En la primera entrada de esta serie vimos como conocer el rendimiento en planeo de nuestro avión mediante unos sencillos vuelos de prueba en los que cronometrábamos el tiempo necesario para perder cierta altitud a diferentes velocidades. En esta ocasión haremos algo similar pero en lugar de ir hacia abajo iremos hacia arriba para conocer el rendimiento en ascenso. Conseguiremos averiguar Vx, Vy y el régimen de ascenso asociado a estas velocidades. Estos vuelos son algo más complejos que la vez anterior y nos van a llevar más tiempo tanto en el aire como en tierra organizando los datos y haciendo cálculos. Pero que no cunda el pánico, no necesitamos ser superpilotos y no hacen falta matemáticas más allá de lo básico.
El rendimiento en trepada del avión, a diferencia del rendimiento en planeo, depende de la altitud a la que volemos. Para ser más precisos, depende de la altitud de densidad. Como vimos en la entrada sobre la altitud de densidad, cuando esta aumenta el rendimiento del avión disminuye, además también disminuye el rendimiento del motor-hélice. Los dos efectos combinados hacen que la trepada del avión sea menor a medida que vamos ganando altura. Esto significa que hemos de repetir los vuelos para obtener datos a diferentes altitudes significativas del rango de altitudes a las que nuestro avión puede volar.
Otro de los parámetros que influyen en la trepada es el peso, cuanto más peso peor rendimiento y viceversa. Por tanto, hemos de hacer los vuelos con el avión cargado en los extremos del rango de pesos posible. En un avión deportivo biplaza que es lo que vuelan la inmensa mayoría de los lectores de este blog, el rango de pesos va desde avión con piloto más pasajero, lleno de combustible y algo de equipaje a avión con solo piloto, poco combustible y sin equipaje.
La idea fundamental es simple, consiste en cronometrar el tiempo necesario para ganar una cierta altitud (por ejemplo 600 pies) con el motor a fondo a diferentes velocidades, diferentes altitudes y diferentes pesos. Eso implica una gran cantidad de ascensos y descensos. Cuantas más altitudes, velocidades y pesos probemos mayor será la precisión de los resultados. Si no vamos a volar nunca por encima de, por ejemplo, 8000 pies podemos escoger hacer las pruebas a 2000, 4000, 6000 y 8000 pies aunque las altitudes exactas no son importantes. Por otro lado, como vamos a medir el rendimiento en ascenso, el rango de velocidades irá desde un poco menos de la Vx que intuimos tiene nuestro avión hasta un poco más de Vy con incrementos de, por ejemplo, 5 unidades. No conocemos Vx y Vy (eso es lo que pretendemos averiguar) pero podemos hacernos una idea por comparación con otros modelos de avión similares. No es necesario que probemos desde la pérdida a la Vne. Y respecto al peso, pues lo que hemos dicho antes, un escenario es avión con piloto y pasajero, lleno de combustible y algo de equipaje para simular el peso máximo y otro escenario es avión con sólo piloto, poco combustible y sin equipaje para simular el peso mínimo. En el escenario de peso máximo el pasajero nos puede ayudar mucho vigilando el exterior del avión, iniciando y parando el cronómetro o anotando las mediciones.
El equipamiento que utilizaremos es simple, basta un anemómetro, altímetro, cronómetro, termómetro de temperatura exterior (puede ser uno de esos termómetros digitales que se venden en tiendas de automoción) y un piernografo con una tabla impresa para apuntar los datos (la tabla a continuación es un ejemplo). Además añadiremos prudencia y sentido común.
Como vamos a volar en ascenso con el morro alto por encima del horizonte tendremos poca visibilidad hacia delante. Habrá que ser especialmente cuidadosos en escudriñar el cielo por delante en busca de otros aviones antes de comenzar y en seguir escudriñando durante el ascenso. Como siempre, haremos las pruebas a primera hora de la mañana con atmósfera estable y buena visibilidad. Las turbulencias no nos ayudan a mantener constante la velocidad, además los movimientos verticales del aire falsearan los resultados. Si hay viento, lo mejor es volar de forma perpendicular al mismo. Nosotros estaremos descansados y sin ningún tipo de preocupación que nos impida concentrarnos al 100%. Vamos a estar ascendiendo con motor a fondo y descendiendo para volver a ascender de nuevo. Esto puede hacer que el motor se caliente y se enfríe rápidamente por lo que tendremos que vigilar las temperaturas. Si estas suben demasiado, podemos esperar a que bajen o podemos probar a velocidades mayores que garanticen una mejor refrigeración del motor.
Como vamos a volar en ascenso con el morro alto por encima del horizonte tendremos poca visibilidad hacia delante. Habrá que ser especialmente cuidadosos en escudriñar el cielo por delante en busca de otros aviones antes de comenzar y en seguir escudriñando durante el ascenso. Como siempre, haremos las pruebas a primera hora de la mañana con atmósfera estable y buena visibilidad. Las turbulencias no nos ayudan a mantener constante la velocidad, además los movimientos verticales del aire falsearan los resultados. Si hay viento, lo mejor es volar de forma perpendicular al mismo. Nosotros estaremos descansados y sin ningún tipo de preocupación que nos impida concentrarnos al 100%. Vamos a estar ascendiendo con motor a fondo y descendiendo para volver a ascender de nuevo. Esto puede hacer que el motor se caliente y se enfríe rápidamente por lo que tendremos que vigilar las temperaturas. Si estas suben demasiado, podemos esperar a que bajen o podemos probar a velocidades mayores que garanticen una mejor refrigeración del motor.
Bien, vámonos a la atmósfera. Una vez despeguemos iremos a la zona donde haremos las mediciones. Escogeremos un lugar con una orografía lo más plana posible para evitar turbulencias, ascendencias y descendencias que complicarían las cosas y podrían hacer inútiles los datos. Esta zona debe estar alejada de aeródromos, zonas de tráfico de aviones o zonas densamente pobladas. Una vez sobre el área escogida chequearemos que todo está correcto en el avión y el motor y nos aseguraremos de que estamos solos en la atmósfera. Imaginemos que en este vuelo queremos medir el rendimiento a 2000 pies con peso mínimo. Mediremos pues el tiempo necesario para ascender 600 pies desde 1700 pies a 2300 pies (2000 pies es justo el centro de estos 600 pies de diferencia entre la altitud inicial y la final de la medición). El procedimiento puede ser el siguiente:
1- Calar el altímetro a 1013,25. De esta manera obtenemos la altitud de presión que junto a la temperatura exterior nos permitirá obtener la altitud de densidad. Todos los vuelos los haremos en referencia a altitudes de presión aunque posteriormente en tierra relacionaremos los resultados de las pruebas con la altitud de densidad que es el parámetro importante. Anotaremos en la casilla correspondiente de la tabla la velocidad a la que vamos a hacer la prueba.
2- Volar por debajo de la altitud de inicio de la medición (en este caso 1700 pies) a una altitud que nos permita lograr que cuando pasemos por 1700 pies el avión esté estabilizado a la velocidad deseada. Eso dependerá de nuestra habilidad como piloto. Supongamos que necesitamos 300 pies para estabilizar completamente el avión. Iniciaremos pues a 1400 pies. Volaremos el avión a la velocidad a la que queremos hacer la medición y acto seguido daremos gas a fondo y levantaremos el morro lo necesario para trepar con gas a fondo a la velocidad seleccionada. Trimaremos el avión como sea necesario. Cuando lleguemos a 1700 pies y con el avión estabilizado iniciaremos el cronómetro. Mantendremos la trepada a velocidad constante y al llegar a la altitud de fin de medición (en este caso 2300 pies) pararemos el cronómetro y reduciremos gas, estabilizaremos el avión manteniendo la altitud y anotaremos en la tabla el tiempo en segundos. Comprobaremos las temperaturas y presiones del motor y descenderemos hasta la altitud inicial, en este caso 1400 pies.
3- En el descenso observaremos la temperatura exterior cuando estemos a 2000 pies (la altitud a la que queremos tomar datos) y la anotaremos en la tabla. También resetearemos el cronómetro y volveremos a escudriñar el cielo en busca de otros aviones. Si el motor se calentó durante el ascenso esperaremos un poco hasta que se enfríe lo suficiente.
4- Repetiremos los pasos 1 a 3 para cada velocidad que queramos probar, desde un poco menos de Vx a un poco más de Vy.
Repetiremos los pasos 1 a 4 a 4000, 6000 y 8000 pies. Cuando midamos el rendimiento a 4000 pies, estabilizaremos el avión a 3400 pies, iniciaremos el cronómetro a 3700 pies y lo pararemos a 4300 pies. Y así sucesivamente hasta que tengamos datos para todas las altitudes. Y por último volveremos a repetir todo el proceso de nuevo pero esta vez volando acompañado y con el depósito completamente lleno. A medida que vayamos repitiendo el procedimiento lo iremos haciendo cada vez mejor, es buena idea practicar un poco antes de comenzar las mediciones reales. La práctica hace al maestro.
Como veis eso es bastante tiempo en el aire. No es necesario que hagamos todas las mediciones el mismo día. Hace falta cierta concentración y precisión para hacer todo esto correctamente y eso es más agotador de lo que parece. Lo ideal es medir una altitud (máximo dos) y peso por sesión. De esta forma, la variación de peso debida al consumo de combustible será pequeña y no influirá en los datos (a medida que consumimos combustible el peso disminuye y los resultados tenderán a ser excesivamente optimistas). Si medimos una altitud y peso por día, hemos de volar un mínimo de 8 días y eso son muchos ascensos y descensos y muchas mediciones. Como el resultado final va a depender de la altitud de densidad, podemos hacer los vuelos a lo largo de varios días.
Una vez hayamos recopilado todos los datos necesarios se acabó el glamour. Hemos de quitarnos el equipo de piloto y ponernos los manguitos de contable. Ahora se trata de analizar los números, trabajar con ellos y dibujar las gráficas que nos dirán como se comporta nuestro avión en ascenso. Esto es un poco menos fascinante pero también es importante.
En la tabla de ejemplo anterior habremos ido apuntando la velocidad de la prueba, el tiempo necesario para subir 600 pies y la temperatura exterior. El resto de datos los tenemos que calcular ahora. En primer lugar calcularemos la altitud de densidad y la TAS. Podemos usar un calculador online, por ejemplo
Como estamos usando altitud de presión en la casilla Altimeter Setting hemos de escribir 1013.25 y seleccionar hectopascales (Milibares). Una vez introducidos los datos, debajo obtenemos la TAS y la altitud de densidad.
A continuación calcularemos el régimen de ascenso. Hemos recorrido 600 pies verticalmente y hemos anotado el tiempo en segundos. Sabemos que Velocidad = Espacio/Tiempo, es decir,
Régimen de ascenso = 600 pies / tiempo en segundos
Para obtener el resultado en Pies/minuto multiplicamos el resultado por 60 (1 minuto son 60 segundos). No usamos el variómetro porque no tiene precisión suficiente para conseguir resultados consistentes en todas las pruebas.
Y por último podemos calcular el ángulo de ascenso. No es estrictamente necesario que lo hagamos pero nos puede ayudar a detectar incoherencias en las mediciones. El ángulo de ascenso es el Arco tangente del Régimen de ascenso/TAS
Angulo de ascenso = Arctan (Régimen de ascenso / TAS)
Donde Régimen de ascenso y TAS están en las mismas unidades. Lo más práctico es convertir la TAS a pies/minuto. Una vez más, podemos recurrir a un calculador online para las conversiones, por ejemplo
Ya tenemos todos los cálculos. Con estos números dibujaremos unas gráficas que nos ayudaran a conocer el comportamiento del avión con un simple vistazo. La primera gráfica que dibujaremos nos relaciona la velocidad con el régimen de ascenso para una altitud y peso determinados. Dibujaremos una serie de puntos cuya coordenada X es la velocidad a la que hemos hecho la medición y cuya coordenada Y es el régimen de ascenso que hemos medido para esa velocidad. A continuación dibujaremos una curva que pase por todos los puntos (o que pase lo más cerca posible de todos los puntos).
Todo este proceso lo volveremos a repetir para el otro escenario de peso al que hemos hecho mediciones. Así tendremos información fiable sobre el rendimiento del avión a diferentes altitudes, diferentes velocidades y diferentes pesos.
Para finalizar, decir que salvo que necesitemos ganar la máxima altura posible en poco espacio (despegue de un campo con obstáculos al final de la pista con ascenso posterior a Vx) o necesitemos ganar altura en el menor tiempo posible (después de salvar los obstáculos al final de la pista volando a Vy para alejarnos lo más rápido posible del suelo por si nos surge alguna emergencia) normalmente ascenderemos a la velocidad de ascenso en crucero Vcc. Esta velocidad es un buen compromiso ya que nos permite ascender a más velocidad lo que mejora la refrigeración del motor y con el morro no muy por encima del horizonte lo que nos da mayor visibilidad hacia delante. Podemos aproximar Vcc sumando a Vy la diferencia entre Vy y Vx. Es decir, si Vy es 70MPH y VX es 55MPH entonces Vcc es 70 + (70-55)= 85MPH. Vcc disminuye aproximadamente un 1% por cada 1000 pies de altitud.
Ha sido un proceso largo en el que hemos volado varios días, hemos hecho unos cuantos cálculos y hemos dibujado un puñado de gráficas. En ese tiempo habremos mejorado nuestra técnica de vuelo, la precisión en el control del avión y si llegamos hasta el final, nuestra autodisciplina. Como dije antes, la práctica hace al maestro. Esto nos dará la suficiente perspectiva como para saber de primera mano que el capítulo de prestaciones de los manuales de vuelo no aparece tras un conjuro de magia, es el resultado de unos procedimientos relativamente sencillos y accesibles a cualquier aviador con un cierto interés por conocer. Quiero insistir en que el marco de referencia en que nos movemos es el caso de aviones homologados o de kits de diseño probado, fuera de este marco, cuando hablamos de diseños nuevos o de modificación de diseños existentes, aún hay que demostrar la estabilidad, el comportamiento en pérdida/barrena o la integridad estructural del aparato y eso exige la presencia de profesionales. Tanto si estamos escribiendo el manual de vuelo de nuestro flamante avión de construcción amateur como si simplemente queremos cotejar los datos del manual de nuestro avión homologado, no hay que caer en el error de creer que somos mejores de lo que somos y no hay que asumir ningún riesgo. Somos aviadores interesados en conocer en profundidad nuestros aviones, no somos pilotos de prueba profesionales ni volamos para rescatar náufragos o apagar incendios. Ningún gráfico merece arriesgar el avión o nuestra seguridad. Sólo nos iremos a la atmósfera cuando el avión esté listo, nosotros estemos listos y sepamos perfectamente que es lo que vamos a hacer y como lo vamos a hacer. La prudencia y el sentido común son muy buenos compañeros de vuelo. Y no olvidemos nunca que un buen piloto siempre está aprendiendo.
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