La dinámica de vuelo es el estudio del rendimiento, la estabilidad y el control de los vehículos que vuelan por el aire o en el espacio exterior . [1] Se preocupa por cómo las fuerzas que actúan sobre el vehículo determinan su velocidad y actitud con respecto al tiempo.
Para un avión de ala fija , su orientación cambiante con respecto al flujo de aire local está representada por dos ángulos críticos, el ángulo de ataque del ala ("alfa") y el ángulo de ataque de la cola vertical, conocido como deslizamiento lateral. ángulo ("beta"). Se producirá un ángulo de deslizamiento lateral si una aeronave se inclina sobre su centro de gravedad y si la aeronave se desliza corporalmente, es decir, el centro de gravedad se mueve hacia los lados. [2] Estos ángulos son importantes porque son la principal fuente de cambios en las fuerzas y momentos aerodinámicos aplicados a la aeronave.
La dinámica de vuelo de las naves espaciales implica tres fuerzas principales: propulsora (motor de cohete), gravitacional y resistencia atmosférica. [3] La fuerza propulsora y la resistencia atmosférica tienen una influencia significativamente menor sobre una nave espacial dada en comparación con las fuerzas gravitacionales.
Aeronave
La dinámica de vuelo es la ciencia de la orientación y el control de los vehículos aéreos en tres dimensiones. Los parámetros críticos de la dinámica de vuelo son los ángulos de rotación con respecto a los tres ejes principales de la aeronave alrededor de su centro de gravedad , conocidos como balanceo , cabeceo y guiñada .
Los ingenieros de aeronaves desarrollan sistemas de control para la orientación ( actitud ) de un vehículo con respecto a su centro de gravedad . Los sistemas de control incluyen actuadores, que ejercen fuerzas en varias direcciones y generan fuerzas o momentos de rotación alrededor del centro de gravedad de la aeronave y, por lo tanto, hacen girar la aeronave en cabeceo, balanceo o guiñada. Por ejemplo, un momento de cabeceo es una fuerza vertical aplicada a una distancia hacia adelante o atrás del centro de gravedad de la aeronave , lo que hace que la aeronave se incline hacia arriba o hacia abajo.
Balanceo, cabeceo y guiñada se refieren, en este contexto, a rotaciones sobre los respectivos ejes partiendo de un estado de equilibrio definido. El ángulo de balance de equilibrio se conoce como nivel de alas o ángulo de inclinación cero, equivalente a un ángulo de escora nivelado en un barco. La guiñada se conoce como "rumbo".
Un avión de ala fija aumenta o disminuye la sustentación generada por las alas cuando se inclina hacia arriba o hacia abajo al aumentar o disminuir el ángulo de ataque (AOA). El ángulo de alabeo también se conoce como ángulo de alabeo en un avión de ala fija, que generalmente se “inclina” para cambiar la dirección horizontal del vuelo. Un avión está aerodinámico desde el morro hasta la cola para reducir el arrastre, lo que hace que sea ventajoso mantener el ángulo de deslizamiento lateral cerca de cero, aunque los aviones se "deslizan lateralmente" deliberadamente cuando aterrizan con viento cruzado, como se explica en deslizamiento (aerodinámica) .
Naves espaciales y satélites
Las fuerzas que actúan sobre los vehículos espaciales son de tres tipos: fuerza propulsora (generalmente proporcionada por el empuje del motor del vehículo); fuerza gravitacional ejercida por la Tierra y otros cuerpos celestes; y sustentación y arrastre aerodinámico (cuando vuela en la atmósfera de la Tierra u otro cuerpo, como Marte o Venus). La actitud del vehículo debe controlarse durante el vuelo atmosférico propulsado debido a su efecto sobre las fuerzas aerodinámicas y propulsoras. [3] Existen otras razones, no relacionadas con la dinámica de vuelo, para controlar la actitud del vehículo en un vuelo sin motor (por ejemplo, control térmico, generación de energía solar, comunicaciones u observación astronómica).
La dinámica de vuelo de las naves espaciales difiere de la de las aeronaves en que las fuerzas aerodinámicas tienen un efecto muy pequeño o muy pequeño durante la mayor parte del vuelo del vehículo y no se pueden utilizar para el control de actitud durante ese tiempo. Además, la mayor parte del tiempo de vuelo de una nave espacial generalmente no se alimenta, dejando a la gravedad como la fuerza dominante.
Ver también
- Aerodinámica : rama de la dinámica que se ocupa del estudio del movimiento del aire.
- Sistema de control de vuelo de aeronaves : cómo se controlan las aeronaves
- Aeronave de ala fija : aeronave más pesada que el aire con alas fijas que generan sustentación aerodinámica en el flujo de aire causada por la velocidad del aire
- Superficies de control de vuelo : superficie que permite al piloto ajustar y controlar la actitud de vuelo de una aeronave
- Dinámica de vuelo (aeronaves de ala fija) : ciencia de la orientación y el control de los vehículos aéreos en tres dimensiones
- Marco móvil
Referencias
- ^ Stengel, Robert F. (2010), Resumen del curso Aircraft Flight Dynamics (MAE 331) , obtenido el 16 de noviembre de 2011
- ^ Flightwise - Volumen 2 - Estabilidad y control de aeronaves, Chris Carpenter 1997, Airlife Publishing Ltd., ISBN 1 85310870 7 , p.145
- ^ a b Dependiendo de la distribución de masa del vehículo, los efectos de la fuerza gravitacional también pueden verse afectados por la actitud (y viceversa), pero en mucha menor medida.