Calculá LAS Performance de tu avión

TODO LO EXPUESTO SE BASA EN LA NORMATIVA FAR 23, PARA CERTIFICACIÓN DE AERONAVES DE CATEGORÍA TIPO.

Todo lo expuesto se basa en los cálculos preliminares de diseño. Con avión terminado, habrá que probar la realidad en vuelo y corregir.

Primero

Tenemos que conocer cual es el peso máximo con el cual podemos salir a volar en nuestro avión. Si no lo sabemos, simplemente vamos a usar como dato el peso real con el cual salimos a volar en el peor caso.

Vamos a suponer una aeronave de 350 Kg de peso en vacío, a lo que sumaremos:

• Dos personas de 90 Kg cada una: 180 Kg

• Equipaje: 10 Kg

• Combustible: 45 kg

• Lubricante y agua: 6 Kg

Total: 591 Kg. Vamos a redondear a 590 Kg = 1300 Lb (libras)

Superficie alar del avión (supuesto): 11,5 metros cuadrados = 124 ftq (pies cuadrados)

Carga alar (cociente entre el peso máximo y la superficie alar) = 10.5 Lb/ftq

Ahora veremos qué factor de carga debemos considerar, ya que podría ser menor a 3,8. La norma FAR 23 indica cómo calcularlo, pego extracto de la norma a la izquierda y cálculo a la derecha

Ahora vamos a calcular las velocidades de diseño, primero la velocidad de pérdida y la limitación que FAR 23 nos indica respecto de ella

Para calcular la velocidad de pérdida, debemos tener en claro cuál es el perfil aerodinámico del ala de nuestro avión. De otro modo es absolutamente imposible hacerlo, dado que la pérdida la ocasiona éste y es función del ángulo de ataque y el máximo coeficiente aerodinámico. Si por ejemplo tomamos un perfil común y corriente como el "Clark Y" buscamos en la web "airfoil" podemos extraer el dato con bastante facilidad observando el gráfico de "Cl Vs alpha" para el mayor nº de Reynolds que nos ofrece el programa, este es igual a 1.000.000 (en realidad necesitaríamos el gráfico para un nº R de 5.000.000 aproximadamente)

Si esto parece ser una tarea incomprensible, directamente vamos a tomar un valor de Clmax (coeficiente aerodinámico máximo) igual a 1,5. La densidad del aire a nivel del mar, para atmósfera estándar, es igual a 0,125 (si trabajamos con unidades de kilos y metros.)

Ya sabemos cual es nuestra velocidad de pérdida, corroboramos que no supera la permitida según FAR 23 pero incluso podemos observar que es un poco elevada. Probablemente debido a la escasa superficie alar, lo que genera una alta carga alar. Si tuviésemos una ala de 15 metros cuadrados (10 metros de envergadura y 1,5 metros de cuerda) la velocidad de pérdida calculada sería de 74Km/h. Exactamente 10 km/h menos!.

Como se ve, no es una buena idea acortarle las alas a un avión, la ganancia en peso es muy poca respecto del aumento de la carga alar. Vamos a necesitar mayor velocidad para mantenerlo en vuelo debido a la menor sustentación generada y aumenta considerablemente la velocidad de pérdida.

Posteriormente, la velocidad de planeo, suele encontrarse entre 1.3 a 1.5 la Vso. por tanto la velocidad de planeo para este avión rondaría los 110/125 Km/h. Por propiedad transitiva, resulta ser también un poco alta, para mi gusto. Pero continuemos con lo que ya hemos diseñado en nuestro supuesto.

Ahora veamos el extracto de la norma y la ecuación para calcular la velocidad de maniobra "Va"

La norma indica que esta velocidad "Va" no puede ser superior a la velocidad de crucero de diseño (Vc), lo que es casi una obviedad.

Pero la vamos a calcular ahora. La "Vc" velocidad de crucero de diseño, es aproximadamente la velocidad a la que nuestro avión debería trasladarse en el aire en circunstancias normales. Podríamos disminuirla un 5% aproximadamente por cuestiones de consumo, si es que tenemos margen.

Cabe aclarar que la ecuación expresada por esta traducción de la norma FAR 23 se puede aplicar siempre que se use un factor de carga igual a 3,8. Por tanto si "n" es distinto a ese valor, hay que utilizar una ecuación modificada a ésta.

En nuestro hipotético avión, el rango existente entre la "Vc" y la "Va" es de 27,5 Km/h, por lo tanto si quisiera "crucerar" más despacio, podría hacerlo a un 5% menos de la "Vc" esto sería 180 Km/h. Exactamente 100 Kts.

Como podrán observar, he trabajado con diversas unidades y es muy fácil equivocarse. Por tanto hay que ser cuidadoso. Cuando obtenemos un resultado denominado "absurdo" o "aberrante" significa que en algo nos hemos equivocado. Habrá entonces que revisar. Pero no se queden satisfechos con un resultado en donde la Vso es igual a 35 km/h o donde el factor de carga obtenido sea 2,4.

Cada vez que haya un número "factor" como el factor "33" de la ecuación de arriba, el resultado obtenido da directamente en nudos. Hay que usar unidades de libras y pies cuadrados.

Aveces tengo la posibilidad de ingresar las unidades que quiera, como lo hice en la ecuación para calcular la velocidad de pérdida, pero si utilizo libras y pies, el resultado de la velocidad será pie/segundo y esto no es igual a nudos, habrá que pasarlo a nudos (Kts) posteriormente.

Como se ve, es importante verificar las velocidades de diseño, antes de empezar la construcción. Dado que si son elevadas para el tipo de avión que pretendo construir, pues deberé bajar la carga alar. Como se puede ver, este valor está presente directa o indirectamente en todas las ecuaciones.

Calculemos ahora la velocidad de picada "Vd". Esta velocidad es la que se muestra en nuestro velocímetro como velocidad "Vne" (velocidad de nunca exceder)

Creo importante resaltar que el motor y la hélice seleccionados tienen que tener la capacidad de brindar la velocidad que mi avión necesita y no al revés.

Al revés, sería algo así como decir: "Le puse éste motor y ésta hélice y para su mínimo consumo, mi velocidad crucero es ésta..."

Todo lo indicado arriba se calcula y utiliza como cálculo preliminar de diseño para la certificación de aeronaves. Dado que nosotros no vamos a certificar nada y construimos experimentales, caben un par de aclaraciones y me permito algunas sugerencias:

• Por supuesto no es ninguna obligación el seguir los pasos expuestos para el cálculo de velocidades, cada cual podrá seguir tirando la moneda o creyendo que su avión "crucerea" a...lo que dé el motor que le ha puesto, sin ningún problema.

• Los gráficos de ráfagas y maniobras son confeccionados y utilizados para dimensionar los largueros de las alas. Así que no son tan "retóricos" que digamos. Si en la práctica, mis velocidades resultan ser muy distintas que las calculadas previamente, entonces el gráfico es otro. Y por propiedad transitiva, los largueros también.

• Si uno se percata de que ha estado "crucereando" mucho mas lento de lo que debiera (he visto fichas de aviones donde se indica una velocidad crucero de 128 Km/h cuando habiendo calculado la velocidad de maniobra, ésta es mayor al valor indicado) debería tener precaución de ciertas maniobras, dado que ese avión va a entrar en pérdida antes de alcanzar las 3,8G. Fundamentalmente en virajes en planeo a baja velocidad y con presencia de ráfagas.