Tema5 ParteI

Mecánica del Vuelo del Avión
Parte I: Actuaciones del Avión

Sergio Esteban Roncero
Francisco Gavilán Jiménez
Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
Escuela Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla
Curso 2009-2010
Aeronaves y Vehículos Espaciales

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Contenido
„

Características globales del avión
„
„

„

Polar
Eficiencia aerodinámica

Actuaciones del avión
„Actuaciones de punto
„
„

„

Vuelo simétrico en plano vertical
Vuelo simétrico en plano horizontal

Actuaciones integrales
„
„

Alcance
Autonomía

Aeronaves y Vehículos Espaciales

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Características globales del Avión
„
„

En este tema se considera el avión completo.
Hipótesis generales:
„
„

„

Principales tareas de la Mecánica del Vuelo:
„
„

„

el avión es simétrico
es un cuerpo rígido sometido a unconjunto de fuerzas externas.
Estudio del movimiento como respuesta de las fuerzas externas
Estudio de la estabilidad y el control de dicho movimiento.

Es necesario caracterizar el avión desde el punto de vista aerodinámico.
Hipótesis simplificativas:
„
„

Polar Parabólica
Eficiencia Aerodinámica

Aeronaves y Vehículos Espaciales

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Aviones No Simétricos

Blohm & Voss BV 141 B-0

ScaledComposites Model 202 Boomerang
AD-1 (Ames-Dryden) 1

Aeronaves y Vehículos Espaciales

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Polar Parabólica - I
„
„
„
„

La sustentación y la resistencia que genera un avión están directamente relacionadas.
Polar del avión: función que relaciona el coeficiente de resistencia (CD) con el de
sustentación (CL).
La polar del avión es fundamental para estimar correctamente las actuaciones del avión.
De formageneral, el coeficiente de resistencia depende de:
„
„
„
„

De CL,
El números de Reynolds
Del Mach
La configuración del avión: no hay una sola polar sino varias según el segmento en el que se
encuentre el avión.
„
„
„

„
„

Despegue
Crucero
Aterrizaje, etc.

La construcción de la polar se construye contabilizando las distintas partes por separado
y sumándolas luego con factores de corrección.
Unaaproximación que en muchos casos de interés proporciona buenos resultados es la
polar parabólica:
„
„
„

CD0 se denomina coeficiente de resistencia sin sustentación,
k, parámetro de resistencia inducida unitaria.
La resistencia asociada al sumando kCL2 recibe el nombre de resistencia inducida por la

sustentación.

Polar parabólica
Aeronaves y Vehículos Espaciales

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Polar Parabólica - II
„
„Es necesario disponer de métodos para calcular CD0 y k , lo cual se estudiará en Cálculo
de Aviones.
Puede decirse que la contribución más importante a CD0 es la resistencia debida a la
fricción:
„

Para considerar un avión completo, hay combinar adecuadamente los coeficientes
correspondientes a cada parte del mismo
„
„
„

„

Existe una interferencia aerodinámica que hace que la resistencia globalno sea la suma de las
resistencias de cada elemento por separado.
„

„

„

Ala
Fuselaje
Cola

Se introduce un factor de interferencia

Valores típicos de CD0 están entre 0.014 y 0.04

En cuanto a la resistencia inducida por la sustentación (k):
„
„

„

Contribuye de forma notable la resistencia producida por los torbellinos de punta de ala
También se tiene una contribución debida a la variaciónde la fricción al modificar el campo de
velocidades sobre el avión
Generalmente, k se puede expresar de la forma:

„

Donde φ es un factor de eficiencia (Factor de Oswald) cuyos valores típicos están entre 0.65 y 0.85

Aeronaves y Vehículos Espaciales

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Eficiencia Aerodinámica - I

dE
=0⇒
dC L

Aeronaves y Vehículos Espaciales

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Eficiencia Aerodinámica - II

Aeronaves y Vehículos Espaciales8

Actuaciones del Avión
„

Actuaciones de punto: estudio del movimiento de su
centro de masas a lo largo de su trayectoria:
„
„
„
„
„
„

„

vuelo horizontal.
en subida.
en descenso.
en planeo.
en viraje.
despegue y el aterrizaje.

Actuaciones integrales: estudio del movimiento de su
centro de masas entre los puntos inicial y final de su
trayectoria para una carga de combustible dada:
„
„...