cualidades de vuelo

Las cualidades de vuelo o de manejo son características de una aeronave que miden o describen la facilidad y precisión con que un piloto puede controlarla en vuelo, así como la respuesta de la aeronave a las acciones del piloto. Entre estos atributos se encuentran los grados y las formas en que la aeronave es estable en vuelo.

Las cualidades de vuelo de las aeronaves se evalúan mediante pruebas de vuelo , junto con otros atributos: el rendimiento (capacidades) y los sistemas de la aeronave. ^{[ 1 ]}

La estabilidad se define cuando la aeronave está en equilibrio; es decir, no hay fuerzas ni momentos desequilibrados que actúen sobre ella y la desvíen del vuelo estable . Si la aeronave se ve perturbada, la estabilidad se refiere a su tendencia a regresar a la condición de equilibrio. Si la aeronave tiende inicialmente a regresar a la condición de equilibrio, se dice que es estáticamente estable. Si continúa aproximándose a la condición de equilibrio sin sobrepasarla, el movimiento se denomina subsidencia. Si el movimiento provoca que la aeronave sobrepase la condición de equilibrio, puede oscilar. Si esta oscilación se amortigua, el movimiento se denomina oscilación amortiguada y se dice que la aeronave es dinámicamente estable. Por otro lado, si la amplitud del movimiento aumenta, se dice que la aeronave es dinámicamente inestable.

La teoría estándar de estabilidad de los aviones fue desarrollada por G. H. Bryan en 1904. En aquel entonces, Bryan desconocía el primer vuelo de los hermanos Wright . Debido a la complejidad de la teoría y a los tediosos cálculos necesarios para su aplicación, rara vez fue utilizada por los diseñadores de aviones. Los aviones no tripulados debían ser dinámicamente estables para volar con éxito. El avión de 1903, pilotado por los hermanos Wright , no era intrínsecamente estable, sino que se basaba en la dependencia de la bicicleta del control del piloto. En los primeros años de la aviación, los diseñadores desarrollaron algunos aviones con cualidades de vuelo satisfactorias. Muchos otros presentaban malas cualidades de vuelo, lo que en ocasiones provocaba accidentes.

Las cualidades de manejo son aquellas características de un vehículo aéreo que determinan la facilidad y precisión con la que un piloto puede realizar una tarea de vuelo. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Esto incluye la interfaz hombre-máquina. La forma en que factores específicos del vehículo afectan las cualidades de vuelo se ha estudiado en aeronaves durante décadas, ^{[ 4 ]} y se han desarrollado estándares de referencia para las cualidades de vuelo tanto de aeronaves de ala fija ^{[ 5 ]} como de aeronaves de ala rotatoria ^{[ 6 ]} que ahora son de 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 una tarea de vuelo determinados.

Bryan demostró que las características de estabilidad de los aviones podían separarse en grupos longitudinales y laterales, con los movimientos correspondientes denominados modos de movimiento. Estos modos de movimiento eran aperiódicos, lo que significa que el avión se aproxima o diverge de forma constante de una condición de equilibrio, u oscilatorios, lo que significa que el avión oscila alrededor de la condición de equilibrio. Se demostró que los modos longitudinales de un avión estáticamente estable tras una perturbación consistían en una oscilación de largo período denominada oscilación fugoide , generalmente con un período en segundos de aproximadamente un cuarto de la velocidad aerodinámica en millas por hora, y una oscilación de corto período con un período de tan solo unos segundos. El movimiento lateral tenía tres modos de movimiento: un modo aperiódico denominado modo espiral, que podía ser una divergencia o una subsidencia; un modo aperiódico fuertemente amortiguado denominado subsidencia de balanceo; y una oscilación de corto período, generalmente poco amortiguada, denominada modo de balanceo holandés .

Algunos de los primeros diseñadores de aviones intentaron crear aeronaves dinámicamente estables, pero se descubrió que los requisitos de estabilidad entraban en conflicto con los de unas cualidades de vuelo satisfactorias. Mientras tanto, no existía información que guiara al diseñador sobre qué características debían incorporarse para lograr dichas cualidades.

En la década de 1930, existía la opinión generalizada de que los aviones debían ser dinámicamente estables, pero algunos ingenieros aeronáuticos comenzaban a reconocer el conflicto entre los requisitos de estabilidad y las cualidades de vuelo. Para resolver esta cuestión, Edward Warner , consultor de la Douglas Aircraft Company en el diseño del DC-4 , un gran avión de transporte cuatrimotor, realizó el primer intento en Estados Unidos de redactar un conjunto de requisitos para unas cualidades de vuelo satisfactorias. El Dr. Warner, miembro del comité principal de la NACA , también solicitó un estudio de vuelo para determinar las cualidades de vuelo de un avión según los requisitos propuestos. Este estudio fue llevado a cabo por Hartley A. Soulé de Langley. El informe de Soulé, Investigación preliminar de las cualidades de vuelo de los aviones , mostró varias áreas en las que los requisitos propuestos necesitaban revisión y la necesidad de investigar más sobre otros tipos de aviones. ^{[ 7 ]} Como resultado, Robert R. Gilruth inició un programa con Melvin N. Gough como piloto de pruebas jefe.

La técnica empleada por Gilruth para el estudio de los requisitos de las cualidades de vuelo consistía, en primer lugar, en instalar instrumentos para registrar magnitudes relevantes como la posición y la fuerza de los controles, las velocidades angulares, las aceleraciones lineales, la velocidad aerodinámica y la altitud. A continuación, un piloto de pruebas experimentado realizaba un programa de vuelo con condiciones y maniobras específicas. Tras el vuelo, se transcribían los datos de los registros y se correlacionaban los resultados con la opinión del piloto. Si bien este método se consideraría rutinario hoy en día, fue una notable contribución original de Gilruth, que aprovechó los instrumentos de registro de vuelo ya disponibles en Langley y la variedad de aviones disponibles para realizar pruebas en condiciones comparables.

Una magnitud importante en las mediciones de las cualidades de vuelo durante los giros o ascensos es la variación de la fuerza de control aplicada a la palanca o al volante con respecto a la aceleración normal a la dirección de vuelo, expresada en unidades g. Esta magnitud se suele denominar fuerza por g.

Una nueva generación de naves espaciales, actualmente en desarrollo por la NASA para reemplazar el Transbordador Espacial y llevar astronautas de regreso a la Luna, contará con capacidad de control manual para diversas tareas de la misión. La facilidad y precisión con la que los pilotos puedan ejecutar estas tareas influirán significativamente en el rendimiento, el riesgo de la misión y los costos de entrenamiento. Actualmente no existen estándares de referencia para las características de vuelo de las naves espaciales tripuladas.

• Prueba de vuelo
• Escala de calificación de Cooper-Harper
• oscilación inducida por el piloto
• Estabilidad estática longitudinal
• Envolvente de vuelo

• William Hewitt Phillips. "Cualidades de vuelo, capítulo 4" (PDF) . Trayectoria en la investigación aeronáutica: una carrera en el Centro de Investigación Langley de la NASA . Consultado el 31 de julio de 2010 .Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
• Estabilidad y control de aviones por Malcolm L. Abzug
• Stengel RF: Dinámica de vuelo . Princeton University Press 2004, ISBN 0-691-11407-2.