La presente investigación está enfocada a aviones de aeromodelismo de ala fija, donde se tratará sobre los 5 módulos de aeronáutica; donde podremos estudiarlos desde la aerodinámica, las estructuras aeronáuticas, los sistemas de control en aeronaves, la aviónica y los materiales de aviación.
- Aerodinámica
Partiremos principalmente de conocer que La Aeronáutica es una disciplina cuyo ámbito es el estudio, diseño y manufactura de aparatos mecánicos capaces de elevarse en vuelo, así como el conjunto de las técnicas que permiten el control de aeronaves. La aeronáutica también engloba la aerodinámica, que estudia el movimiento y el comportamiento del aire cuando un objeto se desplaza en su interior, como sucede con los aviones. Estas dos ramas son parte de la ciencia física.
Debemos tomar en cuenta muchos elementos para el desarrollo de prototipos de aeromodelismo, entre ellos está el perfil alar o simplemente perfil del avión, que es la forma plana que se encuentra en los laterales que ayuda a desplazarse a través del aire que está en su alrededor produciendo una distribución de presión que provocará la sustentación, el cual es uno de los elementos más importantes en el diseño de superficies sustentadoras como son las alas o de otros cuerpos como las hélices.
Según el propósito que se persiga en el diseño, los perfiles pueden ser más finos o gruesos, curvos o poligonales, simétricos o no, e incluso el perfil puede ir variando a lo largo del ala.
Las características geométricas de un perfil tienen un gran impacto en sus características aerodinámico. Estas se pueden listar de la siguiente forma:
1. Radio de borde de taque: Define la forma de borde de ataque y es un valor que influye de forma importante en la pérdida. Debe ser tangente tanto al intradós como al extradós. Su longitud se mide en % del valor de la cuerda, oscilando entre valores:
Muy pequeños (Próximos a 0). Genera un borde de ataque bastante agudo (afilado), que se puede causar el desprendimiento temprano de la capa límite.
2% de la cuerda.- Generalmente un borde de ataque más obtuso (achatado).
2. Cuerda (chord).-Corresponde a la línea recta que une el borde de ataque y el borde de salida.
3. Líneas de curvatura media (meancamber line).- Es una línea equidistante entre el extradós y el intradós. Si está cae por encima de la cuerda, se dice que el perfil, pose curvatura positiva. Si ésta cae por encima y también por debajo de la cuerda, se dice que el perfil posee una doble curvatura.
4. Curvatura máxima.- Corresponde a la distancia máxima entre la línea de curvatura media y de la cuerda.
5. Espesor.- El espesor es un segmento trazado desde un punto referencial del perfil.
6. Espesor máximo.-Corresponde a la longitud máxima posible del espesor de un perfil de superficies.
Por otra parte, los aviones pueden tener un número diferente de alas:
- Monoplano.-Un ala puede estar montada a diferente altura relativas al fuselaje:
- (ala baja, ala media, Ala alta)
- Biplano.- Dos alas de tamaño parecido una sobre otra.
- Sesquiplano.-Una ala sobre otra.
- Triplano.-Tres alas una sobre otra.
- Quadroplano.- Cuatro alas.
- Multiplano.- Muchas alas.
Así mismo, se puede clasificar en;
- Según forma:
- Asimétricos (con curvatura)
- Simétricos
- Según sus características:
- De flujo laminar (perfiles diseñados para maximizar el porcentaje de flujo laminar en la capa límite)
- De alta sustentación (perfiles con coeficientes de sustentación comparativamente altos)
- Autoestables (perfiles diseñados para generar un momento angular neutro o aproximadamente neutro)
- Supercríticos (están optimizados para disminuir al mínimo la amplitud de las ondas de choque generadas por el ala a velocidades transónicas)
- STOL (short take off and landing = Despegue y aterrizaje cortos, cuentan con slats (una porción del borde de ataque que se despliega para redirigir el aire hacia la superficie superior del ala) por lo general fijos, y flaps por lo general colocados debajo del borde de salida, como alas aparte con una cuerda de una fracción de la del ala principal. Esto resulta en un ángulo de pérdida drásticamente mayor que el de un perfil común, y por consiguiente en una velocidad de pérdida drásticamente menor en las aeronaves que los utilizan)
- Según orientación del diseño hacia un rango de velocidades de operación:
- Subsónicos
- Transónicos
- Supersónicos
- Estructuras aeronáuticas
El fuselaje es uno de los elementos estructurales principales de un avión; en su interior se sitúan la cabina de mando, la cabina de pasajeros y las bodegas de carga, además de diversos sistemas y equipos que sirven para dirigir el avión. También sirve como estructura central a la cual se acoplan las demás partes del avión, como las alas, el grupo moto-propulsor o el tren de aterrizaje. Existen distintos tipos de fuselajes estos son:
- Fuselaje reticulados o recubiertos no resistentes: este tipo de estructuras fue la primera que se empleó en la construcción de aeronaves.
- Fuselaje monocasco: es una estructura o recubrimiento resistente, este colabora con el resto para proporcionar resistencia al conjunto.
- Fuselaje monocasco reforzado: se refuerza el recubrimiento con anillos verticales, las cuadernas.
- Fuselaje semimonocasco: Estructuras formadas por un revestimiento y esfuerzos transversales y longitudinales que hacen posible soportar los esfuerzos de comprensión, flexión y torsión sin rallos del revestimiento.
Dentro de la estructura, también podemos encontrar el empenaje, que es la parte del avión donde suelen estar situados el estabilizador horizontal (encargado de controlar el picado del avión) y estabilizador vertical (encargado de controlar la guiñida del avión usando el timón).
El estabilizador horizontal, también llamado plano de profundidad, es semejante a un ala pequeña que se sitúa en la cola de aerodinos y aerostatos. El estabilizador vertical, también llamado deriva, está situado en la cola del aerodino o aerostato. De la misma forma que el estabilizador horizontal, se divide en una parte fija, la deriva misma, y una parte articulada, el timón de dirección. Este último asegura el movimiento de la guiñada aunque, a veces y en función de los modelos, es la deriva entera la que está articulada sobre la cola del aerodino o aerostato, realizando completamente de este modo el movimiento de guiñada.
Entre el empenaje se encuentra 5 tipos:
- Empenaje en T: Requiere una construcción de una cierta complejidad, dado que está anclado en el más superior de la debida.
- Empenaje de cola doble: Sin duda la más manióbrale, ofreciendo excelentes cualidades de control a altos ángulos de ataque.
- Empenaje de triple fail: El mejor ejemplo de esta configuración ellokheed constellation. Fue hecho para dar al aeroplano área máxima de estabilizador vertical.
- Empenaje en V: Está formada por dos semi-estabilizadores formando un ángulo, que desempeña a la vez la función de deriva y de estabilizador. Esta configuraron se utilizó sobre todo en veleros debido a su sencillez y ligereza.
- Empenaje en cruz: Según su posición en el avión puede ser de posición baja o media.
Por otra parte, el tren de aterrizaje es la parte de cualquier aeronave encargada de absorber la energía cinética producida por el contacto entre la aeronave y la pista durante la fase de aterrizaje y despegue. La función del amortiguador del tren de aterrizaje es reducida la velocidad vertical del avión a cero, otra de las finalidades es permitir al guion que se desplace sobre tierra, tanta carrera de despeje, aterrizaje y de trasladarse de un lugar a otro.
Los trenes de aterrizaje de los aviones pueden ser clasificados en:
- Trenes fijos: son los que, durante el vuelo se encuentran permanentemente expuestos a la corriente de aire. Se usan solamente en aviones relativamente pequeños, de baja velocidad donde el aumento de peso por la instalación de un sistema de retracción influirá desfavorablemente sobre el peso total y la ganancia en velocidad no mejoraría mucho las prestaciones.
- Trenes retráctiles: son los que no están expuestos al aire sino que están escondidos en la parte estructural del avión. El piloto desde la cabina de mando con una palanca hace posible que el tren de aterrizaje pueda contraerse escondiéndose en el interior de la aeronave, así cuando el avión tiene que aterrizar el piloto con la misma palanca hace posible que el tren de aterrizaje baje y así la aeronave pueda aterrizar.
- Sistemas de control en aeronaves
Los alerones es una parte del avión más importantes ya que estos tienen el trabajo de dar inclinación en el momento de dar un giro o cambiar de dirección. Se encuentran en las partes traseras de las alas, en el cual los movimientos que pueden realizarse hacia arriba o hacia abajo los cuales son manipulados por el piloto moviendo la palanca o el timón.
Mientras tanto el timón de profundidad es la superficie estabilizadora que se encuentra habitualmente en la parte trasera de un avión que se encarga de controlar la orientación de la nave cambiando el cabeceo y el ángulo de ataque de las alas. Sintetizando su función es hacer que el avión ascienda o descienda.
El ala trasera en la que se encuentran adheridos los timones de profundidad, crea una presión descendente contrarrestando el desequilibrio en el que el centro de gravedad de la aeronave no se encuentra justo en el centro de presión resultante. De este modo un timón de profundidad aumenta o disminuye la fuerza descendente que se crea en la parte trasera del ala.
En una aeronave, el timón direccional es una superficie de control de la guiñada, del mismo modo que el timón de profundidad (habitualmente dispuesto en la estructura horizontal de la cola, aunque pueden estar dispuestos de forma independiente, denominándose en ese caso estabilizador horizontal) y los alerones (dispuestos en las alas), que controlan respectivamente los movimientos de cabeceo y de alabeo.
- Aviónica
Un servomotor es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en dicha posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento suele ser de menos de una vuelta completa. Los servos de modelismo se utilizan frecuentemente en sistemas de radiocontrol y en robótica, pero su uso no está limitado a estos.
Motor eléctrico en aeromodelismo la idea es determinar que combinación de hélice, motor y betería debemos montar para que nuestro avión vuele como queremos. Funciona como un sistema de propulsión
La superficie de control de vuelo de la aeronave son dispositivos aerodinámicos que permiten a un piloto ajustar y controlar la actitud de vuelo de la aeronave.
Los modelos radiocontrolados (RC) usan una emisora o radio manejada desde tierra por el piloto, y un receptor dentro de la aeronave que controla una serie de servos que transmiten mediante un mecanismo de varillas o similar movimiento a las distintas superficies de control del aeromodelo como pueden ser los alerones, flaps, aerofrenos, timón y profundidad. De esta manera, se controla su vuelo.
Se controlan así los ángulos de guiñada, el cabeceo y el alabeo. En los modelos dotados con motor, si se trata de un motor de explosión, otro servo controla el acelerador, si se trata de un motor eléctrico se hace uso de un variador dando más o menos velocidad al motor. Se pueden colocar tantos servos en el avión como el tamaño del modelo y la capacidad de la emisora de radio lo permita.
- Materiales de aviación
Dentro de los diversos materiales de aeromodelismo podemos encontrar los siguientes:
- Maderas: Es uno de los materiales indispensable en aeromodelismo, precisamente por su ligereza muy fácil de trabajar y se conseguir con ella las formas más variadas. Se vende en tiendas de aeromodelismo, por ser de importación es el material más caro que utilizaremos.
- Metales: Aluminio- Quizás el más empleado por su ligereza y fácil de manejar.
- Papeles: Se utiliza papel especial de mucha fibra que se adapta a las formas curvas y al ser impregnado con agua, acetona o barnices tensores, quedan tirantes dando rigidez a las estructuras de los modelos.
- Telas: para modelos de concurso se utilizan telas finas como seda y nylon, que admiten el barnizado para ser tensadas.
- Plásticos: En la actualidad, lo más utilizado son los plásticos termo-retráctil, se pegan fácilmente a la madera pasando por encima una plancha no muy caliente y se tensa aplicando un calentador de aire para el pelo. Se comercializa en distintos colores, con lo que se evita pintarlo dándole un acabado perfecto.
- Pegamentos: Cola blanca o resistol líquido,- (la que usan los niños en los colegios para sus manualidades), para las uniones de balsa, chopo, pino, etc.
- Pegamento rápido de dos componentes: que por su resistencia aplicaremos en las uniones de haya con contrachapado, en definitiva en aquellos lugares que soportaran mayores tensiones como bancadas de motor, trenes de aterrizaje, patines de cola, etc.
- Las herramientas básicas que necesitaremos son: Limas, aparatos de sujetar, pinzas y partillo.
- Pinturas: Para tensar el entelado de las alas y acabado del aeromodelo, usaremos barnices y pinturas que existen en el mercado de muy poco peso, resistente y sobre todo flexible, hay que tener en cuenta que el aeromodelo está sujeto a torsiones y con unos barnices y pinturas rígidas, saltarían.
En la presente investigación se pudo observar todas las características que involucra el desarrollo de un prototipo de aeromodelismo, y que debe ser de conocimiento básico para su realización y entendimiento.
Escuadrón Vector 