paso adelante cuando el inventor e ingeniero británico Frank Whittle probó el primer motor a reacción del mundo. No funcionó como los aviones de propulsión con motor de pistón de la época. En lugar de, El motor de Whittle aspiró aire a través de las paletas del compresor orientadas hacia adelante. Este aire entró en una cámara de combustión, donde se mezcló con combustible y se quemó. Una corriente de gases sobrecalentada salió corriendo del tubo de escape, empujando el motor y el avión hacia adelante.
Hans Pabst van Ohain de Alemania tomó el diseño básico de Whittle y propulsó el primer vuelo de un avión a reacción en 1939. Dos años después, el gobierno británico finalmente consiguió despegar un avión, el Gloster E.28 / 39, utilizando el innovador diseño del motor de Whittle. Al final de la Segunda Guerra Mundial, Jets de meteoritos Gloster, que fueron sucesivos modelos volados por pilotos de la Royal Air Force, perseguían cohetes V-1 alemanes y los disparaban desde el cielo.
Hoy dia, Los turborreactores están reservados principalmente para aviones militares. Los aviones comerciales utilizan motores turbofan, que aún ingieren aire a través de un compresor orientado hacia adelante. En lugar de quemar todo el aire entrante, Los motores turbofan permiten que algo de aire fluya alrededor de la cámara de combustión y se mezcle con el chorro de gases sobrecalentados que sale por el tubo de escape. Como resultado, Los motores turbofan son más eficientes y producen mucho menos ruido.
¡Llénelo por favor! Alrededor de 70, 000 galones (265, 000 litros) de combustible para ese avión de carga Antonov AN-124-100 debería funcionar. © Pat Vasquez-Cunningham / ZUMA Press / Corbis Los primeros aviones propulsados por pistones usaban los mismos combustibles que su automóvil:gasolina y diesel. Pero el desarrollo de los motores a reacción requirió un tipo diferente de combustible. A pesar de que algunos locos compañeros abogaban por el uso de mantequilla de maní o whisky, la industria de la aviación se decidió rápidamente por el queroseno como el mejor combustible para aviones de alta potencia. El queroseno es un componente del petróleo crudo, obtenido cuando se destila el petróleo, o separados, en sus elementos constituyentes.
Si tiene una lámpara o un calentador de queroseno, entonces es posible que esté familiarizado con el combustible de color pajizo. Avión comercial, sin embargo, exigen un queroseno de mayor calidad que el combustible utilizado para fines domésticos. Los combustibles para aviones deben arder limpiamente, sin embargo, deben tener un punto de inflamación más alto que los combustibles para automóviles para reducir el riesgo de incendio. Los combustibles para aviones también deben permanecer fluidos en el aire frío de la atmósfera superior. El proceso de refinación elimina toda el agua en suspensión, que podrían convertirse en partículas de hielo y bloquear las líneas de combustible. Y el punto de congelación del queroseno se controla cuidadosamente. La mayoría de los combustibles para aviones no se congelarán hasta que el termómetro alcance menos 58 grados Fahrenheit (menos 50 grados Celsius).
Gary Krier realizó el primer vuelo del avión F-8 Digital Fly-By-Wire. Usó la computadora del módulo de comando Apollo 15 para el control. Tenía una memoria total de 38K, de los cuales 36K fueron de solo lectura. Imagen cortesía de NASA Una cosa es poner un avión en el aire. Otra cosa es controlarlo de manera efectiva sin chocar contra la tierra. En un simple avión ligero el piloto transmite comandos de dirección a través de enlaces mecánicos a las superficies de control en las alas, aleta y cola. Esas superficies son, respectivamente, los alerones, los ascensores y el timón. Un piloto usa alerones para rodar de lado a lado, ascensores para inclinarse hacia arriba o hacia abajo, y el timón a babor o estribor. Torneado y banca, por ejemplo, requiere una acción simultánea tanto en los alerones como en el timón, lo que hace que el ala se sumerja en la curva.
Los aviones comerciales y militares modernos tienen las mismas superficies de control y se benefician de los mismos principios, pero eliminan los vínculos mecánicos. Las primeras innovaciones incluyeron sistemas de control de vuelo hidráulico-mecánicos, pero estos eran vulnerables al daño de la batalla y ocupaban mucho espacio. Hoy dia, casi todos los aviones grandes dependen de la tecnología digital volar por cable sistemas que realizan ajustes a las superficies de control basándose en los cálculos de una computadora a bordo. Una tecnología tan sofisticada permite que un avión comercial complejo sea pilotado por solo dos pilotos.
Reproducción a tamaño completo del planeador de 1902 de los hermanos Wright en reposo en el Monumento Nacional de los hermanos Wright en Kitty Hawk, N.C. © Kevin Fleming / Corbis En 1902, los hermanos Wright volaron el avión más sofisticado de la época:un planeador para una persona con una "piel" de muselina estirada sobre un armazón de abeto. Tiempo extraordinario, la madera y la tela dieron paso a la madera laminada monocasco , una estructura de avión en la que la piel del avión soporta algunas o todas las tensiones. Los fuselajes monocasco permitían aviones más aerodinámicos, lo que llevó a una serie de récords de velocidad a principios del siglo XX. Desafortunadamente, la madera utilizada en estos aviones requería un mantenimiento constante y se deterioraba cuando se exponía a los elementos.
En la década de 1930, casi todos los diseñadores de aviación prefirieron la construcción totalmente metálica a la madera laminada. Steel era un candidato obvio, pero era demasiado pesado para hacer un avión práctico. Aluminio, por otra parte, era ligero, fuerte y fácil de moldear en varios componentes. Fuselages con paneles de aluminio cepillado, unidos por remaches, se convirtió en un símbolo de la era de la aviación moderna. Pero el material vino con sus propios problemas, la más grave es la fatiga del metal. Como resultado, Los fabricantes idearon nuevas técnicas para detectar áreas problemáticas en las partes metálicas de una aeronave. Los equipos de mantenimiento utilizan hoy en día la exploración por ultrasonido para detectar grietas y fracturas por tensión, incluso pequeños defectos que pueden no ser visibles en la superficie.
No todos los aviones modernos tienen un sistema de piloto automático, pero muchos lo hacen y puede ayudar con todo, desde el despegue hasta el crucero y el aterrizaje. iStockphoto / Thinkstock En los primeros días de la aviación, los vuelos eran cortos, y la principal preocupación de un piloto era no estrellarse contra el suelo después de unos momentos emocionantes en el aire. A medida que la tecnología mejoraba, sin embargo, eran posibles vuelos cada vez más largos, primero a través de continentes, luego a través de los océanos, luego en todo el mundo. La fatiga del piloto se convirtió en una gran preocupación en estos viajes épicos. ¿Cómo podría un piloto solitario o una tripulación pequeña permanecer despierto y alerta durante horas y horas? especialmente durante las sesiones monótonas de cruceros a gran altitud?
Entra en piloto automático. Inventado por Lawrence Burst Sperry, hijo de Elmer A. Sperry, los piloto automático , o sistema de control de vuelo automático, vinculado tres giroscopios a las superficies de un avión que controlan el tono, rodar y guiñar. El dispositivo realizó correcciones basadas en el ángulo de desviación entre la dirección de vuelo y la configuración giroscópica original. El revolucionario invento de Sperry fue capaz de estabilizar el vuelo de crucero normal, pero también podría realizar despegues y aterrizajes sin asistencia.
El sistema de control de vuelo automático de los aviones modernos difiere poco de los primeros pilotos automáticos giroscópicos. Los sensores de movimiento (giroscopios y acelerómetros) recopilan información sobre la actitud y el movimiento de la aeronave y entregan esos datos a las computadoras del piloto automático, que emiten señales para controlar las superficies en las alas y la cola para mantener el rumbo deseado.
El tubo curvado que ha demostrado ser indispensable para los vuelos modernos iStockphoto / Thinkstock Los pilotos deben realizar un seguimiento de una gran cantidad de datos cuando están en la cabina de un avión. Velocidad aerodinámica - la velocidad de un avión en relación con la masa de aire a través de la cual está volando - es una de las cosas más importantes que monitorean. Para una configuración de vuelo específica, ya sea aterrizaje o crucero económico, La velocidad de un avión debe permanecer dentro de un rango de valores bastante estrecho. Si vuela demasiado lento puede sufrir una pérdida aerodinámica, cuando no hay suficiente sustentación para vencer la fuerza descendente de la gravedad. Si vuela demasiado rápido, puede sufrir daños estructurales, como la pérdida de colgajos.
En aviones comerciales, tubos de pitot soportar la carga de medir la velocidad del aire. Los dispositivos reciben su nombre de Henri Pitot, un francés que necesitaba una herramienta para medir la velocidad del agua que fluye en ríos y canales. Su solución fue un tubo delgado con dos agujeros, uno al frente y otro al costado. Pitot orientó su dispositivo de modo que el orificio frontal mirara corriente arriba, permitiendo que el agua fluya a través del tubo. Midiendo la diferencia de presión en los orificios frontales y laterales, podía calcular la velocidad del agua en movimiento.
Los ingenieros de aviones se dieron cuenta de que podían lograr lo mismo montando tubos pitot en el borde de las alas o sobresaliendo del fuselaje. En esa posición, la corriente de aire en movimiento fluye a través de los tubos y permite una medición precisa de la velocidad de la aeronave.
La vista desde una torre de control de tráfico aéreo. Es hermoso y ajetreado. © Bob Sacha / Corbis Hasta aquí, esta lista se ha centrado en estructuras de aeronaves, pero una de las innovaciones de aviación más importantes, en realidad una colección de innovaciones, es control de tráfico aéreo , el sistema que garantiza que los aviones puedan despegar de un aeropuerto, viajar cientos o miles de millas y aterrizar de manera segura en un aeropuerto de destino. En los Estados Unidos, más de 20 centros de control de tráfico aéreo monitorean el movimiento de aviones en todo el país. Cada centro es responsable de un área geográfica definida, de modo que como un avión vuela por su ruta, se pasa de un centro de control al siguiente. Cuando el avión llega a su destino, controlar los traslados a la torre de tráfico del aeropuerto, que proporciona todas las direcciones para poner el avión en tierra.
El radar de vigilancia juega un papel clave en el control del tráfico aéreo. Estaciones terrestres fijas, ubicados en aeropuertos y en centros de control, emitir ondas de radio de longitud de onda corta, que viajan a aviones, golpearlos y recuperarse. Estas señales permiten a los controladores de tráfico aéreo monitorear las posiciones y los rumbos de las aeronaves dentro de un volumen dado de espacio aéreo. Al mismo tiempo, la mayoría de los aviones comerciales llevan transpondedores , dispositivos que transmiten la identidad de la aeronave, altitud, rumbo y velocidad cuando es "interrogado" por radar.
Puede ver claramente el tren de aterrizaje en este E-2C Hawkeye cuando se acerca a la cubierta de vuelo del USS John C. Stennis. Imágenes de Stocktrek / Thinkstock Aterrizar un avión comercial parece una de las hazañas más inverosímiles de la tecnología. Un avión debe descender de 35, 000 pies (10, 668 metros) al suelo y reducir la velocidad desde 650 millas (1, 046 kilómetros) a 0 millas por hora. Oh, sí, y tiene que colocar todo su peso, unas 170 toneladas, sobre unas pocas ruedas y puntales que deben ser fuertes, pero completamente retráctil. ¿Es de extrañar que el tren de aterrizaje ocupe el puesto número uno en nuestra lista?
Hasta finales de la década de 1980, la mayoría de las aeronaves civiles y militares utilizaban tres configuraciones básicas de tren de aterrizaje:una rueda por puntal, dos ruedas una al lado de la otra en un puntal o dos ruedas una al lado de la otra junto a dos ruedas adicionales una al lado de la otra. A medida que los aviones crecían y pesaban, los sistemas de tren de aterrizaje se volvieron más complejos, ambos para reducir la tensión en los conjuntos de ruedas y puntales, sino también para disminuir las fuerzas aplicadas al pavimento de la pista. El tren de aterrizaje de un avión superjumbo Airbus A380, por ejemplo, tiene cuatro unidades de tren de rodaje:dos con cuatro ruedas cada una y dos con seis ruedas cada una. Independientemente de la configuración, la fuerza es mucho más importante que el peso, entonces encontrarás acero y titanio, no aluminio, en los componentes metálicos de un tren de aterrizaje.
Orville Wright dijo una vez:"El avión se mantiene levantado porque no tiene tiempo para caer". Después de escribir esto, Yo llamaría a eso un eufemismo de proporciones épicas.
