Las cualidades de vuelo son uno de los tres regímenes principales en la ciencia de las pruebas de vuelo , que también incluye rendimiento y sistemas. [1] Las cualidades de vuelo implican el estudio y evaluación de las características de estabilidad y control de una aeronave. Tienen una influencia crítica en la seguridad del vuelo y en la facilidad de controlar un avión en vuelo constante y en maniobras.
Relación con la estabilidad
Para comprender la disciplina de las cualidades de vuelo, se debe comprender el concepto de estabilidad. La estabilidad se puede definir solo cuando el vehículo está en compensación; es decir, no hay fuerzas o momentos desequilibrados que actúen sobre el vehículo para hacer que se desvíe del vuelo estable. Si existe esta condición, y si el vehículo se perturba, la estabilidad se refiere a la tendencia del vehículo a volver a la condición de recortado. Si el vehículo tiende inicialmente a volver a una condición recortada, se dice que es estáticamente estable. Si continúa acercándose a la condición recortada sin sobrepasar, el movimiento se llama hundimiento. Si el movimiento hace que el vehículo sobrepase la condición de compensación, puede oscilar hacia adelante y hacia atrás. Si esta oscilación se atenúa, el movimiento se denomina oscilación amortiguada y se dice que el vehículo es dinámicamente estable. Por otro lado, si el movimiento aumenta en amplitud, se dice que el vehículo es dinámicamente inestable.
La teoría de la estabilidad de los aviones fue desarrollada por GH Bryan en Inglaterra en 1904. Esta teoría es esencialmente equivalente a la teoría que se enseña a los estudiantes aeronáuticos de hoy y fue un logro intelectual notable considerando que en el momento en que Bryan desarrolló la teoría, ni siquiera había escuché del primer vuelo de los hermanos Wright. Debido a la complicación de la teoría y los tediosos cálculos requeridos en su uso, los diseñadores de aviones rara vez la aplicaron. Obviamente, para volar con éxito, los aviones sin piloto tenían que ser dinámicamente estables. El avión volado por los hermanos Wright, y la mayoría de los aviones que volaron a partir de entonces, no eran estables, pero por prueba y error, los diseñadores desarrollaron algunos aviones que tenían cualidades de vuelo satisfactorias. Sin embargo, muchos otros aviones tenían malas cualidades de vuelo, lo que a veces provocaba accidentes.
Las cualidades de manejo son aquellas características de un vehículo de vuelo que gobiernan la facilidad y precisión con la que un piloto es capaz de realizar una tarea de vuelo. [2] Esto incluye la interfaz hombre-máquina. La forma en que los factores particulares del vehículo afectan las cualidades de vuelo se ha estudiado en las aeronaves durante décadas, [3] y se han desarrollado estándares de referencia para las cualidades de vuelo tanto de aeronaves de ala fija [4] como de aeronaves de alas giratorias [5] y se ahora en uso común. Estos estándares definen un subconjunto del espacio de diseño de dinámica y control que proporciona buenas cualidades de manejo para un tipo de vehículo y tarea de vuelo determinados.
Desarrollo historico
Bryan demostró que las características de estabilidad de los aviones se pueden separar en grupos longitudinales y laterales con los movimientos correspondientes llamados modos de movimiento. Estos modos de movimiento eran aperiódicos, lo que significa que el avión se acerca o diverge constantemente de una condición de compensación, u oscilatorios, lo que significa que el avión oscila alrededor de la condición de compensación. Se demostró que los modos longitudinales de un avión estáticamente estable después de una perturbación consisten en una oscilación de período largo llamada oscilación fugoide , generalmente con un período en segundos de aproximadamente un cuarto de la velocidad del aire en millas por hora y una oscilación de período corto con un período de sólo unos segundos. El movimiento lateral tenía tres modos de movimiento: un modo aperiódico llamado modo espiral que podría ser una divergencia o hundimiento, un modo aperiódico muy amortiguado llamado hundimiento de balanceo y una oscilación de período corto, generalmente mal amortiguada, llamada modo de balance holandés. .
Algunos de los primeros diseñadores de aviones intentaron fabricar aviones que fueran dinámicamente estables, pero se descubrió que los requisitos de estabilidad entraban en conflicto con los de unas cualidades de vuelo satisfactorias. Mientras tanto, no se disponía de información para orientar al diseñador en cuanto a qué características deberían incorporarse para proporcionar cualidades de vuelo satisfactorias.
En la década de 1930, había una sensación generalizada de que los aviones deberían ser dinámicamente estables, pero algunos ingenieros aeronáuticos estaban comenzando a reconocer el conflicto entre los requisitos de estabilidad y las cualidades de vuelo. Para resolver esta cuestión, Edward Warner, que trabajaba como consultor de Douglas Aircraft Company en el diseño del DC-4, un gran avión de transporte de cuatro motores, hizo el primer esfuerzo en los Estados Unidos para redactar un conjunto de requisitos. para cualidades de vuelo satisfactorias. El Dr. Warner, miembro del comité principal de la NACA , también solicitó que se hiciera un estudio de vuelo para determinar las cualidades de vuelo de un avión de acuerdo con los requisitos sugeridos. Este estudio fue realizado por Hartley A. Soulé de Langley. Titulado Investigación preliminar de las cualidades de vuelo de los aviones , el informe de Soulé mostró varias áreas en las que los requisitos sugeridos necesitaban revisión y mostró la necesidad de más investigación sobre otros tipos de aviones. [6] Como resultado, Robert R. Gilruth inició un programa con Melvin N. Gough como piloto principal de pruebas.
Evaluación de cualidades de vuelo
La técnica para el estudio de los requisitos de calidad de vuelo utilizada por Gilruth fue primero instalar instrumentos para registrar cantidades relevantes como posiciones y fuerzas de control, velocidades angulares del avión, aceleraciones lineales, velocidad aerodinámica y altitud. Luego, un piloto de pruebas experimentado voló un programa de condiciones de vuelo y maniobras específicas. Después del vuelo, se transcribieron los datos de los registros y los resultados se correlacionaron con la opinión del piloto. Este enfoque se consideraría rutinario hoy en día, pero fue una contribución original notable de Gilruth que aprovechó los instrumentos de registro de vuelo ya disponibles en Langley y la variedad de aviones disponibles para pruebas en condiciones comparables.
Una cantidad importante en las mediciones de las cualidades de vuelo en giros o dominadas es la variación de la fuerza de control en la palanca de control o en la rueda con el valor de la aceleración normal a la dirección de vuelo expresada en unidades g. Esta cantidad generalmente se llama fuerza por g.
Relación con la nave espacial
Una nueva generación de naves espaciales que la NASA está desarrollando ahora para reemplazar el transbordador espacial y devolver a los astronautas a la Luna tendrá una capacidad de control manual para varias tareas de la misión, y la facilidad y precisión con la que los pilotos pueden ejecutar estas tareas tendrá un efecto importante en desempeño, riesgo de misión y costos de capacitación. Actualmente no existen estándares de referencia para las cualidades de vuelo de las naves espaciales pilotadas.
Ver también
Referencias
- ^ Hamel, Peter (2017). Simuladores en vuelo y demostradores Fly-by-Wire / Light: un recuento histórico de la investigación aeronáutica internacional . https://www.springer.com/gp/book/9783319539966 : Springer. pag. 2. ISBN 978-3-319-53996-6.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
- ^ Cooper, GE y Harper, RP, "El uso de la habilitación de piloto en la evaluación de las cualidades de manejo de aeronaves", NASA TN D-5153, abril de 1969
- ^ Gilruth, RR, "Requisitos para las cualidades de vuelo satisfactorias de los aviones", NACA TR 755, 1943
- ^ "Estándar militar, cualidades de vuelo de aviones piloteados", MIL-STD-1797, marzo de 1987.
- ^ Estándar de diseño aeronáutico, especificación de rendimiento: requisitos de calidad de manejo para helicópteros militares ”, ADS-33, mayo de 1996
- ^ Malcolm J. Abzug, E. Eugene Larrabee (2002). Estabilidad y control de aviones: una historia de las tecnologías que hicieron posible la aviación . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-0-521-80992-4.Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
enlaces externos
- William Hewitt Phillips. "Cualidades de vuelo" . Viaje en investigación aeronáutica: una carrera en el Centro de investigación Langley de la NASA . Consultado el 31 de julio de 2010 .
- Estabilidad y control de aviones por Malcolm L. Abzug
- Stengel RF: dinámica de vuelo . Prensa de la Universidad de Princeton 2004, ISBN 0-691-11407-2 .