Velocidad aerodinámica indicada

La velocidad aerodinámica indicada ( IAS ) es la velocidad de una aeronave medida por su sistema pitot-estático ^{[ 1 ]} y mostrada por el indicador de velocidad aerodinámica (ASI) ^{[ 2 ]} . Esta es la referencia principal de velocidad aerodinámica para los pilotos.

Este valor no se corrige por errores de instalación, errores de instrumentación o la densidad real del aire encontrada , ^{[ 2 ]} sino que se calibra para reflejar siempre el flujo compresible adiabático de la Atmósfera Estándar Internacional a nivel del mar. ^{[ 1 ]}

Utiliza la diferencia entre la presión total y la presión estática, proporcionada por el sistema, para medir la presión dinámica de forma mecánica o electrónica . La presión dinámica incluye términos tanto para la densidad como para la velocidad aerodinámica. Dado que el indicador de velocidad aerodinámica no puede conocer la densidad, está calibrado por diseño para asumir la densidad atmosférica estándar a nivel del mar al calcular la velocidad aerodinámica. Como la densidad real variará considerablemente con respecto a este valor asumido a medida que la aeronave cambia de altitud, la velocidad aerodinámica indicada (IAS) varía considerablemente con respecto a la velocidad aerodinámica verdadera (TAS), la velocidad relativa entre la aeronave y la masa de aire circundante. La velocidad aerodinámica calibrada (CAS) es la IAS corregida por el error del instrumento y de la posición . ^{[ 3 ]}

La velocidad aerodinámica indicada de una aeronave en nudos se abrevia normalmente como KIAS, por " Knots - Indicated Air Speed" (en comparación con KCAS para velocidad aerodinámica calibrada y KTAS para velocidad aerodinámica verdadera ).

La velocidad indicada (IAS) es un valor importante para el piloto, ya que son las velocidades indicadas que se especifican en el manual de vuelo de la aeronave para valores de rendimiento tan importantes como la velocidad de pérdida . Estas velocidades, en términos de velocidad aerodinámica real, varían considerablemente según la altitud de densidad . Sin embargo, a velocidades operativas civiles típicas, la estructura aerodinámica de la aeronave responde únicamente a la presión dinámica, y la aeronave se comportará de la misma manera cuando esté a la misma presión dinámica. Dado que es esta misma presión dinámica la que impulsa el indicador de velocidad aerodinámica, una aeronave siempre entrará en pérdida, por ejemplo, a la velocidad aerodinámica indicada publicada (para la configuración actual), independientemente de la densidad, la altitud o la velocidad aerodinámica real. ^{[ 4 ]}

Además, la velocidad indicada (IAS) se especifica en algunas normativas y por el control de tráfico aéreo al dar instrucciones a los pilotos, ya que el indicador de velocidad aerodinámica muestra esa velocidad (por definición) y es la principal referencia de velocidad aerodinámica del piloto cuando opera por debajo de velocidades transónicas o supersónicas .

La velocidad aerodinámica indicada medida por el tubo Pitot se puede expresar aproximadamente mediante la siguiente ecuación derivada de la ecuación de Bernoulli .

${\displaystyle IAS\approx {\sqrt {\frac {2(p_{t}-p_{s})}{\rho (0)}}}}$

NOTA: La ecuación anterior se aplica únicamente a condiciones que pueden considerarse incompresibles. Los líquidos se consideran incompresibles en casi todas las condiciones. Los gases, bajo ciertas condiciones, pueden aproximarse como incompresibles. Véase Compresibilidad .

Los efectos de compresión pueden corregirse mediante el uso de la constante de Poisson . Esta compensación corresponde a la velocidad aerodinámica equivalente (EAS) .

${\displaystyle u={\sqrt {{\frac {2\gamma }{\gamma -1}}{\frac {p_{s}}{\rho }}\left[\left({\frac {p_{t}}{p_{s}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1\right]}}}$

dónde:

• ${\displaystyle u}$es la velocidad aerodinámica indicada en m/s,
• ${\displaystyle p_{t}}$es el estancamiento o la presión total en pascales,
• ${\displaystyle p_{s}}$es la presión estática en pascales,
• ${\displaystyle \rho (0)}$es la densidad del fluido de la atmósfera estándar en${\displaystyle kg/m^{3}}$al nivel del mar y
• ${\displaystyle \ \gamma \,}$es la relación de capacidad calorífica específica (≈1,401 para el aire ^{[ 5 ]} ).

La IAS no representa la velocidad real a través del aire, incluso cuando la aeronave se encuentra a nivel del mar bajo condiciones atmosféricas estándar internacionales (15  °C, 1013 hPa , 0 % de humedad). La IAS debe corregirse para compensar los errores conocidos de los instrumentos y la posición, a fin de mostrar la velocidad aerodinámica real bajo esas condiciones atmosféricas específicas; esta es la CAS (Velocidad Aerodinámica Calibrada). A pesar de esto, el indicador de velocidad aerodinámica principal del piloto, el ASI, muestra la IAS (por definición). La relación entre la CAS y la IAS es conocida y está documentada para cada tipo y modelo de aeronave.

El manual del piloto de la aeronave suele indicar las velocidades V críticas como IAS, las velocidades que muestra el indicador de velocidad aerodinámica. Esto se debe a que la aeronave se comporta de forma similar a la misma IAS, independientemente de la TAS: por ejemplo, un piloto que aterriza en un aeródromo cálido y a gran altitud utilizará la misma IAS para volar la aeronave a las velocidades de aproximación y aterrizaje correctas que cuando aterriza en un aeródromo frío a nivel del mar, aunque la TAS difiera considerablemente entre ambos aterrizajes.

Si bien la IAS puede utilizarse de forma fiable para monitorizar velocidades críticas muy por debajo de la velocidad del sonido, esto no ocurre a velocidades superiores. Por ejemplo: debido a que (1) la compresibilidad del aire cambia considerablemente al acercarse a la velocidad del sonido, y (2) la velocidad del sonido varía considerablemente con la temperatura y, por lo tanto, con la altitud; la velocidad máxima a la que la estructura de una aeronave es segura, la velocidad que nunca debe superarse (abreviada V _NE ), se especifica a varias altitudes diferentes en los manuales de operación de aeronaves más rápidas, como se muestra en la tabla de ejemplo a continuación.

Referencia: Notas del piloto para el motor Tempest V Sabre IIA - Ministerio del Aire AP2458C-PN

Para la navegación, es necesario convertir la velocidad indicada (IAS) a velocidad real (TAS) y/o velocidad respecto al suelo (GS) utilizando el siguiente método:

• Corregir la velocidad aerodinámica indicada (IAS) a la velocidad aerodinámica calibrada (CAS) utilizando una tabla de corrección específica para la aeronave;
• Corrija el CAS a velocidad aerodinámica verdadera (TAS) utilizando la temperatura del aire exterior (OAT) , la altitud de presión y el CAS en una computadora de vuelo E6B o una funcionalidad equivalente en la mayoría de los GPS ;
• convertir TAS a velocidad respecto al suelo (GS) teniendo en cuenta el efecto del viento .

Con la llegada de la navegación por radar Doppler y, más recientemente, de los receptores GPS , junto con otros equipos de navegación avanzados que permiten a los pilotos leer la velocidad respecto al suelo directamente, el cálculo de la velocidad aerodinámica real (TAS) en vuelo se está volviendo innecesario para los fines de las estimaciones de navegación.

TAS es el método principal para determinar el rendimiento de crucero de la aeronave en las especificaciones del fabricante, ^{[ 2 ]} comparaciones de velocidad e informes de los pilotos.

A partir de la velocidad indicada (IAS), también se pueden calcular las siguientes velocidades:

• convertir la velocidad aerodinámica sostenida (CAS) a velocidad aerodinámica equivalente (EAS) teniendo en cuenta los efectos de compresibilidad (no es necesario a baja velocidad o baja altitud); la EAS es utilizada por ingenieros aeronáuticos y algunas aeronaves que vuelan a muy gran altitud, como el U-2 y el SR-71;
• convertir EAS a velocidad aerodinámica verdadera (TAS) teniendo en cuenta las diferencias en la altitud de densidad .

En los aviones a reacción de gran tamaño, la velocidad indicada (IAS) es, con diferencia, el indicador de velocidad más importante. La mayoría de las limitaciones de velocidad de las aeronaves se basan en la IAS, ya que esta refleja fielmente la presión dinámica. La velocidad real (TAS) también suele mostrarse, pero únicamente a título informativo y generalmente no en un lugar destacado.

Los aviones de pasajeros modernos también incluyen la velocidad respecto al suelo (GS) y el medidor de Mach . La velocidad respecto al suelo indica la velocidad real de la aeronave con respecto al terreno. Generalmente, está conectada a un sistema GPS o similar. Esta velocidad sirve como ayuda para que el piloto calcule si el vuelo va a tiempo, con retraso o adelantado. No se utiliza para el despegue ni el aterrizaje, ya que la velocidad crucial para un avión en vuelo es siempre la velocidad contra el viento.

En las aeronaves subsónicas, el machímetro es un indicador de advertencia. Estas aeronaves no deben volar a una velocidad superior a un porcentaje específico de la velocidad del sonido. Por lo general, los aviones de pasajeros no superan el 85 % de la velocidad del sonido, o Mach 0,85. Las aeronaves supersónicas , como el Concorde y los cazas militares, utilizan el machímetro como principal instrumento de velocidad, salvo durante los despegues y aterrizajes.

Algunos aviones también cuentan con un indicador de velocidad de rodaje para su uso en tierra. Dado que la velocidad indicada suele comenzar entre 74 y 93 km/h (40 y 50 nudos) (en aviones de pasajeros), los pilotos pueden necesitar ayuda adicional durante el rodaje en tierra. Su rango es de aproximadamente 0 a 93 km/h (0 a 50 nudos) .