Un avión ( en inglés norteamericano ) o aeroplano ( en inglés británico ), informalmente avión , es una aeronave de ala fija que se impulsa hacia adelante mediante el empuje de un motor a reacción , una hélice o un motor de cohete . Los aviones vienen en una variedad de tamaños, formas y configuraciones de alas . El amplio espectro de usos de los aviones incluye la recreación , el transporte de bienes y personas, el ejército y la investigación . En todo el mundo, la aviación comercial transporta más de cuatro mil millones de pasajeros anualmente en aviones de pasajeros [1] y transporta más de 200 mil millones de toneladas - kilómetros [2] de carga anualmente, lo que representa menos del 1% del movimiento de carga del mundo. [3] La mayoría de los aviones son pilotados por un piloto a bordo de la aeronave, pero algunos están diseñados para ser controlados de forma remota o por computadora , como los drones.
Los hermanos Wright inventaron y volaron el primer avión en 1903, reconocido como "el primer vuelo propulsado sostenido y controlado con un avión más pesado que el aire". [4] Se basaron en los trabajos de George Cayley que databan de 1799, cuando expuso el concepto del avión moderno (y más tarde construyó y voló modelos y planeadores de transporte de pasajeros exitosos ) [5] y el trabajo del pionero alemán de la aviación humana Otto Lilienthal , quien, entre 1867 y 1896, también estudió el vuelo con aviones más pesados que el aire. Los intentos de vuelo de Lilienthal en 1891 se consideran el comienzo del vuelo humano. [6] Después de su uso limitado en la Primera Guerra Mundial , la tecnología aeronáutica continuó desarrollándose. Los aviones estuvieron presentes en todas las batallas principales de la Segunda Guerra Mundial . El primer avión a reacción fue el alemán Heinkel He 178 en 1939. El primer avión de pasajeros a reacción , el de Havilland Comet , se introdujo en 1952. El Boeing 707 , el primer avión a reacción comercial de gran éxito, estuvo en servicio comercial durante más de 60 años, desde 1958 hasta 2019. [7]
La palabra avión , al igual que aeroplane , se atestiguó por primera vez en inglés a fines del siglo XIX (antes del primer vuelo propulsado sostenido) y deriva del francés aéroplane , que a su vez proviene del griego ἀήρ ( aēr ), "aire" [8] y del latín planus , "nivel", [9] o del griego πλάνος ( planos ), "errante". [10] [11] " Aéroplane " originalmente se refería solo al ala, ya que es un avión que se mueve por el aire. [12] En un ejemplo de sinécdoque , la palabra para el ala pasó a referirse a todo el avión.
En Estados Unidos y Canadá, el término "avión" se utiliza para aeronaves de ala fija con motor. En el Reino Unido, Irlanda y la mayor parte de la Commonwealth, el término "aeroplane" ( /ˈɛərəp l eɪn / [ 12 ] ) se aplica generalmente a estas aeronaves.
Muchas historias de la antigüedad involucran el vuelo, como la leyenda griega de Ícaro y Dédalo , y el Vimana en las antiguas epopeyas indias . Alrededor del año 400 a. C. en Grecia , Arquitas tenía fama de haber diseñado y construido el primer dispositivo volador artificial autopropulsado, un modelo con forma de pájaro propulsado por un chorro de lo que probablemente era vapor, que se dice que voló unos 200 m (660 pies). [13] [14] Esta máquina puede haber estado suspendida para su vuelo. [15] [16]
Algunos de los primeros intentos registrados con planeadores fueron los del poeta andaluz y de lengua árabe del siglo IX Abbas ibn Firnas y el monje inglés del siglo XI Eilmer de Malmesbury ; ambos experimentos hirieron a sus pilotos. [17] Leonardo da Vinci investigó el diseño de las alas de las aves y diseñó una aeronave propulsada por humanos en su Códice sobre el vuelo de las aves (1502), señalando por primera vez la distinción entre el centro de masa y el centro de presión de las aves voladoras.
En 1799, George Cayley expuso el concepto del aeroplano moderno como una máquina voladora de ala fija con sistemas separados de sustentación, propulsión y control. [18] [19] Cayley estaba construyendo y volando modelos de aviones de ala fija ya en 1803, y construyó un exitoso planeador de transporte de pasajeros en 1853. [5] En 1856, el francés Jean-Marie Le Bris realizó el primer vuelo propulsado, al hacer que su planeador "L'Albatros artificiel" fuera tirado por un caballo en una playa. [20] Luego, el ruso Alexander F. Mozhaisky también realizó algunos diseños innovadores. En 1883, el estadounidense John J. Montgomery realizó un vuelo controlado en un planeador. [21] Otros aviadores que realizaron vuelos similares en ese momento fueron Otto Lilienthal , Percy Pilcher y Octave Chanute .
Sir Hiram Maxim construyó una nave que pesaba 3,5 toneladas, con una envergadura de 34 m (110 pies) que era impulsada por dos motores de vapor de 360 caballos de fuerza (270 kW) que impulsaban dos hélices. En 1894, su máquina fue probada con rieles elevados para evitar que se elevara. La prueba demostró que tenía suficiente sustentación para despegar. La nave era incontrolable y se presume que Maxim se dio cuenta de esto porque posteriormente abandonó el trabajo en ella. [22]
Entre 1867 y 1896, el pionero alemán de la aviación humana Otto Lilienthal desarrolló el vuelo con aviones más pesados que el aire. Fue la primera persona en realizar vuelos planeados repetidos, bien documentados y exitosos. El trabajo de Lilienthal lo llevó a desarrollar el concepto del ala moderna, [23] [24] sus intentos de vuelo en 1891 se consideran el comienzo del vuelo humano, [25] el " Lilienthal Normalsegelapparat " se considera el primer avión en producción en serie y su trabajo inspiró en gran medida a los hermanos Wright. [26]
En la década de 1890, Lawrence Hargrave realizó investigaciones sobre las estructuras de las alas y desarrolló una cometa de caja que levantaba el peso de un hombre. Sus diseños de cometas de caja fueron ampliamente adoptados. Aunque también desarrolló un tipo de motor de avión rotatorio, no creó ni voló una aeronave de ala fija con motor. [27]
El francés Clement Ader construyó su primera de tres máquinas voladoras en 1886, el Éole . Era un diseño similar a un murciélago impulsado por un motor de vapor ligero de su propia invención, con cuatro cilindros que desarrollaban 20 caballos de fuerza (15 kW ), impulsando una hélice de cuatro palas . El motor no pesaba más de 4 kilogramos por kilovatio (6,6 lb/hp). Las alas tenían una envergadura de 14 m (46 ft). El peso total en vuelo era de 300 kilogramos (660 lb). El 9 de octubre de 1890, Ader intentó volar el Éole . Los historiadores de la aviación atribuyen este esfuerzo a un despegue propulsado y un salto sin control de aproximadamente 50 m (160 ft) a una altura de aproximadamente 200 mm (7,9 in). [28] [29] No se documentó que las dos máquinas posteriores de Ader lograran volar. [30]
Los vuelos de los hermanos Wright en 1903 fueron reconocidos por la Federación Aeronáutica Internacional (FAI), el organismo que establece los estándares y lleva los registros de la aeronáutica , como "el primer vuelo propulsado, sostenido y controlado, con un aparato más pesado que el aire". [4] En 1905, el Wright Flyer III era capaz de realizar vuelos totalmente controlables y estables durante períodos considerables. Los hermanos Wright atribuyeron a Otto Lilienthal la principal inspiración para su decisión de dedicarse al vuelo tripulado.
En 1906, el brasileño Alberto Santos-Dumont realizó lo que se consideró el primer vuelo en avión sin ayuda de catapulta [31] y estableció el primer récord mundial reconocido por el Aéro-Club de France al volar 220 metros (720 pies) en menos de 22 segundos. [32] Este vuelo también fue certificado por la FAI. [33] [34]
Un diseño de avión temprano que unió la configuración tractora monoplano moderna fue el Blériot VIII de 1908. Tenía superficies de cola móviles que controlaban tanto la guiñada como el cabeceo, una forma de control del balanceo proporcionada ya sea por la deformación del ala o por alerones y controlada por su piloto con un joystick y una barra de timón. Fue un predecesor importante de su posterior avión Blériot XI que cruzaba el Canal de la Mancha en el verano de 1909. [35]
La Primera Guerra Mundial sirvió como banco de pruebas para el uso del avión como arma. Los aviones demostraron su potencial como plataformas móviles de observación, y luego demostraron ser máquinas de guerra capaces de causar bajas al enemigo. La primera victoria aérea conocida con un avión de combate armado con ametralladoras sincronizadas se produjo en 1915, por el teniente de la Luftstreitkräfte alemán Kurt Wintgens . Aparecieron ases de la lucha ; el más grande (por número de victorias en combate aéreo) fue Manfred von Richthofen , también conocido como el Barón Rojo.
Tras la Primera Guerra Mundial, la tecnología aeronáutica siguió desarrollándose. Alcock y Brown cruzaron el Atlántico sin escalas por primera vez en 1919. Los primeros vuelos comerciales internacionales tuvieron lugar entre Estados Unidos y Canadá en 1919. [36]
Los aviones estuvieron presentes en todas las batallas importantes de la Segunda Guerra Mundial . Fueron un componente esencial de las estrategias militares de la época, como la Blitzkrieg alemana , la Batalla de Inglaterra y las campañas de portaaviones estadounidenses y japoneses de la Guerra del Pacífico .
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El primer avión a reacción práctico fue el alemán Heinkel He 178 , que fue probado en 1939. En 1943, el Messerschmitt Me 262 , el primer avión de combate a reacción operativo, entró en servicio en la Luftwaffe alemana .
El primer avión de pasajeros a reacción , el de Havilland Comet , se presentó en 1952. El Boeing 707 , el primer avión comercial de gran éxito, estuvo en servicio comercial durante más de 50 años, desde 1958 hasta 2010. El Boeing 747 fue el avión de pasajeros más grande del mundo desde 1970 hasta que fue superado por el Airbus A380 en 2005.
Los vuelos supersónicos de aviones de pasajeros , incluidos los del Concorde , se han limitado a vuelos sobre el agua a velocidad supersónica debido a su estampido sónico , lo que está prohibido en la mayoría de las zonas terrestres pobladas. El alto coste de operación por pasajero-milla y un accidente mortal en 2000 indujeron a los operadores del Concorde a retirarlo del servicio. [37] [38]
Una hélice de avión , o hélice de aire , convierte el movimiento rotatorio de un motor u otra fuente de energía, en una corriente de aire que empuja la hélice hacia adelante o hacia atrás. Se compone de un cubo giratorio impulsado por energía, al que se unen dos o más palas de sección aerodinámica radial de manera que todo el conjunto gira sobre un eje longitudinal. [39] Tres tipos de motores de aviación utilizados para impulsar hélices incluyen motores alternativos (o motores de pistón), turbinas de gas y motores eléctricos . La cantidad de empuje que crea una hélice está determinada, en parte, por su área de disco, el área a través de la cual giran las palas. La limitación en la velocidad de la pala es la velocidad del sonido ; como cuando la punta de la pala excede la velocidad del sonido, las ondas de choque disminuyen la eficiencia de la hélice. Las rpm necesarias para generar una velocidad de punta dada son inversamente proporcionales al diámetro de la hélice. El límite superior de velocidad de diseño para aeronaves impulsadas por hélice es Mach 0,6. Las aeronaves diseñadas para ir más rápido que eso emplean motores a reacción. [40]
Los motores alternativos en aeronaves tienen tres variantes principales: radial , en línea y plano u opuesto horizontalmente . El motor radial es una configuración de motor de combustión interna de tipo alternativo en la que los cilindros "irradian" hacia afuera desde un cárter central como los radios de una rueda y se usaba comúnmente para motores de aeronaves antes de que los motores de turbina de gas se volvieran predominantes. Un motor en línea es un motor alternativo con bancos de cilindros, uno detrás de otro, en lugar de filas de cilindros, y cada banco tiene cualquier número de cilindros, pero rara vez más de seis, y puede estar refrigerado por agua. Un motor plano es un motor de combustión interna con cilindros opuestos horizontalmente.
Un motor de turbina de gas con turbohélice consta de una entrada, un compresor, una cámara de combustión, una turbina y una tobera propulsora, que proporcionan potencia desde un eje a través de un engranaje reductor a la hélice. La tobera propulsora proporciona una proporción relativamente pequeña del empuje generado por un turbohélice.
Un avión eléctrico funciona con motores eléctricos que utilizan electricidad procedente de pilas de combustible , células solares , ultracondensadores , sistemas de transmisión de energía [ 41] o baterías . En la actualidad, los aviones eléctricos voladores son en su mayoría prototipos experimentales, incluidos vehículos aéreos tripulados y no tripulados , pero existen algunos modelos de producción en el mercado. [42]
Los aviones a reacción se propulsan mediante motores a reacción , que se utilizan porque las limitaciones aerodinámicas de las hélices no se aplican a la propulsión a chorro. Estos motores son mucho más potentes que un motor alternativo para un tamaño o peso determinado y son comparativamente silenciosos y funcionan bien a mayor altitud. Las variantes del motor a reacción incluyen el estatorreactor y el estatorreactor de combustión supersónica, que se basan en una alta velocidad del aire y una geometría de admisión para comprimir el aire de combustión, antes de la introducción y el encendido del combustible. Los motores de cohetes proporcionan empuje quemando un combustible con un oxidante y expulsando gas a través de una boquilla.
La mayoría de los aviones a reacción utilizan motores a reacción de turbofán , que emplean una turbina de gas para impulsar un ventilador canalizado, que acelera el aire alrededor de la turbina para proporcionar empuje además del que se acelera a través de la turbina. La relación entre el aire que pasa alrededor de la turbina y el que pasa a través de ella se denomina relación de derivación . [43] Representan un compromiso entre los turborreactores (sin derivación) y las formas de propulsión de aeronaves de turbohélice (propulsadas principalmente con aire de derivación). [44]
Los aviones subsónicos, como los aviones de pasajeros, emplean motores a reacción de alto bypass para ahorrar combustible. Los aviones supersónicos , como los aviones de combate, utilizan turbofán de bajo bypass. Sin embargo, a velocidades supersónicas, el aire que entra en el motor debe desacelerarse a una velocidad subsónica y luego volver a acelerarse a velocidades supersónicas después de la combustión. Se puede utilizar un postquemador en los aviones de combate para aumentar la potencia durante períodos cortos de tiempo inyectando combustible directamente en los gases de escape calientes. Muchos aviones a reacción también utilizan inversores de empuje para reducir la velocidad después del aterrizaje. [44]
Un estatorreactor es un tipo de motor a reacción que no contiene partes móviles importantes y puede ser particularmente útil en aplicaciones que requieren un motor pequeño y simple para uso a alta velocidad, como en el caso de los misiles. Los estatorreactores requieren movimiento hacia adelante antes de poder generar empuje, por lo que a menudo se utilizan junto con otras formas de propulsión o con un medio externo para lograr la velocidad suficiente. El Lockheed D-21 era un avión no tripulado de reconocimiento propulsado por estatorreactor que alcanzaba Mach 3+ y que se lanzaba desde un avión nodriza . Un estatorreactor utiliza el movimiento hacia adelante del vehículo para forzar el aire a través del motor sin recurrir a turbinas o álabes. Se agrega combustible y se enciende, lo que calienta y expande el aire para proporcionar empuje. [45]
Un estatorreactor de combustión supersónica es un estatorreactor especializado que utiliza un flujo de aire supersónico interno para comprimir, combinar con combustible, quemar y acelerar el escape para proporcionar empuje. El motor funciona solo a velocidades supersónicas. El X-43 de la NASA , un estatorreactor de combustión supersónica experimental no tripulado, estableció un récord mundial de velocidad en 2004 para un avión a reacción con una velocidad de Mach 9,7, casi 12.100 kilómetros por hora (7.500 mph). [46]
Mientras que los aviones a reacción utilizan la atmósfera como fuente de oxidante y de masa para acelerar reactivamente detrás de la aeronave, los aviones cohete llevan el oxidante a bordo y aceleran el combustible quemado y el oxidante hacia atrás como única fuente de masa para la reacción. El combustible líquido y el oxidante pueden bombearse a una cámara de combustión o un combustible sólido con oxidante puede quemarse en la cámara de combustible. Ya sea que se trate de combustible líquido o sólido, el gas caliente se acelera a través de una boquilla. [47]
En la Segunda Guerra Mundial , los alemanes desplegaron el avión propulsado por cohetes Me 163 Komet . El primer avión que rompió la barrera del sonido en vuelo nivelado fue un avión cohete: el Bell X-1 en 1948. El North American X-15 rompió muchos récords de velocidad y altitud en la década de 1960 y fue pionero en conceptos de ingeniería para aviones y naves espaciales posteriores. Los aviones de transporte militar pueden emplear despegues asistidos por cohetes para situaciones de campo corto. Por lo demás, los aviones cohete incluyen aviones espaciales , como el SpaceShipTwo , para viajar más allá de la atmósfera terrestre y aviones deportivos desarrollados para la efímera Rocket Racing League .
La mayoría de los aviones son construidos por empresas con el objetivo de producirlos en grandes cantidades para los clientes. El proceso de diseño y planificación, incluidas las pruebas de seguridad, puede durar hasta cuatro años en el caso de los turbohélices pequeños o más tiempo en el caso de los aviones más grandes.
Durante este proceso se establecen los objetivos y las especificaciones de diseño del avión. En primer lugar, la empresa constructora utiliza dibujos y ecuaciones, simulaciones, pruebas en túneles de viento y la experiencia para predecir el comportamiento del avión. Las empresas utilizan ordenadores para dibujar, planificar y hacer simulaciones iniciales del avión. A continuación, se prueban en túneles de viento pequeños modelos y maquetas de todas o algunas partes del avión para verificar su aerodinámica.
Una vez que el diseño ha pasado por estos procesos, la empresa construye un número limitado de prototipos para realizar pruebas en tierra. Los representantes de un organismo regulador de la aviación suelen realizar un primer vuelo. Las pruebas de vuelo continúan hasta que el avión cumple todos los requisitos. Luego, el organismo regulador de la aviación pública del país autoriza a la empresa a iniciar la producción.
En Estados Unidos, esta agencia es la Administración Federal de Aviación (FAA). En la Unión Europea, la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA); en el Reino Unido, la Autoridad de Aviación Civil (CAA). [48] En Canadá, la agencia pública encargada y que autoriza la producción en masa de aeronaves es la Autoridad de Aviación Civil de Transport Canada . [49]
Cuando es necesario unir una pieza o un componente mediante soldadura para prácticamente cualquier aplicación aeroespacial o de defensa, debe cumplir con las normas y regulaciones de seguridad más estrictas y específicas. Nadcap , o el Programa Nacional de Acreditación de Contratistas Aeroespaciales y de Defensa, establece requisitos globales de calidad, gestión de calidad y garantía de calidad para la ingeniería aeroespacial. [50]
En el caso de ventas internacionales, también es necesaria una licencia de la agencia pública de aviación o transporte del país donde se va a utilizar la aeronave. Por ejemplo, los aviones fabricados por la empresa europea Airbus necesitan ser certificados por la FAA para volar en los Estados Unidos, y los aviones fabricados por la empresa estadounidense Boeing necesitan ser aprobados por la EASA para volar en la Unión Europea. [51]
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Las reglamentaciones han dado como resultado una reducción del ruido de los motores de las aeronaves en respuesta al aumento de la contaminación acústica debido al crecimiento del tráfico aéreo en las zonas urbanas cercanas a los aeropuertos. [52]
Los aficionados pueden diseñar y construir aviones pequeños como si fueran modelos caseros. Otros aviones caseros se pueden ensamblar utilizando kits de piezas prefabricadas que se pueden ensamblar para formar un avión básico y que luego debe completar el constructor. [53]
Pocas empresas producen aviones a gran escala. Sin embargo, la producción de un avión para una empresa es un proceso que en realidad involucra a docenas, o incluso cientos, de otras empresas y plantas, que producen las partes que van dentro del avión. Por ejemplo, una empresa puede ser responsable de la producción del tren de aterrizaje, mientras que otra es responsable del radar. La producción de tales partes no se limita a la misma ciudad o país; en el caso de las grandes empresas de fabricación de aviones, dichas partes pueden provenir de todo el mundo. Las partes se envían a la planta principal de la empresa de aviones, donde se encuentra la línea de producción. En el caso de los aviones grandes, pueden existir líneas de producción dedicadas al ensamblaje de ciertas partes del avión, especialmente las alas y el fuselaje. [54] [55] Cuando se completa, un avión es inspeccionado rigurosamente para buscar imperfecciones y defectos. Después de la aprobación de los inspectores, el avión se somete a una serie de pruebas de vuelo para asegurar que todos los sistemas funcionan correctamente y que el avión se maneja adecuadamente. [56] Para satisfacer una necesidad particular del cliente, el avión puede personalizarse utilizando componentes o paquetes de componentes proporcionados por el fabricante o el cliente. [57]
Las partes estructurales de un avión de ala fija se denominan fuselaje. Las piezas presentes pueden variar según el tipo de avión y su finalidad. Los primeros modelos solían estar hechos de madera con superficies de tela en las alas. Cuando los motores estuvieron disponibles para el vuelo a motor hace unos cien años, sus soportes estaban hechos de metal. Luego, a medida que aumentaba la velocidad, cada vez más piezas se hacían de metal hasta que, a finales de la Segunda Guerra Mundial, los aviones totalmente de metal eran comunes. En los tiempos modernos, se ha hecho un uso cada vez mayor de materiales compuestos .
Las piezas estructurales típicas incluyen:
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Las alas de un avión de ala fija son planos estáticos que se extienden a ambos lados del avión. Cuando el avión se desplaza hacia adelante, el aire fluye sobre las alas, que tienen una forma que crea sustentación. Esta forma se denomina perfil aerodinámico y tiene la forma del ala de un pájaro.
Los aviones tienen superficies de alas flexibles que se extienden a lo largo de un armazón y se vuelven rígidas por las fuerzas de sustentación que ejerce el flujo de aire sobre ellas. Los aviones más grandes tienen superficies de alas rígidas que proporcionan resistencia adicional.
Ya sean flexibles o rígidas, la mayoría de las alas tienen un armazón resistente que les da forma y transfiere la sustentación desde la superficie del ala al resto del avión. Los principales elementos estructurales son uno o más largueros que van desde la raíz hasta la punta y muchas costillas que van desde el borde de ataque (delantero) hasta el borde de salida (trasero).
Los primeros motores de los aviones tenían poca potencia y la ligereza era muy importante. Además, las primeras secciones de los perfiles aerodinámicos eran muy delgadas y no se podía instalar un marco fuerte en su interior. Por lo tanto, hasta la década de 1930, la mayoría de las alas eran demasiado ligeras para tener la suficiente resistencia, y se añadieron puntales y cables de refuerzo externos. Cuando la potencia de los motores aumentó durante las décadas de 1920 y 1930, las alas se pudieron hacer lo suficientemente pesadas y resistentes como para que ya no fuera necesario el refuerzo. Este tipo de ala sin refuerzo se denomina ala en voladizo.
El número y la forma de las alas varía ampliamente en los distintos tipos. Un avión puede tener una envergadura completa o estar dividido por un fuselaje central en alas de babor (izquierda) y de estribor (derecha). En ocasiones, se han utilizado incluso más alas, y el triplano de tres alas alcanzó cierta fama en la Primera Guerra Mundial. El cuadruplano de cuatro alas y otros diseños multiplano han tenido poco éxito.
Un monoplano tiene un solo ala, un biplano tiene dos apiladas una sobre la otra, un ala en tándem tiene dos colocadas una detrás de la otra. Cuando la potencia de los motores disponibles aumentó durante los años 1920 y 1930 y los arriostramientos ya no fueron necesarios, el monoplano sin arriostramientos o en voladizo se convirtió en la forma más común de tipo motor.
La planta del ala es la forma que tiene cuando se la ve desde arriba. Para ser eficiente aerodinámicamente, un ala debe ser recta, con una gran envergadura de lado a lado, pero con una cuerda corta (alta relación de aspecto ). Pero para ser eficiente estructuralmente y, por lo tanto, liviana, un ala debe tener una envergadura corta, pero con suficiente área para proporcionar sustentación (baja relación de aspecto).
A velocidades transónicas (cercanas a la velocidad del sonido), resulta útil mover el ala hacia atrás o hacia adelante para reducir la resistencia de las ondas de choque supersónicas a medida que comienzan a formarse. El ala en flecha es simplemente un ala recta que se mueve hacia atrás o hacia adelante.
El ala delta tiene forma de triángulo y se puede utilizar por varias razones. Como ala Rogallo flexible , permite una forma estable bajo fuerzas aerodinámicas y, por lo tanto, se utiliza a menudo para aviones ultraligeros e incluso cometas . Como ala supersónica, combina alta resistencia con baja resistencia y, por lo tanto, se utiliza a menudo para aviones a reacción rápidos.
Un ala de geometría variable puede cambiar de forma durante el vuelo. El ala de flecha variable se transforma de una configuración recta eficiente para el despegue y el aterrizaje a una configuración de flecha de baja resistencia para el vuelo a alta velocidad. Se han probado otras formas de planta variable, pero ninguna ha superado la etapa de investigación.
Un fuselaje es un cuerpo largo y delgado, generalmente con extremos afilados o redondeados para que su forma sea aerodinámicamente suave. El fuselaje puede contener la tripulación de vuelo , pasajeros, carga o carga útil , combustible y motores. Los pilotos de los aviones tripulados los operan desde una cabina ubicada en la parte delantera o superior del fuselaje y equipada con controles y, generalmente, ventanas e instrumentos. Un avión puede tener más de un fuselaje, o puede estar equipado con plumas con la cola ubicada entre las plumas para permitir que la parte trasera extrema del fuselaje sea útil para una variedad de propósitos.
Un ala volante es una aeronave sin cola que no tiene fuselaje definido . La mayor parte de la tripulación, la carga útil y el equipo se encuentran dentro de la estructura principal del ala. [58]
La configuración de ala volante fue estudiada extensamente en las décadas de 1930 y 1940, en particular por Jack Northrop y Cheston L. Eshelman en los Estados Unidos, y Alexander Lippisch y los hermanos Horten en Alemania. Después de la guerra, varios diseños experimentales se basaron en el concepto de ala volante, pero las dificultades conocidas siguieron siendo insolubles. Un cierto interés general continuó hasta principios de la década de 1950, pero los diseños no necesariamente ofrecían una gran ventaja en alcance y presentaban varios problemas técnicos, lo que llevó a la adopción de soluciones "convencionales" como el Convair B-36 y el B-52 Stratofortress . Debido a la necesidad práctica de un ala profunda, el concepto de ala volante es más práctico para diseños en el rango de velocidad lenta a media, y ha habido un interés continuo en usarlo como un diseño de avión de transporte táctico .
El interés por las alas volantes se renovó en la década de 1980 debido a sus secciones transversales de reflexión de radar potencialmente bajas. La tecnología furtiva se basa en formas que solo reflejan las ondas de radar en ciertas direcciones, lo que hace que la aeronave sea difícil de detectar a menos que el receptor de radar esté en una posición específica con respecto a la aeronave, una posición que cambia continuamente a medida que la aeronave se mueve. Este enfoque finalmente condujo al bombardero furtivo Northrop B-2 Spirit . En este caso, las ventajas aerodinámicas del ala volante no son las necesidades principales. Sin embargo, los modernos sistemas de vuelo por cable controlados por computadora permitieron minimizar muchos de los inconvenientes aerodinámicos del ala volante, lo que lo convirtió en un bombardero de largo alcance eficiente y estable.
Los aviones con cuerpo de ala combinada tienen un cuerpo aplanado y con forma de perfil aerodinámico, que produce la mayor parte de la sustentación para mantenerse en el aire, y estructuras de ala distintas y separadas, aunque las alas se fusionan suavemente con el cuerpo.
De esta manera, los aviones con fuselaje de ala combinada incorporan características de diseño tanto de un fuselaje futurista como de un diseño de ala volante. Las supuestas ventajas del enfoque de fuselaje de ala combinada son unas alas de alta sustentación eficientes y un fuselaje con forma de perfil aerodinámico ancho . Esto permite que toda la aeronave contribuya a la generación de sustentación con el resultado de un potencial aumento de la economía de combustible.
Un cuerpo sustentador es una configuración en la que el propio cuerpo produce sustentación . A diferencia de un ala volante , que es un ala con un fuselaje mínimo o nulo , un cuerpo sustentador puede considerarse como un fuselaje con poco o ningún ala convencional. Mientras que un ala volante busca maximizar la eficiencia de crucero a velocidades subsónicas eliminando superficies que no sean sustentadoras, los cuerpos sustentadores generalmente minimizan la resistencia y la estructura de un ala para vuelos subsónicos, supersónicos e hipersónicos , o para el reingreso a una nave espacial . Todos estos regímenes de vuelo plantean desafíos para la estabilidad de vuelo adecuada.
Los cuerpos sustentadores fueron un área importante de investigación en los años 60 y 70 como un medio para construir una nave espacial tripulada pequeña y liviana. Estados Unidos construyó varios aviones cohete famosos con cuerpos sustentadores para probar el concepto, así como varios vehículos de reentrada lanzados por cohetes que se probaron sobre el Pacífico. El interés disminuyó a medida que la Fuerza Aérea de Estados Unidos perdió interés en la misión tripulada, y el desarrollo principal terminó durante el proceso de diseño del transbordador espacial cuando quedó claro que los fuselajes de formas pronunciadas dificultaban la colocación de tanques de combustible.
El ala clásica con sección aerodinámica es inestable en vuelo y difícil de controlar. Los tipos de ala flexible suelen depender de una línea de anclaje o del peso de un piloto que cuelga debajo para mantener la actitud correcta. Algunos tipos de vuelo libre utilizan un perfil aerodinámico adaptado que es estable u otros mecanismos ingeniosos, incluida, más recientemente, la estabilidad artificial electrónica.
Para lograr estabilidad y control, la mayoría de los modelos de ala fija tienen un empenaje que comprende una aleta y un timón que actúan horizontalmente y un estabilizador vertical y un timón de profundidad que actúan verticalmente. Estas superficies de control normalmente se pueden recortar para aliviar las fuerzas de control en las distintas etapas del vuelo. Esto es tan común que se lo conoce como diseño convencional. A veces puede haber dos o más aletas, espaciadas a lo largo del estabilizador vertical.
Algunos tipos tienen un plano delantero " canard " horizontal delante del ala principal, en lugar de detrás de ella. [59] [60] [61] Este plano delantero puede contribuir a la sustentación, el equilibrio o el control de la aeronave, o a varios de estos.
Los aviones tienen sistemas de control de vuelo complejos . Los controles principales permiten al piloto dirigir la aeronave en el aire controlando la actitud (balanceo, cabeceo y guiñada) y el empuje del motor.
En los aviones tripulados, los instrumentos de la cabina proporcionan información a los pilotos, incluidos datos de vuelo , potencia del motor , navegación, comunicaciones y otros sistemas de la aeronave que puedan estar instalados.
Cuando se mide el riesgo en muertes por kilómetro de pasajero, viajar en avión es aproximadamente diez veces más seguro que viajar en autobús o tren. Sin embargo, cuando se utiliza la estadística de muertes por viaje, viajar en avión es significativamente más peligroso que viajar en coche, tren o autobús. [62] El seguro de viaje en avión es relativamente caro por esta razón; las aseguradoras generalmente utilizan la estadística de muertes por viaje. [63] Existe una diferencia significativa entre la seguridad de los aviones de pasajeros y la de los aviones privados más pequeños, ya que la estadística por milla indica que los aviones de pasajeros son 8,3 veces más seguros que los aviones más pequeños. [64]
Como todas las actividades que implican combustión , los aviones propulsados por combustibles fósiles liberan hollín y otros contaminantes a la atmósfera. También se producen gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO2 ) . Además, existen impactos ambientales específicos de los aviones: por ejemplo,
Otro impacto ambiental de los aviones es la contaminación acústica , causada principalmente por el despegue y aterrizaje de las aeronaves.
En 1799, expuso por primera vez en la historia el concepto del aeroplano moderno. Cayley había identificado el vector de resistencia (paralelo al flujo) y el vector de sustentación (perpendicular al flujo).
Pionero inglés de la navegación aérea y la ingeniería aeronáutica y diseñador del primer planeador que llevó a un ser humano al aire. Cayley estableció la configuración moderna de un avión como una máquina voladora de ala fija con sistemas separados de sustentación, propulsión y control ya en 1799.
