Velocidad aerodinámica

Velocidad de un avión en relación con el aire circundante.

Un indicador de velocidad aérea es un instrumento de vuelo que muestra la velocidad aérea. Este indicador de velocidad aérea tiene marcas estandarizadas para un avión multimotor .

Los aviones tienen tubos pitot para medir la velocidad del aire.

En aviación , la velocidad del aire es la velocidad de un avión en relación con el aire por el que vuela (que a su vez generalmente se mueve con respecto al suelo debido al viento). Es difícil medir la velocidad exacta de la aeronave (velocidad verdadera), pero otras medidas de velocidad, como la velocidad indicada y el número de Mach, brindan información útil sobre las capacidades y limitaciones del desempeño del avión. Las medidas comunes de velocidad aérea son: ^[1]

• Velocidad indicada (IAS), lo que se lee en un velocímetro conectado a un sistema pitot-estático .
• Velocidad aérea calibrada (CAS), velocidad indicada ajustada para la posición del sistema Pitot y el error de instalación.
• La verdadera velocidad aérea (TAS) es la velocidad real a la que el avión se mueve en el aire. Junto con los vientos de altura, se utiliza para la navegación.
• La velocidad aérea equivalente (EAS) es la relación verdadera entre la velocidad aérea multiplicada por la densidad de la raíz. Es una forma útil de calcular cargas aerodinámicas y el rendimiento del avión a bajas velocidades cuando el flujo puede considerarse incompresible.
• El número de Mach es una medida de qué tan rápido vuela el avión en relación con la velocidad del sonido.

La medición e indicación de la velocidad del aire se realiza normalmente a bordo de una aeronave mediante un indicador de velocidad del aire (ASI) conectado a un sistema pitot estático . El sistema Pitot estático comprende una o más sondas (o tubos) de Pitot orientadas al flujo de aire entrante para medir la presión de Pitot (también llamada presión de estancamiento , total o presión de ariete) y uno o más puertos estáticos para medir la presión estática en el aire. fluir. El ASI compara estas dos presiones para dar una lectura IAS. Los indicadores de velocidad del aire están diseñados para proporcionar la velocidad real del aire a presión al nivel del mar y temperatura estándar . A medida que el avión asciende hacia un aire menos denso, su velocidad real es mayor que la velocidad indicada en el ASI.

La velocidad aérea calibrada suele estar dentro de unos pocos nudos de la velocidad aérea indicada, mientras que la velocidad aérea equivalente disminuye ligeramente con respecto al CAS a medida que aumenta la altitud de la aeronave o a altas velocidades.

Unidades

La velocidad del aire se expresa comúnmente en nudos (kn). Desde 2010, la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) recomienda utilizar kilómetros por hora (km/h) para la velocidad del aire (y metros por segundo para la velocidad del viento en las pistas), pero permite utilizar el estándar de facto de los nudos, y no tiene fecha fijada. sobre cuándo parar. ^[2]

Dependiendo del país de fabricación o de la época de la historia de la aviación, los indicadores de velocidad del aire en los paneles de instrumentos de los aviones se han configurado para leer en nudos, kilómetros por hora o millas por hora. ^[3] En vuelos a gran altitud, el número de Mach se utiliza a veces para informar la velocidad del aire.

Velocidad indicada

La velocidad indicada (IAS) es la lectura del indicador de velocidad aérea (ASIR) sin corregir por instrumentos, posición y otros errores. De las definiciones actuales de EASA: Velocidad indicada significa la velocidad de una aeronave como se muestra en su indicador de velocidad estática pitot calibrado para reflejar el flujo compresible adiabático de la atmósfera estándar al nivel del mar sin corregir los errores del sistema de velocidad. ^[4]

Un indicador de velocidad del aire es un manómetro diferencial con la lectura de presión expresada en unidades de velocidad, en lugar de presión. La velocidad del aire se deriva de la diferencia entre la presión de aire del tubo de Pitot, o presión de estancamiento , y la presión estática . El tubo pitot se monta mirando hacia adelante; La presión estática se detecta frecuentemente en puertos estáticos en uno o ambos lados de la aeronave. En ocasiones ambas fuentes de presión se combinan en una sola sonda, un tubo pitot-estático . La medición de la presión estática está sujeta a errores debido a la imposibilidad de colocar los puertos estáticos en posiciones donde la presión es verdadera presión estática en todas las velocidades y actitudes. La corrección de este error es la corrección de error de posición (PEC) y varía según las diferentes aeronaves y velocidades. Son comunes errores adicionales del 10% o más si el avión vuela en un vuelo "descoordinado".

Usos de la velocidad indicada

La velocidad indicada es una mejor medida de la potencia requerida y la sustentación disponible que la velocidad real. Por tanto, el IAS se utiliza para controlar la aeronave durante el rodaje, el despegue, el ascenso, el descenso, la aproximación o el aterrizaje. Las velocidades objetivo para la mejor velocidad de ascenso, el mejor alcance y la mejor resistencia se dan en términos de velocidad indicada. El límite estructural de la velocidad del aire, más allá del cual las fuerzas sobre los paneles pueden llegar a ser demasiado altas o puede ocurrir el aleteo de las alas, a menudo se expresa en términos de IAS.

Velocidad aérea calibrada

La velocidad del aire calibrada (CAS) es la velocidad del aire indicada corregida por errores del instrumento, error de posición (debido a una presión incorrecta en el puerto estático) y errores de instalación.

Los valores calibrados de velocidad aérea inferiores a la velocidad del sonido al nivel del mar estándar (661,4788 nudos) se calculan de la siguiente manera:

${\displaystyle V_{c}=a_{0}{\sqrt {{\bigg (}{\frac {2}{\gamma -1}}{\bigg )}{\Bigg [}{\bigg (}{\frac {q_{c}}{p_{0}}}+1{\bigg )}^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1{\Bigg ]}}}}$Posición negativa y corrección de errores de instalación.

dónde

${\displaystyle V_{c}\,}$es la velocidad aérea calibrada,

${\displaystyle a_{0}\,}$es la velocidad del sonido al nivel estándar del mar

${\displaystyle \gamma \,}$es la relación de calores específicos (1,4 para el aire)

${\displaystyle q_{c}\,}$es la presión de impacto , la diferencia entre la presión total y la presión estática

${\displaystyle p_{0}\,}$es la presión estática del aire al nivel estándar del mar

Esta expresión se basa en la forma de la ecuación de Bernoulli aplicable al flujo compresible isentrópico. CAS es la misma que la velocidad real del aire en condiciones estándar al nivel del mar, pero se vuelve más pequeña en relación con la velocidad real del aire a medida que ascendemos hacia una presión más baja y un aire más frío. Sin embargo, sigue siendo una buena medida de las fuerzas que actúan sobre el avión, lo que significa que las velocidades de pérdida se pueden indicar en el indicador de velocidad. Los valores para y son consistentes con la ISA , es decir, las condiciones bajo las cuales se calibran los indicadores de velocidad aérea. ${\displaystyle p_{0}}$ ${\displaystyle a_{0}}$

verdadera velocidad aérea

La velocidad aérea verdadera ( TAS ; también KTAS , para nudos de velocidad aérea verdadera ) de un avión es la velocidad del avión en relación con el aire en el que vuela. La velocidad real y el rumbo de un avión constituyen su velocidad en relación con la atmósfera.

Usos de la velocidad aérea verdadera

La velocidad real del aire es información importante para la navegación precisa de una aeronave. Para mantener la trayectoria terrestre deseada mientras se vuela en una masa de aire en movimiento, el piloto de una aeronave debe utilizar el conocimiento de la velocidad del viento, la dirección del viento y la velocidad real del aire para determinar el rumbo requerido. Ver triángulo de viento .

TAS es la velocidad apropiada a utilizar al calcular el alcance de un avión. Es la velocidad que normalmente figura en el plan de vuelo, también utilizada en la planificación de vuelos , antes de considerar los efectos del viento.

Medición de la velocidad real del aire.

Un indicador mecánico de velocidad aérea para un avión, que muestra IAS en nudos (escala interior sobre fondo negro) y millas por hora (escala exterior sobre fondo negro). El piloto ajusta la altitud de presión y la temperatura del aire en la ventana superior usando la perilla; la aguja indica la velocidad real del aire en la ventana inferior izquierda (fondo blanco).

La velocidad real se calcula a partir de la velocidad aérea calibrada de la siguiente manera ^[1]

${\displaystyle V=V_{c}{\sqrt {\theta {\frac {(1+q_{c}/p)^{(\gamma -1)/\gamma }-1}{(1+q_{c}/p_{0})^{(\gamma -1)/\gamma }-1}}}}}$

dónde

${\displaystyle V\,}$es la verdadera velocidad del aire

${\displaystyle \theta \,}$es la relación de temperatura, es decir, la temperatura local respecto a la temperatura estándar al nivel del mar, ${\displaystyle T/T_{0}}$

Algunos indicadores de velocidad del aire incluyen una escala TAS, que se establece ingresando la temperatura del aire exterior y la altitud de presión. Alternativamente, el TAS se puede calcular usando una calculadora de vuelo E6B o equivalente, dadas las entradas de CAS, la temperatura del aire exterior (OAT) y la altitud de presión.

Velocidad aérea equivalente

La velocidad aérea equivalente (EAS) se define como la velocidad aérea al nivel del mar en la atmósfera estándar internacional a la que la presión dinámica (incompresible) es la misma que la presión dinámica a la velocidad aérea verdadera (TAS) y la altitud a la que vuela la aeronave. Es decir, está definido por la ecuación

${\displaystyle {\frac {1}{2}}\rho _{0}{V_{e}}^{2}={\frac {1}{2}}\rho V^{2}}$

dónde

${\displaystyle V_{e}\,}$es la velocidad aérea equivalente

${\displaystyle V\,}$es la verdadera velocidad del aire

${\displaystyle \rho \,}$es la densidad del aire a la altitud a la que vuela actualmente la aeronave;

${\displaystyle \rho _{0}\,}$es la densidad del aire al nivel del mar en la atmósfera estándar internacional (1,225 kg/m ³ o 0,00237 slug/ft ³ ).

Dicho de otra manera, ^[5]

${\displaystyle V_{e}\equiv V{\sqrt {\sigma }}}$

dónde

${\displaystyle \sigma }$es la relación de densidad, es decir ${\displaystyle {\frac {\rho }{\rho _{0}}}}$

Usos de la velocidad aérea equivalente

EAS es una medida de la velocidad del aire que es función de la presión dinámica incompresible. El análisis estructural suele realizarse en términos de presión dinámica incompresible, por lo que la velocidad del aire equivalente es una velocidad útil para las pruebas estructurales. La importancia de la velocidad aérea equivalente es que, con números de Mach por debajo del inicio de la resistencia de las olas, todas las fuerzas y momentos aerodinámicos en una aeronave son proporcionales al cuadrado de la velocidad aérea equivalente. Por lo tanto, el manejo y la "sensación" de una aeronave, y las cargas aerodinámicas sobre ella, a una velocidad aérea equivalente dada, son casi constantes e iguales a las del nivel del mar estándar, independientemente de las condiciones reales de vuelo.

A la presión estándar al nivel del mar, CAS y EAS son iguales. Hasta aproximadamente 200 nudos CAS y 10.000 pies (3.000 m), la diferencia es insignificante, pero a velocidades y altitudes más altas, CAS difiere de EAS debido a la compresibilidad.

Número de Mach

El número de Mach se define como ${\displaystyle M}$

${\displaystyle M={\frac {V}{a}}}$

dónde

${\displaystyle V\,}$es la verdadera velocidad del aire

${\displaystyle a\,}$es la velocidad local del sonido

Tanto el número de Mach como la velocidad del sonido se pueden calcular utilizando mediciones de la presión de impacto , la presión estática y la temperatura del aire exterior .

Usos del número de Mach

Para los aviones que vuelan cerca de la velocidad del sonido, pero por debajo de ella (es decir, la mayoría de los aviones civiles), el límite de velocidad de compresibilidad se da en términos de número de Mach. Más allá de esta velocidad, puede producirse un golpe de Mach, una pérdida o un retroceso.

Ver también

• Recomendaciones de la OACI sobre el uso del Sistema Internacional de Unidades
• Siglas y abreviaturas en aviónica.
• Instrumentos de vuelo
• Pista de velocidad
• Velocidad de maniobra
• V velocidades

Referencias

1. McCormick, Barnes (1995). Aerodinámica Aeronáutica y Mecánica de Vuelo (Segunda ed.). John Wiley e hijos. págs. 38–39. ISBN 0-471-57506-2.
2. Organización de Aviación Civil Internacional - Normas y prácticas recomendadas internacionales - Unidades de medida que se utilizarán en operaciones aéreas y terrestres - Anexo 5 del Convenio sobre Aviación Civil Internacional
3. Manual del técnico de mantenimiento de aviación: fuselaje. Universidad Purdue: Administración Federal de Aviación / Suministros y Académicos de Aviación, Incorporados. 2012. pág. G-2. ISBN 978-1-56027-950-1. Consultado el 2 de diciembre de 2023 . Esta presión diferencial se muestra en unidades de millas por hora, nudos o kilómetros por hora.
4. "Definiciones y abreviaturas utilizadas en Especificaciones de Certificación de productos, repuestos y electrodomésticos" (PDF) . AESA. 5 de noviembre de 2003.
5. Aiken, William (septiembre de 1946). "Nomenclatura estándar para velocidades aéreas con tablas y gráficos para su uso en el cálculo de la velocidad aérea" (PDF) . Comité Asesor Nacional de Aeronáutica . NACA TN 1120.

Bibliografía

• Glauert H. (1947). "2". Los elementos de la teoría del perfil aerodinámico y del tornillo aerodinámico . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 9781139241953.
• William Gracey (mayo de 1980). Medición de la velocidad y altitud de las aeronaves (PDF) . NASA.
• Familiarizarse con el rendimiento de los aviones (PDF) . Soporte de operaciones de vuelo y asistencia de línea. Servicio de atención al cliente de Airbus. Enero de 2002.

enlaces externos

• Kevin Brown. "Velocidades aéreas verdaderas, equivalentes y calibradas". Páginas de matemáticas .

Calculadoras

• Dan Israel Malta. "Aplicación de Malta". Calculadora Aeronáutica y Atmosférica, aplicaciones para windows y android.
• Luis Monteiro. "Altimetría". Las calculadoras factorizan la compresibilidad, el calentamiento por fricción y otras variables.
• Luis Monteiro. "Viento y tiempo - Velocidad - Distancia". Tenga en cuenta los cambios en la densidad del combustible debido a la temperatura.
• Baruch Kantor. "Calculadora atmosférica". Dinámica de vuelo de NewByte.