1

AERODINÁMICA I

MÓDULO I INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DEL VUELO Y DEFINICIONES

1.1 Atmósfera y generalidades.

1.1.1 Atmósfera.
1.1.2 Presión atmosférica.
1.1.3 Temperatura del aire.
1.1.4 Densidad del aire.
1.1.5 Humedad del aire.
1.1.6 Atmósfera tipo ISA.
1.1.7 Tomas estáticas y Pitot.
1.1.8 Instrumentos basados en propiedades del aire.
1.1.9 Instrumentos basados en propiedades giroscópicas.
1.2 Aerodinámica.
1.3 Física de Vuelo.
1.3.1 Teorema de Bernoulli.
1.3.2 3era Ley de Newton.
1.4 Capa Límite.

MÓDULO II FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE EL AVIÓN EN VUELO

2.1 Descripción de las cuatro fuerzas.

2.2 Equilibrio de fuerzas.

MÓDULO III FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN PERFIL AERODINÁMICO

3.1 Perfiles aerodinámicos básicos.

3.2 Características de los diferentes perfiles.
3.3 Corrientes sobre un perfil aerodinámico.
3.4 Sustentación.
3.5 Resistencia Aerodinámica.
3.6 Coeficiente de Sustentación.
3.7 Coeficiente de Resistencia.
3.8 Ángulos de una aeronave para operación.

MÓDULO IV ESTABILIDAD Y CONTROL

4.1 Definiciones.
4.2 Estabilidad estática.
4.3 Estabilidad dinámica.
4.4 Estabilidad longitudinal.

2
4.5 Estabilidad lateral.
4.6 Estabilidad direccional.
4.7 Balanceo Holandés.
4.8 Asimetría de potencias.

MÓDULO V MANDOS DE LA AERONAVE

5.1 Ejes de la Aeronave.

5.2 Superficies primarias de control.
5.3 Compensación de los mandos.
5.4 Superficies secundarias de control.
5.5 Superficies Pasivas.

MÓDULO VI MANIOBRAS

6.1 Factores de Carga.

6.1.1 Definiciones.
6.1.2 Diagramas de velocidad / ráfagas (VG).
6.2 Segmentos de Vuelo.
6.2.1 Ascenso.
6.2.2 Vuelo recto y nivelado.
6.2.3 Velocidad de maniobra.
6.2.4 Viraje.
6.2.5 Descenso.
6.2.6 Planeo.
6.2.7 Aterrizaje.
6.3 Desplome y Barrena.
6.3.1 Desplome.
6.3.1.1 Causas de desplomes.
6.3.1.2 Indicios de desplome inminente.
6.3.1.3 Recuperación del desplome.
6.3.2 Barrena.
6.3.2.1 Causas de barrena.
6.3.2.2 Indicios de barrena inminente.
6.3.2.3 Recuperación de la barrena.

3
 MÓDULO I INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DEL VUELO Y
DEFINICIONES

Desde los orígenes de la civilización, el hombre ha tratado de imitar el vuelo de las

aves, copiando los diseños naturales y sus métodos. Esta curiosidad del hombre por
poder volar, ha permitido el diseño de diferentes tipos de aeronaves, métodos de
propulsión y de vuelo.

Sin importar el tipo de avión, su tamaño o características, todos vuelan gracias a las
fuerzas aerodinámicas. En este módulo vamos a conocer estos principios, las leyes
y la teoría del vuelo, así como las características de la atmósfera.

1.1 Atmósfera y generalidades

1.1.1 Atmósfera

La Atmósfera es una cubierta gaseosa que rodea a nuestro planeta, conformada por
varias capas dependiendo de la altitud. Para nuestro curso vamos a considerar
solamente la capa más cercana a la tierra llamada Troposfera, ya que en esta es en
la que vuelan los aviones, aproximadamente hasta unos 12 kilómetros de la
superficie terrestre.
La Troposfera está compuesta por una mezcla de gases: 78% Nitrógeno, 21%
Oxígeno y 1% de otros gases. A este conjunto de gases lo conocemos como aire.
Además de estos gases encontramos el vapor de agua, el cual puede variar en una
concentración de 0% a 5%. Debido al peso específico de cada gas, los más
pesados tienden a permanecer más abajo, por lo que es normal que en altitudes
superiores a los 35,000 pies no encontremos prácticamente nada de oxígeno.
El aire es un elemento que tiene una masa, peso y una forma indeterminada. Tiene
la capacidad de fluir y cuando está sujeto a cambios de presión cambia en su forma
debido a la baja cohesión molecular. Esto quiere decir que el aire tiende a
expandirse o comprimirse ocupando todo el volumen del recipiente que lo contiene.

El aire es un fluido en estado gaseoso, el cual toma la forma del recipiente que lo
contiene y genera poca resistencia a la deformación. Esta resistencia a la
deformación se le conoce como viscosidad. En el caso del aire la viscosidad es muy
baja al ser un fluido muy ligero y de fácil movilidad. Por el contrario la miel es un
fluido muy viscoso debido a la dificultad para moverse y la resistencia que opone.

4
1.1.2 Presión atmosférica

La presión atmosférica se refiere a la fuerza de la atmósfera ejercida sobre una

unidad de superficie. Esta fuerza se debe al peso contenido en una columna
imaginaria de aire que tiene como base dicha unidad de superficie.
Conforme nos elevamos sobre la superficie, la longitud de esta columna imaginaria
disminuye, por lo que la cantidad de aire y el peso del mismo disminuye, haciendo
que la presión sea menor. Con este principio podemos entender que la presión
atmosférica es menor en la cumbre del Monte Everest en comparación con la
presión en la playa.

Podemos decir que la presión atmosférica es inversamente proporcional a la altura,

es decir “a mayor altura menor presión”. La magnitud en la que decrece es del orden
de 1 milibar por cada 9 metros de altura o 1 pulgada por cada 1,000 pies.

La presión atmosférica se mide normalmente mediante un barómetro de mercurio o

un barómetro aneroide, y las unidades empleadas son los milibares (mb) o las
pulgadas de mercurio (inHg). 1 inHg equivale aproximadamente a 3 mb.
Como podemos ver la presión atmosférica es un componente fundamental para el
vuelo y su uso principal lo encontramos en el funcionamiento de los instrumentos
principales del avión como el altímetro, anemómetro, variómetro, etc.

5
1.1.3 Temperatura del aire

El aire no se calienta directamente por la incidencia del sol, sino por otros factores
como la cercania o lejania de la linea del Ecuador, o la cercania o lejania de las
costas, pero principalmente el aire se calienta por el calor absorbido por la superficie
terrestre, la cual cede este calor a las capas más cercanas del aire.
Este es un ciclo continuo que se da a través del día y la noche, en donde las capas
más cercanas a la superficie terrestre se calientan y enfrían. Precisamente debido a
que el calor reflejado solo llega a las zonas más bajas de la troposfera, podemos
entender que la temperatura es inversamente proporcional a la altura. “A mayor
altura menor temperatura”.

La temperatura baja aproximadamente 6.5°C por cada 1,000 metros o 1.98°C por
cada 1,000 pies. Este cambio se considera hasta los 36,000 pies aproximadamente
(11,000 metros), a partir de la cual la temperatura se considera constante a -56.5°C.
Gracias a la Ley de los Gases de Gay-Lussac podemos entender que la presión de
los gases va en función de la temperatura. Es decir que la presión de los gases
aumenta conforme la temperatura aumenta y viceversa.

1.1.4 Densidad del aire

La densidad es una propiedad física de cualquier cuerpo o fluido, el cual indica la

cantidad de masa por unidad de volumen (kg/m^3). Para entender el concepto
podemos decir que el agua es más densa que el aire, y esta diferencia es lo que
permite el vuelo de los aviones.

6
La densidad depende directamente de la presión, es decir “a mayor presión mayor
densidad”. Este concepto lo podemos explicar mediante la Ley de Boyle. Esta ley
nos indica que a un temperatura constante, un fluido se puede comprimir mediante
presión para que ocupe un menor volumen. Esto produciría que la densidad
aumente, debido a que una misma cantidad de masa ocupa un menor volumen.
Si pensamos en el aire, conforme ascendemos la presión disminuye, por lo que la
densidad del aire disminuye igualmente.
Ahora bien, la Ley de de Dilatación de los Gases de Gay-Lussac nos indica que a
mayor temperatura tenemos menor densidad. En la atmósfera es mayor el cambio
de densidad debido a la presión que debido a la temperatura, por lo que para fines
teóricos debemos considerar que “a mayor altura menor densidad”.

La densidad del aire es un factor muy importante en el desempeño de los aviones y

motores, ya que afecta directamente a sus prestaciones.
Un aire menos denso puede afectar de las siguientes maneras:
- Reducción en la potencia de los motores, ya que se absorben menos
partículas de aire que se pueden quemar.
- En aviones de hélice se pierde empuje, debido a que la eficiencia de la hélice
se reduce.
- La sustentación se reduce debido a que el aire ejerce menos fuerza sobre las
alas.

1.1.5 Humedad del aire

Como lo mencionamos anteriormente, el aire tiene un porcentaje de vapor de agua,
el cual puede ser un factor importante a considerar para la operación de un avión.

7
El aire húmedo (vapor de agua + aire), es menos denso que el aire seco, por lo que
en medida que el vapor de agua aumente la densidad del aire disminuye.

La humedad se mide en porcentaje en referencia a la cantidad máxima que puede

contener el aire. Este porcentaje varía de acuerdo a la temperatura del aire, por lo
que el aire caliente es capaz de retener mayor humedad a diferencia del aire frío.

1.1.6 Atmósfera tipo ISA

La atmósfera tipo o atmósfera estándar, también conocida como ISA (International

Standard Atmosphere), es una atmósfera teórica basada en medidas climatológicas
medias que se utiliza como estándar por parte de la OACI. Es un aire desprovisto de
humedad, vapor de agua o partículas suspendidas, y obedece a la ley de gases
perfectos.
Los valores básicos son:
- Temperatura: 15°C (59°F).
- Presión: 29.92” mercurio o 1013.25 mb.
- Densidad: 1.225 kg/m^3.
- Aceleración de la gravedad: 9.8 m/s^2.
- Velocidad del sonido: 340.29 m/s
- Gradiente térmico: 6.5°C por cada 1,000 mts o 1.98°C por cada 1,000 pies.
- Descenso de presión: 1” por cada 1,000 pies o 110 mb por cada 1,000
metros.

1.1.7 Tomas estáticas y Pitot

En todos los aviones existen instrumentos que utilizan la presión absoluta o

diferencial, para convertirla en información de altura, velocidad y tasa de ascenso o
descenso.
Esta información de presión se obtiene de dos fuentes principales: un dispositivo
que recoge la presión de impacto llamado Tubo Pitot, y otro dispositivo que toma la
presión estática.

- Tubo Pitot:​ es un tubo sencillo con una pequeña apertura en el frente

confrontado con el flujo de aire, generalmente se pueden encontrar en la
nariz del avión o en la superficie inferior de las alas. Este dispositivo recoge la
presión del aire en movimiento, a mayor velocidad mayor presión generada
dentro del dispositivo, la cual es transmitida a los instrumentos de la cabina.
Los tubos pitot tienen una resistencia eléctrica para calentar la superficie
durante vuelos en zonas de formación de hielo, lo que puede interrumpir el
flujo de aire hacia el dispositivo. De hecho en las revisiones prevuelo es muy

8
 importante revisar la condición y limpieza del Tubo Pitot, para evitar
información incorrecta en los instrumentos.

- Tomas Estáticas:​ estos dispositivos toman la presión del aire libre en el que
se mueve el avión. Son un conjunto de orificios protegidos con una rejilla,
normalmente ubicados sobre el fuselaje del avión. Por lo general vienen en
pares para evitar diferencias de mediciones, y a diferencia de los Tubos Pitot
no llevan calentamiento. Lo que sí se debe cuidar es la obstrucción y
condición de los orificios.
Las tomas estáticas se basan en la presión atmosférica debido a la altitud a
la que vuela el avión y esta información alimenta los instrumentos de cabina
mediante un conjunto de conductos internos en el avión.

9
1.1.8 Instrumentos basados en propiedades del aire

Como lo vimos en la sección anterior en todos los aviones encontramos un sistema

de Tubo Pitot y tomas estáticas, que en conjunto alimentan los siguientes
instrumentos de cabina:
- Anemómetro (velocidad).
- Altímetro (altitud).
- Variómetro (tasa de ascenso/descenso).

El anemómetro es el único instrumento que utiliza la presión de impacto del aire en

el Tubo Pitot y las tomas estáticas.
En el caso del altímetro y el variómetro solo encontramos la información de las
tomas estáticas. Cada instrumento cuenta con una calibración de presión, la cual es
comparada contra la presión estática a la que vuela el avión y la traduce en
información (pies y pies/minuto).

1.1.9 Instrumentos basados en propiedades giroscópicas

A diferencia de los 3 instrumentos anteriores, existen otros 3 instrumentos que

funcionan gracias a las propiedades giroscópicas. Estos instrumentos son:

- Horizonte artificial.
- Indicador de giro.
- Indicador direccional.

Un giróscopo es un instrumento en el cual una masa gira velozmente alrededor de

un eje de simetría, el cual permite que se mantenga en una orientación constante en

10
base a los ejes de referencia. Este movimiento generan las siguientes propiedades
giroscópicas: rigidez en el espacio y precesión.
La rigidez en el espacio, se refiere básicamente a que gracias a la fuerza de inercia
un cuerpo que gira a gran velocidad va a permanecer erguido sin importar si el
plano sobre el que está girando se inclina.

Por otra parte la precesión se refiere a la reacción de un cuerpo que gira a alta
velocidad cuando se le aplica una fuerza en uno de sus bordes. La precesión es
inversamente proporcional a la velocidad de giro y directamente proporcional a la
cantidad de fuerza de deflexión aplicada.

Gracias a estas cualidades, los giróscopos proporcionan unos planos fijos de

referencia, que no cambian a pesar de la actitud del avión. Los pilotos disponen
entonces de instrumentos que le indican la posición, actitud y situación espacial del
avión en cualquier momento.

11
El giróscopo del horizonte artificial es el encargado de mantener fijo el plano
horizontal, mientras que la caja del instrumento se mueve dependiendo de cómo se
mueve el avión. En resumen, el avión se mueve alrededor del giróscopo el cual se
mantiene fijo respecto al horizonte.
En el caso del indicador de orientación y viraje, es el giróscopo mantiene fijo el
plano vertical y es el avión el que gira en torno a él.

Para el movimiento contínuo de los giróscopos se pueden utilizar sistemas de

succión o un sistemas eléctricos, los cuales aseguran que se den lecturas confiables
en todo momento.

12
1.2 Aerodinámica

En la ciencia existe una rama que se encarga de estudiar el comportamiento de los

fluidos (líquidos y gases), sobre un cuerpo. Esta ciencia se llama Mecánica de
Fluidos, la cual está dividida en Hidrodinámica y Aerodinámica. Como sus nombres
lo indican la primera se encarga de estudiar el movimiento de líquidos, mientras que
la segunda se especializa en estudiar los efectos del movimiento del aire.

Mientras que el avión se mueve por el aire se generan diferentes fuerzas y

reacciones debido a la forma y los componentes del avión. La Aerodinámica nos
ayuda a explicar estas fuerzas que actúan sobre una aeronave, siendo las
principales la fuerza de Sustentación y la fuerza de Resistencia o Arrastre.

La Aerodinámica se puede clasificar dependiendo de las velocidades a las que se

mueve un avión. De acuerdo a la ciencia la velocidad del sonido es de 1,234 km/h y
se le conoce como velocidad Mach (M). En base a esto encontramos la siguiente
clasificación:

- Subsónica (< 1 Mach).

- Transónica (cercano a 1 Mach).
- Supersónica (> 1 Mach).
- Hipersónica (> 6 Mach).

En la aviación ejecutiva y comercial la mayoría de los aviones son subsónicos y

transonicos, por lo que nos enfocaremos en estos dos tipos.

Para el estudio de la aerodinámica los científicos plantean principios básicos para el

estudio y diseño de las aeronaves:

- Cualquier fluido que esté en contacto con un cuerpo ejerce una fuerza sobre
el.
- La fuerza resultante se produce por la interacción de este cuerpo y el fluido,
no por un campo de fuerza (gravedad) o un campo electromagnético.
- Para que exista una fuerza aerodinámica debe existir una diferencia de
velocidad entre el fluido (aire) y el cuerpo (ala).
- “Sin flujo de aire no hay fuerza de sustentación”.

13
1.3 Física de Vuelo

Un avión puede volar a pesar de ser más pesado que el aire gracias a las fuerzas
aerodinámicas que se generan por la superficies sustentadoras y la velocidad.
Físicamente el vuelo se puede explicar por dos principios físicos: La 3era Ley de
Newton y el Principio de Bernoulli.

1.3.1 Teorema de Bernoulli

Por otro lado, el Teorema de Bernoulli nos explica que la presión interna de un fluido
disminuye a razón del incremento de la velocidad. Es decir, cuando un fluido se
mueve a través de un cuerpo y por motivos de la geometría, la velocidad se
incrementa y la presión automáticamente disminuye.
Usando este principio sobre un ala, vemos que debido a la geometría de la misma
(superficie superior más larga que la superficie inferior), el aire fluye a una mayor
velocidad por la parte de arriba y a menor velocidad por la parte de abajo. Esta
diferencia de velocidad produce una diferencia de presiones, generando una presión
inferior en la cara superior del ala.

1.3.2 3era Ley de Newton

La 3era Ley de Newton mejor conocida como la ley de acción y reacción, nos indica
que la acción de una fuerza sobre un cuerpo genera una fuerza de reacción de la
misma magnitud en sentido contrario. Este principio se aplica a las alas del avión,
así como a los motores.

14
El motor expulsa aire caliente a alta velocidad por la parte posterior (acción), lo que
genera una fuerza de empuje hacia adelante impulsando al avión (reacción).
En el caso de las alas, la geometría de la misma empuja al aire hacia abajo (acción),
lo que produce una fuerza contraria empujando el ala hacia arriba (reacción).

1.4 Capa Límite

Para entender la capa límite, debemos primero saber que en la mecánica de fluidos
existen dos tipos de flujos: laminar y turbulento. El flujo laminar se da cuando el
fluido tiene capas bien definidas y planas, mientras que el flujo turbulento se
caracteriza por capas que se mezclan entre sí de manera desordenada.
Ahora bien, la capa límite es la capa en donde el flujo laminar se convierte en flujo
turbulento. Esta zona en el ala se le conoce como área de transición, y depende del
ángulo de ataque del avión y la velocidad. Es una zona imaginaria sobre el ala, la
cual puede desplazarse hacia adelante o hacia atrás. Mientras más pronunciado sea
el ángulo de ataque del avión, más adelante encontraremos la capa límite.
Para que un avión se mantenga en el aire se busca que el flujo sea lo más laminar
posible sobre el ala, por lo que un flujo turbulento provoca una pérdida de
sustentación y una entrada en pérdida.

15
Durante la operación del avión se puede modificar la ubicación de la capa límite
mediante la velocidad, el ángulo de ataque o elementos hipersustentadores como
los slats y los flaps.

16
 MÓDULO II FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE EL AVIÓN EN VUELO

En el módulo anterior vimos las teoría del vuelo y las leyes físicas que lo permiten,
pero existen varias fuerzas que están involucradas durante todas las fases del
vuelo: sustentación, peso, empuje y resistencia. Vamos a explicar estas 4 fuerzas y
la influencia que tienen para el vuelo de un avión.

2.1 Descripción de las cuatro fuerzas

En todos los aviones, sin importar su tamaño, peso o características exteriores,

encontramos 4 fuerzas: pero, sustentación, resistencia y empuje.

El peso se refiere a la fuerza producida por el peso del avión más la fuerza de
gravedad.
La sustentación es la fuerza que mantiene al avión en el aire y es producida por el
flujo del aire sobre las alas.
La resistencia se refiere a la fuerza de fricción que genera el avión al moverse a
través del aire.
El empuje es la fuerza generada por el o los motores, que impulsan al avión hacia
adelante.

2.2 Equilibrio de fuerzas

Se considera que estas fuerzas actúan en pares, es decir para una fuerza siempre
existe una fuerza contraria. La sustentación (+) es la fuerza contraria al peso (-). El
empuje (+) es contraria a la fuerza de resistencia (-).
Se considera que todas las fuerzas es igual a 0, por lo que para que una fuerza
pueda vencer a otra debe ser superior. Es decir el empuje debe ser superior a la
fuerza de resistencia para que el avión pueda volar.

17
 MÓDULO III FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN PERFIL AERODINÁMICO

El ala posee un perfil aerodinámico que le dá una forma característica y es

seleccionado dependiendo del tipo de avión y el fin para el que está diseñado.
La función principal de los perfiles aerodinámicos es el generar la fuerza de
sustentación que mantiene al avión en el aire y permite el estudio en 2D del
desempeño del ala y medir el coeficiente de sustentación y de resistencia.

En este módulo vamos a estudiar los diferentes tipos de perfiles, sus características
y las fuerzas que se ejercen sobre ellos.

3.1 Perfiles aerodinámicos básicos

Históricamente existía una agencia estadounidense que fue la pionera en el estudio,

diseño y caracterización de perfiles aerodinámicos. Esta agencia se le conocía
como NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), que posteriormente se
convirtió en la NASA (National Aeronautics and Space Administration).
La NACA se encargó de realizar diversos estudios en túneles de viento sobre
diferentes perfiles alares, siendo tan importante sus aportaciones, que se definieron
diversas familias de perfiles alares y una nomenclatura.
Antes de los estudios de la NACA, los perfiles alares se diseñaban y se calculaban
en base a las características que se buscaban en el avión. Hoy en día se utilizan los
perfiles y la nomenclatura definida por la NACA, lo cual facilita la selección de un
perfil aerodinámico, ya que se conocen sus características y comportamientos.

Para entender un perfil alar, debemos conocer primero sus partes:

El borde de ataque​ ​(leading edge)​, se refiere a la cara del ala que va frente al viento.
Es por donde el flujo del aire entra a la superficie alar.

18
El borde de salida (trailing edge),​ es el punto por donde el flujo de aire abandona la
superficie alar y se encuentra en la parte posterior de la misma.
El extradós​ ​(upper surface),​ es la superficie superior del ala, mientras que ​el
intradós (lower surface),​ es la superficie inferior del ala.
La cuerda (chord),​ se refiere a la línea imaginaria que une al borde de ataque con el
borde de salida del ala.
El espesor máximo (maximum thickness) ​, como su nombre lo indica es el espesor
mayor que hay entre el intradós y el extradós. Este espesor también está
relacionado con el coeficiente de sustentación del ala. A mayor espesor el
coeficiente de sustentación máximo aumenta.
El radio de la curvatura del borde de ataque ​, se refiere a la forma redondeada del
borde de ataque el cual generalmente representa el 1% de la longitud de la cuerda
del ala (operaciones subsónicas). Este radio es fundamental para las velocidades de
entrada en pérdida de una aeronave. Mientras más redondeado sea, mayor es la
capacidad de pérdida del ala.
La línea de curvatura media (mean camber line),​ es la característica principal de un
perfil aerodinámico. Se refiere a una línea imaginaria equidistante entre el extradós
y el intradós, a lo largo de la cuerda.
La curvatura (camber)​, se refiere a la distancia entre la cuerda y la línea de
curvatura media.

Existen varias familias de los perfiles aerodinámicos en base a la nomenclatura

NACA:
- 4 dígitos:​ NACA “abcd” en donde “a” es la curvatura máxima en porcentaje de
la cuerda, “b” es la localización de la curvatura máxima en décimas de la
cuerda, “cd” es el espesor máximo en porcentaje de la cuerda.
La NACA 2412 indica que la curvatura máxima es de 2% del valor de la
cuerda, el 40% indica la ubicación de la curvatura máxima medida desde el
borde de ataque y el 12% indica el espesor máximo de longitud de cuerda.
Se considera siempre que el espesor máximo se encuentra al 30% de
longitud de cuerda.
- 5 dígitos:​ NACA “abcde” en donde “a” se debe multiplicar por 3/2 para
obtener el coeficiente de sustentación en décimas, “bc” se multiplica por ½
para obtener la ubicación de la curvatura máxima en porcentaje de la cuerda,
“de” indica el grosor máximo del perfil en porcentaje de la cuerda.
La NACA 23012 indica un coeficiente de sustentación de 0.3, la ubicación de
la curvatura máxima a un 15% de la cuerda y un 12% como grosor máximo
en relación a la cuerda.

19
- NACA serie 1:​ NACA “1a-bcd”, donde el 1 indica la serie, la “a” indica la
ubicación de la zona de mínima presión en porcentaje de cuerda, “b” indica el
coeficiente de sustentación en décimas y “cd” indican el grosor máximo en
porcentaje de cuerda.
La NACA 16-123 indica que es familia serie 1, con ubicación de la zona de
mínima presión al 60% de la longitud de la cuerda, un coeficiente de
sustentación de 0.1 y un grosor máximo del 23% de longitud de cuerda.
- NACA serie 6:​ NACA “6a​x​-bcd”, donde el 6 indica la serie, a “a” indica la
ubicación de la zona de mínima presión en porcentaje de cuerda, “x”
subíndice indica cuántas décimas por arriba o por abajo se encuentra la
resistencia del coeficiente de sustentación, “b” indica el coeficiente de
sustentación en décimas y “cd” indican el grosor máximo en porcentaje de
cuerda.
La NACA 64​2​-212 indica que es serie 6, con una ubicación de la zona mínima
de presión al 40% de la cuerda, con un índice de 0.2 de resistencia del
coeficiente de sustentación, 0.2 como coeficiente de sustentación y un 12%
de grosor máximo respecto a la longitud de cuerda.

20
3.2 Características de los diferentes perfiles

Ya hemos visto las diferentes familias de los perfiles aerodinámicos, pero ahora
debemos entender cuáles son sus diferencias, ventajas y desventajas, así como sus
aplicaciones en los aviones más comunes.

4 dígitos:
Ventajas:​ perfil muy controlable y capacidad para evitar un stall.
Desventajas:​ bajos coeficientes de sustentación, alta resistencia y fricción.

5 dígitos:
Ventajas:​ mejora en el coeficiente máximo de sustentación, reduce la tendencia del
momento de elevación.
Desventajas:​ pobre comportamiento en pérdida de sustentación y alta resistencia.

6 dígitos:
Ventajas:​ mejora en el coeficiente máximo de sustentación, mejora en el flujo
laminar y reducción de la resistencia. Muy útil en aviones de alta velocidad.
Desventajas:​ presenta alta resistencia operando en velocidades bajas, pobre
comportamiento en pérdida de sustentación.

No podemos decir que perfil es mejor que otro, ya que cada uno está diseñado para
cumplir con las especificaciones de cada avión.
Gracias a los estudios realizados por NACA, tenemos un gran catálogo de perfiles
aerodinámicos que pueden ser utilizados por los ingenieros al momento de diseñar
un nuevo avión. Aunado a eso, en la actualidad existen un sin fin de programas
computacionales y aplicaciones, que permiten simular y entender el comportamiento
de cada uno de los perfiles.

21
3.3 Corrientes sobre un perfil aerodinámico

Ya conocemos las partes que conforman un perfil aerodinámico, así como sus
características y diferencias. Pero al momento de que el avión está en vuelo, se
presentan diversas corrientes de aire que afectan directamente al comportamiento
del mismo.

Como lo vimos con el Teorema de Bernoulli, un perfil aerodinámico desvía el flujo

del aire sobre la superficie superior e inferior. Esta diferencia en el perfil genera un
cambio en la velocidad y un consiguiente cambio en la presión. A mayor velocidad
menor presión.

Para que la fuerza de sustentación sea máxima, se busca que el flujo del aire sea
laminar y que el flujo turbulento se dé fuera del perfil aerodinámico.
Durante las maniobras del avión el ángulo de ataque puede variar lo que provoca un
cambio en el flujo laminar del aire. Este ángulo de ataque puede llegar a ser tan
pronunciado que haga que todo el flujo laminar del aire se vuelva turbulento y se
pierda la fuerza de sustentación, llevando al avión a una entrada en pérdida.

22
Si recordamos, la capa límite es la zona del ala en donde el flujo laminar se
convierte en turbulento. Esta capa límite se va desplazando hacia adelante del perfil
aerodinámico conforme el ángulo de ataque aumenta, llegando hasta el punto que el
alá pierde la fuerza de sustentación y se desploma.

Hay que tener en mente que no solamente el ángulo de ataque afecta para que la
fuerza de sustentación se pierda. Vamos a estudiar más adelante los demás
factores que afectan la fuerza de sustentación y que nos pueden llevar a una
entrada en pérdida.

3.4 Sustentación

La sustentación es la fuerza principal que mantiene al avión en el aire. Esta fuerza

se obtiene gracias a la suma de la 3era Ley de Newton y el Principio de Bernoulli
que explicamos anteriormente.
La superficie del ala produce una diferencia de presiones, lo que genera que el ala
tienda a elevarse, sumado a la fuerza ascendente que se genera por la deflexión del
aire que pasa por debajo del ala.

23
Ahora bien, teóricamente se considera que la fuerza de sustentación se concentra
en un punto imaginario en la cuerda del ala llamado centro de presión. Su ubicación
se indica como % con respecto a la cuerda. Conforme se va incrementando el
ángulo de ataque del avión este centro de presión se desplaza hacia adelante. Se
considera que los límites para la ubicación del centro de presión se debe encontrar
entre el 25% y el 60% de la cuerda.

Adicionalmente debemos conocer varios conceptos que nos ayudan a entender el

concepto y el funcionamiento de la sustentación.
La ​actitud del avión​, se refiere a la posición del avión con respecto al eje longitudinal
y transversal, por ejemplo podemos mencionar que el avión se encuentra volando
con un 5° nariz arriba y 15° de alabeo a la izquierda.
La ​trayectoria de vuelo​, nos indica la dirección que sigue el perfil aerodinámico y por
consiguiente el avión.
El ​viento relativo​, se refiere al viento producido por el avión al desplazarse. Este
viento relativo es siempre paralelo a la trayectoria pero en dirección opuesta.

24
El ​ángulo de incidencia,​ se refiere al ángulo formado por la cuerda del ala respecto
al eje longitudinal del avión. Este ángulo se mantiene fijo, ya que depende del
diseño del ala.

El ​ángulo de ataque,​ indica el ángulo que se forma entre la cuerda del ala y el viento
relativo. Este ángulo es variable, ya que depende de la actitud del avión con
respecto al viento relativo y no al horizonte.

25
Finalmente podemos resumir los diversos factores que pueden afectar la fuerza de
sustentación. Si bien muchos de ellos no pueden ser controlados por el piloto, si
pueden ser identificados y analizados:

- El coeficiente aerodinámico del ala.

- La superficie alar.
- La densidad del aire.
- La velocidad del viento relativo.
- El ángulo de ataque.
- Suciedad, hielo o contaminantes sobre el ala.

Matemáticamente la sustentación se puede definir como L=C​L​*q*S, en donde C​L​ es

el coeficiente de sustentación que depende del perfil alar, q es la presión
aerodinámica y S es la superficie alar.

3.5 Resistencia Aerodinámica

La resistencia es otra de las fuerzas que actúan sobre un avión al momento de

desplazarse por el aire. Como su nombre lo indica, esta fuerza es contraria a la
trayectoria del avión y es la responsable de impedir o retrasar el movimiento del
avión. La resistencia es una fuerza indeseable pero inevitable.

Cuando el avión se desplaza a través del aire, el ala está expuesta a dos tipos de
resistencia: una resistencia debida a la fricción del aire y una resistencia debido a la
presión del aire que se opone al movimiento del ala.
La resistencia debido a la fricción depende de la viscosidad del aire, que como
hemos visto en capítulos anteriores es muy baja. Por el contrario la resistencia de la
presión depende de la densidad de la masa de aire que se desplaza.

Esta resistencia debida a la presión se puede dividir en dos: una resistencia

inducida que se debe a la fuerza de sustentación generada por el ala y una
resistencia parásita que se debe a los factores de la forma del ala y el flujo del aire.

La resistencia total del avión es entonces la suma de la resistencia inducida y la

resistencia parásita.

26
- Resistencia Inducida:​ esta resistencia como dijimos anteriormente se debe a
la presión generada por la fuerza de sustentación y se incrementa
proporcionalmente con el ángulo de ataque. Debido a que la sustentación no
es uniforme sobre toda la superficie alar y debido al cambio de presiones
entre el intradós y el extradós, se genera una corriente de aire que recorre
hacia las puntas de ala en forma de vórtice y que es opuesta a la fuerza de
empuje. Esta resistencia es directamente referida al diseño del ala. Un ala
delgada con cuerda larga produce menos resistencia que un ala corta con
cuerda larga.

En manera vectorial podemos definir la resultante entre la fuerza de

sustentación y la fuerza de resistencia en el centro de presiones del ala.

La resistencia al igual que la sustentación es el cuadrado de la velocidad

sobre el área de la superficie alar. Matemáticamente podríamos decir que es
D=C​D​*q*S.
C​D​ es el coeficiente de resistencia propio de cada perfil alar, q es la presión
aerodinámica y S la superficie alar.
Podemos deducir entonces que la resistencia aumenta con el incremento del
ángulo de ataque y disminuye con el aumento de la velocidad.

- Resistencia parásita:​ se refiere a todas las demás resistencias que no están

relacionadas con la sustentación: fuselaje, tren de aterrizaje, antenas,
superficies hipersustentadoras, hielo, golpes o daños, etc. Esta resistencia es
directamente proporcional a la velocidad, por lo que si la velocidad aumenta
la resistencia parásita también.

27
Ahora bien, estas dos resistencia dependen de diferentes factores y conforme una
aumenta la otra disminuye, por lo que el piloto debe entender muy bien este
concepto durante la operación de una aeronave.

Podemos resumir que:

- A mayor velocidad menor resistencia inducida.
- A mayor ángulo de ataque mayor resistencia inducida.
- A mayor velocidad mayor resistencia parásita.

3.6 Coeficiente de Sustentación

El coeficiente de sustentación C​L​ es un número adimensional que representa la

efectividad que posee un cuerpo para generar sustentación a través del aire.
Este coeficiente es inherente al diseño de cada perfil aerodinámico y no es
controlable por parte de la tripulación.

Matemáticamente se calcula como C​L​ = L / 0.5𝜌V​2​S en donde L es la fuerza de

sustentación, 𝜌 es la densidad del aire, V es la velocidad y S la superficie alar.

28
Este coeficiente se puede ver afectado por el ángulo de ataque del avión. Como
podemos ver en la gráfica, conforme el ángulo de ataque se incrementa el
coeficiente de sustentación se incrementa hasta un punto máximo donde desciende
abruptamente y entra en pérdida.

3.7 Coeficiente de Resistencia

A diferencia del coeficiente de sustentación, este coeficiente C​D​ indica

numéricamente la tendencia que tiene un cuerpo a generar resistencia. Como
sabemos la resistencia tiene una componente debido a la presión y otra debida a la
fricción, por lo que este coeficiente suma ambas fuerzas de resistencia.

Matemáticamente se puede expresar como C​D​ = 2D / 𝜌V​2​S, donde D es la fuerza de

arrastre total, 𝜌 es la densidad del aire, V es la velocidad y S la superficie alar.

De acuerdo a la gráfica podemos ver que conforme se incrementa el ángulo de

ataque, el coeficiente de resistencia se incrementa exponencialmente y el
coeficiente de sustentación llega a su punto máximo para después caer en pérdida.

3.8 Ángulos de una aeronave para operación

Sabiendo cual es el comportamiento de las fuerzas de sustentación y resistencia,

así como los coeficientes de sustentación y resistencia, podemos entender cuales
son los ángulos críticos de operación de una aeronave.

La mayoría de los puntos críticos en la operación de una aeronave están

relacionados con el ángulo de ataque. Recordemos que el ángulo de ataque se
mide entre la cuerda del ala y el viento relativo.

29
Podríamos resumir diversas características que dependen del ángulo de ataque:

- La pérdida.
- El ángulo de ascenso ideal.
- La mejor velocidad de ascenso.
- La mejor tasa de planeo.
- La compensación del estabilizador horizontal.

El ángulo de ataque es un factor que puede controlar el piloto y afecta a la

sustentación, la velocidad, la resistencia, la distribución de presiones etc, por lo que
es vital tener en mente que un cambio en el ángulo de ataque va a afectar otros
parámetros del avión.

En la grafica podemos observar la relación que hay entre el ángulo de ataque y la

relación sustentación - resistencia.
Podemos observar que a los 20° alcanzamos el coeficiente de sustentación máximo.
Después de estos 20° el ala entra en pérdida. Mientras que a ese ángulo tenemos
un coeficiente de resistencia máximo que puede seguir subiendo conforme se
incremente el ángulo de ataque.
La línea verde nos indica el ángulo de ataque ideal en donde la relación
sustentación - resistencia es la óptima, es decir en donde la sustentación es máxima
con la mínima resistencia. En este caso se da a lo 6°.

Ese ángulo en donde el coeficiente de sustentación es máximo y en donde el avión

entra en pérdida se le conoce como ​ángulo crítico.​ Este ángulo crítico es en donde

30
la capa límite sobre el ala se desplaza hacia adelante y el flujo laminar se convierte
en turbulento.

Ahora bien, es fundamental la percepción y la comprensión del ángulo de ataque al

momento del vuelo, ya que físicamente el horizonte artificial puede indicar una
posición ascendente, pero el avión puede estar perdiendo altura. Desde el comienzo
debemos tratar de percibir la actitud del avión, así como sumar la información del
horizonte artificial, el velocímetro y el indicador de velocidad vertical. Unir esta
información junto con referencias visuales nos permiten saber en todo momento la
actitud y operación del avión.

Debemos tener claro que la actitud del avión y el ángulo de ataque no es lo mismo.
La actitud se mide respecto al horizonte indicando si está nariz arriba o nariz abajo,
mientras que el ángulo de ataque se mide respecto al viento relativo.

En la imagen podemos ver que el avión tiene la misma actitud de nariz arriba, sin
embargo el ángulo de ataque varía así como la velocidad vertical. En el primer caso
el avión tiene una actitud de nariz arriba, con un ángulo de ataque bajo y una
velocidad vertical ascendente.
El segundo caso tiene una actitud igualmente de nariz arriba, pero el ángulo de
ataque es alto y una velocidad vertical descendente. Este caso lo podemos entender
como que el avión se está “hundiendo”. Un ángulo de ataque grande no significa
necesariamente que el avión está ascendiendo.

Adicional al ángulo de ataque podemos encontrar otros ángulos: ángulo de actitud,

ángulo de incidencia y ángulo de ascenso/descenso.
Matemáticamente lo podemos definir como:

°Actitud + °Incidencia = °Ataque + °Ascenso

31
De acuerdo a esta fórmula, en un vuelo recto y nivelado el ángulo de actitud es 0° y
el ángulo ascenso es 0°, por lo que en esta condición el ángulo de incidencia sería
igual al ángulo de ataque.

El ángulo de incidencia es constante, ya que depende del diseño del avión, mientras
que los otros ángulos dependen de la operación.

En resumen podemos decir que estos ángulos se definen de la siguiente manera:

- La actitud es el ángulo entre el horizonte y el eje longitudinal.
- La incidencia se mide entre el eje longitudinal y la cuerda del ala.
- El ascenso es el ángulo entre el horizonte y la trayectoria.
- El ángulo de ataque se mide entre la trayectoria y la cuerda del ala.

Finalmente podemos listar los puntos más importantes con respecto a la

sustentación, resistencia y ángulos de operación:

- La variación de las fuerzas de sustentación y de resistencia es inherente a

cada perfil aerodinámico. Así mismo el ángulo de ataque crítico.
- El ángulo de ataque crítico es aquel en el que el coeficiente de sustentación
es máximo. Pasando este ángulo el coeficiente cae drásticamente.
- Los factores principales para la fuerza de sustentación son la velocidad y el
ángulo de ataque.
- La resistencia es paralela y en la misma dirección que el viento relativo, y es
contraria a la trayectoria.
- La resistencia inducida es directamente proporcional al ángulo de ataque e
inversamente proporcional a la velocidad.
- La resistencia parásita es directamente proporcional a la velocidad.

32
 MÓDULO IV ESTABILIDAD Y CONTROL

4.1 Definiciones

Para poder adentrarnos en la estabilidad y el control de una aeronave debemos

primero entender dos conceptos básicos: el equilibrio y la estabilidad.
El equilibrio viene de una raíz griega (equilibrium), la cual indica que la resultante de
las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es cero.
La estabilidad se puede entender como la reacción de dicho cuerpo si esta situación
de equilibrio se modifica.
Pensemos en una balanza, la cual se encuentra nivelada, ya que de ambos lados
tenemos el mismo peso. Esta posición nos indica que la balanza se encuentra en
equilibrio.

Si le quitamos peso de un lado, la balanza va a tener una reacción por el

desequilibrio que se genera, llamándolo estabilidad. La estabilidad se puede dividir
en dos: estática y dinámica.
De acuerdo a la 1era Ley de Newton, llamada Ley de Inercia, un cuerpo siempre va
a tender a permanecer en su posición de equilibrio a menos que una fuerza externa
actúe sobre el. En el caso de un avión, si se encuentra en tierra o en vuelo recto y
nivelado podemos decir que está en equilibrio.
Sin embargo, en una maniobra de giro el avión no se encuentra en equilibrio, por lo
que la estabilidad entra a jugar un factor muy importante. La estabilidad es la
capacidad que va a tener nuestro avión para reaccionar a las situaciones que lo
saquen de su estado de equilibrio como por ejemplo turbulencia, virajes,
desplazamiento de carga, rafagas de aire, etc.

4.2 Estabilidad estática

La estabilidad estática se puede dividir en tres: positiva, neutra y negativa.

La positiva​ se puede entender como un sistema en el cual al salir de su posición de
equilibrio, genera fuerzas que tiende a regresar a su posición inicial.
La neutra​ se da cuando un sistema es desplazado y no genera ninguna fuerza para
regresar a su posición original, sino que por el contrario permanece equilibrado en la
nueva posición.

33
La negativa​ se refiere a un sistema en el cual se generan fuerzas mayores que
tienden a desplazar aún más su posición de equilibrio.
Para entender estas diferencias podemos considerar una rueda de bicicleta que
tiene un contrapeso en diferentes posiciones.

La rueda de la izquierda se considera que tiene una estabilidad positiva, ya que al

aplicar una fuerza que la saque de su posición de equilibrio va a tender a regresar a
su posición original.
La rueda del medio posee una estabilidad neutra, ya que sin importar la fuerza que
se le aplique va a tomar una nueva posición de equilibrio.
Por el contrario, la rueda de la derecha tiene una estabilidad negativa, ya que el
contrapeso se va a desplazar cada vez más al aplicarle una fuerza, llegando a una
nueva posición de equilibrio.

Ahora bien, un avión se considera estable cuando al ser afectado por una fuerza
tiende a regresar a su posición original (positiva), e inestable si al ser afectado por
una fuerza se aleja de su posición original (negativa). Podemos definir entonces que
un avión debe ser diseñado siempre para tener una estabilidad positiva o neutra y
evitar cualquier tipo de estabilidad negativa.

4.3 Estabilidad dinámica

Como su nombre lo indica, la estabilidad dinámica se refiere a los movimientos que

hace un cuerpo para regresar a su estado original. En términos científicos podemos
decir que es la capacidad de un cuerpo o sistema para que en un periodo de tiempo
las oscilaciones sean menores, mayores o invariables (amortiguación).
Al igual que la estabilidad estática, la dinámica se divide en positiva, neutra o
negativa.
Positiva​ es cuando un sistema va reduciendo la amplitud de las oscilaciones, es
decir va amortiguando hasta regresar a la posición original de equilibrio.
Negativa​ se refiere a un sistema que por el contrario va incrementando las
oscilaciones.
Neutra​ cuando las oscilaciones de un sistema no varía y por lo tanto no amortigua.

34
Para ejemplificar podemos pensar en un amortiguador. Cuando comprimimos un
amortiguador este tiende a regresar a su posición original mediante oscilaciones
(hidro-neumático). Normalmente es un sistema con estabilidad positiva. En el caso
de un amortiguador que ya no funciona correctamente tendríamos una situación de
estabilidad neutra.

Para entender el concepto de estabilidad dinámica negativa podemos imaginarnos

las olas del mar, las cuales van incrementando las oscilaciones de acuerdo a la
fuerza del viento.

Esta gráfica nos permite interpretar visualmente como oscila un sistema de acuerdo
al tipo de estabilidad que posee.

4.4 Estabilidad longitudinal

Este tipo de estabilidad es la más importante ya que se refiere a la estabilidad que

presenta el avión en el eje transversal (nariz arriba/abajo). La tendencia que tenga
un avión a subir o bajar la nariz sin algún comando hecho por el piloto es muy
incomodo y peligroso.

La estabilidad longitudinal depende de tres factores: la ubicación del ala respecto al

centro de gravedad, la localización del estabilizador horizontal respecto al centro de
gravedad y el área del estabilizador.

35
El control sobre la actitud de la nariz del avión se da mediante el estabilizador
horizontal. Este al estar ubicado lo más alejado posible del centro de gravedad del
avión, ayuda a que un pequeño cambio en su posición contrarreste las fuerzas
externas.

Por diseño, los aviones se calculan para que el estabilizador horizontal tenga un
ángulo de incidencia menor que el de ala. Esta diferencia de ángulo entre ambas
superficies se le conoce como decalaje. La utilidad de esta diferencia consiste en
mejorar las características de pérdida del avión. Cuando una fuerza afecta la
posición de equilibrio del avión (rafaga de viento por debajo de la trayectoria), el
estabilizador horizontal genera mayor sustentación obligando a bajar la nariz del
avión, regresando a su posición de equilibrio.

Ahora bien, debemos comprender el concepto de centro de gravedad y centro

aerodinámico. El centro de gravedad es un punto teórico del avión en donde se
concentra todo el peso del mismo, mientras que el centro aerodinámico es el punto
teórico donde se concentra la fuerza de sustentación.

Como podemos observar en la imagen, si el C.G. y el C.A. están en la misma

posición se considera que el avión tiene una estabilidad neutra, mientras que si el
C.G. se encuentra atrás del C.A. se considera que el avión tiene una estabilidad
positiva. Se le considera inestable si el C.G está atrás del C.A.

En resumen debemos decir que la estabilidad longitudinal del avión no se debe

medir contra el horizonte, sino contra cualquier ángulo de ataque y maniobra del
mismo. Se busca que el avión sea estable en cualquier etapa del vuelo.

36
4.5 Estabilidad lateral

La estabilidad lateral se refiere al movimiento del avión sobre su eje longitudinal

(alabeo). Esta característica indica la tendencia de un avión a regresar a la posición
nivelada de las alas. Después de una maniobra o una rafaga de aire se busca que el
avión tienda a regresar a su posición de equilibrio original.

Esta estabilidad se da principalmente por el diseño de las alas del avión. Cuando
una fuerza o rafaga de aire hace elevar un ala, el ala contraria tiene a inclinarse, por
lo que la sustentación en la misma aumenta tendiendo a elevarse y recuperar la
posición original nivelada.

4.6 Estabilidad direccional

Este tipo de estabilidad se mide respecto al eje vertical del avión (guiñada).
Principalmente la estabilidad direccional se da gracias al estabilizador vertical que
por diseño genera la fuerza necesaria para tratar de regresar la nariz del avión a la
dirección original. Si una rafaga golpea al avión, la cola del avión genera un par de
fuerza mayor, obligando a la nariz del avión a alinearse con la dirección de la ráfaga
del aire.

37
4.7 Balanceo Holandés

El balanceo holandés se refiere a una oscilación lateral del avión que se da debido a
movimientos constantes de alabeo y guiñada. Principalmente este efecto se dá en
aviones con ala en flecha regresiva, con diedro positivo y un estabilizador vertical
relativamente pequeño.
Su presencia se da a bajas velocidades y altitud de vuelo elevadas, llegando a ser
muy incómodo para los pasajeros y potencialmente peligroso para la integridad
estructural del avión.

La solución definitiva que se diseñó para evitar este fenómeno es el “Yaw Damper”
o amortiguador de guiñada. Consiste en un sistema automático que contrarresta el
movimiento oscilatorio lateral mediante movimientos pequeños del timón de
dirección. Esta funcionalidad no afecta el control de los pilotos y al contrario es un
aliado al momento de efectuar virajes, ya que evita los derrapes.

4.8 Asimetría de potencias

En aviones bimotores, se puede presentar un efecto peligroso conocido como

asimetría de potencia. Se refiere a la diferencia en la potencia que genera cada
motor ya sea por un fallo mecánico o errores por parte la tripulación.
En condiciones normales un avión bimotor genera un flujo de aire simétrico que
pasa sobre las alas y los estabilizadores, esto incrementa la sustentación y ayuda
con el control y la estabilidad.

Al presentarse una falla de motor, este flujo se interrumpe abruptamente y el

comportamiento aerodinámico del avión se ve afectado. Se produce entonces una

38
asimetría de potencias o de empuje, lo que conlleva a una pérdida de sustentación
sobre el costado del motor inoperante.

En el caso de aviones de hélice se incrementa la resistencia aerodinámica lo que se

traduce en los siguientes comportamientos:
- cabeceo hacia abajo.
- giro hacia el motor inoperativo.
- guiñada hacia el motor inoperativo.

Ahora bien, en aviones bimotores debemos tener claro cuál es el motor crítico en
caso de fallo. Este concepto nos explica cuál de los dos motores provocaría
mayores afectaciones aerodinámicas si se presentara una emergencia o un mal
funcionamiento. Tomemos como ejemplo un avión que tiene sentido de giro en sus
hélices “anti-horario”

- Factor P:​ se refiere a la diferencia de empuje debido al sentido de giro de las

hélices y la diferencia en la distancia del punto de aplicación de este empuje
respecto al eje longitudinal del avión. Para entender esta definición, debemos
primero entender que una hélice está compuesta por palas que son perfiles
aerodinámicos en movimiento. Cuando una pala está bajando hacia el viento
relativo produce mayor empuje que cuando está subiendo, esto se le conoce
como factor P. El punto de aplicación del empuje del motor izquierdo se

39
 encuentra más cercano al eje longitudinal del avión que el del motor derecho.
Esto provoca que el momento que se produce sea mayor en el motor derecho
que el izquierdo, por lo que nuestro motor crítico sería el izquierdo.

- Torbellino de aceleración y de espiral:​ es un flujo de aire que se produce por

las hélices e impacta los estabilizadores y las superficies de control. El flujo
de aire generado por el motor izquierdo es más cercano al eje longitudinal del
avión, por lo que incide en mayor grado sobre el timón de dirección
haciéndolo más efectivo. Por el contrario el flujo de aire del motor derecho
está más alejado del eje longitudinal del avión influyendo de menor manera al
timón de dirección haciéndolo menos efectivo.

- Factor de Torque:​ la fuerza que se produce por los motores provoca una
reacción del avión en sentido contrario. En nuestro ejemplo, el avión va a
tender a girar hacia la izquierda (visto de atrás hacia adelante), ya que los
motores y las hélices giran hacia la derecha.
Si el motor derecho presenta una falla, el avión va a tender a girar a la
izquierda pero será contrarrestado por la reacción al torque del motor
izquierdo. Por el contrario si el motor izquierdo falla, la reacción del avión al
torque del motor derecho será girar a la izquierda lo que agravaría la
situación del control de la aeronave.

40
Si bien un fallo en el motor crítico es peligroso, no significa que el avión pierda su
estabilidad y control. Los manuales de vuelo de cada tipo de avión mencionan qué
pasos debe seguir la tripulación en situaciones de fallo de motor crítico, pero
podríamos resumirlo en las siguientes acciones:

- Identificar el motor inoperativo y perfilar la hélice.

- Aplicar la máxima potencia al motor operativo.
- Contrarrestar la tendencia de guiñada mediante el timón de dirección hacia el
lado del motor operativo.
- Virar hacia el lado del motor operativo siempre.
- Establecer la velocidad óptima de ascenso.

41
 MÓDULO V MANDOS DE LA AERONAVE

En los módulos anteriores hemos visto los principios aerodinámicos, perfiles alares,
fuerzas que actúan en una aeronave y la estabilidad. En este módulo nos vamos a
enfocar a entender cómo se controla una aeronave, cuales son sus ejes principales,
las superficies de control primarias y secundarias.

5.1 Ejes de la Aeronave

Los aviones poseen tres ejes y el movimiento generado sobre cada uno de esos
ejes tiene un nombre especifico:
- Eje longitudinal​ es una línea imaginaria que recorre el avión desde la nariz
hasta el empenaje, el movimiento que se dá sobre ese eje se conoce como
alabeo (Roll)​. El alabeo le dá al avión ​estabilidad lateral​.
- Eje transversal​ es una línea imaginaria que une las dos puntas del ala del
avión. El movimiento que se dá en este eje se llama ​cabeceo (Pitch) ​. El
cabeceo le permite al piloto tener ​estabilidad longitudinal​.
- Eje vertical​ es una línea imaginaria que atraviesa el avión de arriba a abajo
sobre el centro de gravedad. El movimiento que se dá sobre este eje se le
conoce como ​guiñada (Yaw)​. La guiñada nos da ​estabilidad direccional​.

5.2 Superficies primarias de control

Las superficies primarias tienen como función principal el control del avión en sus
tres ejes.
Como hemos dicho anteriormente las superficies de control modifican la
aerodinámica del avión provocando un cambio en la magnitud de las fuerzas, lo que
provoca un movimiento en uno de sus ejes.

42
Al igual que los ejes, las superficies de control primarias son tres: alerones, timón de
profundidad y timón de dirección.
- Alerones:​ se encuentran en el borde de salida de ambas alas, funcionan en
pares pero con movimiento inverso, es decir, si un alerón sube el otro baja.
Gracias a la ley de acción y reacción si un alerón sube genera una reacción
inversa en el ala, lo que provoca que esta baje. Al tener un movimiento
inverso el alerón contrario va a bajar haciendo subir esa ala, provocando un
movimiento de alabeo en el avión.

Mediante una combinación de poleas y cables el mando del piloto se conecta

directamente a los alerones. Si queremos generar un giro hacia la derecha
debemos girar el mando hacia la derecha. Este movimiento hace que el
alerón derecho suba y el izquierdo baje. Este cambio en la aerodinámica
provoca que el ala derecha pierda sustentación y a su vez el ala izquierda
gane sustentación, generando un giro sobre el eje longitudinal.

- Timón de Profundidad:​ esta superficie de control se encuentra en el plano

horizontal del empenaje del avión y es el encargado de generar un cambio en
el ángulo de ataque del avión, mejor conocido como cabeceo. A diferencia de
los alerones, el timón de profundidad actúa en par pero en el mismo sentido.
Al estar ubicado en el empenaje del avión, lo que genera es un movimiento
en la cola del avión y debido al principio de torque o palanca, hace que la
nariz del avión suba o baje.

43
 Igual que los alerones, el timón de profundidad se controla desde el mando
del piloto. En este caso el piloto debe jalar o empujar el mando haciendo que
la superficie baje o suba.
Si queremos elevar la nariz del avión debemos jalar del mando, esto genera
que las superficies del timón de profundidad suban, generando una reacción
hacia abajo del empenaje. Este movimiento del empenaje genera que la nariz
del avión suba.

- Timón de Dirección:​ esta superficie se encuentra instalada en el plano vertical

del empenaje del avión. A diferencia de las otras superficies de control, esta
se controla mediante los pedales del piloto.
Si bien el timón de dirección es una superficie de control primaria su sola
acción no genera un giro completo del avión. Se utiliza principalmente para
complementar la acción de los alerones durante un giro o para contrarrestar
el efecto de vientos cruzados sobre el avión.
Si queremos girar la nariz del avión hacia la izquierda simplemente se debe
presionar el pedal izquierdo, esto genera un movimiento igualmente hacia la
izquierda del timón. La reacción genera que el empenaje del avión vaya hacia
la derecha, provocando un movimiento de guiñada de la nariz hacia la
izquierda.

44
5.3 Compensación de los mandos

Como una ayuda adicional para el piloto y para reducir las cargas aerodinámicas
sobre las superficies de control, la mayoría de aviones cuentan con
“compensadores”. Estos se encuentran en el borde de salida de cada una de las
superficies y pueden ser configuradas por el piloto para que ayuden a mantener una
posición específica en las superficies de control.

45
5.4 Superficies secundarias de control

Las superficies de control secundarias tienen como función principal aumentar o

disminuir la fuerza de sustentación del avión. Las que aumentan la sustentación se
les conoce como superficies hipersustentadoras (flaps, slats), estas generan un
incremento en la superficie alar o un cambio en la curvatura del perfil. Por el
contrario hay una superficie que disminuye la sustentación del ala (spoiler), y que a
su vez funciona como aerofreno.

Todas las superficies de control secundarias se encuentran sobre las alas, y en

ocasiones pueden actuar de manera conjunta con las superficies primarias para
ayudar en las maniobras.

- Flaps:​ son superficies hipersustentadoras que se encuentran en el borde de

salida del ala. Su acción principal es el de aumentar la sustentación del ala
cuando se encuentra a velocidades inferiores para las que fue diseñada
(despegue, aterrizaje). Actúan en pares de manera simétrica, son controlados
desde la cabina mediante una palanca específica. Pueden tener una o varias
posiciones, dependiendo de cada modelo de avión. Si bien ayuda a aumentar
la sustentación del ala, produce un efecto adverso debido a la resistencia al
aire, por lo que su uso es muy específico en ciertas etapas del vuelo.
Regularmente para el despegue se utiliza una posición de 10° a 15°, mientras
que en los aterrizajes se suelen utilizar posiciones de 30° hasta 45°.

Si bien los flaps aumentan la velocidad de entrada en pérdida, no sucede lo

mismo con el ángulo de ataque. Este se mantiene igual, por lo que al operar
con los flaps extendidos se debe tener cuidado con la actitud del avión, para
no entrar en pérdida inadvertidamente.

46
Existen varios tipos de flaps, dependiendo del tamaño del avión, su
aerodinámica y el tipo de operaciones para el que fué diseñado, aunque el
principio de funcionamiento es igual.
Sencillo:​ es el más común en la aviación ligera, generalmente solo tiene una
posición y solo produce un cambio en el perfil del ala.
Intradós:​ solo afecta la curvatura inferior del ala. Es poco usado y produce un
efecto menor.
Zap:​ es similar al de intradós, su diferencia radica en que se desplaza hacia
atrás del borde de ataque del ala.
Fowler:​ es similar al Zap, su diferencia se debe a que el movimiento hacia
atrás es mayor e incrementa enormemente la curvatura y el perfil del ala. Es
muy utilizado en aviones comerciales.
Ranurado:​ al momento de ser desplegado deja apertura entre las secciones
del flap, lo que aumenta la superficie alar y disminuye el efecto de arrastre.
Junto con el tipo fowler son los más utilizados en aviones comerciales.
Krueger:​ a diferencia de todos los demás, estos se encuentran en el borde de
ataque del ala cercano al fuselaje. Tiene un efecto aerodinámico similar a los
slats.

En resumen los flaps generan varios efectos sobre la aerodinámica del avión:
- Aumento en la sustentación.
- Aumento en la resistencia.
- Aumento en la velocidad de pérdida.
- Menor longitud necesaria para maniobras de despegue y aterrizaje.

47
- Slats:​ al igual que los flaps son superficies hipersustentadoras, aunque estas
se sitúan en el borde de ataque del ala. Al ser activados (en conjunto con los
flaps), se desplazan hacia adelante generando una abertura o “slot” que
obliga a que el flujo del aire pase por del intradós hacia el extradós. Esta
desviación genera que la velocidad del aire aumente y la presión disminuya
sobre el ala.

Aerodinámicamente los slats aumentan tanto la velocidad como el perfil de

entrada en pérdida. Este tipo de superficie se utiliza principalmente en
aviones de gran envergadura, y se despliegan o retraen de la mano de los
flaps.

48
- Spoilers:​ también conocidos como aerofrenos, se sitúan sobre la superficie
del ala. A diferencia de los flaps y los slats, los spoilers disminuyen la
sustentación del ala. Tiene varias funciones como reducir la velocidad
durante los descensos, incrementar la tasa de descenso, reducir la velocidad
durante la frenada en tierra, y en algunos aviones complementan a los
alerones en maniobras de giro.

49
5.5 Superficies Pasivas

Las superficies pasivas a diferencia de las superficies primarias y secundarias de

control, no tienen movimiento y no son controladas por los pilotos. Son superficies
fijas que tienen una funcionalidad aerodinámica y dependen del diseño y modelo de
cada avión.

- Winglets / Sharklets:​ Los Winglets son un tipo de “aleta” que se instala en la

punta de las alas y su función principal es la de reducir el arrastre inducido al
momento de volar. Debido a la forma de las alas, se generan vórtices en las
puntas lo que genera una fuerza de arrastre negativa. Al instalar Winglets,
podemos obtener una reducción en la fuerza de arrastre, lo que mejora el
consumo de combustible del avión.
Básicamente los Winglets evitan que un flujo de aire turbulento pase de la
superficie inferior del ala a la superficie superior del ala.
En el año 2012 se incorporó una versión mejorada que fue denominada
“Sharklet”. Al igual que los Winglets, están instalados en la punta del ala, pero
su geometría se asimila a la aleta dorsal de un tiburón. Este nuevo diseño es
más eficiente, mejorando el consumo de combustible y la aerodinámica del
avión.

50
- Generadores de Vórtice:​ estos son unos pequeños dispositivos
aerodinámicos en forma de aletas instalados normalmente en el extradós de
las alas. Estas aletas generan pequeños vórtices los cuales retrasan la
ubicación de la capa límite sobre la superficie del ala, lo que mejora la
prevención de la entrada en pérdida. Es decir, retrasa la ubicación del flujo
laminar a flujo turbulento sobre el ala.

51
 MÓDULO VI MANIOBRAS

En este módulo vamos a revisar las maniobras principales, etapas del vuelo, así
como la teoría de planeo, perdida y barrena.

6.1 Factores de Carga

6.1.1 Definiciones

Un avión al desplazarse por el aire está sujeto a la fuerza de gravedad que actúa
sobre la estructura y está relacionada directamente con el peso del avión.
Esta carga se mide como un factor multiplicador de la aceleración que produce la
gravedad sobre el peso (g = 9.81 m/s^2). Dependiendo de las maniobras que se
realicen, esta fuerza “g” se puede traducir en aceleraciones o fuerzas centrífugas
que afectan tanto a los pasajeros como a la estructura.

Como dijimos en el párrafo anterior, una carga es un factor multiplicador de la

aceleración de la gravedad, siendo 1g la condición inicial o de “reposo” para una
aeronave.
Si consideramos un avión que pesa 1,000 kg y no está siendo sometido a ninguna
carga, podemos decir que teóricamente solo está soportando 1g. Ahora bien, si al
realizar una maniobra alcanza una aceleración de 3g, la estructura estará
soportando una carga equivalente a 3,000 kg (3 x 1,000 kg).
Estas fuerzas “g” pueden actuar de manera positiva o negativa, dependiendo si
actúan hacia arriba o hacia abajo del eje longitudinal del avión.

La fuerza de gravedad actúa sobre toda la superficie terrestre, por lo que todas las
operaciones de un avión se ven afectadas por ella y se puede representar como una
línea de fuerza imaginaria que apunta hacia el centro de la tierra.

Como pasajeros o tripulación, estas cargas las podemos traducir como una
sensación de pegarnos al asiento (fuerzas g positivas), o una sensación de flotar
(fuerzas g negativas).

52
Esto significa que en una fuerza g positiva, nuestro cuerpo estaría soportando una
carga de 2 o 3 veces nuestro peso real. Si esto lo multiplicamos por el peso de un
avión, podemos dimensionar la magnitud de las cargas que actúan sobre su
estructura.

De acuerdo a las normativas los aviones deben estar diseñados para soportar cierto
nivel de cargas límite dependiendo de su aplicación.

Tipo de Avión g (+) g (-)

Caza 6-9 3-6

Bombarderos 3-4 1-2

Comerciales 3-4 1-2

Aviación General 2.5 - 4.5 1 - 1.8

Acrobáticos 5-6 3

Construcción Amateur 6 3

Ultralivianos (<750 kg) 3.8 1.5

Si bien esta tabla indica la carga máxima permisible, al momento de diseñar las
estructuras se les aplica un factor de seguridad de 1.5, por lo que un avión
comercial está diseñado para cargas de hasta 4.5 - 6.

Para entender los diagramas de velocidad debemos entender primero unos

conceptos básicos:

- Carga Límite:​ la carga límite se refiere a la carga más alta prevista para una
estructura. Normalmente la cara límite se dá en las alas durante operaciones
de maniobra a altos números de g. En un avión de caza podemos encontrar
cargas de hasta 8g durante virajes a alta velocidad. No hay que confundir
esta carga con la carga de cálculo o de diseño, ya que la carga de diseño se
refiere a la carga máxima que puede soportar una estructura sin sufrir una
rotura o daño catastrófico.

53
- Carga de Maniobra:​ estas cargas se refieren a las que se generan durante
las fases del vuelo como virajes, ascensos, descensos, pérdidas, barrenas y
demás operaciones que van relacionadas con la velocidad y las fuerzas g a
las que el avión está sometido.
Para cumplir con las certificaciones los diseñadores deben demostrar de
manera gráfica que el avión cumple con las cargas límite en función de la
velocidad. Esta gráfica se le conoce como Diagrama de Maniobra o
Envolvente de Vuelo. Existe una para cada modelo de avión y debe ser
estudiada y analizada a profundidad, para saber los límites estructurales de
nuestra aeronave.

54
 Los colores nos ayudan a interpretar esta gráfica: en color azul vemos la
zona de pérdida en la cual el avión no tiene la fuerza de sustentación
necesaria. La zona verde es la zona segura para operar a las diferentes
velocidades y factores de carga. Por el contrario la zona amarilla representa
una zona de precaución, el área naranja representa un daño estructural y el
área roja representa daño catastrófico.
A manera de interpretación podemos ver que conforme sube el factor de
carga, la velocidad de pérdida aumenta, pero pasando el umbral de la
velocidad de maniobra entramos en zonas de riesgo estructural. Esto aplica
tanto para factores de carga positivos o negativos.

- Carga por Rafagas de Aire:​ estas cargas se refieren a las producidas al

momento de volar por zonas de tormentas o turbulentas. Estas refagas
pueden someter a la estructura a cargas de 1.5 g hasta 3.5 g. Físicamente
una ráfaga de aire tiende a variar el ángulo de ataque del avión, por lo que la
fuerza de sustentación puede variar en función de la dirección de dicha
ráfaga.
En todos los manuales de operación recomiendan reducir la velocidad hacia
la velocidad de maniobra, para evitar que estas rafagas puedan llevar al
avión a una sobrecarga o una zona peligrosa de daños estructurales.
- Cargas por Superficies de Control:​ hace referencia a las cargas producidas al
desplazar las superficies de control. Estas cargas se presentan ya que las
superficies de control modifican sustancialmente el flujo de aire. El factor de
carga aplicado a la superficie depende de la magnitud del desplazamiento de
la superficie de control así como la rapidez con la que se efectúa el
desplazamiento. En aviones comerciales que vuelan a altas velocidades
podemos encontrar alerones que se utilizan para bajas o altas velocidades,
los cuales ayudan a evitar una sobrecarga durante las maniobras a diferentes
velocidades.
Estos movimientos pueden crear dos problemas:
- Inversión de alerones:​ se produce cuando el avión está volando a altas
velocidades. Al desplazar los alerones y al estar estos situados en la
punta del ala tienden a torcerla. Por ejemplo, un alerón que baja hace
que el borde de salida del ala se retuerza, provocando que la punta del
ala baje, siendo este el efecto contrario al que se busca. El piloto va a
tener la sensación que el avión está girando en el sentido contrario al
esperado. En aviones comerciales con superficies alares grandes y los
cuales vuelan a una alta velocidad de crucero, podemos encontrar
“Flaperones” o alerones de alta velocidad, los cuales se encuentran
aproximadamente a la mitad del ala y actúan en conjunto con los
spoilers para evitar el efecto de inversión.

55
 - Flameo:​ este efecto es peligroso y ocurre igualmente al desplazar una
superficie de control a alta velocidad. En este caso la superficie de
control genera que el ala aumente el ángulo de ataque de manera
súbita, localmente esta zona del ala entra en pérdida y se descarga
súbitamente reduciendo el ángulo de ataque. Al reducir el ángulo de
ataque el ala vuelve a generar sustentación y vuelve a aumentar su
ángulo de ataque súbitamente, generando un efecto repetitivo y
oscilatorio.
- Cargas de Inercia:​ estas cargas se dan debido a la 1era Ley de Newton, la
cual nos habla que todo cuerpo tiende a oponerse a la aceleración (positiva o
negativa). Debido a esto, toda la estructura del avión sufre este tipo de
cargas, especialmente el ala. Debido a su forma, el peso y el combustible,
tiene a generar esfuerzos de torsión debido a la inercia.
- Cargas por el Sistema de Propulsión:​ independientemente si es un
monomotor o polimotor, los aviones sufren cargas generadas por el empuje y
el torque de los motores. Normalmente el sistema de propulsión está
instalado sobre montantes o bancadas que transmiten el empuje al avión.
Podríamos resumir que al ser el motor un equipo pesado, sufre también
cargas de inercia, de torsión, de compresión y de tracción.

6.1.2 Diagramas de velocidad / ráfagas (VG)

Ahora bien, una gráfica velocidad versus factor de carga o conocida también como
envolvente de vuelo. Esta gráfica es una representación de los límites del
rendimiento de un avión. Podemos identificar cual es el factor de carga seguro a
diferentes velocidades de vuelo.

En el eje “x” (horizontal), se representa la velocidad del aire mientras que en el eje
“y” (vertical), se representan las cargas.

56
 - El punto A representa la velocidad normal de pérdida, es decir que debajo de
esta velocidad el avión entraría en pérdida (62 mph).
- El punto B representa la velocidad de maniobra. A velocidades más bajas y el
mismo factor de carga el avión entraría en pérdida, mientras que si
aumentamos la velocidad y la carga el avión entra en una zona de daños
estructurales (4.4 g o 137 mph).
- El punto C indica la ubicación de la velocidad máxima bajo cargas negativas.
Si se incrementa la velocidad y aumentan las cargas negativas pueden
generarse daños estructurales.
- En la línea vertical de 180 mph se ubica la velocidad máxima estructural.
Después de esta velocidad encontramos la velocidad máxima de descenso o
máxima velocidad límite (1.25 velocidad de crucero), pasando la cual el avión
puede sufrir daños estructurales severos.
- Se debe evitar operar en las zonas rojas, ya que son velocidades y cargas
estructurales que sobrepasan el diseño y la seguridad de la aeronave.

6.2 Segmentos de Vuelo

Durante el vuelo, los pilotos deben controlar diversos parámetros del avión como la
altitud, velocidad y rumbo. Las acciones para controlar estos parámetros se les
conoce como maniobras, las cuales vamos a analizar en este capítulo.

57
6.2.1 Ascenso

Como indica su nombre, esta maniobra implica que el avión gane altura. Durante el
ascenso, el peso del avión no actúa de manera perpendicular a la trayectoria del
avión sino en dirección contraria al movimiento, por esto la fuerza de resistencia se
incrementa.
Para que el avión pueda ascender el empuje se debe incrementar para vencer a la
fuerza de resistencia. Bajo este concepto podemos decir que el ascenso está
limitado a la cantidad de empuje disponible.

Se debe cuidar en todo momento el ángulo de ataque, la velocidad horizontal y la

velocidad vertical. Así mismo el horizonte artificial o referencias visuales son muy
útiles para tener un control situacional durante el ascenso.

Cada fabricante define la velocidad recomendada para un ascenso normal. Este

ascenso normal se le conoce también como ascenso de crucero, y se efectúa
generalmente a una velocidad superior a la mejor velocidad de ascenso (En Route).
Para describir mejor la maniobra de ascenso vamos a incorporar dos conceptos muy
importantes:

- Mejor Velocidad de Ascenso (Vy):​ es la velocidad que genera una mayor

ganancia de altitud en un menor tiempo, es decir se obtiene la mayor
ganancia en pies por minuto. Hay que tener cuidado en este tipo de ascenso
ya que la velocidad del avión puede descender considerablemente, por lo que
la potencia del motor se debe incrementar, aunque esto ayuda a la
refrigeración del motor. (Best Rate).
- Mejor Ángulo de Ascenso (Vx):​ esta maniobra se realiza a un ángulo que
produzca la mayor ganancia de altura en la menor distancia horizontal
posible. Esta velocidad es menor que la mejor velocidad de ascenso (Vy),
pero implica un ángulo de ataque más pronunciado, lo que se traduce en un
incremento considerable de potencia. Este tipo de ascenso se recomienda
solo después de un despegue que implique librar un obstáculo. (Best Angle).

En la imagen podemos apreciar la información del fabricante respecto a la mejor

velocidad de ascenso, la velocidad para mejor ángulo de ascenso y la velocidad de
ascenso normal o de crucero.

58
En esta imagen podemos ver la relación que hay entre el ángulo de ataque, la
velocidad de ascenso y la tasa de ascenso.
Como podemos ver la V es la velocidad de ascenso en crucero, la cual se da a un
ángulo de ataque menor pero a una velocidad mayor que las demás.
La Vy es un ángulo de ataque intermedio pero a una velocidad mayor a la Vx.
La Vx implica un ángulo de ataque máximo pero con la menor velocidad posible de
ascenso.

En resumen debemos recordar que la maniobra de ascenso tiene como clave la

potencia y la velocidad, por lo que la mejor tasa de ascenso es una combinación
adecuada de potencia y velocidad.

6.2.2 Vuelo recto y nivelado

Esta maniobra implica mantener una altitud constante y seguir una trayectoria
rectilínea. En esta posición el avión está en equilibrio con el par de fuerzas
opuestas: peso/sustentación y empuje/resistencia.

En un vuelo recto y nivelado a mayor velocidad sabemos que la resistencia parásita

aumenta y la resistencia inducida disminuye, sin embargo hay un punto medio en
donde ambas se cruzan a una velocidad Vy, la cual es la velocidad en donde ambas
resistencias son mínimas.

59
Ahora bien, sabemos que la velocidad y el ángulo de ataque del avión son
inversamente proporcionales, por lo que cuando en un vuelo recto y nivelado
queramos hacer un incremento o disminución de velocidad, debemos considerar el
ángulo de ataque del avión y la potencia.
Un vuelo recto y nivelado puede sostenerse a diferentes velocidades y ángulos de
ataque pudiéndose agrupar en tres: baja velocidad, crucero y alta velocidad.

Matemáticamente podemos deducir que para mantener constante el valor de la

sustentación “L”, la velocidad “V” debe incrementarse o disminuir de manera
proporcional al coeficiente de sustentación “CL”.
En la práctica, el piloto va a poder identificar el comportamiento del avión al
incrementar la potencia o el ángulo de ataque lo que le va a permitir controlar la
maniobra. Es muy importante comprender la relación que existe entre el incremento
de potencia con la actitud de la nariz del avión.

Uno de los secretos para mantener la altitud y la velocidad es el uso de los

compensadores. Como hemos visto anteriormente, los compensadores son
pequeñas aletas situadas en las superficies primarias de control. Para evitar el
desgaste físico y sobre la estructura del avión, cada que se necesite corregir la
velocidad o actitud del avión compense. Estas correcciones se deben dar debido a
cambios en el viento, turbulencias o por cambios de velocidad solicitados por el
control aéreo.
Es una mala práctica querer controlar el avión con movimientos bruscos y repetitivos
de la columna de control. Esto provoca la reacción inversa, por lo que idealmente se
deben hacer movimientos sutiles.

6.2.3 Velocidad de maniobra

Como lo hemos estudiado anteriormente, los aviones están diseñados para soportar
cierta cantidad de cargas aerodinámicas sin sufrir algún daño estructural. Estas
cargas dependen de la velocidad a la que el avión vuele, por lo que es vital que
conozcamos e interpretemos las gráficas envolventes de vuelo.

60
La velocidad de maniobra se refiere a la velocidad máxima recomendada por el
fabricante a la cual el avión puede volar de manera segura durante una maniobra
repentina o durante turbulencia. Esta velocidad asegura que incluso volando con el
peso máximo del avión, no vamos a sufrir un daño estructural catastrófico.
Es vital siempre conocer la velocidad de maniobra “Va” de su avión, así como las
cargas máximas que soporta. Esta información la puede encontrar en el manual de
operación de cada aeronave.

6.2.4 Viraje

El viraje o giro es la maniobra básica para cambiar la dirección del avión. Idealmente
el viraje se debe hacer de manera coordinada para mantener la altitud del avión, por
lo que esta es la maniobra más compleja. Implica la utilización de todas las
superficies de control primarias del avión así como la potencia.

La maniobra de viraje inicia cuando el avión alabea, lo que produce un cambio en la

dirección de la fuerza de sustentación más no en su magnitud. Lo que ocurre en
este caso es que el vector horizontal de la fuerza se incrementa mientras que el
vector vertical disminuye.
Este componente horizontal genera una fuerza centrípeta sobre el avión, “tirando”
hacia el centro de un eje imaginario haciéndolo girar sobre el mismo.

61
Con esta imagen podemos hacer varias interpretaciones: conforme se da el giro, el
componente vertical de la sustentación disminuye, por lo que se debe compensar
con un aumento de potencia o elevando la nariz del avión. Por el contrario,
conforme el viraje se hace más pronunciado el componente horizontal de la
sustentación aumenta, por lo que el radio de giro será menor. Es decir el avión va a
cambiar de grados de dirección más rápido.

Como podemos observar también, el componente horizontal del peso es la fuerza

centrífuga, la cual se incrementa conforme el radio de giro aumenta. Esta fuerza la
podemos interpretar como una sensación de “pegarnos” al asiento. El peso del
avión no cambia durante un viraje.

Ahora bien, durante los virajes hay que cuidar el factor de carga que sufre la
estructura, ya que a mayor alabeo y radio de giro las cargas aumentan. Así mismo
el factor de carga afecta también a la velocidad de entrada en pérdida, por lo que
hay que tener especial atención en giros pronunciados. De acuerdo a los manuales
la velocidad de entrada en pérdida se incrementa con la raíz cuadrada del factor de
carga.

En base al ángulo de alabeo podemos agrupar los virajes en tres:

- Suave (hasta 25°): en este tipo de giros el amortiguamiento del avión tiende a
regresarlo a su posición de alas niveladas, por lo que hay que mantener la
columna de control en posición durante toda la maniobra.
- Medio (hasta 45°): el avión tiende a mantenerse en esta posición de viraje sin
necesidad de mantener la columna de control en esa posición. Puede
regresar los controles a posición neutral.
- Pronunciado (mayor a 45°): a estos ángulos el avión tiende a continuar
inclinándose más allá de lo seleccionado por el piloto, por lo que es necesario
compensar colocando los controles en dirección contraria.

62
Para realizar una maniobra coordinada es necesario controlar el movimiento de los
alerones y el timón de dirección, esto evitará que el avión derrape. Al mismo tiempo
que se está moviendo la columna de control se debe aplicar presión en el pedal del
mismo lado para activar el timón de dirección.
Adicionalmente la nariz del avión tiende a caer, por lo que se debe jalar de la
columna de control para elevar la nariz y mantener la actitud deseada. Esto puede
implicar que se aumente la potencia para compensar la elevación de la nariz.

Para considerar que un viraje o giro es coordinado deben suceder las siguientes
condiciones:
- La nariz del avión “barre” el horizonte sin caer o elevarse.
- La velocidad debe permanecer constante.
- El indicador de giro debe mostrar una tasa constante.
- La bola del indicador de giro coordinado debe permanecer en el centro.
- El altímetro debe indicar la misma altitud.

63
6.2.5 Descenso

El descenso es una maniobra básica la cual implica que el avión pierda altitud de
una manera controlada con o sin potencia aplicada.
Los descensos asistidos con motor son muy utilizados en la aviación comercial, para
mantener el confort de los pasajeros, así como cumplir con las necesidades del
tráfico aéreo.
Los descensos no asistidos con motor o con el motor a ralentí se le conoce como
planeo, el cual será estudiado en el siguiente capítulo.

Al igual que en la maniobra de ascenso, el descenso es una combinación de control

sobre la actitud del avión y la potencia. Para descender se debe reducir la potencia
del motor y colocar el avión en actitud de nariz abajo.
Si queremos descender y mantener la misma velocidad debemos incrementar el
ángulo de nariz abajo del avión. Así mismo podemos deducir que para una misma
potencia aplicada la tasa de descenso es distinta para las diferentes velocidades.

En esta maniobra también encontramos la velocidad de menor resistencia Vy, a la

cual se obtiene la mejor tasa de descenso. La velocidad de menor tasa de descenso
es la que mantiene al avión por más tiempo en el aire, y es igual que la de ascenso.
Por otro lado encontramos la mejor tasa de descenso, la cual va a darnos el mayor
recorrido horizontal.
Existe una velocidad descrita en los manuales de cada aeronave que permite al
avión estar en el aire el mayor tiempo posible y alcanzar la mayor distancia posible.
Se le conoce como velocidad de planeo. Este concepto es realmente útil en casos
de paro de motor, lo cual será estudiado en el siguiente capítulo.

Como hemos estudiado en capítulos anteriores los aviones cuentan con superficies
de control secundarias o hipersustentadoras mejor conocidas como Flaps. Durante
un descenso que requiera un mayor ángulo pero con una velocidad menor, es muy
útil extender los flaps. Cuando se extienden los flaps se incrementa la fuerza de
sustentación del avión, lo que permite que la nariz del avión baje todavía más y la
distancia horizontal se reduzca.

64
Obviamente podemos deducir que el viento es un factor primordial para la maniobra
de descenso ya que un viento de cola puede incrementar la distancia horizontal
recorrida, mientras que un viento de frente la acorta. En el caso del planeo este
factor es sumamente vital.

6.2.6 Planeo

El planeo es básicamente una maniobra de descenso sin apoyo del motor. Ya sea
que el motor esté a ralentí o se tenga un fallo, el planeo requiere una combinación
de velocidad y actitud del avión específica, que permitan que se encuentre en el aire
por el mayor tiempo posible y recorra la mayor distancia posible.

La velocidad de planeo es la velocidad en la cual la relación resistencia/sustentación

es la óptima. Esta velocidad se nombra en los manuales como V​L/D​ y es muy
importante conocerla, ya que es la velocidad que se debe buscar mantener en los
descenso sin motor o con falla.

Conceptualmente esta velocidad es similar a la Vx, la cual proporciona el mejor

ángulo de descenso. Es decir, permite al avión recorrer la mayor distancia horizontal
posible. Se le puede conocer también como mejor ratio de planeo o mejor gradiente
de planeo.

Cada avión tiene una velocidad de planeo específica, la cual debe ser consultada en
el manual de operaciones.

65
En este caso, si voláramos a 8,000 ft y tuviéramos un paro de motor, deberíamos
volar a 76 Kts para alcanzar una distancia horizontal de hasta 10.5 millas náuticas.
Esto considerando “avión limpio”, es decir sin flaps, ni tren de aterrizaje extendido y
condición de viento en calma.
Durante esta maniobra se debe cuidar no bajar la velocidad a un rango de entrada
en pérdida, de ser así se debe compensar con la actitud de la nariz del avión.

6.2.7 Aterrizaje

El aterrizaje se puede considerar como la última maniobra de un vuelo, sin embargo

es la maniobra más compleja de todas.
En este capítulo nos vamos a enfocar en los aspectos físicos y aerodinámicos de
esta maniobra, y dejaremos los aspectos operacionales para las sesiones de
instrucción de vuelo.

La mayoría de la literatura describe el aterrizaje en cinco pasos: base, aproximación

final, recogida, aterrizaje y carrera posterior.
Para fines de esta materia vamos a describir los aspectos más importantes en
relación a la aerodinámica de cada una de las fases del aterrizaje.

66
- Tramo base:​ esta es la fase inicial del aterrizaje. El piloto debe decidir en qué
momento iniciar con el descenso y en qué momento iniciar con el giro. De
esta decisión depende la calidad del aterrizaje. Idealmente primero se debe
cortar la potencia del avión y permitir que la velocidad se reduzca a la
velocidad óptima de descenso, posteriormente se debe iniciar el descenso.
Debemos recordar que debemos aterrizar con viento de frente, por lo que se
debe considerar este factor al momento del giro y al alinearse con la pista.
Así mismo considere el factor de los flaps. Se aconseja que para este
momento el avión tenga el tren de aterrizaje abajo y asegurado y los flaps
extendidos, dejando una última posición para la aproximación final.
Una regla común es que a unos 1,000 ft sobre el terreno alcance la velocidad
de descenso y una vez establecida inicie el descenso a unos 500 fpm.
Así mismo se recomienda no hacer giros mayores a 30°, ya que el avión se
encuentra a una velocidad y altitud baja, lo que es muy riesgoso en caso de
entrar en pérdida. Si fuera el caso, es preferible cancelar la maniobra, irse al
aire e intentar nuevamente.
- Aproximación final:​ esta fase se refiere a cuando el avión se encuentra
alineado con la pista e inicia su descenso en línea recta hacia el punto
estimado para aterrizar. Esta fase tiene como objetivo que el avión mantenga
una actitud y velocidad que permitan el toque en el punto seleccionado en la
pista, así como facilitar la maniobra de recogida. Es muy importante en esta
fase cuidar la velocidad para evitar entrar en pérdida.
Así como debemos evitar entrar en pérdida, debemos limitar la velocidad
para no hacer un toque a alta velocidad que dificulte el frenado posterior.

En la gráfica podemos identificar las variables básicas como son la altura

respecto a la pista, la distancia y el ángulo de descenso. Para cada tipo de
avión existe un manual de operaciones que indica la velocidad de
aproximación óptima que evita entrar en pérdida o “comernos” mucha pista al
momento del toque. Así mismo esta velocidad asegura que al momento
previo al toque se cuente con una fuerza aerodinámica suficiente para
posarse suavemente sobre la pista.
Así mismo hay que cuidar el ángulo de descenso. Un ángulo demasiado
pronunciado dificultará la maniobra de recogida al momento del toque, y un
ángulo demasiado plano no pone en peligro de chocar con algún obstáculo o

67
 en caso de entrar en pérdida o fallo de motor no tendremos mucho espacio
para reaccionar.

Cabe recordar que durante esta fase la configuración de flaps y tren de

aterrizaje es muy importante. Como sabemos, extender los flap produce un
incremento en la fuerza de sustentación del avión pero también un aumento
en la resistencia y pérdida de velocidad. El tener los flaps en la posición
máxima nos permitirá tener un ángulo de aproximación más pronunciado, así
como reducir la velocidad de entrada en pérdida.

- Recogida:​ se le conoce también como “flare” y consiste básicamente en la

maniobra final antes del toque, en la que el piloto corrige la actitud de nariz
abajo a nariz arriba. El propósito es suavizar el descenso y que la fuerza de
sustentación se reduzca hasta que se pose sobre la pista.
En la siguiente gráfica podemos entender el proceso de recogida:

68
 El proceso inicia antes de estar sobre la pista dependiendo de la velocidad de
aproximación. Se debe tirar de la columna de control para que la nariz del
avión vaya subiendo suavemente, logrando un cambio en la actitud del avión.
Ya que se encuentra a pocos centímetros de la pista se debe volar paralelo a
ella, en este punto la potencia del motor debe ser cero, lo que provocará que
la fuerza de sustentación desaparezca y el avión haga contacto suavemente
con la superficie.
Esta gráfica es un resumen general, pero dependerá de cada avión, así como
la configuración de flaps, peso, condiciones del avión y longitud de la pista.
- Aterrizaje y carrera posterior:​ estas dos fases son las últimas, pero no se
deben descuidar. La idea principal es desacelerar el avión y maniobrar para
evacuar la pista lo antes posible. La literatura recomienda que nunca se
pierda el centrado con la pista, así como evitar hacer el aterrizaje con los
frenos puestos. Una vez que todo el peso del avión recaiga sobre las ruedas
pueden aplicarse los frenos y las reversas de los motores (si aplica).
Para proteger la integridad del tren de nariz se recomienda mantenerlo en el
aire los primeros 50 pies una vez que el tren principal haya hecho contacto
con la pista.
Una vez que el avión haya frenado y tenga el control total del mismo, se debe
evacuar la pista lo antes posible para no entorpecer las operaciones
posteriores.

6.3 Desplome y Barrena

En este capítulo vamos a estudiar dos conceptos básicos y muy riesgosos que se
pueden presentar en cualquier fase del vuelo. El desplome o pérdida se refiere a la
insuficiencia de la fuerza de sustentación para mantener al avión en el aire. Por otro
lado, la barrena se refiere a una situación de pérdida pero con el agravante que se
da de una manera descontrolada, haciendo que el avión pierda altitud en tirabuzón.

Vamos a estudiar más a detalle estos dos fenómenos, sus indicaciones,

características y las maneras de recuperarse.

69
6.3.1 Desplome

El desplome se refiere a la reducción de la fuerza de sustentación, lo que genera

que el avión no se pueda mantener en el aire y caiga.

6.3.1.1 Causas de desplomes

Como se estudió en el primer capítulo, el flujo de aire sobre el ala se debe dar de
manera uniforme o laminar, lo que permite que se genera una diferencia de
presiones.
Para conservar este flujo laminar es muy importante mantener un ángulo de ataque
adecuado. Se sabe que el factor principal para el desplome es es un ángulo de
ataque excesivo, por lo que a medida que se incrementa, el punto de transición de
flujo laminar a turbulento se desplaza sobre el ala.

Como podemos observar en esta gráfica, cada avión tiene un ángulo de ataque
crítico en el cual el coeficiente de sustentación disminuye drásticamente.
Si bien el ángulo de ataque del avión es el factor principal para entrar en pérdida, en
la práctica los pilotos deben cuidar la velocidad. Los fabricantes tienen tablas
informativas en donde indican la velocidad específica en la cual el avión pierde la
sustentación dependiendo del peso del mismo y la configuración.

70
Como podemos ver cada curva representa una velocidad de pérdida dependiendo
del ángulo de banqueo, posición de flaps, peso, etc.
Si bien es muy compleja esta gráfica nos da una visión clara de las velocidades
críticas que se deben vigilar.

En la práctica los aviones cuentan con alarmas sonoras y “stick shakers” que se
activan antes que el avión entre en pérdida, dándole tiempo al piloto de corregir la
actitud y velocidad del avión.

6.3.1.2 Indicios de desplome inminente

Si bien la velocidad es el principal indicador de una entrada en pérdida o desplome,

hay otros factores que el piloto puede detectar antes de que el avión entre a esta
condición:
- Pérdida de efectividad en las superficies principales de control como son los
alerones y el timón de profundidad. Se pueden sentir “lentos” y blandos.
- Vibración de la cabina ocasionado por el flujo turbulento sobre las alas.
- Señal acústica y luminosa en cabina.
- Vibración en la columna de mando (stick shakers).
- Tasa de descenso considerable.
- Tendencia del avión a bajar la nariz.

71
6.3.1.3 Recuperación del desplome

Normalmente todos los manuales de operación de las aeronaves describen el

proceso para recuperarse de un desplome o entrada en pérdida, sin embargo
autoridades como la FAA recomiendan las siguientes acciones:
- Desconectar el piloto automático.
- Reducir el ángulo de ataque del avión. Se debe empujar la columna hacia
adelante para forzar a la nariz del avión a bajar.
- Nivelar las alas. En caso de estar realizando un viraje se debe regresar a la
posición de vuelo recto.
- Ajustar la potencia del motor de acuerdo a lo requerido.
- Retraer los spoiler en caso de que estuvieran desplegados.
- Evitar los movimientos bruscos de los controles para no caer un un desplome
secundario.

6.3.2 Barrena

La barrena es un fenómeno que se produce cuando el avión entra en pérdida y no

es atendida por la tripulación. Normalmente ocurre por el ángulo de ataque desigual
en las alas, lo que genera una espiral descendente muy peligrosa. Si bien en
aviación acrobática esta maniobra es muy espectacular, en aviación privada y
comercial debe ser evitada a toda costa.

6.3.2.1 Causas de barrena

Durante un desplome, se puede dar un deslizamiento lateral o guiñada de alguna de

las alas que produce una diferencia en el ángulo de ataque entre ellas. Esto produce
también una diferencia en la fuerza de sustentación de cada una de ellas,
provocando un efecto de espiral o autorotación.
A menudo al entrar en pérdida un ala del avión tiende a caer, por lo que si la
tripulación no actúa de manera oportuna se puede entrar en una barrena.

72
6.3.2.2 Indicios de barrena inminente

Cómo la barrena ocurre una vez que el avión entró en pérdida o está en desplome,
los indicios son prácticamente los mismos como por ejemplo una pérdida en la
efectividad de las superficies de control, vibración y descenso de altitud. En la
barrena tenemos el agravante que el avión va a empezar a tender a girar en espiral
y guiñar.

Hay que evitar a toda costa que un desplome se convierta en barrena, por lo que
actuar de manera oportuna para salir de la pérdida es de suma importancia.

6.3.2.3 Recuperación de la barrena

Al igual que los desplomes, cada fabricante debe incluir en sus manuales el
procedimiento para la recuperación de una barrena, sin embargo la literatura
recomienda los siguientes pasos:
- Reducir la potencia a ralentí.
- Posicionar los alerones en neutro.
- Aplicar el timón de dirección en el sentido opuesto al giro.
- Empujar la columna de mando hacia adelante.
- Una vez que el giro se neutralice dejar de aplicar presión sobre el timón de
dirección.
- Suavemente y una vez se haya recuperado la velocidad, jalar la columna de
mando para recuperar el vuelo recto y nivelado.

73
Bibliografía

- Antonio Esteban Oñate. (2000). Conocimientos del Avión. Madrid,

España: Thomson Paraninfo.
- Carlos Escura Forcada. (2018). Principios básicos de vuelo. Junio
2020, de Vuelo Artificial Sitio web:
https://vueloartificial.com/introduccion/toma-de-contacto/principios-basi
cos-de-vuelo/
- Miguel Ángel Muñoz Navarro. (2013). Principios Básicos Atmósfera.
Julio 2020, de Manual de Vuelo Sitio web:
https://manualvuelo.es/1pbav/11_atmos.html
- Miguel Ángel Muñoz Navarro. (2013). Instrumentos Básicos de Vuelo.
Julio 2020, de Manual de Vuelo Sitio web:
https://www.manualvuelo.es/2inst/22_instr.html
- Aviación Para Todos. (2015). La Capa Límite. Julio 2020, de Aviación
Para Todos Sitio web:
https://aviacionparatodos1.blogspot.com/2015/09/la-capa-limite.html
- Santiago Pinzón Paz. (2013). El perfil alar y su nomenclatura NACA.
Julio 2020, de Publicaciones FAC Sitio web:
https://publicacionesfac.com/index.php/cienciaypoderaereo/article/view
/4/106
- Sergio Esteban Roncero. (2011). Introducción a los Perfiles NACA.
Julio 2020, de Departamento de Ingeniería Aeroespacial Y Mecánica
de Fluidos Sitio web:
http://www.aero.us.es/adesign/Slides/Extra/Aerodynamics/Tema_05.1_
Extra_Introducci%C3%B3n_Perfiles_NACA.pdf
- Luriar. (2019). ¿QUÉ SON EL DUTCH ROLL Y EL YAW DAMPER?.
Julio 2020, de Flaps 5 Sitio web:
http://flaps5.blogspot.com/2019/04/que-son-el-dutch-roll-y-el-yaw-dam
per.html
- Miguel Angel Muñoz Navarro. (2013). Estabilidad. Julio 2020, de
Manual de Vuelo Sitio web:
https://manualvuelo.es/1pbav/16_estab.html
- Coronel Sergio Francisco Velasquez Vega. (2014). Informe Final de
Accidente. Julio 2020, de Aeronautica Civil de Colombia Sitio web:
http://www.aerocivil.gov.co/autoridad-de-la-aviacion-civil/investigacion/
Listado%20de%20accidentes%202015/INFORME%20FINAL%20EDIC
TO%20ACCID%20HK3917G%202015.pdf
- UAV Navigation. (2018). UAV Navigation En Profundidad: Envolvente
De Vuelo. Julio 2020, de UAV Navigation Sitio web:
https://www.uavnavigation.com/es/empresa/blog/uav-navigation-en-pro

74
 fundidad-envolvente-de-vuelo#:~:text=Esta%20envolvente%20de%20v
uelo%20se,a%20diferentes%20velocidades%20del%20aire​.
- Redaccion. (2010). Ascensos del avión – técnica de vuelo. Septiembre
2020, de Asociación Pasión por Volar Sitio web:
http://www.pasionporvolar.com/ascensos-del-avion-tecnica-de-vuelo/
- Miguel Angel Muñoz Navarro. (2010). Virajes. Septiembre 2020 , de
Manual de Vuelo Sitio web: Redaccion. (2010). Ascensos del avión –
técnica de vuelo. Septiembre 2020, de Asociación Pasión por Volar
Sitio web:
http://www.pasionporvolar.com/ascensos-del-avion-tecnica-de-vuelo/
- Miguel Angel Muñoz Navarro. (2010). Vuelo Recto y Nivelado.
Septiembre 2020, de Manual de Vuelo Sitio web:
https://www.manualvuelo.es/5tcv1/59_ryniv.html
- Miguel Angel Muñoz Navarro. (2010). Descensos. Septiembre 2020,
de Manual de Vuelo Sitio web:
https://www.manualvuelo.es/5tcv1/56_desce.html
- Skybrary. (2019). Aerodynamic Stall Awareness and Avoidance.
Septiembre 2020, de Skybrary Sitio web:
https://www.skybrary.aero/index.php/Aerodynamic_Stall_Awareness_a
nd_Avoidance#Stall_Recognition
- Flight Literacy. (2020). Aircraft Spins. Septiembre 2020, de Flight
Literacy Sitio web:
https://www.flightliteracy.com/aircraft-spins-part-one/
- Miguel Angel Muñoz Navarro. (2010). Aterrizaje. Septiembre 2020, de
Manual de Vuelo Sitio web:
https://www.manualvuelo.es/6tcv2/62_land1.html

75