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Sin jamás haber construido siquiera un modelo a escala, mi suegro una vez me dijo:
"El tema de los comandos es un trabajo de relojería."
Su acertado sentido común terminó de despejar mis dudas; Desde ese momento me convencí que los comandos requerirían mucho de mí (en lo imaginativo, conocimientos y en lo manual).
Mucho de planificación. Poco margen de error y trabajo manual en el orden de la décima del milímetro.
Estoy hablando de diseño, de llevar a la calculadora y finalmente al dibujo lo que uno tiene en la cabeza y de allí a la realidad tangible.
Cualquiera que fabrique los comandos de su aeronave en base a un plano, no tiene nada que imaginar, ni pensar, ni reflexionar, ni calcular. Solo interpreta lo que lee en los planos y lo fabrica.
Pero, como la gran mayoría siempre termina metiendo su sello personal en la construcción, alejándose en más o en menos de los planos, no les va a venir mal algunos tips que aquí transcribo. Porque si se van a meter a realizar modificaciones a los comandos, se están metiendo en un verdadero problema. Y ese problema lo van a poder resolver solo con conocimiento en varias materias.
Eh visto casos en donde no han podido encontrarle solución.
Condiciones previas para construir los comandos
Condiciones previas para construir los comandos
Los comandos no deben trabarse
No es una opción andar volando y que de repente la palanca (o volante, como es mi caso) quedara trabado sin poder moverse. No debe existir posibilidad de que los comandos se traben.
Los comandos no deben quedar "duros"
No sería para nada cómodo estar "peleando" con la palanca, como ah de pasar en algunas aeronaves construidas hoy día. Los comandos duros significa estar forzando movimientos durante todo el vuelo y bajarse del avioncioto como si se hubiera ido al gimnasio a levantar pesas. Los comandos deben ser de movimiento dócil, incluso, según normativas que he consultado, no deberían generar más allá de una fuerza de 2 Kg aproximadamente al brazo.
Deben encontrarse instaladas las trabas necesarias para limitar los movimientos de las superficies móviles.
En general se solicitan dos trabas; Una delante (en los comandos) y otra detrás (en superficie de alerones o elevador o timón). Sin embargo, si se ha instalando solo una y podemos demostrar que es realmente suficiente e inviolable, alcanza.
Las superficies móviles deben deflectar, hacia arriba y hacia abajo, la cantidad de grados que correspondan, no las que a mi se me ocurren.
¿Cómo saber cuánto es esa cantidad?...Ese es uno de los problemas que vas a enfrentar y que tendrás que resolver y es intrínseca a cada tipo de aeronave, guarda relación con la superficie de las partes móviles y con distancias al CG en el ala, superficie de ella, etc. Este problema se evita, por supuesto, siguiendo planos reconocidos. Hoy día tenemos gran ayuda de la IA la cual no existía cuando comencé la construcción hace años, la que nos puede DAR UNA IDEA (ojo con hacerle caso a ciegas, pienso en escribir una entrada respecto de mi relación con la IA respecto de la construcción aeronáutica) de la cantidad de movimiento que deberán tener las partes móviles según lo que estoy construyendo.
El arco de movimiento de la palanca hacia atrás y adelante y hacia los costados (alerones) o la distancia en la que se va a mover el volante, hacia adentro y hacia afuera o la cantidad de grados que va a girar (alerones) debe ser cómoda y coherente.
El movimiento de los mandos tiene un todo que ver con la sensibilidad del comando en cuestión; Si por ejemplo en mi palanca, moviendo apenas un centímetro de arco (de circunferencia) hacia adelante, el elevador baja 10 grados de arco, tengo un comando hiper sensible y por ende no es ni práctico ni cómodo ni adecuado.
Estas son las condiciones que se deben atender.
Pero además;
El sistema debe ser robusto, lo más sencillo posible (menos cantidad de elementos que puedan estar sujeto a falla) y liviano. O lo que más se acerque a esas características.
Si vamos a decidir por sistemas push pull que incorporan balancines, rótulas, tubos (de acero o aluminio) y bulonería, deberíamos considerar agregar también bujes o rodamientos para evitar rozamientos metal/metal que introducen mucha resistencia en el sistema y en consecuencia endurecen el comando, además terminan estropeando las piezas metálicas sometidas a fricción.
El sistema integral de los comandos del Audaz son diseño propio.
No es alarde.
Es en realidad el justificativo del porque me llevó mas de cinco años resolverlos. Contando desde el momento que comencé a imaginarlos hasta que, terminados, corroboré su correcto funcionamiento.
Por supuesto no deduje la fórmula de la relatividad ni tampoco resolví la ecuación de Navier -Stokes.
Pero tampoco es algo que pueda tomarse a la ligera, ni mucho menos.
Como corolario, para todos aquellos que están aprendiendo desde cero, les comento que en todo el sistema que requiere la instalación de roldanas y cables se debe asegurar que éste sea flexible, bien de acero galvanizado o bien de acero inoxidable (a gusto del consumidor) de 3 mm (1/8) o 2,34 (3/32) de diámetro, éste último va perfecto para aviones livianos, ahorra bastante peso y permite la fabricación de roldanas más pequeñas. Las roldanas adecuadas serán preferentemente de "micarta" construidas de acuerdo al diámetro del cable y ubicadas en los ángulos convenientes a través del recorrido de éste, cosa que el cable siempre encuentre a la roldana en el centro del surco, evitando rozamientos en los bordes de ella tal que el cable no se luda.
Si hacemos todo bien, reduciremos al mínimo las resistencias producidas por los rozamientos, de lo contrario, no solo la resistencia del sistema se maximiza, sino que además la vida del cable se reduce y las roldanas se marcan. Mas allá de todo lo dicho, hay una cuestión física ineludible:
Cuantas mas vueltas "cerradas" de el cable, mas "duro" quedará el sistema, y para mi caso esto es exactamente lo que sucede. Para "ablandarlo" sin necesidad de reducir la tensión que se requiere, necesito instalar más roldanas móviles, pero a su vez éstas me aumentan la cantidad de movimiento en el volante...y no tengo ese espacio disponible...
Asique, como siempre, soluciones de compromiso.
En cuanto al sistema "Push pull" podemos decir que lo que hay que evitar es "el juego" y el peso.
Hay que lograr que los tubos y balancines no tengan movimiento libre (lo que llamamos "juego"). Para probarlos, simplemente intento mover un balancín manteniendo trabada la palanca. Si se mueve, entonces está mal.
¿Cómo se logra evitar "el juego"?;
Trabajando con mucha precisión
Ajustando.
Pero si ajusto demasiado, el sistema se endurece y entonces resolví un problema solo para encontrarme otro irresoluto.
De allí que se debe trabajar en lo manual (fabricación de piezas) con intervalos de especificaciones en el orden de la décima del milímetro, torno mediante en muchos casos.
Y si por el contrario me percato que no es necesario ajustar el sistema, logrando así docilidad en el mismo y además no hay juego en los comandos; Puedo festejar.
Debajo, el trabajo casi casi terminado...
TIMÓN DE DIRECCIóN
TIMÓN DE DIRECCIóN
Empecemos por lo fácil...en todos los aviones casi sin excepción, se trata de un sistema simple de cables y roldanas que une al cuerno del timón de dirección con el extremo de los pedales.
Incorporamos las trabas y fin del tema. Es lo más fácil. Lo único que queda por resolver es la tensión del cable.
Observamos que conectando cada extremo del cuerno del timón con cada pedal (el cable hace el recorrido casi recto) no habrá nada que mantenga el cable tenso. Si tiro los pedales hacia mí, estos caen y el cable afloja.
Entonces hay dos modos de generar esta tensión; O bien agregando detrás de los pedales un sistema de roldanas que transfieran el movimiento entre pedales (algo por demás engorroso y poco práctico) o bien dos resortes. Uno detrás de cada pedal y conectados a éstos.
Entonces, el resorte mantiene al pedal hacia atrás (resorte de expansión) sin estar completamente comprimido, y la resistencia del resorte genera la tensión en el cable.
TIP!
cuando compren sus resortes, verifiquen que SEAN MUY DUROS tal que no puedan separarlos ni siquiera con ambas manos. Un resorte que pareciera ser de extrema dureza, resulta después demasiado blando cuando se actúan los pedales con los pies. La explicación es fácil; los cuadriceps de las piernas tienen muchísima más fuerza que los biceps del brazo. Con lo cual: El resorte tiene que ser muy duro y no se tiene que poder estirar con las manos.
ELEVADOR
ELEVADOR
Hete aquí lo que me hizo explotar el cerebro...
Cuando en un inicio opté por el bastón, no había complicaciones. Pero nunca me gustó la idea de un caño subiendo desde el piso en medio de las piernas. Me da la impresión que ensucia la cabina y complica la entrada y la salida de la misma...es solo una cuestión de gustos y siempre la miré con recelo.
Así que un día me decidí, borré mis planos con el sistema del bastón y comencé a estudiar el "volante", o "cuerno", o "yoke" o como lo quieran llamar.
Todavía tenía más requisitos:
El volante no tiene que provenir de una columna que se mueva al igual que un bastón. No me gusta esa idea porque me parece un sistema complejo de implementar y pesado, sumado a que no tengo mucho espacio en la cabina. Además no me agrada que el sistema de cadena y piñón de los alerones se mueva en conjunto con esa columna cuando se actúa el elevador. He visto que para implementar ese sistema símil Cessna 152 requiero de agarres y espacios en la cabina de los que carezco.
Como se puede apreciar, la gran mayoría de los sistemas que implementan el volante que sale del tablero por medio de un tubo que conecta a él, requiere de una columna en forma de "omega" invertida a la que se le instalan diversas roldanas, piñones etc. Al accionar los volantes, la columna se mueve como si fuera el mismo bastón y a la vez se mueven también las roldanas que trasmiten el movimiento a los alerones. Sistema descartado, no porque no sea efectivo obviamente, sino porque me parecía complejo para mis posibilidades.
Sigo buscando convencido que tendrá que haber algo más y doy con los comandos del Cessna T 50 de los cuales he quedado encantado. Es un sistema que se instala horizontal, el que puedo ubicar recostado detrás del tablero y omite la columna vertical del sistema del C172.
Algo bien distinto; un sistema que no necesita ninguna columna, y ubicado horizontalmente, aunque en el gráfico pareciera que los piñones amarillos son solidarios a los tubos que conectan con los volantes (¿Cuadrados?) con lo que al mover éstos para actuar el elevador, nuevamente se mueven todo el sistema que comanda los alerones. Voy a hacer las modificaciones para adecuarlo a mis necesidades, además de completar el diseño dado que el dibujo está, por supuesto, incompleto.
La idea ya está, pero tengo solo el 50% de en un dibujo en la net. Es un concepto, no son planos.
Voy a tener que imaginar, dibujar, calcular y deducir el otro 50%. No me caben dudas que al construirlo me voy a cruzar con situaciones que no valoré durante la etapa de estudio y diseño.
No me cabe ninguna duda y estoy listo.
Tengo que adecuar este sistema tal que, cuando actúe el elevador, no se inmute el sistema de los alerones, pero que a la vez tenga las trabas necesarias y además me permita actuar los mismos alerones, independiente y simultáneamente.
RESUELTO
En definitiva, trabajando sobre el concepto del sistema de comandos del Cessna T50, modificándolo y adaptándolo convenientemente a mis necesidades, logré mi diseño el cual no encontrarán precedente (para bien o para mal).
Posteriormente, habrá que probarlo en la práctica real del vuelo, si bien para entonces ya contará con suficientes pruebas en tierra. Pruebas de resistencia, movilidad, docilidad, etc.
Ni yo ni nadie va a arriesgarse a nada que no esté lo suficientemente probado.
De hecho, sobre mi diseño original, eh tenido que realizar diversas modificaciones dado que luego de finalizada la construcción y comenzando las pruebas de rigor, encontraba o bien un sistema demasiado duro, o bien algún tipo de resistencia esporádica que generaba un entorpecimiento al libre movimiento.
Entonces...cada vez que me sucedió, debí trabajar en descubrir la falla o el defecto y volver a empezar. Mucho aprendizaje en el medio. Pero también mucho dinero y tiempo invertido.
Me llevó unos cinco años. No miento ni exagero. Por eso digo que si está concluido. REALMENTE lo está.
Todo esto fue para que al final quedara un sistema a mi gusto, que responde a mis expectativas.
Ya sabrán que todo el empenaje del Audaz está íntegramente construido en tubos de aluminio remachado.
Aquí muestro un detalle no menor, el elevador que se extiende por delante de la línea de charnelas (bisagras) y con un lastre de determinados gramos de plomo ubicados en ese triángulo que se observa, esto ocasiona que el centro de gravedad se dirija hacia la línea de las bisagras y posteriormente genera un esfuerzo mínimo al comando.
Esta solución va en relación con la imagen que se va a observar mas abajo, en donde el agarre de los cables que trasmiten el movimiento al elevador, están instalados de tal modo que no minimizan el esfuerzo, sino que por el contrario, lo aumentan.
Logré independizar el sistema de los movimientos de los alerones respecto del sistema de los movimientos del elevador y poder actuar cada superficie móvil sin que la otra se vea afectada. A la vez, ambas pueden ser actuadas simultáneamente.
Cuando no encontré mas imágenes de los comandos del Cessna T50, ideé este sistema (imagen de arriba y de abajo) que funcionó a medias, el diseño resultó pobre dado que al probarlo una y otra y otra vez generaba una pequeña "traba" fruto de que (como dicen en la jerga de la tornería) se "cruzaban" en algún punto cuando actuaba alerones y elevador al mismo tiempo, en la máxima amplitud del recorrido y simulando esfuerzos. Gran desazón vivir esta experiencia y más aún el tener que encontrarle solución
Sistema descartado y empezar de nuevo....
Increiblemente, despues de años y de busqueda por todos los medios posibles (casi desesperados) pude dar con un grupo de restauradores de un C-T50 que subieron fotos de los comandos, ahí si pude tener verdadera idea de cómo estaban construidos, e intentar imitarlos.
En las imágenes de arriba y abajo se puede tener una idea bastante mas cabal de cómo están diseñados estos comandos y del por qué del extraño eje cuadrado, los voy a bautizar "comandos rueditas"
Ahora si, voy a fabricar mis "comandos rueditas" considerando la primer apreciación que salta a la vista observando las imágenes; La "robustez" y el tamaño de lo que se ve en la imagen es para una aeronave que pesa 2300 Kg (a peso completo). Considerando que el peso del Audaz no supera los 650 Kg, estamos hablando de tres veces y media menos. Ademas, el tamaño de las superficies móviles también es mucho mayor para el C-T50. Es obvio que no requiero construir semejante cosa. Pero si será necesario igualar el concepto del diseño, ese novedoso (al menos para mi) sistema con rueditas por donde corre un eje cuadrado...
Manos a la obra; De mis dibujos y de Marce , mi tornero amigo: Piñones para la cadena que transmite el movimiento a los alerones enroscados en un cilindro torneado. Estos piñones son fijos y cementados, deberán tener la mínima cantidad de dientes posibles, tal de minimizar el esfuerzo a las manos (minima distancia desde el centro de su eje para generar mínima inercia). El cilindro interno es solidario al piñón enroscado, obviamente. Como se ve, este cilindro también contiene un buje seleccionado por catálogo, atendiendo la carga soportada por éste la cual está sobrada para la función que cumplirá y de un alto considerable para evitar cualquier tipo de juego y para aumentar la superficie de contacto con la pieza que se ve en la imagen debajo
Tambien he fresado estas dos piezas, que como se imagianarán una de ellas irá soldada a un tubo en la cabina y la otra se enrosca por encima. Dentro, queda perfectamente "atrapado" el buje
Mi "comando rueditas" casi terminado (faltarían unos refuerzos que serán soldados posteriormente). Como se ve, se trata de un eje cuadrado que pueden moverse hacia atras y adelante a traves de las ruedas (conformadas con aluminio 7075 T6 y rodamientos insertados), de este modo actúa el elevador. Al girar el eje, éste hace tope con las dueditas y genera el giro del piñón, actuando los alerones.
ALERONES
ALERONES
Como sabemos, con el bastón o el volante, manejamos también los alerones. Ya me he pronunciado bastante acerca del sistema, por lo tanto voy a escribir el resto;
En los volantes y para un doble comando, es indispensable acudir a la solución de los piñones y la cadena...implementando los de bicicleta, obviamente. Cualquiera con un poco de sentido común podrá darse cuenta que el sistema instalado en un avión jamás va a sufrir las exigencias que padece el sistema instalado en una bicicleta, sometida a más esfuerzos y a las inclemencias del clima, la tierra, etc.
Por tanto los de bicicleta van perfecto. Solo mencionar que los piñones son los cementados, para mayor seguridad, no de chapa común.
A la cadena le incorporé un tensor náutico para facilitar el ajuste a la necesidad y para su rápida puesta o extracción. Funciona bárbaro, me encanta.
Los piñones los he enroscado en ese "cangilón" y tienen pernos que los atraviesan para que no se desenrosquen. Por medio de los cangilones pasa el eje del volante.
Cuando gira el tubo con el volante sobre su eje, por el movimiento de la cadena y los piñones unidos a los cangilones, se produce el giro en doble comando. Cuando lo traslado hacia atrás o adelante, se mueve el elevador. Que maravilla...
En la parte superior de la cadena, una chapita de aluminio a la que toman los cables de acero. Estos se trasladan por medio de roldanas hasta la guía y desde allí, por medio de tubos de aluminio con rótulas y de balancines, se transfiere el movimiento DIFERENCIAL a los alerones.
La guía sirve para que no se produzcan movimientos indeseados en otro plano que no sea el que corresponde. Eso introduce "juego" en el comando.
Las distancias de cada brazo de tubo de aluminio con rótula, se relaciona a la medida de los balancines, hay una estricta distancia entre los agujeros de los balancines donde toman las rótulas y donde se ajustan al fuselaje para su agarre. También hay relación entre todo lo anterior y los ángulos que conforman los agujeros de los balancines. Un milímetro de error ocasiona varios grados de diferencia en el movimiento del alerón.
Todo se conjuga para lograr que; Por ejemplo, girando el volante a un máximo de 45º a izquierda o derecha (ángulo que considero correcto) un alerón baje 18/20º mientras que el contrario suba unos 35º aproximadamente.
Se suma a todo esto unas chapitas con brazos de palanca que disminuyen el esfuerzo, pero aumentan la distancia del movimiento.
Hay que considerar además el diámetro de los piñones que contiene la cadena. El diámetro determinado genera que el volante gire menos o gire mas para el mismo angulo de deflexión del alerón. A la vez, un diámetro distinto genera un momento de la fuerza distinto y puede ocasionar que debamos hacer mas esfuerzo o que hagamos menos.
Por supuesto la solución ideal es calcular y relacionar todas las variables tal que mueva el volante sin esfuerzo, al ángulo máximo requerido y los alerones lo hagan también a los máximos ángulos requeridos, con un movimiento diferencial (para evitar la guiñada adversa).
Voy a enumerar las variables y sus alcances:
Diámetro del piñón
Genera mas o menos esfuerzo a mis brazos y al sistema, mas o menos movimiento de rotación en el volante (menor diámetro, menos fuerza, mas movimiento. Mayor diámetro, mas fuerza, menos movimiento)
Largo del volante
Genera mas o menos esfuerzo a mis brazos (mas corto, mas fuerza. Mas largo, menos fuerza)
Largo de los tubos
Genera mas o menos movimiento rotacional de los alerones
Distancia entre los orificios del balancín
Genera mas o menos movimiento rotacional de los alerones
Angulo de separación entre los orificios del balancín
Genera el movimiento diferencial entre los alerones, se combina y relaciona con el "brazo de palanca"
Brazo de palanca
Generan un aumento o disminución del esfuerzo a todo el sistema (brazo de palanca) generan una modificación de la dirección del movimiento de los alerones (inversión del movimiento). Generan el movimiento diferencial (traslación de movimiento rotacional a movimiento rectilíneo).
Agarre (toma) de los alerones
Es una placa (de aluminio o acero) que toma por un lado al tubo del alerón y por otro lado a una chapa que se desprende del "brazo de palanca". El largo de esta placa y su ángulo de encastre va a resultar determinante para los grados de movimiento de los alerones.
Fácil verdad?...
Imposible?
...No, para nada. Pero tenés que saber algo de física. Yo lo solucioné aplicando el dibujo técnico por medio del Cad y la calculadora. En la práctica pude comprobar que por suerte, no me equivoqué. Pero hay que ser minucioso y probar mil veces en la teoría antes de ponerse a construir.
O sino, esperá los planos del Audaz =)
Con en fuselaje cabeza abajo, se pueden ver en color metálico los tubos de aluminio con rótulas, dos de ellos toman la guía central por medio de bulones (tubos "horizontales") y del otro lado toman en el balancín de igual modo.
Los otros dos tubos (tubos "verticales") toman en el otro extremo del balancín y por el otro lado, toman el herraje "brazo de palanca" (parte trasera de la cabina)
Esta parte del sistema se la llama "push pull" en donde el movimiento se transfiere por medio de tubos, rótulas, rodamientos, etc. Cuando la guía central se mueve hacia los costados, genera el movimiento de todo el sistema. Es muy importante darle a los tubos el largo necesario y calcularlo con anterioridad para lograr el movimiento necesario en los alerones.
En la imagen central se observa el herraje detrás de la cabina tomada por el centro al fuselaje, arriba el tubo con su rótula y debajo a futuro, al alerón, como siempre, la separación entre las tomas determina los brazos de palanca y el movimiento diferencial de los alerones. A la izquierda; Los ángulos de separación entre todos los orificios al igual que la distancia entre ellos, van a ser factores determinantes (variables) que dependiendo como se hayan dispuesto, darán como resultado mayor o menor esfuerzo al sistema, mayor o menor movimiento diferencial entre alerones y mayor o menor movimiento rotacional del alerón. La flecha verde muestra la unión entre la rótula y el tubo de aluminio, por medio de una rosca, lo que permite unos milímetros de ajuste o desajuste tal de permitir un reglaje para corregir fallas constructivas. La flecha roja muestra los rodamientos axiales utilizados en la toma del balancín, permite un ajuste de éste, al tubo del techo del fuselaje sin que el sistema se endurezca. Lo que a la vez ocasiona que el balancín pueda girar con un mínimo rozamiento y no se desplace en otro plano. A la derecha, la guía que evita que el sistema se desplace en un plano indeseable.
Aquí, se puede ver toda la instalación del balancín (si, tiene otra forma distinta al mostrado arriba...no todos son éxitos a la primera!)
Atención a los rodamientos axiales ubicados por encima y por debajo. Generan libre rotación del balancín
Mas grande, no te lo puedo mostrar...Debajo de la cadena el tensor que me permite un ajuste desado, encima, la chapita de aluminio que toman los cables que a su vez dirigen el movimiento al sistema push pull.
Debajo, algunos videitos sacados con el celu, para graficar un poco todo lo dicho
Comando de alerones
Comando del elevador
Comando combinado
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