Teoría de Vuelo para Pilotos de Planeador. Capítulo I EL AIRE EN QUE VOLAMOS

Transcripción

1 Teoría de Vuelo para Pilotos de Planeador Capítulo I EL AIRE EN QUE VOLAMOS Todo aprendiz de conductor probablemente ha visto un camino antes de sentarse ante el volante de un automóvil. Por lo tanto tendrá alguna idea, aunque rudimentaria, de los elementos de la conducción y de cómo se maneja un auto. El piloto de planeador, al comienzo de su instrucción de vuelo habrá visto, indudablemente, planeadores volando a través del aire, pero el hecho de que ese aire es invisible hace que todo el asunto de volar sea algo más bien misterioso y mágico. Si por lo menos pudiéramos hacer visible el aire, mostrar su suave fluir alrededor de las alas y las superficies de cola del planeador, así como los pequeños remolinos que se forman en cada irregularidad de la superficie de la máquina, entonces los principios del vuelo serían un problema mucho más simple. Desgraciadamente no podemos -excepto en forma ocasional en un túnel de viento para experimentos especiales- hacer visible el aire para el estudiante pero podemos ayudarle a visualizar en su mente en forma exacta lo que le está ocurriendo al aire y a su planeador en vuelo. En primer lugar, debemos comprender uno o dos hechos básicos respecto al aire en general. El aire es un gas (en realidad, una mezcla de gases) y, en consecuencia, tiene todas las propiedades de los gases. El aire tiene peso, un hecho que sorprende a algunas personas, pero que es una realidad indudable. A nivel del mar, en condiciones normales de atmósfera estándar el aire pesa 1,225 kilos por metro cúbico y hablamos de esto como de la densidad del aire a nivel del mar. Debido a su peso el gran manto de aire que rodea a la Tierra ejerce una presión sobre su superficie. Dado que el aire es un fluido, esta presión se trasmite en todas direcciones y no sentimos su efecto sobre nuestros cuerpos. Sin embargo, dicha presión es considerable y a nivel del mar es de aproximadamente un kilo por centímetro cuadrado. Esa es la presión que marca el barómetro que quizás cuelga de la pared de su vestíbulo, aunque este instrumento seguramente indicará la presión en centímetros de mercurio o bien en milibares, en lugar de kilos por centímetro cuadrado. A medida que ascendemos a través de la atmósfera habrá menos aire presionando sobre nosotros y, como es de esperar, la presión barométrica del aire disminuirá. A 3000 metros es de sólo unos 690 gramos por centímetro cuadrado y a 6000 metros ha descendido a 460 gramos por centímetro cuadrado. Si usted vuela habitualmente en un planeador a mayores altura, no necesita leer más. Este descenso de la presión a medida que aumenta la altura nos proporciona un medio rápido de medir nuestra altura y, en realidad, el altímetro que se encuentra en todos los planeadores es un pequeño barómetro cuyos datos están dados en cientos o miles de metros o pies, en lugar de centímetros de mercurio o kilos por centímetro cuadrado. Como veremos más adelante, el altímetro debe ser usado inteligentemente ya que bajo ciertas circunstancias puede proporcionar una información falsa. Como todos los gases, el aire es compresible. Esto no nos afecta en cuanto a la velocidad a que vuelan nuestros planeadores y en ese sentido podemos olvidarlo, excepto en un aspecto. Es el que se refiere al hecho de que la densidad del aire es menor a medida que desciende la presión o, lo que es lo mismo, a medida que nos elevamos. Por ejemplo, a 3000 metros la densidad es de alrededor de 0.9 gramos por decímetro cúbico (litro), mientras que a 6000 metros es sólo de unos 0.65 gramos por decímetro cúbico (litro). El agua y muchos otros líquidos prácticamente no cambian su volumen cuando aumenta la presión, a diferencia de los gases, de tal manera que un litro de agua en el fondo del mar pesará casi exactamente lo mismo que un litro de la superficie, no obstante el hecho de que la presión en el fondo puede ser de varias toneladas por centímetro cuadrado. Este asunto de la densidad resulta de difícil comprensión para algunas personas, por lo que tal vez sea útil dar aquí una analogía. Imaginemos dos columnas de ladrillos, cada uno de los cuales mide 10 x 10 x 10 centímetros y pesa un kilo. Cada columna tiene 100 ladrillos de alto. La primera columna está hecha de ladrillos sólidos, rígidos, incompresibles, mientras que la segunda está construida de ladrillos blandos, esponjosos, como de goma, aunque también pesan un kilo cada uno. En la primera columna el ladrillo superior y el inferior pesan lo mismo y ocupan el mismo volumen, es decir, un decímetro cúbico, por lo que su densidad en ambos casos es de un kilo por decímetro cúbico, no obstante que la presión en el ladrillo superior es igual a cero (despreciamos la presión barométrica que se ejerce sobre éste) y la presión sobre el ladrillo inferior es de 99 ladrillos o 99 kilos sobre un decímetro cuadrado. Esto corresponde al caso del agua. En la columna de ladrillos esponjosos, sin embargo, los inferiores quedarán aplastados y el que está debajo de todo, más aplastado que ninguno. Imaginemos que queda reducido a la mitad de su altura original, es decir, a cinco centímetros. Su volumen es ahora de 10 x 10 x 5 centímetros y, aunque su peso es aun de un kilo, su densidad será de dos kilos por decímetro cúbico. La presión

2 sobre el mismo es de 99 kilos por decímetro cuadrado, exactamente como en la otra columna. El ladrillo esponjoso colocado en la parte superior no está comprimido, por lo que su volumen permanece inalterado y su densidad será de un kilo por decímetro cuadrado. Por lo que hemos explicado, la densidad de los ladrillos compresibles será mayor a medida que descendemos en la columna y menor a medida que ascendernos. Esto corresponde al caso del aire. El aire además posee una cualidad conocida como viscosidad por la que tiene una tendencia a adherirse a cualquier cosa que se mueve a través de él. Mucha gente descubre en sus primeros años que la goma de pegar, la miel y la mermelada son fluidos muy pegajosos y viscosos, y les resulta sorprendente comprobar que el aire posee la misma cualidad. La viscosidad del aire es, por supuesto, infinitamente menor que la de la miel; en realidad es tan pequeña que en la vida común no nos damos cuenta de ello, pero a la velocidad de vuelo de nuestros planeadores es apreciable. Todos los fluidos, tanto gases como líquidos, tienen alguna viscosidad, que puede ser muy pequeña, y en realidad podemos afirmar que si el aire no tuviera ninguna viscosidad, el vuelo en planeador, tal como lo conocemos, sería imposible. Por último, a medida que ascendemos en la atmósfera, la temperatura del aire disminuye. El régimen al cual la temperatura disminuye en relación al incremento de la altura varía algo de un día a otro y puede incluso invertirse a cierta altitud. En ese caso decimos que tenemos una inversión de temperatura. Este asunto de la temperatura es, desde nuestro punto de vista de la teoría de vuelo, comparativamente sin importancia, pero de vital significación cuando consideramos la técnica del vuelo en térmica y en nube. Esto último está, sin embargo, fuera del objetivo de este libro por lo que lo dejaremos de lado. Una vez que hemos delineado algunas de las propiedades más importantes de nuestro nuevo elemento, el aire, podemos entrar en la discusión del movimiento de los cuerpos en el mismo. Aquí nos enfrentamos con nuestra primera dificultad. Mucha gente que aprende a volar en planeador conoce las leyes de la mecánica y del movimiento, y dicha gente podrá ver ligeramente el próximo capítulo. Para beneficio de aquellos que no cuentan con esa ventaja, analizaremos dichas leyes en la medida que ellas nos afectan. Capítulo II LAS LEYES DEL MOVIMIENTO Sir Isaac Newton entró en la historia como el hombre que inventó la gravedad cuando una manzana le cayó en la cabeza. Además de esto, sin embargo, estudió muchas otras cosas, una de las cuales fue un gran trabajo de investigación sobre el comportamiento de los cuerpos en reposo y en movimiento. Finalmente, enunció tres leyes del movimiento y, desde que son leyes naturales no sujetas a modificación por el Parlamento, son tan verdaderas hoy día como cuando las enunció por primera vez. Como era un científico eminente las enunció en un lenguaje muy florido. Trataremos de examinarlas en términos más comunes. Son las siguientes: LEY I - Un cuerpo permanece en reposo o continúa en movimiento a una velocidad constante en línea recta, a menos que una fuerza extraña actúe sobre él para cambiar su estado. LEY II - La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada. LEY III - Para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Examinemos ahora los efectos de esta leyes. La Ley I no parece tener mucho sentido común para gran cantidad de gente y, efectivamente, no es muy simple. El estado de reposo o movimiento a velocidad constante en línea recta son estados de equilibrio y en esta situación todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo están exactamente equilibradas. Es claro que debe haber algunas fuerzas actuando sobre todo objeto desde que no podemos tener ningún cuerpo sin peso, y su peso es una fuerza que actúa siempre directamente hacia el centro de la Tierra. Por lo tanto, para que un cuerpo permanezca en reposo debe haber una fuerza hacia arriba igual a su peso. Esta fuerza puede ser proporcionada por el suelo, una mesa, un hilo si el cuerpo está colgando, o una silla -en este caso- si usted se encuentra sentado leyendo estas líneas. Esta fuerza debe hallarse presente a menos que el peso del cuerpo no encuentre oposición, en cuyo caso se acelerará hacia la Tierra o, en términos más comunes, caerá. Hasta aquí estamos de acuerdo. No hay nada incomprensible, podrá decir usted. Pero aquí viene la segunda parte que generalmente causa una cantidad de dificultades. Un cuerpo que se desplace a una velocidad constante en línea recta también está en equilibrio y todas las fuerzas están exactamente equilibradas. Adviértase en particular que la velocidad deberá ser constante y el movimiento deberá tener lugar en línea recta. Esto significa que si un tren marcha a lo largo de una vía recta a 100 kilómetros por hora, la tracción de la locomotora equilibra exactamente la resistencia total, es decir, la fricción, la resistencia del viento, etc. En forma similar, una bolita que se mueve sobre una superficie nivelada, exenta de fricción y sin que haya resistencia del aire, rodará para siempre una vez que ha sido puesta en movimiento.

3 Todo esto a menudo no son más que palabras para el no iniciado y lleva una o más horas de argumentación para convencer a una persona de que es la verdad. Aun mirado de esta manera tiene sentido. Para acelerar un cuerpo debe serle aplicada una fuerza no equilibrada. Nuestro tren no se moverá hasta que el empuje de la locomotora supere la fricción de todo el tren mientras permanece detenido en la estación. Tan pronto como ese empuje -o tracción- supere la resistencia del tren, todo el tren comenzará a acelerarse. Sin embargo, tan pronto como estas dos fuerzas se equilibran, el tren deja de acelerarse y su velocidad permanece constante y, por lo demás, continuará a esta velocidad constante indefinidamente tanto tiempo como estas fuerzas se hallen en equilibrio. Tan pronto como el empuje comience a ser menor que la resistencia del tren, éste perderá velocidad hasta que ambas fueras se equilibren nuevamente o el tren se detenga. Entonces, por qué no podemos acelerar un tren hasta una velocidad infinita? La respuesta es muy simple: cuanto más rápido vamos, mayor es la resistencia al avance del tren, hasta que llegamos a un punto donde la resistencia es igual al máximo empuje de la locomotora. Entonces hemos llegado a la velocidad límite del tren y las fuerzas se encuentran equilibradas. En el caso de la bolita rodando sobre una superficie a nivel y carente de fricción, sin resistencia del aire, no hay resistencia que equilibrar, por lo que no se requiere empuje. El peso de la bolita se encuentra equilibrado por la presión de la superficie, por lo que todas las fuerzas se hallan equilibradas y la bolita continuará rodando para siempre una vez que ha comenzado a hacerlo o, si la detenemos aplicando una fuerza con el dedo, permanecerá detenida. Por supuesto, tal estado de cosas no puede existir desde que no nos podemos librar completamente de la resistencia del aire sobre la Tierra ni podemos eliminar completamente la fricción. En la práctica, sin embargo, una vez que la bolita comienza a rodar, esta resistencia actúa sobre ella y, desde que no está equilibrada, provoca una desaceleración hasta que se detiene. Por lo tanto, ahora podemos ver que se requiere una fuerza no equilibrada para modificar la velocidad de un cuerpo. Sin embargo, hay algo más. Si la dirección del movimiento de un cuerpo se modifica, se requiere una fuerza para hacerlo cambiar de dirección, aunque el valor de la velocidad del mismo no se altere. Aquí es cuando lo relativo a "en línea recta" de la Ley 1 entra en juego. Si se conduce un auto a 65 kilómetros por hora y se toma una curva cerrada, la fricción de las gomas sobre el suelo es la que proporciona una fuerza interna hacia el centro del viraje, para cambiar la dirección del auto. Si esta fuerza es grande, los pasajeros encontrarán que las puertas exteriores ejercen presión sobre ellos hacia el centro del viraje. Los pasajeros pueden sentirse empujados hacia afuera contra las puertas, pero esto se debe a que apreciar las cosas del punto de vista del auto y no de un observador situado en el camino. Si usted no puede creer que es la fricción de las gomas lo que provee esta fuerza hacia adentro, trate de hacer la misma maniobra sobre hielo o sobre un camino cubierto de aceite. Aquí la fricción será mucho menor y el auto probablemente no tomará la curva. Pero -dirá usted- esta fuerza aportada por la fricción no se halla equilibrada. Exactamente; no está equilibrada y, por lo tanto, produce una aceleración hacia el centro del viraje, a la cual denominamos aceleración centrípeta. El auto no está en equilibrio sino en movimiento acelerado. Por lo tanto, vemos que un cambio de dirección del movimiento es tanto una aceleración como un cambio del valor de la de velocidad y requiere una fuerza no equilibrada para producirlo justamente en el mismo sentido. La Ley I es la más importante de las tres y la que generalmente provoca más dificultades y argumentos, pero es vital que sea comprendida ya que sobre ella descansa la mayor parte de los secretos del vuelo. La Ley II es un corolario de la ley 1. La aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada y esto es exactamente lo que esperaríamos que ocurriera. El motor de un auto puede producir una fuerza de propulsión grande, de la que obtendremos una buena aceleración. De manera similar, en un viraje realmente escarpado en un planeador recibimos una gran fuerza en las asentaderas, porque se produce un rápido cambio de dirección, el cual ahora comprendemos es una aceleración. En este libro no entraremos en conceptos matemáticos, por lo que no trataremos de investigar más profundamente. La Ley III establece que para toda acción hay una reacción igual y opuesta. Nuevamente, esto tiene sentido. No podernos empujar un auto sin algo para empujarlo, aunque ello no sea mas que la presión de nuestros pies contra el suelo. La presión sobre nuestras manos es, claramente, la misma presión sobre el auto. En cualquier punto donde una fuerza actúa sobre un cuerpo puede advertirse que hay una reacción igual y opuesta en cualquier cosa que esté proporcionando la fuerza. Por lo tanto, en un viraje escarpado el planeador está aportando una gran fuerza sobre nuestras asentaderas para producir un cambio de dirección en nuestro cuerpo pero, al mismo tiempo nuestras asentaderas están produciendo una reacción igual y opuesta sobre el asiento del planeador. Es esta reacción lo que hace decir a algunas personas que se sienten aplastadas contra el asiento cuando en realidad están siendo empujadas desde abajo. Cuando hablamos de fuerzas que actúan sobre un cuerpo debemos tener cuidado de considerar todas las fuerzas. Algunas pueden equilibrar a otras o hacerlo sólo parcialmente, y si todas las fuerzas se equilibran exactamente, tenemos el estado de equilibrio (reposo o movimiento constante en línea recta), que indica la Ley I. Si todas las fuerzas no están equilibradas, la fuerza neta no equilibrada es la que produce la aceleración. Capítulo III

4 RESISTENCIA, SUSTENTACIÓN, PERFIL ALAR No hace falta mucha inteligencia para advertir que si desplazamos un objeto a través del aire, habrá alguna resistencia actuando sobre el objeto en dirección opuesta a la del desplazamiento. Llamamos a esto resistencia (que se representa con la letra D por venir del inglés Drag). De la misma manera, si hacemos volar un planeador en línea recta a velocidad constante deberemos disponer las cosas como para que en el planeador haya fuerzas que se opongan y equilibren exactamente esta resistencia y también el peso del planeador. El peso del planeador es mucho mayor que la resistencia - 15 o 20 veces más-, por lo cual resulta claro que lo que necesitamos para soportar la máquina en el aire es algún elemento que produzca una gran fuerza para equilibrar el peso del planeador y que, a su vez, ofrezca una pequeña resistencia al avance. Este algo es el ala y, con mucho, el más importante elemento del planeador. Los investigadores de las oscuras épocas de los primeros vuelos imaginaron que una superficie plana que se desplazara a través del aire a un pequeño ángulo podría servir como ala. Estaban en lo cierto, pero pronto descubrieron que podían disponer de alas más eficientes y mejores dando curvatura a estas superficies, en lugar de hacerlas planas. Estas superficies curvas, denominadas perfiles alares, producían un efecto de sustentación mucho mayor con una resistencia mucho menor. Figura 1 Ahora permítasenos considerar las alas en abstracto y no como parte de un planeador. En la figura 1 el dibujo rayado representa un perfil alar el cual es, justamente, otro nombre que se aplica a la forma de un ala cuando se examina a través de un corte transversal. La línea AB representa la cuerda, la cual es simplemente la línea determinada por un borde recto colocado contra el perfil. La línea punteada indica la dirección desde la cual se aproxima el aire a nuestro perfil y el ángulo entre la cuerda AB y la flecha se denomina α (alfa) o ángulo de ataque. Esto es importante y, por favor, adviértase desde el principio que este ángulo no tiene nada que ver con la dirección horizontal, vertical o cualquier otra. Es, pura y simplemente, el ángulo con que la cuerda alar ataca el aire. El efecto del aire sobre nuestro perfil es el de una fuerza sobre el mismo a la que denominamos fuerza resultante en alguna dirección, como se representa por la flecha R. Desde que no conocemos la exacta dirección de R, es mucho más conveniente dividirla en dos fuerzas, una de ellas paralela y la otra perpendicular a la dirección del aire (nuestra línea punteada). Denominamos a la primera fuerza resistencia (D) y se indica mediante la flecha D, mientras que a la segunda la denominamos sustentación y está representada por la flecha L (L proviene de lift, sustentación en inglés). Ahora podemos olvidamos de R y trabajar con sus dos componentes: L y D. Las definiciones anteriores son tan importantes que las repetiremos aquí: Sustentación es la fuerza que se desarrolla en ángulo recto respecto de la dirección de ataque del aire (que es igual y contraria a la dirección de la trayectoria del ala en el aire). Resistencia es la fuerza paralela a dicha dirección de ataque del aire. Ángulo de ataque es el determinado por la cuerda alar y el desplazamiento del aire.

5 Debe advertirse que la figura 1 ha sido dibujada deliberadamente inclinada para evitar cualquier confusión con respecto a la horizontal o la vertical. Por supuesto, hay muchas formas diferentes de perfiles que tienen nombre propio, y las características de muchos cientos de ellos han sido investigadas muy cuidadosamente. Algunos son muy gruesos y presentan una gran curvatura. Son los que proporcionan, por lo general, una gran sustentación pero al mismo tiempo ofrecen gran resistencia, lo que los hace algo ineficientes a altas velocidades, aunque son excelentes a bajas velocidades. Otros son muy planos y pueden presentar una superficie inferior convexa. Estos presentan poca resistencia y aunque pierden algo de sustentación dan a una máquina buenas velocidades desde que pueden volar rápido sin que la resistencia se incremente mayormente. No podemos hacer nada con respecto a los perfiles alares de nuestros planeadores. Los mismos fueron establecidos y construidos por los diseñadores. Sin embargo, resulta interesante dar un vistazo al hangar de cualquier club de planeadores y advertir los perfiles alares de las máquinas, para tratar de visualizar cuál fue el pensamiento del diseñador cuando decidió emplear un perfil determinado. Las máquinas de entrenamiento presentan un perfil de un espesor generoso, con buenos alabeos, para proporcionar una performance razonable y un vuelo limpio. Los planeadores con montantes como el Specht tienen perfiles gruesos y mayor curvatura. Aquí el diseñador ha buscado en primer lugar máxima sustentación y buenas cualidades de vuelo a vela, características que sólo pueden lograrse a velocidades razonablemente bajas. Por sobre estas velocidades la resistencia se hará excesiva y se verá afectado el ángulo de planeo. Los planeadores de alta performance tienen también perfiles gruesos, pero esto se debe en parte a la necesidad de disponer en el ala de un larguero resistente, desde que por lo general estas máquinas no tienen montantes. Estos perfiles alares, sin embargo, tienen muy pequeña curvatura y son planos o casi planos en su cara inferior, con lo que proporcionan una baja resistencia a alta velocidad al precio de sacrificar alguna sustentación a baja velocidad. Estas máquinas pueden volar rápido casi con la misma eficiencia que lo pueden hacer a baja velocidad. Pueden desarrollar una alta velocidad. En los últimos años ha invadido el mundo volovelista un nuevo tipo de perfil alar y en la actualidad es casi universal en las máquinas de alta performance. Es el denominado perfil laminar. Por supuesto, hay muchas variedades de perfil laminar, pero todas tienen la misma característica: la parte más gruesa del ala está situada considerablemente desplazada hacia atrás. El efecto de este hecho es el de producir un perfil que presenta una excepcional baja resistencia cuando se vuela a pequeños ángulos de ataque. Cuando el aire fluye sobre una superficie puede hacerlo en una de dos formas. Primero, el flujo puede ser laminar, es decir, cada porción de aire puede deslizarse suavemente sobre la porción que está debajo, de tal manera que el aire que se encuentra en contacto con la superficie estará en reposo. La viscosidad es lo que hace que el aire se adhiera a la superficie. En segundo lugar, el flujo puede ser turbulento. En este caso la viscosidad hace nuevamente que el aire se adhiera a la superficie y sea arrastrado a lo largo, pero las sucesivas capas de aire superiores no fluyen suavemente una sobre otra, sino que tienden a formar una serie de pequeños remolinos o vórtices, que se desplazan a lo largo de la superficie. A corta distancia de la superficie el aire se desplaza nuevamente con suavidad y esta capa de pequeños remolinos forma algo así como un sándwich entre la corriente de aire principal y la superficie del ala. Los expertos en aerodinámica la denominan capa límite. Si el flujo en la capa límite es turbulento se desperdicia mucha energía en la formación de los remolinos y esto origina una resistencia extra. El aire generalmente fluye en forma laminar sobre un ala hasta el punto donde es más gruesa, pero allí tiende a volverse turbulento en la capa límite. Esta es la razón por la cual se encuentra tan atrás el punto más grueso de un ala laminar. Puede advertirse también que las curvas de una sección de un ala laminar son muy suaves. Estas características tienden a mantener el flujo laminar sobre una gran porción del ala. Típicos ejemplos de máquinas con alas de perfil laminar son los veleros de alta performance de plástico (como los Cirrus, Nimbus, ASW, DG, etc.). En este mundo nunca conseguimos algo por nada y, por supuesto, estos perfiles laminares tienen sus problemas. El principal es el de que cualquier cosa que eche a perder la forma del perfil tienen un efecto muy malo en su performance. La lluvia en las alas es suficiente para echar a perder la eficiencia del perfil en gran proporción, y el hielo reducirá la performance de un planeador de alta eficiencia haciéndola similar a la de una máquina de entrenamiento de tercer orden. Imaginemos que la figura 1 representa un pequeño modelo de un perfil alar situado en un túnel de viento. Lo que queremos saber es cómo varían las fuerzas de sustentación (L) y resistencia (D) en diferentes circunstancias y cuáles son los factores que las afectan. En primer lugar, ambas son afectadas por la densidad del aire. Cuanto mayor sea la densidad, mayores serán la resistencia y la sustentación. Esto parece sumamente natural y obvio. No podemos hacer nada con respecto a la densidad del aire, por lo que nos olvidaremos de ella por el momento advirtiendo, simplemente, que si tratamos de hacer un remolque por torno en la cima del Everest encontraremos que nuestro planeador carece casi de sustentación. En segundo lugar encontramos que ambas, resistencia y sustentación, son afectadas por la velocidad del aire. Si todo se mantiene constante y la velocidad del aire varía, encontramos que la resistencia y la sustentación varían casi exactamente

6 en razón del cuadrado de la velocidad. Por ejemplo, si duplicamos la velocidad, la resistencia y la sustentación se multiplican por cuatro. En tercer término, sustentación y resistencia aumentan a medida que aumenta la superficie de nuestro modelo. Sin embargo, en un planeador la superficie del ala no varía. No podemos hacer nada al respecto y es algo que concierne al diseñador de la máquina y no al piloto. Figura 2 En cuarto lugar -y el más importante- sustentación y resistencia son afectadas por el ángulo de ataque, aunque no precisamente de la misma manera. Veamos primero la sustentación. La figura 2 muestra lo que le pasa a la sustentación si variamos el ángulo de ataque manteniendo todo lo demás constante. Resulta sorprendente advertir que hay alguna sustentación cuando el ángulo de ataque es igual a Oº. Esto se debe al hecho de que nuestro perfil alar es ligeramente combado y la línea central de la sección, con su curvatura, presenta un pequeño pero positivo ángulo de ataque. Si nuestra sección fuera simétrica en sus superficies superior e inferior, no habría sustentación cuando α = O. Normalmente este tipo de secciones se utilizan en las superficies de cola. Además, adviértase que a medida que α se incrementa, lo mismo ocurre con la sustentación en una proporción más o menos directa. Esta situación no se mantiene indefinidamente: por lo general, cuando α llega a más o menos 15º la sustentación no se incrementa más y cualquier aumento posterior de α da como resultado una sustentación menor. Este punto es el de pérdida de sustentación del perfil y el ángulo al cual tiene lugar se denomina ángulo de pérdida. Resulta curioso comprobar que todos los perfiles alares entran en pérdida más o menos al mismo ángulo y si partimos de la base de que dicha pérdida tiene lugar a unos 15º o 16º, no tendrá importancia cuál es el perfil que estamos utilizando. Figura 3 Este fenómeno de la pérdida es muy importante y lo investigaremos luego más profundamente. Mientras tanto, veamos qué pasa con la resistencia cuando variamos el ángulo de ataque si mantenemos todo lo demás constante. La figura 3 muestra que la resistencia se comporta mas o menos como esperamos que lo haga. Está en su punto menor cuando α vale alrededor de Oº, o en algunos perfiles alares quizás 2º; a medida que aumenta α la resistencia se incrementa, pero más rápidamente. Cuando llegamos a la pérdida la resistencia comienza a aumentar más rápidamente aun.

7 Figura 4 Con respecto a la pérdida comprenderemos su mecanismo si nos damos cuenta exactamente de qué le ocurre al aire cuando un perfil alar entra en pérdida. El comportamiento de la sustentación se vuelve más comprensible. La figura 4 es un diagrama de un perfil alar que vuela a un pequeño ángulo de ataque, sin estar en pérdida. El aire fluye ordenadamente por encima y por debajo y en la parte inferior se forma una zona de alta presión, mientras arriba hallamos un región de baja presión. Si lo preferimos podemos verlo de la siguiente manera. En la parte inferior el aire es obligado a cambiar de dirección hacia abajo por la superficie inferior del perfil. Este cambio de dirección requiere una fuerza y la reacción del aire sobre el perfil proporciona parte de la sustentación. En la superficie superior las cosas son un poco más complicadas. Aquí el aire tiene que deslizarse sobre una curva pronunciada y nuevamente se requiere una fuerza para hacer que el aire cambie de dirección. Esta fuerza es proporcionada por el hecho de que hay una reducción de presión en la superficie superior del perfil comparada con la presión atmosférica o estática. Esta reducción de la presión (o succión, si se prefiere) es más importante que el aumento de la presión en la parte inferior del perfil y en condiciones normales contribuye con la mayor parte de la sustentación. Figura 5 En la figura 5 el perfil alar está volando a un ángulo de ataque mayor que el de pérdida. Está en pérdida. Adviértase que la superficie inferior está cumpliendo -más o menos- con su función, pero el aire no puede dar la vuelta a la esquina sobre la superficie superior y se disgrega en una serie de pequeños remolinos. La parte superior no trabaja y la sustentación disminuye en forma pronunciada. La turbulenta masa de pequeños remolinos crea además un considerable incremento de la resistencia. Esta que hemos dado es una simplificación extrema, pero constituye una forma correcta de ver las cosas.

8 Hay otra cosa importante que considerar respecto a estas fuerzas de sustentación y resistencia. Nos referimos al punto del perfil alar en que dichas fuerzas actúan. Llamamos a este punto centro de presión. Si hiciéramos un control para determinar dónde reside este centro de presión hallaríamos que el mismo se desplaza a medida que cambia el ángulo de ataque. A ángulos de ataque comunes el centro de presión se halla ubicado a un cuarto o 25% de la longitud de la cuerda, partiendo del borde de ataque del perfil alar. A pequeños ángulos está más hacia atrás; a Oº tal vez a mitad de camino. A medida que incrementamos el ángulo de ataque el centro de presión se mueve hacia adelante hasta que, justamente antes de la pérdida comienza a desplazarse hacia atrás nuevamente. Este movimiento del centro de presión es más bien algo enojoso como veremos luego, cuando hablemos de estabilidad y control. Se han hecho infinitos esfuerzos, con mayor o menor éxito, para diseñar un perfil alar con un centro de presión estacionario. Desgraciadamente lo que se gana por un lado se pierde por el otro y todas estas tentativas dan como resultado un aumento en materia de resistencia o una disminución de la sustentación. En nuestros planeadores queremos eficiencia en el vuelo y estos inconvenientes resultan muy caros. Por lo tanto, aceptamos esta dificultad de un centro de presión desplazable y la solucionamos instalando superficies de cola para controlar sus movimientos erráticos. Capítulo IV EL ALA EN EL PLANEADOR VUELO NIVELADO (equilibrio) Ahora permítasenos volver nuestra atención a un planeador completo. El instructor de vuelo nos habrá mostrado los tres controles básicos del planeador y cómo operan, de tal manera que no necesitamos entrar aquí en grandes detalles, pero hay uno o dos términos que usaremos, los cuales requiere una pequeña explicación. Los pedales controlan el movimiento de la máquina hacia los costados. Si presionamos el pedal derecho la nariz del planeador se dirige a la derecho y viceversa. Los alerones controlan el movimiento de la máquina sobre su eje longitudinal, el cual se denomina rolido. Si llevamos la palanca hacia la derecha la máquina rola hacia la derecha. El timón de profundidad controla el ascenso o descenso de la máquina. Llevamos la palanca hacia adelante y la máquina pica, es decir, baja la nariz. Un planeador rota sobre su eje vertical. Efectúa un rolido sobre su eje longitudinal y pica o cabrea sobre su eje trasversal. Estos ejes deben ser considerados como tres líneas imaginarias que se encuentran a ángulos rectos entre sí y que pasan a través del centro de gravedad de nuestro velero, donde se balancearían si la máquina se apoyara en un punto. Hablamos, por supuesto, de un planeador completo, con su piloto.

9 Figura 6 En primer lugar tomemos una situación ideal. La figura 6 muestra un planeador que vuela a su ángulo óptimo de planeo. El peso W actúa verticalmente hacia abajo, a través del centro de gravedad; la sustentación L actúa a ángulos rectos con respecto al desplazamiento del aire o trayectoria de vuelo, y la resistencia D actúa en forma paralela al sentido del vuelo. Adviértase, por favor, que desde que en un planeador no podemos mantener indefinidamente un desplazamiento horizontal nivelado, el vuelo debe tener cierto ángulo de caída. Llamamos a este ángulo mínimo, ángulo óptimo de planeo. Esto significa que la sustentación no se ejerce verticalmente hacia arriba y que la resistencia no es en sentido horizontal. El planeador vuela a una velocidad constante en línea recta por lo cual todas las fuerzas que actúan sobre el mismo deben estar exactamente equilibradas en todas direcciones. No deberá haber ningún desequilibrio, en ninguna dirección. Esto nos lleva a la desagradable conclusión de que la sustentación es ligeramente menor que el peso, debido a que la resistencia está actuando ligeramente hacia arriba. En la práctica es una diferencia tan pequeña que la podemos despreciar y considerar que sustentación es igual a peso, pero debemos reconsiderar esto cuando se trata de situaciones de vuelo distintas a la de mejor ángulo de planeo. Hay otra condición que debe ser satisfecha si el planeador ha de permanecer en equilibrio. Es la de que todas las fuerzas actuando al mismo tiempo no deben producir un momento de cabeceo que tienda a hacer elevar o bajar la nariz. En la figura 6 las fuerzas han sido cuidadosamente dibujadas de tal manera que todas ellas se encuentran en un punto y no hay momento de cabeceo. Esto es engañoso y por eso hemos hablado de una situación ideal. Si la sustentación actúa por delante del CG la nariz tenderá a subir y viceversa. Esta situación ideal raramente se logra en la práctica, y si no se logra debemos procurar una fuerza que equilibre la situación -hacia arriba o hacia abajo- la cual debe ser provista por las superficies de cola. Vale la pena tratar de llegar lo más cerca posible del ideal porque la provisión de una fuerza de equilibrio en la cola involucra alguna resistencia extra y toda resistencia es algo que debernos tratar de evitar. Sin embargo, desde que el Centro de gravedad del planeador variará con los distintos pilotos, y el centro de presión -el lugar donde actúa la sustentación- también se mueve, resulta claro que no es fácil asegurar que pueda lograrse una situación ideal. Desde un punto de vista práctico es preferible que la sustentación se halle ligeramente por detrás del centro de gravedad, ya que un planeador con tendencia a bajar la nariz es mucho más seguro que otro que tienda a cabrear y entrar en pérdida a la menor oportunidad. Ahora se advierte que en el vuelo recto común lo que deseamos del ala es una sustentación aproximadamente igual al peso del planeador. Ya hemos hablado de todo aquello que afecta la sustentación de un ala. La únicas dos cosas sobre las cuales tenemos algún control son la velocidad y el ángulo de ataque. Pero la sustentación que necesitamos en el vuelo recto es constante. Por lo tanto, si la velocidad aumenta y la sustentación tiende a incrementarse, es necesario disminuir el ángulo de ataque para mantener la sustentación constante. De manera similar, si disminuimos la velocidad el ángulo de ataque debe incrementarse. El piloto del planeador muy a menudo no sabe nada sobre ángulos de ataque. Simplemente ubica la nariz de la máquina en la posición correcta con su timón de profundidad para lograr la velocidad que desea. Sin embargo, está seleccionando un ángulo de ataque con su timón de profundidad. Luego, el planeador adopta una velocidad correspondiente a un ángulo de ataque. Hemos visto antes que un perfil alar determinado siempre entra en pérdida a un determinado ángulo de ataque. Ahora, desde que hay una velocidad para cada ángulo de ataque en vuelo recto y nivelado, hay una velocidad a la cual el ángulo de ataque ha llegado al ángulo de pérdida. Esto es lo que se llama velocidad de pérdida y es la velocidad mínima a que puede volar un planeador. A velocidad menor el ala no está en condiciones de producir suficiente sustentación para equilibrar el peso y el planeador comenzará a caer. Adviértase que si se reduce el peso -por ejemplo, instalando un piloto más liviano-, el ángulo de pérdida tendrá lugar a una velocidad menor que la anterior y la velocidad de pérdida es menor. Con un piloto más pesado la velocidad de pérdida es más elevada. Esta variación en el peso no es muy grande en la mayoría de los planeadores (excepto en el caso de lastre de agua); sin embargo puede ser apreciable en el caso de un biplaza, el cual puede ser volado con dos personas o con una sola. No obstante, tendemos a considerar la velocidad de pérdida de un planeador en particular como una velocidad fija. Esto depende del tipo de planeador, por supuesto, desde que el diseñador puede haberse decidido por un ala muy grande en relación al peso total, es decir, por una baja carga alar. En este caso, debido al ala muy grande llegaremos al ángulo de pérdida a una velocidad muy baja porque hemos visto anteriormente que la sustentación también depende de la superficie alar. Si tenemos un ala pequeña y una gran carga alar, entraremos en pérdida a una velocidad alta por la misma razón. Adviértase, por ejemplo, que en un avión de bombardeo pesadamente cargado su velocidad de pérdida cuando despega puede ser muy diferente de su velocidad de pérdida cuando aterriza, después de haber lanzado unas toneladas de bombas y consumido todo su combustible. Lo que debemos recordar es que el perfil alar o el ala entrarán en pérdida cuando el ángulo de ataque exceda el ángulo de pérdida, generalmente alrededor de los 15º, y adviértase nuevamente que este ángulo no tiene nada que ver con la posición hacia arriba, hacia abajo, horizontal o vertical. Para un determinado planeador este ángulo se alcanza en vuelo recto y nivelado a la velocidad de pérdida ordinaria.

10 VUELO ACELERADO No hay por qué alarmarse ante este título. Hemos estado considerando el planeador en vuelo recto y nivelado. En una palabra, un planeador en equilibrio. Vuelo acelerado significa, simplemente, un vuelo en el cual la velocidad o la dirección del vuelo, o ambas cosas, están cambiando. Solamente eso. Incluye todas las situaciones de vuelo tales como virajes, picadas, aceleraciones y la mayoría de las maniobras acrobáticas. Dejaremos aparte lo relativo a acrobacia por el momento, pero cuando usted comience a volar en viraje en térmicas advertirá que una buena parte de su vida en el aire transcurre en vuelo acelerado. Tal vez el estado de vuelo en el cual el valor de la velocidad cambia es el más simple, por lo que permítasenos tratar de este caso en primer lugar. Mucha gente que no sabe nada de vuelo a vela mira un planeador y exclama: Pero qué es lo que lo hace moverse? No se dan cuenta de que el planeador no es más que un trineo aéreo y mucha gente puede ver por qué funciona un trineo que se desliza sobre la nieve. Si usted no puede verlo le sugerimos que tome un curso de trineo en lugar de uno de vuelo. Pero ocurre que es tan grande la eficiencia de los actuales diseñadores de planeadores que resulta casi imposible ver que estas máquinas se encuentran realmente volando en una ligera pendiente. Veamos nuevamente la figura 6 e imaginemos que el piloto del planeador baja levemente la nariz de su máquina. El efecto de esta acción es que las fuerzas de sustentación y resistencia rotan muy ligeramente en sentido contrario al movimiento de las agujas del reloj. W permanece sin modificar, de tal manera que el resultado siguiente es que hay una pequeña fuerza sin equilibrar en alguna dirección, aproximadamente en el sentido del vuelo. Debido a las leyes del movimiento esta fuerza produce una aceleración y entonces la máquina aumenta la velocidad. Continuará aumentando su velocidad hasta que las fuerzas se encuentren en equilibrio nuevamente, y esto tiene lugar cuando la resistencia se incrementa suficientemente. Luego, la máquina se encuentra otra vez en equilibrio volando a una velocidad mayor y a un ángulo de planeo más pronunciado. Exactamente lo contrario tiene lugar si se eleva apenas la nariz. En estos cambios tiene lugar una pequeña variación en el valor de la sustentación desde que la componente vertical de ambos -sustentación y resistenciadeben equilibrar W, y también tiene lugar un pequeño cambio en el ángulo de ataque, debido al cambio de la velocidad. No tenemos motor en nuestro aparato, por lo que los cambios de velocidad llevan cierto tiempo, excepto durante la acrobacia. Los cambios de dirección son otra historia. Si un planeador está picando a una alta velocidad y sale de la picada para entrar en vuelo nivelado, resulta claro que ha tenido lugar un cambio de dirección del vuelo. De acuerdo a lo que hemos aprendido sobre las leyes del movimiento, se requiere una fuerza no equilibrada en dirección al centro de la curva que describe el planeador. La única forma de obtener esta fuerza es mediante el incremento de la sustentación del ala. Todo lo que hace el piloto es llevar atrás la palanca y elevar la nariz del planeador. Esto tiene el efecto de incrementar el ángulo de ataque con lo que inmediatamente la sustentación se hace mucho mayor. Ahora la sustentación está haciendo dos cosas. Aun se está oponiendo y equilibrando el peso del planeador aunque la resistencia le está ayudando en esta tarea, pero al mismo tiempo la sustentación está proporcionando la fuerza hacia el centro de la curva que describe el planeador. La sustentación en esta etapa del vuelo es mucho mayor que el peso del planeador. Cuánto mayor será ha de depender de la velocidad del planeador y de lo brusco del movimiento de palanca atrás. Los planeadores pueden soportar en esta situación una carga mayor que la que pueden aguantar sus pilotos y como una guía grosera podemos afirmar que muchos pilotos perderán el sentido cuando la sustentación llegue a 4 o 5 veces el peso del velero. Adviértase que, no obstante que la velocidad del planeador es elevada, el ángulo de ataque es muy grande desde que estamos requiriendo una gran cantidad de sustentación del ala. Si se exige demasiada sustentación del ala, el ángulo de ataque puede llegar al ángulo de pérdida y el ala entrará en pérdida. Aquí puede ayudamos un ejemplo. Tomemos un planeador que entre en pérdida en vuelo normal a 70 Km. por hora. A 140 Km. por hora, si el ángulo de ataque se incrementa hasta llegar al ángulo de pérdida, la sustentación será de: / 70 2, es decir, 2 2 o sea cuatro veces lo que era cuando entraba en pérdida a 70 Km. por hora, porque la sustentación varía con el cuadrado de la velocidad. Un planeador volando en un viraje constante es en algún sentido distinto. Como antes, requiere una fuerza dirigida hacia dentro del círculo en el cual está volando, pero en este caso el círculo es horizontal, mientras que en el caso de la salida de la picada el círculo era vertical. Si tomamos una curva con un auto, esta fuerza hacia dentro es suplida por la fricción de las gomas sobre el camino. Aun en el caso de un bote, la fuerza interna puede ser suplida por la presión del agua en los costados, porque el bote está sabiamente diseñado para ofrecer la menor resistencia cuando se mueve hacia adelante, pero una gran resistencia al ser desplazado de costado. Esta idea lleva a algunos a imaginar que un planeador puede virar simplemente moviendo los pedales. Si se intenta hacerlo el planeador girará hacia un lado, pero desde que la única fuerza interna que actúa sobre él es la causada por el fuselaje contra el aire, virará muy lentamente. La resistencia es enorme, como puede esperarse y el resultado -si se trata de un planeador- es una gran pérdida de altura o de velocidad, o de ambas.

11 Como hemos visto anteriormente, la única fuerza sobre la cual tenemos algún control directo es la sustentación, a la que obligamos a hacer el trabajo por nosotros, inclinando el planeador. Figura 7 La figura 7 es un diagrama de la situación en un viraje mediano. W es el peso del planeador, que por lo general actúa verticalmente hacia abajo. L es la sustentación de las alas y, como puede verse, está haciendo dos tareas. Para simplificar esto, hemos dividido la sustentación en dos partes L 1 y L 2. L 1 está equilibrando el peso del planeador, mientras que L 2 está proporcionando la fuerza interna -o centrípeta- para hacer que el planeador cambie de dirección en forma continua. Las fuerzas no se equilibran horizontalmente porque el planeador está en aceleración (cambio de dirección). Adviértase en particular que la sustentación es mayor que el peso del planeador. Estamos requiriendo más sustentación del ala que la que produciría normalmente a la velocidad a que está volando y la obtenemos llevando atrás la palanca e incrementando el ángulo de ataque. Si exageramos esta operación y requerimos demasiada sustentación el ángulo de ataque puede llegar a igualar el ángulo de pérdida y el planeador entrará en pérdida. Si el planeador está volando lentamente -y por esta razón a un ángulo de ataque pronunciado-, cuando el piloto decide realizar un viraje escarpado, antes de que se incremente mucho el ángulo de ataque habrá llegado al ángulo de pérdida. Esta es la razón por la cual el instructor indica: No intente hacer virajes escarpados a baja velocidad, y por qué la velocidad de pérdida se incrementa más cuanto más escarpado el viraje. EL EFECTO DE LA VELOCIDAD En la primera parte de este capítulo, cuando estábamos discutiendo el vuelo nivelado, vimos que un planeador puede volar a distintas velocidades. La velocidad menor a que puede volar es la velocidad de pérdida. La más alta, teóricamente, es su velocidad terminal en una picada vertical, pero en la práctica pocas máquinas son diseñadas para soportar este maltrato y las máximas velocidades a las cuales puede volar un planeador son determinadas por los diseñadores e indicadas en la

12 cabina. Lo que queremos investigar ahora es el efecto de volar un planeador a distintas velocidades. Figura 8 La figura 8 es más o menos una reproducción de la figura 6, con el agregado de algunos detalles. El planeador está en vuelo recto constante y se encuentra descendiendo en una línea que diremos forma un ángulo θ (theta) con el horizonte. Sabemos por nuestras discusiones sobre perfil alar que L y D son realmente dos partes de la fuerza resultante R y que si agregamos L y D juntos, teniendo en cuenta sus direcciones, por supuesto, obtenemos R, la cual equilibra W (el peso), desde que el planeador está en equilibrio. Este agregado es lo que hemos hecho gráficamente y la recta LR es, simplemente, nuestro vieja amiga D, ubicada al final de L. Ahora podemos ver un factor interesante. Desde que L está en ángulo recto respecto a la línea de vuelo y R está en ángulo recto respecto al horizonte, el ángulo entre L y R es el mismo que el que hay entre la línea de vuelo y el horizonte, ángulo al que hemos decidido llamar θ. Por lo tanto, la relación L/D es la cotangente de θ, para aquellos a quienes gusta la trigonometría. Para quienes no les gusta podemos decir que si el ángulo θ es 1 en 10, entonces la sustentación es 10 veces la resistencia. Si e es 1 en 17, entonces la sustentación es 17 veces la resistencia, y así sucesivamente. Ahora se advierte que el ángulo de planeo de nuestro planeador simplemente depende de la relación L/D. Si hacemos L/D más grande, digamos 25, entonces el ángulo de planeo es de 1 en 25, es decir, nuestro planeador volará hacia adelante 25 metros por cada metro de altura que pierde. Esta relación L/D dependerá del perfil alar particular que el diseñador ha establecido para nuestro planeador, pero dependerá también del ángulo de ataque al cual está volando el ala. Si obtenemos la curva de sustentación y la curva de resistencia (figuras 2 y 3) de este perfil particular y dividimos la sustentación a cualquier ángulo de ataque por la resistencia a ese ángulo, y repetimos el proceso para todos los ángulos de ataque, habremos obtenido una curva L/D como se muestra en la figura 9. Para obtener un resultado exacto tenemos que considerar la sustentación de todo el planeador: ala, cola, fuselaje, etc., y la resistencia total cuando se compila esta curva.

13 Figura 9 Lo primero que advertirnos de esta curva es que hay sólo un ángulo de ataque -en este caso alrededor de los 4º- en que obtenemos nuestra máxima relación L/D. En este punto el valor de L/D es de alrededor de 25, por lo que obtendremos una relación de planeo de 1 en 25. Si α es mayor o menor que este valor, entonces nuestro L/D disminuye y nuestro ángulo de planeo empeora. Por ejemplo, para α = 10º, L/D = 20, desde que el ángulo de planeo es de 1 en 20 y también para: α = 2,5º, L/D = 20, y el ángulo de planeo es 1 en 20. En el planeador no hay forma de indicar al piloto cuál es el ángulo de ataque en un momento particular, pero ahora sabemos que si la máquina está en equilibrio, cada ángulo de ataque corresponde a cierta velocidad (supuesto que el peso del planeador es constante). El piloto ha obtenido un instrumento para saber cuál es su velocidad -el velocímetro-, así que en lugar de pensar en términos de ángulo de ataque podemos pensar en términos de velocidad del aire. Sin embargo, hay una velocidad a la cual el ángulo de planeo es máximo y sólo una. Más ligero o más despacio que esta velocidad, el ángulo de planeo se hace más pronunciado. Cuál es el efecto de un cambio de peso del planeador? Un piloto más pesado significará que hará falta más sustentación para equilibrar el peso. Si las características del perfil y la máquina permanecen inalteradas la mejor relación L/D tendrá lugar al mismo ángulo de ataque, pero desde que se requiere más sustentación, este ángulo de ataque corresponderá ahora a una velocidad ligeramente más elevada. Vemos entonces que el mejor ángulo de planeo es el mismo, sólo que se logra a una velocidad del aire ligeramente mayor que en el caso anterior. Con un piloto más liviano ocurre lo inverso. Cuando el diseñador crea una máquina de gran penetración o con una alta velocidad, debe esforzarse por elegir un perfil alar y una configuración para su máquina que hagan que la curva de la misma sea lo más plana posible en su parte superior y que no descienda repentinamente. Esto significa que hay una variedad de ángulos de ataque en los cuales el ángulo de planeo está muy cerca del mejor. Consecuentemente, el piloto dispone de una amplia gama de velocidades a las cuales puede volar sin tener que recurrir a un ángulo de ataque que no es el óptimo. Hay otra velocidad importante para cada planeador: la de mínima caída. Esta es la velocidad a la cual la potencia requerida para impulsar un planeador es mínima. Pero se supone que un planeador no tiene una planta de poder. Sí, la tiene. Está utilizando energía durante todo momento; energía aportada por el hecho de que desciende en la dirección en que actúa el peso. Los físicos llaman a esto energía potencial y la energía potencial de un planeador se acaba cuando aterriza. Posee una buena cantidad de energía potencial a 1500 metros de altura y el doble cuando llega a los La potencia que utiliza el planeador es el régimen de descenso a través del aire. Cuando la potencia es mínima, la caída es mínima. El planeador aun utiliza energía cuando trepa en una térmica, pero en este caso la energía está siendo aportada por la fuerza ascendente del aire en el cual vuela el planeador, por lo que éste tiene una ganancia neta de energía y por esa razón trepa. Observando la curva de resistencia (Fig. 3) podernos ceder a la tentación de decir que la resistencia es mínima en algún punto cuando α = 0º a 2º. No obstante, aquí la potencia debe ser mínima. Esto es sólo la mitad de la historia porque la potencia es el producto de la resistencia por la velocidad. Cuando α = 0º la velocidad es elevada; cuando α = 15º

14 (velocidad de pérdida), la velocidad es mínima, pero la resistencia muy grande. En algún lugar entre estos dos extremos, resistencia por velocidad es mínima y esa es la velocidad de vuelo para mínimo descenso. En este libro estamos evitando deliberadamente emplear fórmulas matemáticas tanto como sea posible, por lo que debemos terminar las consideraciones sobre este tema advirtiendo que en muchos planeadores la velocidad de mínimo descenso es algo menor que la velocidad de óptimo planeo. El piloto ha obtenido una indicación directa de su descenso a través de sucesivos ensayos. Sin embargo, vale la pena hacer notar que un incremento del peso significa un incremento de la velocidad de mínimo descenso y viceversa. Capítulo V CONTROL Y ESTABILIDAD EFECTOS PRIMARIOS DE LOS CONTROLES No tiene importancia diseñar y construir el más eficiente y hermoso planeador a menos que demos al piloto un medio satisfactorio de controlar su vuelo. Si no se logra esto el aparato se convierte en una trampa mortal. No hace falta aclarar que ningún avión ni planeador puede obtener su certificado de aeronavegabilidad sino luego de que se han llevado a cabo las más exhaustivas pruebas para asegurar que su sistema de control es satisfactorio en todo sentido. Todo aparato aéreo se desplaza en tres direcciones, por lo que debe estar equipado con tres controles. Hemos tocado este tema en el último capítulo cuando definimos los ejes transversal, longitudinal o de rolido y vertical o de guiñada pero ahora debemos investigarlos más profundamente. Tomaremos en primer lugar el plano sobre el cual se pica o cabrea la máquina, es decir, el eje transversal, desde que es el más simple de los tres. Sobre el borde posterior del estabilizador horizontal de un planeador hallamos una superficie movible denominada elevador. La misma se encuentra conectada a la palanca ubicada en la cabina por medio de cables o, en ocasiones, mediante barras, de tal manera que moviendo la palanca hacia atrás el elevador pivota hacia arriba, con lo que baja la cola del planeador y se eleva la nariz. En consecuencia, la velocidad disminuye. En forma similar, el movimiento de la palanca hacia adelante hace bajar la nariz del planeador e incrementa la velocidad. Hasta aquí vamos bien, pero para que el elevador pueda trabajar debe haber sobre el mismo una razonable corriente de aire. A altas velocidades el control del elevador de algunos planeadores se toma mucho más sensible que lo usual y un alumno, cuando hace su primer remolque por avión puede encontrar que su planeador tiene una sensibilidad extrema en el control de su elevador. Esto se debe a que tiene que ser remolcado a una velocidad considerablemente mayor que la velocidad normal de vuelo del planeador. En el otro extremo de la escala, a medida que la velocidad disminuye hasta cerca de la de pérdida, el piloto advertirá que el elevador está cada vez más flojo y, en definitiva, si entra en pérdida comprobará que la máquina no obedece a su elevador si trata de mantener la nariz arriba. A pesar de todos sus esfuerzos bajará la nariz para ganar más velocidad. Volveremos sobre este punto luego, cuando hagamos referencia a la pérdida y al tirabuzón. El timón de dirección es una superficie movible conectada al borde posterior del empenaje vertical fijo. El piloto lo opera con los pies, mediante pedales y cables, de tal manera que cuando el pie izquierdo empuja hacia adelante el pedal correspondiente, el timón de dirección pivota hacia la izquierda, hace desplazar la cola hacia la derecha y, por lo tanto, la nariz se mueve hacia la izquierda. Cuando se presiona con el pie derecho tiene lugar la operación contraria. El control del timón de dirección se ve afectado por los mismos problemas que los elevadores desde el punto de vista del cambio de velocidad: es hipersensible a altas velocidades y se vuelve flojo cuando entramos en pérdida, pero si está correctamente diseñado siempre será efectivo, aun cuando la máquina esté en pérdida. Por lo tanto, en la pérdida el piloto puede tener que utilizar todo el recorrido del pedal para hacer girar la máquina. En tierra, durante el despegue o el aterrizaje, si el piloto necesita corregir la tendencia del planeador a salirse de la línea recta, seguramente tendrá que hacer amplios movimientos con los pedales debido a su baja velocidad. El control en el eje del rolido se logra mediante los alerones. Estos son porciones del borde posterior de las alas que se encuentran abisagradas y conectadas a la palanca de tal manera que al moverla hacia la izquierda el alerón izquierdo pivota hacia arriba y el derecho hacia abajo. El resultado neto es un incremento de la sustentación en la punta del ala derecha y una disminución en la izquierda, de tal manera que el planeador roía hacia la izquierda. Si movemos la palanca hacia la derecha ocurre lo contrario. Realmente, es con los alerones que comenzamos a meternos en problemas. Por supuesto, son tanto más efectivos cuanto más rápido volamos, pero si lo hacemos lentamente se vuelven muy flojos y en la pérdida se niegan del todo a trabajar para hacer rolar la máquina. En casos excepcionales incluso pueden hacer rolar la máquina en dirección contraria cuando se usan violentamente en la pérdida. La razón de esto no es muy obvia, pero puede advertirse si consideramos lo que le ocurre a las puntas de las alas cuando el planeador entra en pérdida. Si bajamos un alerón incrementamos -en efecto- la curvatura del perfil en la punta del ala, con lo que aumenta su ángulo de ataque efectivo. Esto da como resultado un incremento de la sustentación y una disminución similar en la punta de la otra ala cuando el alerón se mueve hacia arriba, pero esto sólo ocurre si el ángulo de ataque es menor que el ángulo de pérdida. Si

15 el planeador entra en pérdida sabemos que un incremento del ángulo no da como resultado un incremento de la sustentación sino más bien una disminución, de tal manera que los alerones pueden hacer rolar la máquina en sentido erróneo. Cerca de la velocidad de pérdida -digamos 3 kilómetros por hora antes-, el planeador se encontrará volando muy cerca del ángulo de ataque de pérdida y si observamos la curva de sustentación (Fig. 2) es obvio que un pequeño incremento o disminución del ángulo de ataque de las puntas de las alas sólo tiene un ligero efecto en la sustentación, a lo cual se debe la falta de efectividad de los alerones cuando nos aproximamos a la pérdida. Para llevar al mínimo estos efectos algunas alas de planeadores tienen cierto alabeo en las puntas. El alabeo significa que el ala está diseñada con una ligera torsión, de tal manera que el ángulo de ataque es menor en las puntas que en la sección central del ala. Por este medio el diseñador logra que la sección central del ala se encuentre en pérdida antes que las puntas, de tal manera que los alerones aun serán efectivos cuando el planeador entra en pérdida. La efectividad de este dispositivo varía según las distintas máquinas y en las mejores es sólo un paliativo; la enfermedad aun está allí. EFECTOS SECUNDARIOS DE LOS CONTROLES El uso del elevador en un planeador no tiene efecto sobre la máquina en el eje de rolido ni sobre el eje de guiñada. Hace que la máquina pique o cabree, y nada mas. Sin embargo, cuando usamos los alerones o los pedales durante el vuelo encontramos que cada uno de ellos tiene un efecto en el plano del otro. Esto se conoce como efecto secundario. Tomemos en primer lugar los alerones. Imaginemos un planeador en vuelo recto al que el piloto decide inclinar hacia la izquierda. Mueve su palanca hacia la izquierda, el alerón izquierdo se eleva y el derecho baja. Esto da como resultado un incremento de la sustentación en la punta del ala derecha y una disminución de la sustentación en la izquierda, de tal manera que la máquina rola hacia la izquierda. Pero esto es sólo la mitad de la historia. Cuando bajamos el alerón derecho hemos incrementado, en efecto, el ángulo de ataque y ahora sabemos que un incremento del ángulo de ataque significa un incremento de la resistencia. Lo contrario ocurre en la punta del ala izquierda y allí habrá una disminución de la resistencia. El resultado de estas resistencias diferentes en las puntas de las alas es que la máquina rota hacia la derecha. Esto es muy molesto porque la rotación tiene lugar en dirección equivocada. Si comenzamos un viraje hacia la izquierda e inclinamos la máquina en ese sentido, no deseamos que la nariz de nuestro planeador gire hacia la derecha. La cura para esto -si es que podemos llamarle cura- es prevenir que la nariz rote mediante el uso de los pedales, en este caso hacia la izquierda.por lo tanto, en resumen, al provocar un rolido tenemos como resultado una rotación en sentido opuesto. Este efecto secundario de los alerones se llama resistencia de los alerones. Se torna cada vez peor cuanto más despacio volamos, principalmente porque a bajas velocidades se requiere mayor movimiento de los alerones para hacer rolar el planeador. Se llega al peor momento en la pérdida cuando el efecto primario de los alerones (el que provoca el rolido del planeador) se encuentra reducido al mínimo y para hacer las cosas más penosas, el timón de dirección se encuentra en el momento más débil. Investigaremos esta situación en forma más detallada cuando examinemos el tirabuzón. Ahora veamos el timón de dirección. Si cuando se encuentra volando en línea recta el piloto de un planeador presiona el pedal derecho, el timón de dirección hará que la nariz de la máquina gire hacia la derecha pero, al ocurrir esto la punta del ala izquierda sufrirá una aceleración y la punta del ala derecha una desaceleración. El resultado de esto es un incremento de la sustentación en la punta del ala izquierda y una disminución en la derecha, provocando una tendencia a rolar hacia la derecha. Por lo tanto, mientras el efecto primario del timón de dirección es producir una guiñada, el efecto secundario da como resultado una tendencia a rolar en la misma dirección. Este efecto de rolido en cualquier circunstancia actúa en la dirección correcta, que es lo más que se puede pedir, de tal manera que en general el efecto secundario del timón de dirección no constituye un problema. Después de todo, si aplicamos pedal izquierdo no es un mal efecto que la máquina trate de inclinarse también hacia la izquierda. La cuestión es que en la pérdida el efecto secundario se hace muy intenso y el uso del timón de dirección puede dar lugar al comienzo de un tirabuzón. La razón de esto es que durante o cerca de la pérdida la sustentación en las puntas de las alas está muy alterada por cambios de velocidad comparativamente pequeños. Discutiremos nuevamente este problema con mayor detalle cuando examinemos el tirabuzón. Estos dos efectos secundarios de los alerones y timón de dirección son mucho más pronunciado en nuestros planeadores que en un avión a motor. La razón principal es que los planeadores generalmente tienen una gran envergadura en relación a la superficie alar; en una palabra, un gran alargamiento. El alargamiento se define como la relación envergadura / cuerda o, en el caso de las alas ahusadas, en las cuales la cuerda varía, (envergadura) 2 / superficie alar. Si tenemos una gran envergadura resulta claro que cualquier diferencia de resistencia en los alerones tendrá un efecto y una guiñada mucho mayor que si la envergadura fuera pequeña. En forma similar, si hacemos rotar el planeador con el timón de dirección, la aceleración y desaceleración de las puntas de las alas es mucho mayor en una máquina de gran envergadura que en una de alas pequeñas. Qué puede hacer el diseñador respecto a estos efectos secundarios? Como hemos visto, respecto del timón de dirección no vale la pena hacer nada, desde que el efecto de rolido en este caso no es algo perjudicial. Si el timón de dirección es bastante grande y fuerte como para trabajar razonablemente bien en la pérdida, nos dará un medio de controlar el rolido de nuestro planeador cuando en ese momento los alerones son virtualmente inútiles. Sin embargo, esta distinta resistencia de los alerones es una molestia y el diseñador inteligente hace todo lo que puede para reducirla al mínimo.

16 Figura 10 Un método muy común que se emplea en muchos planeadores es el de los alerones diferenciales. Por medio de este hábil dispositivo en los controles, el alerón que se eleva lo hace en mucha mayor medida que el que desciende. Este sistema indudablemente ayuda, pero no constituye una cura completa. Otro método que es muy popular en aviones con motor es el uso de los alerones Frise. En este caso los alerones tienen su abisagramiento desplazado hacia atrás y presentan un borde afilado en la parte inferior. El resultado es el que se indica en la figura 10. Cuando el alerón baja el borde afilado es protegido por la zona posterior del ala. Tiene lugar el habitual incremento de resistencia, por supuesto, pero en el otro lado el alerón que se eleva baja el borde afilado sobrepasando el ala y provoca una resistencia extra. Mediante un diseño cuidadosamente planeado esta resistencia extra puede regularse para que equilibre, aproximadamente, la resistencia en el alerón que desciende. Ahora podemos advertir la objeción que presenta este dispositivo para los planeadores: significa resistencia adicional y la resistencia es una de las cosas que debemos mantener a un mínimo si nuestro planeador ha de ser eficiente. A pesar de ello en algunos planeadores se encuentran modificaciones del principio del alerón Frise. Ahora podemos ver claramente por qué en vuelo normal utilizamos los alerones y el timón de dirección conjuntamente. Tomemos, por ejemplo, un planeador que ejecuta un viraje a la derecha. El piloto mueve la palanca hacia la derecha y aplica la necesaria inclinación, pero al mismo tiempo debe aplicar timón de dirección para evitar que la nariz del planeador gire hacia la izquierda, debido al efecto secundario de los alerones. Cuando ha obtenido el ángulo de inclinación necesario y la máquina ha comenzado a virar, la punta del ala exterior estará desplazándose más rápido que la interior y, en consecuencia, producirá más sustentación. Para mantener constante la inclinación -que es la base de un buen viraje-, el piloto debe centrar los alerones y aun puede tener que aplicar palanca ligeramente hacia el otro lado para prevenir un incremento de la inclinación. Las resistencias de las puntas de las alas son aproximadamente iguales, por lo que el timón de dirección también debe centrarse. Esta última afirmación no es absolutamente exacta desde que la resistencia de la punta del ala exterior puede ser ligeramente mayor que la interior debido a su mayor velocidad. Por otro lado, al dar contraalerón, es decir, al llevar la palanca hacia el lado opuesto del viraje podemos estar incrementando la resistencia de la punta del ala interior para compensar esta situación. No es posible ser dogmático a este respecto dado que los planeadores varían en esta materia. Lo fundamental es que el timón se centra -o casi se lleva a esa posición- en un viraje constante desde que, como hemos visto al principio, es la fuerza de sustentación y no el timón de dirección lo que obliga al planeador a desplazarse en círculo. Cuando el piloto quiere retomar el vuelo recto nivela las alas mediante un movimiento de palanca hacia la izquierda y, nuevamente, debe usar timón de dirección izquierdo para compensar el efecto de rotación producido por los alerones. Durante el viraje, por supuesto, el piloto debe utilizar el elevador para mantener la nariz en la misma posición relativa respecto al horizonte. El piloto que ha aprendido a realizar virajes en forma satisfactoria sabe que lo hace como lo hemos explicado pero puede que tenga una vaga idea de por qué lo hace así. Con todo lo dicho creemos haberle proporcionado algunas ideas sobre las cuales pensar. Un último punto sobre el tema de los controles. Un planeador que sea realmente agradable de volar no sólo debe responder al movimiento de los controles con rapidez sino que debe exigir un esfuerzo razonable para ello y, más importante aun, el esfuerzo requerido para operar los tres controles debe ser similar. Cuando se cumplen estas condiciones decimos que los controles están bien armonizados. Sabemos que algunos tipos de planeadores son más fáciles de volar que otros y la falla por lo general reside en el hecho de que uno de los controles es mucho menos efectivo o parece necesitar mucho más esfuerzo para ser operado que los otros. CONTROLES AUXILIARES El piloto de un planeador tiene una o dos palancas para hacer su tarea más simple (o más complicada, si usted lo prefiere). Seguramente dispondrá de un compensador. Se trata de una pequeña palanca, generalmente montada en un costado de la cabina, mediante cuyo uso el piloto puede hacer que la maquina vuele sola a cualquier velocidad. Esto constituye una gran ventaja cuando se realizan largos vuelos ya que el piloto puede evitarse parte de la fatiga que implica controlar continuamente la máquina y es de gran ayuda cuando se vuela a ciegas. El compensador además permite a pilotos de distintos pesos compensar los efectos de ligeras diferencias de posición del centro de gravedad. Sin un compensador el piloto pesado por lo general encontrará que debe aplicar una pequeña presión hacia atrás en la palanca para mantener la velocidad de óptimo planeo. Esto es debido al peso extra del piloto, lo cual da como resultado que el centro de gravedad se halle ligeramente desplazado hacia adelante, más de lo normal, con lo que el planeador adopta una tendencia a bajar la nariz. Estamos hablando, por supuesto, de un planeador común en el cual el piloto se sienta bien

17 adelante en la cabina. Si la configuración del planeador es tal que el piloto se sienta detrás del centro de gravedad de la máquina, entonces el peso extra de un piloto producirá un efecto inverso, pero esto no es muy común. La palanca del compensador actúa mediante cables sobre una pequeña superficie rectangular ubicada en la parte posterior del elevador, moviéndola hacia arriba o hacia abajo. Muchas personas se sienten desconcertadas por el hecho de que el compensador parece actuar al revés. Es decir, para bajar la nariz del planeador empujamos la palanca hacia adelante y el compensador se mueve hacia arriba y viceversa. A primera vista podría suponerse que llevando hacia arriba el compensador se haría bajar la cola y levantar en lugar de bajar la nariz. En realidad, el compensador no hace bajar la cola sino que actúa solamente sobre el elevador. Esto tiene el mismo efecto que llevar la palanca hacia adelante y bajar el elevador. Algunos viejos planeadores no tienen compensador y en otros puede hallarse una forma de este dispositivo consistente en nada más que un resorte o pedazo de cuerda elástica fijada a la palanca o al cable del elevador, cuya tensión puede ser ajustada en vuelo. Si bien este sistema trabaja adecuadamente, tiene el inconveniente de que interfiere de alguna manera con la sensibilidad del control del elevador. Con el verdadero compensador el piloto puede apreciar el efecto del aire sobre la superficie del elevador, mientras que de esta otra manera esa diferencia de sensación puede hallarse oculta por la presión del resorte. Una pequeñez, tal vez, pero sólo se consiguen controles realmente buenos prestando atención a una serie de pequeños detalles. Otro control auxiliar que seguramente encontraremos en algunos altoveleros es una palanca ubicada a la izquierda de la cabina, parecida al acelerador de un avión. Esta corresponde a los spoilers o frenos y se ubica en el mismo lugar del acelerador de un avión porque sus funciones son similares. Trabaja en el mismo sentido, es decir, cuando la palanca se lleva adelante los spoilers o los frenos se encuentran cerrados, lo cual corresponde a dar motor; palanca atrás significa spoilers o frenos abiertos, es decir, cortar motor. Los spoilers no deben confundirse con los frenos, aunque su acción es muy similar y dado que los spoilers son mas simples los consideraremos primero. Los spoilers son delgadas tiras de alrededor de un metro de largo y unos 7 centímetros de ancho. Están ubicados en la parte superior del ala, aproximadamente a la altura del mayor espesor de la sección. Cuando se hallan cerrados permanecen a nivel con la superficie del ala pero como están abisagrados en el borde delantero al presionar la palanca se levantan más o menos en forma perpendicular a la superficie del ala. Generalmente hay un spoiler en cada ala, dispuestos bien alejados del alerón, hacia el fuselaje, pero lo bastante distanciados de éste como para que su acción no interfiera con los planos de cola. Los spoilers fueron creados, en primer lugar, porque a medida que los diseñadores producían mejores planeadores, encontraban que era más y más difícil aterrizar con seguridad o hacer una aproximación justa. Un buen ángulo de planeo significa que un pequeño error de apreciación en el aterrizaje da como resultado el quedarse corto o irse largo y esto convierte el aterrizaje en un pequeño campo en algo muy difícil. Lo que querían los pilotos era algún dispositivo mediante el cual se pudiera disminuir el ángulo de planeo sin incrementar la velocidad y mediante los spoilers se conseguía exactamente esa finalidad. Cuando se levanta el spoiler éste destruye el flujo del aire sobre la parte superior del ala en la porción de la envergadura ocupada por el mismo. La sustentación sobre esta parte del ala es destruida (de aquí el nombre inglés: spoil = echar a perder, arruinar) y para mantener la sustentación total igual al peso, debe incrementarse el ángulo de ataque. Los spoilers producen un aumento considerable de la resistencia y el efecto neto es una disminución de la relación L/D o, lo que es lo mismo, se obtiene una trayectoria con más pendiente (es decir, una disminución de la relación de planeo). El piloto puede ajustar su ángulo de descenso con facilidad y el aterrizaje de precisión se transforma en algo relativamente simple. Sin embargo, a medida que más y más pilotos comenzaron a volar en nube se advirtió la necesidad de disponer de algo mejor. Los spoilers proveen resistencia extra por lo que su efecto no es muy pronunciado a altas velocidades, y una de las dificultades del vuelo en nube es la de que, si el planeador baja la nariz inadvertidamente, puede llegarse a una velocidad muy alta en un momento. Lo que los pilotos querían ahora era una forma de producir una gran resistencia de tal manera que, no importa qué hiciera el planeador, no se pudiera exceder la velocidad límite de seguridad cuando el elemento que producía la resistencia estuviera en acción. Veremos cuál fue la respuesta a esta exigencia. FRENOS AERODINÁMICOS Hay varios tipos de frenos pero el efecto de todos ellos es similar. Básicamente consisten en superficies planas similares a los spoilers, operadas en forma similar por una palanca. Cuando estas superficies se encuentran cerradas están ocultas o permanecen a nivel con la superficie del ala. Sin embargo, en el caso de los frenos por lo general se dispone de una placa arriba y otra debajo del ala, las cuales no se hallan abisagradas en su borde delantero sino que salen en forma perpendicular a la corriente de aire, bien separadas de las alas. El efecto a baja velocidad es muy similar al de los spoilers, pero los frenos generalmente producen un efecto mayor. A altas velocidades los frenos dan lugar a un gran incremento de la resistencia. Es este incremento lo que evita que el planeador exceda su máxima velocidad permitida. Los spoilers cuando se abren tienden a hacer que baje la nariz del aparato. Los frenos, desde que operan encima y debajo de las alas, generalmente producen una pequeña variación o ninguna en la posición del aparato. Algunos tipos de freno, sin embargo, tienden a abrirse por la succión durante el vuelo y en estos casos el control debe incluir algún tipo de traba cuando aquellos se hallan cerrados. Spoilers y frenos no deben confundirse con flaps. Los flaps también se utilizan en algunos planeadores, aunque son casi universales en los aviones. Los flaps, aunque aumentan la resistencia, también incrementan la sustentación y permiten a la

18 máquina volar más lentamente. Spoilers y frenos disminuyen la sustentación, mientras aumentan la resistencia y, por lo tanto, nuestro planeador tendrá una velocidad de pérdida mayor cuando aquellos estén en uso. Mucha gente no se da cuenta cabal de esta circunstancia y esta es, probablemente, la razón de algunos aterrizajes bruscos. Los frenos -y también los spoilers- cuando se encuentran parcialmente sacados tienen otra propiedad valiosa. Cuando se utilizan para disminuir la velocidad en momentos en que el piloto se encuentra en dificultades temporarias dentro de una nube, generalmente producen un marcado incremento en la estabilidad transversal. Esto significa que el planeador volverá al vuelo nivelado si se lo deja librado a sí mismo. ESTABILIDAD Cuando decimos que algo es estable queremos significar que si su posición se modifica tenderá a volver a su estado original. La mejor analogía para esto, que ha sido usada muchas veces en otros libros, es la que darnos a continuación. En la figura 11 a) vemos una bolita en equilibrio en la parte superior de una superficie curva. Si le imprimimos un pequeño movimiento rodará fuera de la superficie, no importa cuán suave haya sido el impulso. La bolita es inestable porque cualquier perturbación destruye su estabilidad. En la figura 11 b) la bolita descansa en una superficie plana y en este caso un pequeño impulso simplemente hará que se mueva y quede en reposo otra vez en una posición distinta. No tratará de desplazarse mucho ni de volver a su posición original. Llamamos a esto estabilidad neutra. Pero en la figura 11 c) la bolita descansa en el fondo de un pocillo y si la empujamos volverá a su posición original. Llamamos a esto estabilidad positiva. La bolita seguramente se desplazará hacia atrás y adelante varias veces antes de detenerse, pero esto no afecta el hecho de que trata de volver a su estado original. Figura 11 La estabilidad positiva, o sea la capacidad de volver sin ninguna ayuda a una determinada situación de vuelo cuando se produce una perturbación, es una cualidad muy útil en un planeador. Un planeador inestable puede constituir una amenaza porque ello significa que si la nariz de la máquina cae por alguna razón, puede entrar en picada cada vez más rápido a menos que el piloto entre en acción con el control del elevador. Un planeador con estabilidad neutra es admisible, ya que esto significa que si el aparato es perturbado en su vuelo, continuará en el nuevo estado sin realizar ningún intento de corregirse a sí mismo, pero tampoco sin mostrar tendencia a empeorar la perturbación. Es decir, si la nariz del planeador baja por alguna razón, permanecerá en esa actitud. Un planeador positivamente estable, sin embargo, tratará de volver por su propia cuenta al estado de vuelo en que se encontraba. El vuelo a ciegas en nube se hace mucho más simple si el planeador tiene una buena estabilidad positiva desde que el piloto puede, en gran medida, permitir que la máquina vuele sola. Como todas las cosas, no se puede tener mucho de algo bueno y, como veremos, una excesiva estabilidad puede echar a perder otros aspectos buenos del diseño de un planeador. Cuando nos referimos a los controles vimos que podíamos examinar los efectos del control del elevador separadamente, mientras que los efectos de alerones y timón de dirección se encontraban ligados entre sí. Exactamente lo mismo ocurre en lo relativo a la estabilidad. Una aeronave puede ser estable en cuanto a picar o cabrear, e inestable en cuanto a rolido, pero estable en guiñada, o puede tener alguna combinación de los tres. En la práctica no hay planeadores inestables porque nunca obtendrían el certificado de aeronavegabilidad, pero su estabilidad alrededor de uno de los tres ejes puede ser muy pequeña o aun neutra. Podemos considerar la estabilidad respecto al eje transversal en forma separada; por lo tanto, vamos a referirnos a ella en primer lugar. Cuando investigamos las propiedades de los perfiles alares advertimos que el centro de presión -el punto

19 donde se considera que actúa la sustentación- se desplaza bajo ciertas circunstancias. A ángulos de ataque comunes, es decir, los que corresponden al planeo normal, el centro de presión (CP) estará ubicado aproximadamente a un tercio de la cuerda, hacia atrás, a partir del borde de ataque del ala, el lugar, en realidad, donde el diseñador inteligente ha colocado el larguero principal que va desde la punta hasta el nacimiento o raíz del ala. Pero supóngase que, mientras nos hallamos planeando serenamente, algo produce una ligera elevación de la nariz de la máquina. El ángulo de ataque se incrementa, la sustentación crece y el planeador sufre una aceleración hacia arriba; pero esto no es todo. A medida que el ángulo de ataque aumenta, el centro de presión se desplaza hacia adelante ligeramente, de tal manera que si el planeador estaba en equilibrio antes de que la nariz se elevara, el pequeño movimiento hacia adelante del centro de presión y la fuerza de sustentación harán que la nariz tienda a elevarse aun más. Justamente lo contrario tiene lugar si algo hace que la nariz descienda. Por lo tanto, un ala por sí misma es inestable con relación al eje transversal y para hacerla estable debemos utilizar otros medios. El más fácil consiste en disponer las superficies de cola al final de un fuselaje razonablemente largo. Veamos nuevamente por un momento la figura 8. Desde que L, D y W están en equilibrio y todas ellas se encuentran en un punto, el planeador está en equilibrio y permanecerá en ese estado tanto tiempo como no haya nada que lo perturbe. Pero, como hemos dicho antes, esta es una situación ideal y raramente tiene lugar en la práctica. Por lo general, la sustentación L y el peso W no tienen el mismo punto de aplicación y si así ocurre, entonces la sustentación debería estar o bien delante o bien detrás del peso W. Supóngase que la sustentación actúa delante del peso. Entonces el planeador tendrá tendencia a elevar la nariz y si queremos mantener el equilibrio deberemos disponer las cosa de tal manera como para que haya un empuje hacia arriba en la cola para lograr el equilibrio. En forma similar, si la sustentación está ubicada detrás del peso necesitaremos un empuje hacia abajo en la cola para equilibrar el planeador. Figura 12 La figura 12 muestra estos dos casos. Ahora, en ambas situaciones el planeador puede estar en equilibrio siempre que este empuje sobre la cola sea el exactamente requerido, pero esto solo no asegura que la máquina sea estable en el eje transversal. Recuérdese que para la estabilidad el planeador debe retornar o, en cualquier circunstancia, tratar de retornar, al estado de vuelo en que se encontraba antes de ser modificado. Sabemos que si se incrementa el ángulo de ataque el centro de presión se desplazará hacia adelante (hasta la pérdida, cuando vuelve atrás nuevamente) y esto tiende a elevar la nariz e incrementar el ángulo de ataque aun más. Sin embargo, si el cambio en la presión de la cola debido al incremento del ángulo de ataque contrapesa esta tendencia, el planeador tratará de bajar su nariz otra vez hacia su posición original. En el caso de la figura 12 a) esto puede significar un incremento de la presión hacia arriba en la cola y en el caso b) una disminución de la presión hacia abajo o bien una presión hacia arriba. Como ejemplo, supongamos que un planeador está volando en equilibrio con sus alas a un ángulo de ataque de 6º y su cola a 2º. Esto significa que hay una presión hacia arriba en la cola. Una ráfaga incrementa momentáneamente el ángulo de ataque en 2º. El ángulo de ataque del ala es ahora de 8º y hay un incremento de la sustentación de 8/6, o 1,3 de su valor anterior. El ángulo de ataque de la cola, sin embargo, se ha incrementado de 2º a 4º, es decir, su presión hacia arriba es doble. Esto produce una fuerte tendencia a bajar la nariz, lo que hace volver el ángulo de ataque de las alas al valor original de 6º. En el caso de algunas perturbaciones que hagan disminuir el ángulo de ataque haciendo bajar la nariz, la presión en la cola se alterará en sentido contrario. Los factores que puede emplear el diseñador para obtener el grado exacto de estabilidad que desea son: la superficie del empenaje horizontal, su distancia respecto al centro de gravedad, su perfil alar y el ángulo a que está dispuesto respecto al fuselaje. Con relación a este último punto lo que interesa al diseñador es el ángulo de ataque real, el cual no será el ángulo a que parece estar ubicado, ya que la superficie de cola trabaja en una corriente

20 descendente detrás del ala. Para ser exactos, el ángulo de ataque del plano de cola sólo afecta la precisión del vuelo pero no la estabilidad. Figura 13 Un planeador estable respecto al eje transversal puede, en realidad, comportarse en una de las siguientes cuatro formas. Puede volver rápida y suavemente a su actitud primitiva; no se encuentra a menudo en la práctica, pero es una deliciosa cualidad. Algunos planeadores se aproximan a este ideal cuando se vuelan con los frenos afuera. Esto se muestra en la figura 13 a). El resultado más común cuando se produce una perturbación respecto al plano transversal es que el planeador se excede en la corrección (exactamente como usted lo hacía en los primeros vuelos) pero después de unas pocas oscilaciones, reasume el planeo normal (fig. 13 b). Puede que comience a oscilar hacia arriba y abajo y continúe haciéndolo; las oscilaciones no aumentarán ni disminuirán (fig. 13 c). Finalmente, como se indica en la figura 13 d), las oscilaciones pueden aumentar hasta que el planeador cabree en forma empinada y entre en pérdida. En este último caso decimos que el planeador es dinámicamente inestable, aunque estáticamente es estable porque trata de efectuar la corrección. Todo lo dicho, por supuesto, supone que el piloto no hace nada para corregir el vuelo del planeador sino que lo abandona a su suerte. Hemos supuesto que el centro de gravedad del planeador permanece fijo en un lugar. En la práctica puede variar ligeramente según el peso de cada piloto, y el movimiento del centro de gravedad tiene un gran efecto en la estabilidad con respecto al eje transversal. Cuando se desea obtener el certificado de aeronavegabilidad de un planeador deben hacerse varios ensayos para encontrar las distintas posiciones del centro de gravedad donde estabilidad y equilibrio resultan satisfactorios y esta gama de posiciones del centro de gravedad se especifica en el documento respectivo. Puede ser lamentable para un piloto volar un planeador con una carga que exceda los límites impuestos por el centro de gravedad. Para evitar consecuencias lamentables cada planeador tiene en su cabina una indicación que establece los pesos máximo y mínimo del piloto, cuándo puede llevarse lastre y bajo qué circunstancias. Un planeador es más eficiente si puede ser dispuesto para que a su velocidad de mínimo descenso o a la de su óptimo planeo (generalmente son distintas pero muy próximas), la presión en el plano de cola sea mínima, desde que toda carga en la cola implica una pequeña resistencia. Lo mejor de todo, por supuesto, es la situación ideal en la que no hace falta carga alguna en la cola. Si usted compra un planeador lo mejor será que ubique la exacta posición del centro de gravedad con usted a bordo y, si esto no coincide con la posición del centro de presión a las velocidades indicadas, equilíbrelo mediante un pequeño lastre cuidadosamente ubicado. Algunos fabricantes especifican la posición ideal del centro de gravedad, lo cual le evitará una cantidad de cálculos. Hay unos pocos planeadores que tienen lo que se conoce como elevadores de péndulo. En este sistema todo el elevador se mueve cuando se lleva la palanca hacia atrás o hacia adelante y no hay un plano fijo. La estabilidad en el plano transversal en este tipo de planeadores es un problema muy complejo y depende de muchas cosas, de las cuales no es la menor la fricción en el circuito de control del elevador. En algunos tipos más recientes de planeadores el elevador de péndulo ha reaparecido bajo una nueva forma. Aquí se ubica un pequeño plano o planos en el borde posterior el cual altera completamente la situación. Estas superficies se mueven en la misma forma que el elevador, es decir, hacia arriba cuando el elevador se mueve hacia arriba y viceversa. De esta manera, el elevador es autoestable desde que si el piloto lo mueve hacia arriba, esta superficie adicional tiende a bajarlo nuevamente. Mediante la alteración del sistema de conexión de estas superficies la estabilidad puede hacerse tan grande o pequeña como lo desee el diseñador. Generalmente la posición de estos planos respecto al elevador puede ajustarse desde la cabina y entonces el dispositivo trabaja con un compensador. Todos los planeadores son estables con respecto a la guiñada. Si no lo fueran tenderían a girar y volar hacia atrás. La estabilidad es gobernada por dos cosas. Primero, la cantidad de superficie ofrecida a una corriente de aire que ataca a un planeador desde un lado y segundo y más importante, dónde se halla ubicada dicha superficie con respecto al centro de