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Superficies de control movil

SUPERFICIES DE CONTROL MOVIL

Como lo hemos visto en anterioridad, conocemos los procedimientos sencillos implicados en la dirección de un vehículo en movimiento tal como un camión, un autobús o un automóvil, que con una sencilla vuelta de las ruedas delanteras hace el trabajo.
También sabemos que en contraste con este único cambio en un plano lateral de movimiento, un avión no esta restringido.
Para que el avión efectúe los movimientos alrededor de los tres ejes anteriormente estudiados (longitudinales, transversales y verticales) existen superficies móviles dentro del diseño de la aeronave para realizar dicho fin.
A esta superficie móvil del avión se les denomina superficies de control principal.




DEFINICIÓN:
A las superficies de control móvil se les define como un plano aerodinámico o parte de un plano aerodinámico móvil, que permiten la maniobrabilidad del avión durante el despegue, vuelo y aterrizaje.
Las superficies de control propiamente consisten en una armazón de metal cubierta con tela. Sin embargo, a excepción de la mayoría de los aviones de carga que hay en la actualidad, las superficies que intervienen en el movimiento direccional están cubiertas de metal, porque la tela no soportaría las grandes cargas de aire desarrolladas por los aviones de alta velocidad.
Las superficies móviles de control pueden ser actuadas mecánica ohidráulicamente. Este sistema actuador, puede ser un sistema mecánico de cables flexibles de acero guiados por poleas, varillas de jalar y empujar y palancas acodadas, o pueden ser un sistema hidráulico completo que dirige fluido hidráulico a presión a los diferentes cilindros actuadores de las superficies y estos a su vez mueven la superficie de control.

Debido a su peso y grandes velocidades, muchos de los aviones modernos, están equipados de unidades reforzadoras hidráulicas o eléctricas para ayudar al piloto a mover las superficies de control. Sin embargo, se ha comprobado que este método de ayudar al piloto a mover las superficies de control. Sin embargo, se ha comprobado que este método de ayudar al piloto no es satisfactorio en aviones capaces de alcanzar velocidades transonicas y supersónicas.



Por consiguiente, como se necesitaba algo mejor, los ingenieros de vuelo se dedicaron a trabajar y perfeccionar el sistema de control hidráulico.

Estas superficies móviles de control se dividen en dos grupos:

I. Grupo principal
II. Grupo secundario.

EXPLICACIÓN DE LOS GRUPOS

Dibujo

I. GRUPO PRINCIPAL

Son también llamadas superficies móviles de control principal y por lo general estaban hechos de una estructura de aleación de aluminio, construida alrededor de un miembro de un solo larguero o tubo de torsión. Todas las diferentes unidades del grupo principal son similares en construcción y varían únicamente en tamaño y forma y en pequeñas diferencias en las uniones. A suvez, la construcción de estas unidades es similar a la del ala hecho totalmente de metal.
Pertenecientes a este grupo son las superficies móviles siguientes:
1.- Alerones
2.- Elevadores o timón de profundidad
3.- Timón de dirección.


1.- ALERONES


Los alerones son superficies móviles de control principal que están ubicados en el borde de salida y cerca de los extremos de las alas, y efectúan el movimiento de balanceo, banqueo, tonel o rolido (ROLL).

Están conectados en forma tal que el movimiento de la palanca de mando o del volante (bastón) levanta uno y baja el otro, lo cual hace que el avión se incline lateralmente o de vueltas en tonel haciéndolo girar sobre su eje longitudinal.
Como los alerones se usan principalmente con el colante (bastón) cuando se hacen virajes, la función del alerón que se baja es aumentar la sustentación, pero no la resistencia al avance, por cuanto el alerón elevado deberá aumentar la resistencia al avance y reducir la sustentación.
Esto es, mientras la superficie del alerón derecho esta hacia arriba (bastón hacia la derecha) y el alerón izquierdo hacia abajo, el avión gira hacia la derecha sobre su eje longitudinal; o mientras la superficie del alerón derecho este hacia abajo (bastón hacia la izquierda) y el alerón izquierdo hacia arriba, el avión gira hacia la izquierda sobre su eje longitudinal.
Estos propósitos se obtienen en la mayoría de los aviones mediante un mecanismo diferencial, que da alalerón una carrera hacia arriba mayor que hacia abajo para un movimiento dado de la palanca de mando de la cabina.

2.- TIMON DE PROFUNDIDAD O ELEVADOR



El timón de profundidad o elevador son superficies móviles de control principal que van unidos por articulaciones al estabilizador horizontal y efectúan el movimiento de cabeceo o inclinación longitudinal (PITCH).
Esta superficie de control levanta o bajan la nariz del avión, haciéndolo ascender o descender respectivamente; es decir, hacerlo girar sobre su eje transversal o lateral.


Esto es, mientras la superficie del elevador o timón de profundidad se encuentre hacia arriba (bastón jalado hacia atrás o adentro), el viento choca contra este plano y hace bajar la cola y alzar la nariz, haciéndolo ascender al avión, efectuando un movimiento hacia arriba alrededor de su eje lateral.
Mientras la superficie del elevador o timón de profundidad se encuentre hacia abajo (bastón hacia delante o afuera), el viento choca contra este plano y hace levantar la cola y bajar la nariz, haciéndolo descender al avión efectuando un movimiento hacia abajo, alrededor de su eje lateral.
Naturalmente que se necesita hacer mas fuerza para que el avión ascienda que la que necesita para que descienda. Por consiguiente, en la mayoría de los aviones, el numero máximo de grados que el timón de profundidad puede elevarse (carrera hacia arriba) es considerablemente mayor que el numero máximo de grados que puede bajar (carrera hacia abajo).Consecuentemente, la palanca de máximo de grados que puede bajar (carrera hacia abajo). Consecuentemente, la palanca de mando esta instalada de tal manera que puede ser tirada hacia atrás a máximo de grados que puede bajar (carrera hacia abajo). Consecuentemente, la palanca de una distancia mayor del eje neutral que la que puede ser empujada hacia delante.


En los aviones en que es necesario ejercer alguna fuerza para mover la palanca de mando o el volante (bastón), el piloto es ayudado a mover su control para hacer funcionar el timón de profundidad, mediante un mecanismo diferencial. El alcance del movimiento del timón de profundidad se ajusta del mismo modo que el que el de los alerones.
Muchos de los aviones de combate del tipo mas reciente, tienen un método completamente diferente de proporcionar movimiento alrededor del eje lateral, donde el estabilizador horizontal y el elevador están combinados en una sola superficie conocida como cola horizontal controlable. Su finalidad es proporcionar mejores características de vuelo y más fácil maniobrabilidad del avión en la zona de velocidad transonica.

3.- TIMON DE DIRECCIÓN

El timón de dirección es una superficie móvil de control principal que va unida por articulaciones al estabilizador vertical y efectúa el movimiento de guiñado o derrape (YAW). Esta superficie de control hace girar al avión sobre su eje vertical a la derecha o izquierda.
Esto es mientras la superficie del timón direccional se encuentra hacia la derecha (pedalderecho hacia el fondo), el viento al chocar sobre esta superficie hace que la nariz gire a la derecha alrededor de su eje vertical.
Lo contrario, mientras la superficie del timón direccional se encuentre hacia la izquierda (pedal izquierdo hacia el fondo), el viento al chocar sobre esta superficie hace que la nariz gire a la izquierda alrededor de su eje vertical.
El alcance del movimiento del timón de dirección se ejecuta de la misma manera que el de los alerones y del timón de profundidad.
En la mayoría de los aviones de combate, el mecanismo diferencial que ayuda al piloto a hacer los virajes es una unidad que funciona hidráulicamente. En caso de que el mecanismo falle, la válvula hidráulica de control del timón es automáticamente derivada y se toma en control del timón mediante un sistema convencional de cables.


II. GRUPO AUXILIAR O SECUNDARIO

Son tamben llamadas superficies móviles de control secundario o auxiliares.

A este grupo corresponden:
1.- Aletas de compensación
2.- Aletas de equilibrio
3.- Servo-aletas
4.- Flaps

El propósito de estos planos aerodinámicos es el de reducir la fuerza requerida para mover el grupo principal, compensar y equilibrar el avión durante el vuelo, reducir la velocidad de aterrizaje o acortar lo largo del recorrido del aterrizaje y cambiar la velocidad del avión durante el vuelo.




1.- ALETAS DE COMPENSACION

Las aletas son superficies aerodinámicas pequeñas cubiertos de tela o metal que están engoznados al bordede salida de los alerones, al timón de profundidad y al timón de dirección, con el fin de ayudar al movimiento y posición de estas superficies durante el vuelo.
El movimiento de una aleta en particular dentro de la corriente de aire hace que la superficie adyacente viaje en dirección contraria; como resultado de esto la sección del avión a que se refiere se tendrá que mover en la misma dirección que la aleta.
Son de dos tipos:
a) Aleta de compensación ajustable en tierra.
b) Aleta de compensación controlable.

a) Aleta de compensación ajustable en tierra
Es por lo general una tira angosta de aleación de aluminio fijado al borde de salida de una de las superficies de control principal.
Su finalidad es corregir cualquier tendencia de un avión con distribución normal de carga a volar en una posición (ángulo de ataque con respecto a la dirección de la corriente de aire o la trayectoria de vuelo) que no sea de vuelo recto y nivelado, con los controles en posición neutral.
El ajuste de la aleta se determina originalmente mediante vuelos de prueba en la fábrica y nunca se cambian a menos que se alteren las características de vuelo del avión como resultado de modificaciones estructurales o la adición o supresión de equipo fijo.
Este tipo por lo general se encuentra en los aviones de adiestramiento y de enlace; raras veces en los aviones de combate.

b) Aleta de compensación controlable
Estas aletas se usan universalmente en todos lostipos de aviones.
Funciona mecánica o eléctricamente y se controla desde la cabina o puesto del piloto, mediante botones y ruedas de control o interruptores de palanca acodada. Su finalidad es corregir cualquier inclinación del avión hacia una posición anormal de vuelo; en otras palabras “compensa al avión”. De esta manera, esta aleta elimina la necesidad de que el piloto “dirija” o mantenga una presión determinada en los controles.
Las aletas de compensación controlable son las siguientes:

1.- Aleta compensadora del alerón
Su función en general es la de compensar al alerón por la pesadez del viento.
A pesar de que algunos aviones tienen una aleta compensadora en cada alerón, es también común encontrar este tipo de aleta en un alerón y una aleta ajustable en tierra en el otro.

2.- Aleta compensadora del timón de profundidad


Esta aleta corrige la pesadez de proa o de cola.
Por ejemplo: La aleta compensadora del timón de profundidad se mueve hacia arriba para rectificar una condición de pesadez de cola causada por la adición de carga. Consecuentemente, el timón de profundidad es forzado hacia abajo dentro de la corriente de aire haciendo que se levante la cola del avión y este asuma y mantenga una posición de vuelo nivelado.

3.- Aleta compensadora del timón de dirección
Esta aleta es usada en un término genérico, para eliminar la guiñada durante las maniobras del avión.

2.- ALETAS DE EQUILIBRIO
El principio de la aleta de equilibrio esproporcionar una fuerza automática de ayuda para auxiliar al piloto al mover la superficie de control y sostenerla en una posición deseada.
Se usa en los aviones grandes y de alta velocidad, en los cuales es necesario hacer una gran fuerza para mover los controles.
La aleta esta instalado en tal forma que, en el instante en que la superficie adyacente es puesta en acción, la aleta se mueve en sentido contrario. Se mueve en sentido contrario por que la varilla ajustable de doble acción esta asegurado a un punto fijo de la estructura del avión, hacia delante de la línea de engozne de la superficie mas grande.

Dibujo








3.- SERVO ALETA

Dibujo

La apariencia y finalidad del servo o aleta de vuelo son las mismas que las de la aleta de equilibrio; sin embargo, difiere de esta en construcción y operación.
Esta conectada directamente con la articulación de la superficie principal de control mediante un mecanismo de cartucho de resorte, de manera que cuando se mueve el control de la cabina se comprime el resorte y solo se imprime movimiento a la aleta. Entonces la corriente de aire que actúa sobre la aleta provoca el movimiento de la superficie principal. Si se requiere un viraje cerrado del avión, se comprime el resorte, de donde la fuerza aplicada por el piloto afecta directamente a la superficie principal, sin embargo, para las maniobras normales, ordinariamente no se sobrepasa el alcance de la aleta.
En algunas instalaciones, con la ayuda de un mecánico de ajuste,la aleta de servo también hace las veces de aleta compensadora controlable.


4.- FLAPS O ALETAS DE HIPERSUSTENTACION






Los flaps de las alas son superficies aerodinámicas, comparativamente grandes engoznadas al borde de salida de las alas y sirven para aumentar tanto la sustentación como la resistencia al avance de las alas. Estos efectos permiten que el avión vuele en picada o planee a un ángulo mas cerrado y a velocidades anemométricas mas bajas que las que seria posible conseguir en otra forma.
De esta manera se acortan considerablemente el largo del acercamiento para el aterrizaje y el recorrido para el aterrizaje.
El efecto de sustentación aumentado se usa también para el despegue, si se hace necesario para acortar el recorrido de despegue.
Los flaps de las alas funcionan eléctrica o hidráulicamente, con la ayuda de un cable o de articulaciones de movimiento reciproco, y generalmente, recorren un alcance máximo de 45°.





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