Aprende a conocer tu avión ( I )

Si nuestro avión está homologado debe tener un manual del piloto donde aparezcan todas las características de vuelo del mismo. Velocidades, límites operacionales, procedimientos, etc. Pero si el avión lo hemos construido nosotros mismos ese manual no existe, lo hemos de escribir nosotros y es valido solo para nuestro avión. El diseñador proporciona unas especificaciones pero hay que tener en cuenta que cada avión de construcción amateur es único y por tanto aunque su comportamiento no será muy diferente de lo que se espera  puede haber ligeras variaciones.

Antes de obtener el certificado de aeronavegabilidad definitivo, hemos de hacer una serie de vuelos de prueba para poder garantizar que el avión es capaz de volar de una forma segura dentro de sus límites de actuación. En lugar de limitarnos simplemente a dar vueltas en la atmósfera para cumplir el expediente podemos aprovechar ese tiempo para comenzar a escribir el manual del piloto e ir progresivamente conociendo mejor el comportamiento y el rendimiento del avión. Eso nos ayudará a planificar cada vuelo y a establecer una secuencia de vuelos que nos lleve de forma segura desde el centro a los límites de operación del avión. En el caso de aviones homologados podemos hacer pruebas para corroborar los datos que aparecen en el manual del piloto. No solo es divertido sino que nos enseñará mucho sobre el avión y sobre el vuelo en general y nos ayudará a ser disciplinados en el aire lo que nos permitirá mejorar como aviadores. En esta y en posteriores entradas veremos como hacer pruebas en vuelo para determinar algunas de las prestaciones de nuestros aviones.

Una advertencia antes de comenzar. Piloto de pruebas, quizá estas tres palabras evoquen imágenes de superhombres sentados en poderosas máquinas, con cascos relucientes y máscaras de oxígeno; gafas de sol, grandes relojes y cazadoras de cuero. Escenas en las que sólo la extraordinaria pericia y un valor más allá de lo humano marcan la diferencia entre hacer un agujero en el suelo y regresar a casa donde espera una supermujer no menos extraordinaria  pero, desde luego, mucho más atractiva y exuberante.

Si alguno de los lectores no puede apartar de su mente las imágenes del último párrafo será mejor que se dedique a otra cosa y deje los vuelos de prueba a las personas de verdad. No es cuestión de testosterona sino de cerebro. Por favor, que nadie se confunda, esto ni es ni pretende ser un manual de piloto de pruebas, simplemente es una descripción simplificada de algunos procedimientos que nos permitirán conocer mejor nuestros aviones. Vamos a hacer pruebas sencillas, sólo es necesario ser capaz de volar con una cierta precisión de manera rutinaria, mantener la concentración al 100 por 100 mientras se está en el aire y, sobre todo, ser absolutamente disciplinado. No hablamos aquí de probar prototipos revolucionarios sino de obtener o corroborar un determinado parámetro en un avión de diseño ya probado y con buenas características de manejo y estabilidad.

Evidentemente, antes de comenzar las pruebas, hay una serie de pasos que ya se han de haber dado. El centrado del avión se debe haber comprobado en todas las condiciones (con y sin combustible, con uno o dos tripulantes, con y sin equipaje, etc). Todos los sistemas han de haber sido probados (combustible, pitot-estática, sistema eléctrico, comunicaciones, topes de los mandos de vuelo, etc) y el motor debe funcionar dentro de los límites apropiados de presiones y temperaturas. Cualquier desviación de los límites debe corregirse antes de continuar con los vuelos de prueba.

En la entrada anterior sobre la curva de potencia (17 Abril 2018) vimos que la velocidad de máximo L/D sirve como punto de referencia a otras velocidades. La velocidad de mínimo descenso es 0.75 x V L/D  y la velocidad de Carson es 1.32 x V L/D. En esta entrada veremos como podemos calcular el máximo L/D y la velocidad de máximo L/D de nuestro avión mediante unas sencillas maniobras en vuelo. Recordemos que la velocidad de máximo L/D es la velocidad de máximo planeo, es decir, aquella velocidad en que la distancia horizontal recorrida para una altura determinada es mayor. Volando a V L/D podremos llegar más lejos con el combustible disponible. Es también la velocidad que mantendremos en una emergencia como una parada de motor ya que nos permitirá poder llegar más lejos lo que incrementa el número de campos aptos para un aterrizaje de emergencia a nuestro alcance.

No hacen falta equipos sofisticados, simplemente un cronómetro, un bolígrafo y un piernografo con una tabla para poder apuntar las mediciones. Una ventaja que hace esta prueba muy sencilla es el hecho de que el L/D y la velocidad de máximo L/D son prácticamente constantes a cualquier altitud. Lo mejor es hacer las pruebas a primera hora de la mañana, con atmósfera estable. De esta manera será muy fácil mantener la velocidad constante y el movimiento vertical del avión no se verá afectado por ascendencias o descendencias.

La seguridad es importante así que después de ver que todo funciona bien en el avión comprobaremos que el espacio aéreo a nuestro alrededor está libre de otros aviones, y continuaremos comprobando regularmente durante todo el vuelo. El procedimiento que seguiremos es muy simple, se trata de cortar gas, mantener una velocidad específica y medir el régimen de descenso asociado (el tiempo que tardamos en perder una altitud determinada). Esto se repite a distintas velocidades hasta poder trazar un gráfico que relacione la velocidad y el régimen de descenso, es decir, un gráfico que relacione la velocidad vertical y la velocidad horizontal. Por ejemplo:

1- Subimos a una altitud a la que nos sintamos cómodos.

2- Cortamos gas completamente.

3- Mantenemos una velocidad 10 MPH superior a la de pérdida y una vez estabilizada la velocidad cronometramos el tiempo que hace falta para perder, por ejemplo, 300 pies. Esta es una cifra arbitraria, podemos escoger otra siempre que mantengamos la misma en todas las pruebas.

4- Anotamos la velocidad y el tiempo en segundos en la tabla.

5- Repetimos los pasos 1 a 4 incrementando la velocidad 5 MPH cada vez. Como la velocidad de Máximo L/D no es muy grande no es necesario que continuemos aumentando la velocidad hasta VNE. Si nos quedamos a VNE -20 o VNE -30 MPH ya es más que suficiente. 

Para que el gráfico sea útil los dos ejes deben mostrar magnitudes en las mismas unidades. Es más conveniente convertir la velocidad vertical a las mismas unidades que la velocidad horizontal, así podremos leer directamente la velocidad de máximo L/D sin hacer más conversiones de unidades. Como hemos medido el tiempo necesario en segundos para perder 300 Pies, la velocidad vertical está en Pies/segundo. Si la velocidad horizontal la hemos medido en MPH hay que multiplicar la velocidad vertical por 0.682 para convertirla a MPH, si la hemos medido en Nudos hay que multiplicarla por 0.592 para convertirla a Nudos y si la hemos medido en Km/H por 1.098. Este gráfico servirá únicamente para el peso, la posición de flaps y tren con que hemos volado. Hay que hacer varios gráficos para diferentes pesos, posiciones de flap, etc. Así conoceremos el L/D y la velocidad de máximo L/D para cualquier condición posible de vuelo.

Una vez confeccionados todos los gráficos vemos que:

1- Si trazamos una línea recta desde el origen de coordenadas de forma que sea tangente a la curva, el punto de tangencia corresponde al máximo L/D y a la velocidad de máximo planeo. Podemos leer la velocidad de máximo planeo justo en la vertical del punto de tangencia. A esa velocidad el avión llegará más lejos para una altura determinada.

2- Si dividimos la velocidad horizontal por la velocidad vertical obtenemos el L/D del avión correspondiente a esa velocidad. En el punto de tangencia obtendremos el L/D máximo. Si la velocidad horizontal en el punto de tangencia es, por ejemplo, 75 MPH y la velocidad vertical es 5.07 MPH, entonces el L/D máximo es 75 / 5.07 = 14.79. El L/D máximo es un coeficiente adimensional, eso significa que como máximo  nuestro avión podrá avanzar 14,79 metros por cada metro que pierda de altura, o 14.79 millas por cada milla de altura, o 14.79 Km por cada Km de altura, o 14.79 millas náuticas por cada milla náutica de altura. Siempre que mantengamos 75 MPH constantes. Es muy común referirse al L/D máximo como coeficiente de planeo. Así, por ejemplo,  se dice que tal avión tiene un coeficiente de 20, o 20:1 lo que significa que por cada unidad de altura que pierde recorre 20 unidades horizontalmente.

3- El punto más alto de la curva corresponde a la velocidad de mínimo descenso, es decir, aquella en la que tardaremos más tiempo en llegar al suelo.

4- Si dividimos el peso del avión en Kg por el L/D obtenemos directamente el valor de la resistencia al avance. Es decir si el avión pesa 450 Kg y el L/D es 14.79 entonces la resistencia es 450 / 14.79 = 30.4 Kg. Para cualquier velocidad distinta de la de máximo planeo el valor de L/D disminuye y la resistencia aumenta. Volando a una velocidad tal que el L/D es 10, entonces la resistencia es 450 / 10 = 45 Kg.

5- El ángulo de descenso, es decir el ángulo por debajo del horizonte de nuestra trayectoria de vuelo corresponde al arco tangente de la velocidad vertical dividida por la velocidad horizontal. Es decir, si volamos a 75 MPH con una velocidad vertical de 5.07 MPH entonces el ángulo de descenso es  arctan (5.07 / 75) = 3.86º. Nuestra trayectoria de vuelo está 3.86º por debajo del horizonte. Para cualquier otra velocidad distinta de V L/D el ángulo de descenso es mayor. Obviamente el ángulo de descenso más bajo lo obtenemos cuando volamos a V L/D. Si el coeficiente de planeo de nuestro avión es 8:1 entonces el mínimo ángulo de descenso es arctan (1/8) = 7.12º.

En estas pruebas hemos mantenido el motor al ralentí, la hélice sigue girando y produciendo algo de empuje lo que contribuye a aumentar un poco el valor del L/D. Si el motor se para por completo, la hélice se detiene y no solo no produce ningún empuje sino que genera una cierta resistencia lo que hace que el L/D sea menor. Por tanto, en el caso de una parada de motor debemos esperar un peor rendimiento del avión comparado al rendimiento con el motor al ralentí, por un lado empeora  al desaparecer el empuje, por otro lo hace debido a la resistencia producida por la hélice detenida. Especialmente si la hélice gira por efecto del viento relativo al avanzar el avión.

El peso del avión no influye en el valor del L/D pero si en la velocidad a la que hay que volar para mantener ese L/D. Cuando el peso aumenta la velocidad de máximo planeo también lo hace. Llegaremos al mismo sitio planeando pero volaremos más rápido lo que implica que llegaremos antes. Una regla sencilla para calcular la velocidad en función del peso es aumentar  V L/D un 5% por cada 10% de incremento del peso del avión.

Para un L/D determinado, si tenemos viento en cola llegaremos más lejos que sin viento y si tenemos viento en cara no llegaremos tan lejos como sin viento. La experiencia nos permitirá estimar el efecto del viento. En una emergencia si volamos con viento en cara hemos de tener en cuenta esa disminución del alcance. Evidentemente, es mejor ser conservador a la hora de hacer las estimaciones. Más vale llegar un poco alto al lugar escogido que quedarse corto.

Por último me gustaría introducir un pequeño truco que nos ayudará a juzgar mejor nuestro rendimiento en planeo con un simple vistazo al exterior. La idea fundamental es considerar el escenario fuera del avión como si fuera un cuenco gigante con el avión situado en el centro del mismo y con el horizonte a la altura de los ojos del piloto. Si miramos directamente al horizonte lo hacemos con un ángulo de 0º, si miramos verticalmente hacia el suelo lo hacemos con un ángulo de 90º. Para cualquier otra dirección de la mirada lo hacemos con un ángulo intermedio. 

Sabiendo el coeficiente de planeo de nuestro avión podemos saber el ángulo de planeo. Imaginemos que nuestro avión tiene un planeo de 10:1, el ángulo de descenso es por tanto de 5.7º. Pues bien, si trazamos una línea imaginaria (una circunferencia con el avión en el centro) que quede 5.7º por debajo del horizonte sabremos si podemos llegar planeando a un campo determinado o no. Todo lo que quede por debajo de esta línea imaginaria a 5.7º por debajo del horizonte está a nuestro alcance. Todo lo que quede por encima no. Y eso es válido para cualquier altura a la que nos encontremos.

En próximas entradas veremos otros procedimientos para aprender a conocer nuestros aviones. Buenos y seguros vuelos.