En aviación , la velocidad aerodinámica es la velocidad de una aeronave en relación con el aire por el que vuela (que, a su vez, suele moverse en relación con el suelo debido al viento). Es difícil medir la velocidad aerodinámica exacta de la aeronave (velocidad aerodinámica real), pero otras medidas de velocidad aerodinámica, como la velocidad aerodinámica indicada y el número de Mach, brindan información útil sobre las capacidades y limitaciones del rendimiento del avión. Las medidas comunes de velocidad aerodinámica son: [1]
La medición e indicación de la velocidad aerodinámica se realiza habitualmente a bordo de una aeronave mediante un indicador de velocidad aerodinámica (ASI) conectado a un sistema de Pitot-estático . El sistema de Pitot-estático comprende una o más sondas de Pitot (o tubos) orientadas hacia el flujo de aire entrante para medir la presión de Pitot (también llamada presión de estancamiento , total o de ariete) y uno o más puertos estáticos para medir la presión estática en el flujo de aire. Estas dos presiones son comparadas por el ASI para dar una lectura IAS. Los indicadores de velocidad aerodinámica están diseñados para dar la velocidad aerodinámica real a presión a nivel del mar y temperatura estándar . A medida que la aeronave asciende en aire menos denso, su velocidad aerodinámica real es mayor que la velocidad aerodinámica indicada en el ASI.
La velocidad aérea calibrada generalmente se encuentra 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.
La velocidad aerodinámica se expresa habitualmente en nudos (kn). Desde 2010, la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) recomienda utilizar kilómetros por hora (km/h) para la velocidad aerodinámica (y metros por segundo para la velocidad del viento en las pistas), pero permite utilizar el estándar de facto de nudos y no tiene una fecha establecida para dejar de hacerlo. [2]
Dependiendo del país de fabricación o de la época de la historia de la aviación, los indicadores de velocidad aerodinámica en los paneles de instrumentos de las aeronaves se han configurado para leer en nudos, kilómetros por hora y millas por hora. [3] En vuelos a gran altitud, a veces se utiliza el número de Mach para informar la velocidad aerodinámica.
La velocidad aerodinámica indicada (IAS) es la lectura del indicador de velocidad aerodinámica (ASIR) sin corregir errores de instrumentos, posición y otros. Según las definiciones actuales de la EASA: La velocidad aerodinámica indicada significa la velocidad de una aeronave tal como se muestra en su indicador de velocidad aerodinámica estática de Pitot calibrado para reflejar el flujo compresible adiabático de la atmósfera estándar al nivel del mar sin corregir los errores del sistema de velocidad aerodinámica. [4]
Un indicador de velocidad aerodinámica es un medidor de presión diferencial que expresa la presión en unidades de velocidad, en lugar de presión. La velocidad aerodinámica se deriva de la diferencia entre la presión de aire de impacto del tubo de Pitot, o presión de estancamiento , y la presión estática . El tubo de Pitot se monta mirando hacia adelante; la presión estática se detecta con frecuencia en los puertos estáticos en uno o ambos lados de la aeronave. A veces, ambas fuentes de presión se combinan en una sola sonda, un tubo de Pitot-estático . La medición de la presión estática está sujeta a error debido a la incapacidad de colocar los puertos estáticos en posiciones donde la presión es la presión estática real en todas las velocidades y actitudes aerodinámicas. La corrección para este error es la corrección del error de posición (PEC) y varía para diferentes aeronaves y velocidades aerodinámicas. Otros errores del 10% o más son comunes si el avión vuela en un vuelo "no coordinado".
La velocidad aerodinámica indicada es una mejor medida de la potencia necesaria y de la sustentación disponible que la velocidad aerodinámica real. Por lo tanto, la 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 autonomía se dan en términos de velocidad indicada. El límite estructural de velocidad aerodinámica, más allá del cual las fuerzas sobre los paneles pueden llegar a ser demasiado altas o puede producirse aleteo en las alas, se da a menudo en términos de IAS.
La velocidad aérea calibrada (CAS) es la velocidad aérea indicada corregida por errores del instrumento, errores de posición (debido a una presión incorrecta en el puerto estático) y errores de instalación.
Los valores de velocidad aerodinámica calibrados inferiores a la velocidad del sonido al nivel del mar estándar (661,4788 nudos) se calculan de la siguiente manera:
Posición negativa y corrección de errores de instalación.
Esta expresión se basa en la forma de la ecuación de Bernoulli aplicable al flujo compresible isentrópico. La CAS es la misma que la velocidad aerodinámica real en condiciones estándar a nivel del mar, pero se vuelve menor en relación con la velocidad aerodinámica real a medida que ascendemos a 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 calcular en el indicador de velocidad aerodinámica. Los valores de y son consistentes con la ISA , es decir, las condiciones en las que se calibran los indicadores de velocidad aerodinámica.
La velocidad aerodinámica real ( TAS , también KTAS , por nudos ) de una aeronave es la velocidad de la aeronave en relación con el aire en el que está volando. La velocidad aerodinámica real y el rumbo de una aeronave constituyen su velocidad relativa a la atmósfera.
La velocidad aerodinámica real es una 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 aerodinámica real para determinar el rumbo requerido. Véase el triángulo del viento .
TAS es la velocidad adecuada para calcular la autonomía de un avión. Es la velocidad que normalmente figura en el plan de vuelo y que también se utiliza en la planificación del vuelo , antes de considerar los efectos del viento.
La velocidad aerodinámica real se calcula a partir de la velocidad aerodinámica calibrada de la siguiente manera [1]
dónde
Algunos indicadores de velocidad aerodinámica incluyen una escala TAS, que se establece ingresando la temperatura del aire exterior y la altitud de presión. Alternativamente, la TAS se puede calcular utilizando una calculadora de vuelo E6B o equivalente, dadas las entradas de CAS, temperatura del aire exterior (OAT) y altitud de presión.
La velocidad aerodinámica equivalente (EAS) se define como la velocidad aerodinámica a nivel del mar en la atmósfera estándar internacional en la que la presión dinámica (incompresible) es la misma que la presión dinámica a la velocidad aerodinámica real (TAS) y la altitud a la que vuela la aeronave. Es decir, se define mediante la ecuación
dónde
Dicho de otra manera, [5]
dónde
La EAS es una medida de la velocidad aerodinámica que es una función de la presión dinámica incompresible. El análisis estructural se realiza a menudo en términos de presión dinámica incompresible, por lo que la velocidad aerodinámica equivalente es una velocidad útil para las pruebas estructurales. La importancia de la velocidad aerodinámica equivalente es que, a números de Mach por debajo del inicio de la resistencia aerodinámica de las olas, todas las fuerzas y momentos aerodinámicos en una aeronave son proporcionales al cuadrado de la velocidad aerodinámica equivalente. Por lo tanto, el manejo y la "sensación" de una aeronave, y las cargas aerodinámicas sobre ella, a una velocidad aerodinámica equivalente dada, son casi constantes e iguales a las del nivel del mar estándar, independientemente de las condiciones reales de vuelo.
A presión estándar a 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 diverge de EAS debido a la compresibilidad.
El número de Mach se define como
dónde
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 .
En el caso de 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 expresa en términos de número de Mach. Más allá de esta velocidad, pueden producirse sacudidas, pérdidas o hundimientos de Mach.
Esta presión diferencial se muestra en unidades de millas por hora, nudos o kilómetros por hora.
![{\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 ]}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/999ad9573e3cc0bbaef3bbaad904449304f0f25d)
