Aeronave

Un aeronave es un vehículo o una máquina que puede volar gracias al apoyo del aire. Contrarresta la fuerza de la gravedad utilizando la sustentación estática o la sustentación dinámica de un perfil aerodinámico o, en algunos casos, el empuje hacia abajo de los motores a reacción. Los ejemplos comunes de aeronaves incluyen aviones, helicópteros, dirigibles (incluidos los dirigibles), planeadores, paramotores y globos aerostáticos.

La actividad humana que rodea a las aeronaves se llama aviación. La ciencia de la aviación, incluido el diseño y la construcción de aeronaves, se denomina aeronáutica. Los aviones tripulados son pilotados por un piloto a bordo, pero los vehículos aéreos no tripulados pueden ser controlados a distancia o autocontrolados por computadoras a bordo. Las aeronaves pueden clasificarse según diferentes criterios, como el tipo de sustentación, la propulsión de la aeronave, el uso y otros.

Historia

Los modelos de naves voladoras y las historias de vuelos tripulados se remontan a muchos siglos; sin embargo, el primer ascenso tripulado (y descenso seguro) en los tiempos modernos tuvo lugar mediante globos aerostáticos más grandes desarrollados en el siglo XVIII. Cada una de las dos guerras mundiales condujo a grandes avances técnicos. En consecuencia, la historia de los aviones se puede dividir en cinco eras:

• Pioneros del vuelo, desde los primeros experimentos hasta 1914.
• Primera Guerra Mundial, 1914 a 1918.
• Aviación entre las guerras mundiales, 1918 a 1939.
• Segunda Guerra Mundial, 1939 a 1945.
• Era de la posguerra, también llamada la Era del Jet, desde 1945 hasta la actualidad.

Métodos de elevación

Más ligero que el aire: aerostatos

Los aerostatos usan la flotabilidad para flotar en el aire de la misma manera que los barcos flotan en el agua. Se caracterizan por una o más celdas o marquesinas grandes, llenas de un gas de densidad relativamente baja, como helio, hidrógeno o aire caliente, que es menos denso que el aire circundante. Cuando el peso de este se suma al peso de la estructura de la aeronave, suma el mismo peso que el aire que desplaza la nave.

Los pequeños globos aerostáticos, llamados linternas celestes, se inventaron por primera vez en la antigua China antes del siglo III a. C. y se usaban principalmente en celebraciones culturales, y eran solo el segundo tipo de avión que se volaba, el primero fueron las cometas, que se inventaron por primera vez en China antigua hace más de dos mil años. (Ver Dinastía Han)

Un globo era originalmente cualquier aerostato, mientras que el término aeronave se usaba para diseños de aeronaves grandes y propulsadas, generalmente de ala fija. En 1919, se informó que Frederick Handley Page se refería a "barcos del aire", con tipos de pasajeros más pequeños como "yates aéreos". En la década de 1930, los grandes hidroaviones intercontinentales también se denominaban a veces "barcos del aire" o "barcos voladores". - aunque todavía no se había construido ninguno. La llegada de los globos propulsados, llamados globos dirigibles, y más tarde de los cascos rígidos que permitían un gran aumento de tamaño, empezó a cambiar la forma en que se usaban estas palabras. Se produjeron aerostatos de gran potencia, caracterizados por una estructura exterior rígida y una piel aerodinámica separada que rodeaba las bolsas de gas, siendo los zepelines los más grandes y famosos. Todavía no había aviones de ala fija o globos no rígidos lo suficientemente grandes como para llamarlos dirigibles, por lo que "dirigible" pasó a ser sinónimo de estos aviones. Luego, varios accidentes, como el desastre de Hindenburg en 1937, llevaron a la desaparición de estas aeronaves. Hoy en día, un "globo" es un aerostato sin motor y un "dirigible" es uno con motor.

Un aerostato motorizado dirigible se llama dirigible. A veces, este término se aplica solo a globos no rígidos y, a veces, se considera que el globo dirigible es la definición de un dirigible (que puede ser rígido o no rígido). Los dirigibles no rígidos se caracterizan por una bolsa de gas moderadamente aerodinámica con aletas estabilizadoras en la parte posterior. Estos pronto se conocieron como dirigibles. Durante la Segunda Guerra Mundial, esta forma fue ampliamente adoptada para globos atados; en clima ventoso, esto reduce la tensión en la cuerda y estabiliza el globo. El apodo dirigible se adoptó junto con la forma. En los tiempos modernos, cualquier dirigible pequeño o aeronave se llama dirigible no rígido, aunque un dirigible no rígido puede estar motorizado o sin motor.

Más pesado que el aire: aerodinos

Las aeronaves más pesadas que el aire, como los aviones, deben encontrar alguna manera de empujar el aire o el gas hacia abajo para que ocurra una reacción (según las leyes de movimiento de Newton) para empujar la aeronave hacia arriba. Este movimiento dinámico a través del aire es el origen del término. Hay dos formas de producir un empuje ascendente dinámico: sustentación aerodinámica y sustentación motorizada en forma de empuje del motor.

La sustentación aerodinámica que involucra alas es la más común, con aviones de ala fija que se mantienen en el aire por el movimiento hacia adelante de las alas, y helicópteros por rotores giratorios en forma de ala, a veces llamados "alas giratorias". Un ala es una superficie plana y horizontal, generalmente con forma de sección transversal como un perfil aerodinámico. Para volar, el aire debe fluir sobre el ala y generar sustentación. Un ala flexible es un ala hecha de tela o material de hoja delgada, a menudo estirada sobre un marco rígido. Una cometa está atada al suelo y depende de la velocidad del viento sobre sus alas, que pueden ser flexibles o rígidas, fijas o giratorias.

Con sustentación motorizada, la aeronave dirige el empuje de su motor verticalmente hacia abajo. Los aviones V/STOL, como el Harrier Jump Jet y el Lockheed Martin F-35B, despegan y aterrizan verticalmente utilizando sustentación motorizada y transferencia a sustentación aerodinámica en vuelo constante.

Un cohete puro generalmente no se considera aerodino porque no depende del aire para su sustentación (e incluso puede volar al espacio); sin embargo, muchos vehículos elevadores aerodinámicos han sido propulsados ​​o asistidos por motores cohete. Los misiles propulsados ​​por cohetes que obtienen sustentación aerodinámica a muy alta velocidad debido al flujo de aire sobre sus cuerpos son un caso marginal.

Ala fija

El precursor de los aviones de ala fija es la cometa. Mientras que un avión de ala fija depende de su velocidad de avance para crear un flujo de aire sobre las alas, una cometa está atada al suelo y depende del viento que sopla sobre sus alas para proporcionar sustentación. Las cometas fueron el primer tipo de avión en volar y se inventaron en China alrededor del año 500 a. Se realizó mucha investigación aerodinámica con cometas antes de que estuvieran disponibles los aviones de prueba, los túneles de viento y los programas de modelado por computadora.

Las primeras naves más pesadas que el aire capaces de realizar un vuelo libre controlado fueron los planeadores. Un planeador diseñado por George Cayley llevó a cabo el primer vuelo realmente tripulado y controlado en 1853.

Wilbur y Orville Wright inventaron la aeronave práctica, propulsada y de ala fija (el aeroplano o aeroplano). Además del método de propulsión, los aviones de ala fija se caracterizan en general por la configuración de sus alas. Las características más importantes del ala son:

• Número de alas: monoplano, biplano, etc.
• Soporte de ala: arriostrado o en voladizo, rígido o flexible.
• Forma en planta del ala: incluida la relación de aspecto, el ángulo de barrido y cualquier variación a lo largo de la envergadura (incluida la importante clase de alas delta).
• Ubicación del estabilizador horizontal, si lo hay.
• Ángulo diedro: positivo, cero o negativo (anédrico).

Un avión de geometría variable puede cambiar la configuración de sus alas durante el vuelo.

Un ala voladora no tiene fuselaje, aunque puede tener pequeñas ampollas o vainas. Lo opuesto a esto es un cuerpo de elevación, que no tiene alas, aunque puede tener pequeñas superficies de control y estabilización.

Los vehículos con efecto de ala en el suelo generalmente no se consideran aeronaves. Ellos "vuelan" de manera eficiente cerca de la superficie del suelo o del agua, como los aviones convencionales durante el despegue. Un ejemplo es el ekranoplan ruso apodado el "Monstruo del Mar Caspio". Las aeronaves impulsadas por hombres también dependen del efecto suelo para permanecer en el aire con una potencia mínima del piloto, pero esto se debe solo a que tienen muy poca potencia; de hecho, la estructura del avión es capaz de volar más alto.

Giroavión

Los helicópteros, o aeronaves de ala giratoria, utilizan un rotor giratorio con palas de sección transversal aerodinámica (un ala giratoria) para proporcionar sustentación. Los tipos incluyen helicópteros, autogiros y varios híbridos, como girodinos y helicópteros compuestos.

Los helicópteros tienen un rotor girado por un eje impulsado por un motor. El rotor empuja el aire hacia abajo para crear sustentación. Al inclinar el rotor hacia adelante, el flujo descendente se inclina hacia atrás, produciendo empuje para el vuelo hacia adelante. Algunos helicópteros tienen más de un rotor y unos pocos tienen rotores accionados por chorros de gas en las puntas. Algunos tienen un rotor de cola para contrarrestar la rotación del rotor principal y para ayudar al control direccional.

Los autogiros tienen rotores sin motor, con una planta de energía separada para proporcionar empuje. El rotor está inclinado hacia atrás. A medida que el autogiro avanza, el aire sopla hacia arriba a través del rotor, haciéndolo girar. Este giro aumenta la velocidad del flujo de aire sobre el rotor para proporcionar sustentación. Las cometas de rotor son autogiros sin motor, que se remolcan para darles velocidad de avance o se atan a un ancla estática en vientos fuertes para volar con cometas.

Cyclygyros giran sus alas alrededor de un eje horizontal.

Los helicópteros compuestos tienen alas que proporcionan parte o la totalidad de la sustentación en el vuelo hacia adelante. Hoy en día se clasifican como tipos de ascensores motorizados y no como giroaviones. Los aviones Tiltrotor (como el Bell Boeing V-22 Osprey), los aviones tiltwing, tail-sitter y coleópteros tienen sus rotores/hélices horizontales para el vuelo vertical y verticales para el vuelo hacia adelante.

Otros métodos de elevación

• Un cuerpo de sustentación es un cuerpo de avión con forma para producir sustentación. Si hay alas, son demasiado pequeñas para proporcionar una sustentación significativa y se usan solo para la estabilidad y el control. Los cuerpos de elevación no son eficientes: sufren una gran resistencia y también deben viajar a alta velocidad para generar suficiente sustentación para volar. Muchos de los prototipos de investigación, como el Martin Marietta X-24, que condujo al transbordador espacial, eran cuerpos elevadores, aunque el transbordador espacial no lo es, y algunos misiles supersónicos obtienen sustentación del flujo de aire sobre un cuerpo tubular.
• Los tipos de elevación motorizada se basan en la elevación derivada del motor para el despegue y aterrizaje vertical (VTOL). La mayoría de los tipos hacen la transición a sustentación de ala fija para vuelo horizontal. Las clases de tipos de elevadores motorizados incluyen aviones a reacción VTOL (como el Harrier Jump Jet) y rotores basculantes, como el Bell Boeing V-22 Osprey, entre otros. Algunos diseños experimentales se basan completamente en el empuje del motor para proporcionar sustentación durante todo el vuelo, incluidas las plataformas flotantes y los jetpacks personales. Los diseños de investigación de VTOL incluyen la plataforma de medición de empuje de Rolls-Royce.
• El avión Flettner usa un cilindro giratorio en lugar de un ala fija, obteniendo sustentación del efecto Magnus.
• El ornitóptero obtiene impulso batiendo sus alas.

Extremos de tamaño y velocidad

Tamaño

Los aviones más pequeños son los juguetes/artículos recreativos y los nanoaviones.

El avión más grande por dimensiones y volumen (a partir de 2016) es el British Airlander 10 de 302 pies (92 m) de largo, un dirigible híbrido, con características de helicóptero y de ala fija, y al parecer capaz de alcanzar velocidades de hasta 90 mph (140 km/h). h; 78 nudos), y una autonomía en el aire de dos semanas con una carga útil de hasta 22.050 lb (10.000 kg).

El avión más grande por peso y el avión regular de ala fija más grande jamás construido, a partir de 2016, es el Antonov An-225 Mriya. Ese transporte ruso de seis motores construido en Ucrania de la década de 1980 tiene 84 m (276 pies) de largo, con una envergadura de 88 m (289 pies). Posee el récord mundial de carga útil, después de transportar 428 834 lb (194 516 kg) de mercancías, y recientemente ha volado cargas comerciales de 100 t (220 000 lb). Con un peso máximo cargado de 550 a 700 t (1 210 000 a 1 540 000 lb), también es el avión más pesado construido hasta la fecha. Puede navegar a 500 mph (800 km / h; 430 nudos). El avión fue destruido durante la guerra ruso-ucraniana.

Los aviones militares más grandes son el ucraniano Antonov An-124 Ruslan (el segundo avión más grande del mundo, también utilizado como transporte civil) y el transporte estadounidense Lockheed C-5 Galaxy, con un peso, cargado, de más de 380 t (840.000 lb). El Hughes H-4 Hercules "Spruce Goose" de 8 motores, pistón/hélice, un hidroavión de madera estadounidense de la Segunda Guerra Mundial con una mayor envergadura (94 m/260 pies) que cualquier avión actual y una altura de cola igual a la del más alto (Airbus A380-800 a 24,1 m/78 pies): voló solo un salto corto a fines de la década de 1940 y nunca voló fuera del efecto suelo.

Los aviones civiles más grandes, además de los An-225 y An-124 mencionados anteriormente, son el Airbus Beluga, derivado del transporte de carga del avión de pasajeros Airbus A300, el Boeing Dreamlifter, derivado del transporte de carga del avión de pasajeros/transporte Boeing 747 (el 747 -200B fue, en su creación en la década de 1960, el avión más pesado jamás construido, con un peso máximo de más de 400 t (880.000 lb)), y el avión de pasajeros "super-jumbo" Airbus A380 de dos pisos (el avión de pasajeros más grande del mundo). avión de línea).

Velocidades

El vuelo de avión propulsado más rápido registrado y el vuelo de avión más rápido registrado de un avión propulsado por aire fue del NASA X-43A Pegasus, un avión de investigación experimental de cuerpo de elevación hipersónico propulsado por scramjet, a Mach 9,6, exactamente 3.292,8 m/s (11.854 km/h; 6.400,7 nudos; 7.366 mph). El X-43A estableció esa nueva marca y rompió su propio récord mundial de Mach 6,3, exactamente 2160,9 m/s (7779 km/h; 4200,5 nudos; 4834 mph), establecido en marzo de 2004, en su tercer y último vuelo el 16 de noviembre de 2004.

Antes del X-43A, el vuelo de avión propulsado más rápido registrado (y sigue siendo el récord del avión propulsado tripulado más rápido / avión no espacial no tripulado más rápido) fue el avión propulsado por cohete North American X-15A-2 en Mach 6,72, o 2.304,96 m / s (8.297,9 km / h; 4.480,48 nudos; 5.156,0 mph), el 3 de octubre de 1967. En un vuelo alcanzó una altitud de 354.300 pies (108.000 m).

Los aviones de producción más rápidos conocidos (que no sean cohetes y misiles) actualmente o anteriormente operativos (a partir de 2016) son:

• El avión de ala fija más rápido y el planeador más rápido es el transbordador espacial, un híbrido de cohete y planeador, que ha vuelto a entrar en la atmósfera como un planeador de ala fija a más de Mach 25, lo que equivale a 8575 m/s (30 870 km). /h; 16.668 nudos; 19.180 mph).
• El avión militar más rápido jamás construido: Lockheed SR-71 Blackbird, un avión de ala fija a reacción de reconocimiento estadounidense, conocido por volar más allá de Mach 3,3, equivalente a 1.131,9 m/s (4.075 km/h; 2.200,2 nudos; 2.532 mph). El 28 de julio de 1976, un SR-71 estableció el récord de la aeronave operativa más rápida y de vuelo más alto con un récord absoluto de velocidad de 2193 mph (3529 km / h; 1906 nudos; 980 m / s) y un récord absoluto de altitud de 85,068 pies (25,929 m). Cuando se retiró en enero de 1990, era el avión de respiración aérea más rápido / el avión a reacción más rápido del mundo, un récord que aún se mantiene en agosto de 2016.

Nota: Algunas fuentes se refieren al X-15 mencionado anteriormente como el "avión militar más rápido" porque fue en parte un proyecto de la Armada y la Fuerza Aérea de los EE. UU.; sin embargo, el X-15 no se utilizó en operaciones militares reales no experimentales.

• El avión militar actual más rápido es el soviético / ruso Mikoyan-Gurevich MiG-25, capaz de Mach 3,2, igual a 1.097,6 m / s (3.951 km / h; 2.133,6 nudos; 2.455 mph), a expensas de daños en el motor, o Mach 2,83, igual a 970,69 m/s (3494,5 km/h; 1886,87 nudos; 2171,4 mph), normalmente, y el ruso Mikoyan MiG-31E (también capaz de Mach 2,83 normalmente). Ambos son aviones a reacción interceptores de combate, en operaciones activas desde 2016.
• El avión civil más rápido jamás construido y el avión de pasajeros más rápido jamás construido: el avión de pasajeros supersónico Tupolev Tu-144 operado brevemente (Mach 2,35, 1600 mph, 2587 km/h), que se creía que navegaba a aproximadamente Mach 2,2. El Tu-144 (operado oficialmente de 1968 a 1978, finalizando después de dos accidentes de la pequeña flota) fue superado por su rival, el Concorde (Mach 2,23), un avión supersónico francés/británico, conocido por volar a Mach 2,02 (1,450 mph)., 2.333 kmh a altitud de crucero), en funcionamiento desde 1976 hasta que la pequeña flota Concorde quedó en tierra de forma permanente en 2003, tras el accidente de uno a principios de la década de 2000.
• El avión civil más rápido que vuela actualmente: el Cessna Citation X, un avión de negocios estadounidense, capaz de alcanzar Mach 0,935 o 320,705 m/s (1154,54 km/h; 623,401 nudos; 717,40 mph). Su rival, el avión comercial estadounidense Gulfstream G650, puede alcanzar Mach 0,925 o 317,275 m/s (1.142,19 km/h; 616,733 nudos; 709,72 mph)
• El avión de pasajeros más rápido que vuela actualmente es el Boeing 747, que se dice que es capaz de navegar a más de Mach 0,885, 303,555 m/s (1.092,80 km/h; 590,064 nudos; 679,03 mph). Anteriormente, los más rápidos eran el Tupolev Tu-144 SST (2,35 Mach; igual a 806,05 m/s (2.901,8 km/h; 1.566,84 nudos; 1.803,1 mph)) ruso (Unión Soviética) y el Concorde francés/británico., con una velocidad máxima de Mach 2,23 o 686 m/s (2470 km/h; 1333 nudos; 1530 mph) y una velocidad de crucero normal de Mach 2 o 320,705 m/s (1154,54 km/h; 623,401 nudos; 717,40 mph). Antes de ellos, el avión de pasajeros Convair 990 Coronado de la década de 1960 voló a más de 600 mph (970 km/h; 520 nudos; 270 m/s).

Propulsión

Aeronave sin motor

Los planeadores son aeronaves más pesadas que el aire que no emplean propulsión una vez en el aire. El despegue puede realizarse lanzando hacia adelante y hacia abajo desde una ubicación alta, o tirando en el aire en una línea de remolque, ya sea por un cabrestante o vehículo en tierra, o por un avión "remolcador" motorizado. Para que un planeador mantenga su velocidad aerodinámica de avance y sustentación, debe descender en relación con el aire (pero no necesariamente en relación con el suelo). Muchos planeadores pueden "volar", es decir, ganar altura a partir de corrientes ascendentes como las corrientes térmicas. El primer ejemplo práctico y controlable fue diseñado y construido por el científico y pionero británico George Cayley, a quien muchos reconocen como el primer ingeniero aeronáutico. Ejemplos comunes de planeadores son planeadores, alas delta y parapentes.

Los globos se mueven a la deriva con el viento, aunque normalmente el piloto puede controlar la altitud, ya sea calentando el aire o liberando lastre, dando cierto control direccional (ya que la dirección del viento cambia con la altitud). Un globo híbrido en forma de ala puede deslizarse direccionalmente cuando sube o baja; pero un globo de forma esférica no tiene tal control direccional.

Las cometas son aeronaves que están amarradas al suelo u otro objeto (fijo o móvil) que mantiene la tensión en la cuerda o la línea de la cometa; dependen del viento virtual o real que sopla por encima y por debajo de ellos para generar sustentación y arrastre. Los kytoons son híbridos de globo-cometa que tienen forma y están atados para obtener desviaciones de cometa, y pueden ser más ligeros que el aire, con flotabilidad neutra o más pesados ​​que el aire.

Aeronave motorizada

Las aeronaves propulsadas tienen una o más fuentes de energía mecánica a bordo, típicamente motores de aeronaves, aunque también se han utilizado caucho y mano de obra. La mayoría de los motores de aeronaves son motores alternativos livianos o turbinas de gas. El combustible del motor se almacena en tanques, generalmente en las alas, pero los aviones más grandes también tienen tanques de combustible adicionales en el fuselaje.

Avión de hélice

Los aviones de hélice utilizan una o más hélices (tornillos de aire) para crear empuje en dirección hacia adelante. La hélice suele montarse delante de la fuente de alimentación en la configuración de tractor, pero puede montarse detrás en la configuración de empujador. Las variaciones del diseño de la hélice incluyen hélices contrarrotantes y ventiladores con conductos.

Se han utilizado muchos tipos de centrales eléctricas para impulsar las hélices. Los primeros dirigibles usaban mano de obra o máquinas de vapor. El motor de pistón de combustión interna más práctico se usó para prácticamente todos los aviones de ala fija hasta la Segunda Guerra Mundial y todavía se usa en muchos aviones más pequeños. Algunos tipos utilizan motores de turbina para impulsar una hélice en forma de turbohélice o propfan. Se ha logrado el vuelo propulsado por humanos, pero no se ha convertido en un medio práctico de transporte. Los aviones y modelos no tripulados también han utilizado fuentes de energía como motores eléctricos y bandas elásticas.

Avion a reacción

Los aviones a reacción utilizan motores a reacción que respiran aire, que toman aire, queman combustible con él en una cámara de combustión y aceleran el escape hacia atrás para proporcionar empuje.

Las diferentes configuraciones de motores a reacción incluyen el turborreactor y el turboventilador, a veces con la adición de un dispositivo de poscombustión. Los que no tienen turbomaquinaria giratoria incluyen el pulsorreactor y el estatorreactor. Estos motores mecánicamente simples no producen empuje cuando están parados, por lo que el avión debe lanzarse a la velocidad de vuelo usando una catapulta, como la bomba voladora V-1, o un cohete, por ejemplo. Otros tipos de motores incluyen el motorjet y el Pratt & Whitney J58 de doble ciclo.

En comparación con los motores que utilizan hélices, los motores a reacción pueden proporcionar un empuje mucho mayor, velocidades más altas y, por encima de unos 40 000 pies (12 000 m), una mayor eficiencia. También son mucho más eficientes en combustible que los cohetes. Como consecuencia, casi todas las aeronaves grandes, de alta velocidad o gran altitud utilizan motores a reacción.

Giroavión

Algunos helicópteros, como los helicópteros, tienen un rotor o ala rotatoria motorizada, donde el disco del rotor puede inclinarse ligeramente hacia adelante para que una proporción de su sustentación se dirija hacia adelante. El rotor puede, como una hélice, ser propulsado por una variedad de métodos, como un motor de pistón o una turbina. Los experimentos también han utilizado boquillas de chorro en las puntas de las palas del rotor.

Otros tipos de aeronaves propulsadas

• Ocasionalmente se ha experimentado con aviones propulsados ​​por cohetes, y el caza Messerschmitt Me 163 Komet incluso entró en acción en la Segunda Guerra Mundial. Desde entonces, han estado restringidos a aviones de investigación, como el North American X-15, que viajó al espacio donde los motores que respiran aire no pueden funcionar (los cohetes llevan su propio oxidante). Los cohetes se han utilizado más a menudo como complemento de la planta de energía principal, generalmente para el despegue asistido por cohetes de aeronaves muy cargadas, pero también para proporcionar capacidad de avance de alta velocidad en algunos diseños híbridos como el Saunders-Roe SR.53.
• El ornitóptero obtiene impulso batiendo sus alas. Ha encontrado un uso práctico en un modelo de halcón utilizado para congelar animales de presa y dejarlos quietos para que puedan ser capturados, y en pájaros de juguete.

Diseño y construcción

Las aeronaves se diseñan de acuerdo con muchos factores, como la demanda del cliente y del fabricante, los protocolos de seguridad y las limitaciones físicas y económicas. Para muchos tipos de aeronaves, el proceso de diseño está regulado por las autoridades nacionales de aeronavegabilidad.

Las partes clave de un avión generalmente se dividen en tres categorías:

• La estructura ("fuselaje") comprende los principales elementos de carga y el equipo asociado, así como los controles de vuelo.
• El sistema de propulsión ("planta motriz") (si está propulsado) comprende la fuente de energía y el equipo asociado, como se describe anteriormente.
• La aviónica comprende los sistemas eléctricos y electrónicos de control, navegación y comunicación.

Estructura

El enfoque del diseño estructural varía ampliamente entre los diferentes tipos de aeronaves. Algunos, como los parapentes, se componen únicamente de materiales flexibles que actúan en tensión y dependen de la presión aerodinámica para mantener su forma. De manera similar, un globo depende de la presión de gas interna, pero puede tener una canasta rígida o una góndola colgada debajo para transportar su carga útil. Los primeros aviones, incluidas las aeronaves, a menudo empleaban una cubierta de tela de avión dopada flexible para dar una capa aerodinámica razonablemente suave estirada sobre un marco rígido. Los aviones posteriores emplearon técnicas semi-monocasco, donde la piel del avión es lo suficientemente rígida para compartir gran parte de las cargas de vuelo. En un verdadero diseño monocasco no queda estructura interna. Con el énfasis reciente en la sostenibilidad, el cáñamo ha llamado la atención, ya que tiene una huella de carbono mucho más pequeña y 10 veces más fuerte que el acero.

Las partes estructurales clave de un avión dependen de qué tipo sea.

Aerostatos

Los tipos más ligeros que el aire se caracterizan por una o más bolsas de gas, típicamente con una estructura de soporte de cables flexibles o un marco rígido llamado casco. A la estructura portante también se pueden unir otros elementos como motores o una góndola.

Aerodinos

Los tipos más pesados ​​que el aire se caracterizan por una o más alas y un fuselaje central. El fuselaje también suele llevar una cola o empenaje para la estabilidad y el control, y un tren de aterrizaje para el despegue y el aterrizaje. Los motores pueden estar ubicados en el fuselaje o en las alas. En un avión de ala fija, las alas están unidas rígidamente al fuselaje, mientras que en un helicóptero, las alas están unidas a un eje vertical giratorio. Los diseños más pequeños a veces usan materiales flexibles para parte o la totalidad de la estructura, sostenidos por un marco rígido o por presión de aire. Las partes fijas de la estructura comprenden el fuselaje.

Energía

La fuente de fuerza motriz de una aeronave normalmente se denomina planta motriz e incluye el motor, la hélice o el rotor (si los hay), las toberas de chorro y los inversores de empuje (si los hay) y los accesorios esenciales para el funcionamiento del motor. (por ejemplo: motor de arranque, sistema de encendido, sistema de admisión, sistema de escape, sistema de combustible, sistema de lubricación, sistema de enfriamiento del motor y controles del motor).

Las aeronaves propulsadas suelen estar propulsadas por motores de combustión interna (pistón o turbina) que queman combustibles fósiles, generalmente gasolina (avgas) o combustible para aviones. Muy pocos están propulsados ​​por cohetes, propulsión estatorreactor, o por motores eléctricos, o por motores de combustión interna de otros tipos, o que utilizan otros combustibles. Muy pocos han sido propulsados, para vuelos cortos, por energía muscular humana (por ejemplo: Gossamer Condor).

Aviónica

La aviónica comprende cualquier sistema electrónico de control de vuelo de aeronaves y equipo relacionado, incluyendo instrumentación electrónica de cabina, navegación, radar, monitoreo y sistemas de comunicaciones.

Características de vuelo

Envolvente de vuelo

La envolvente de vuelo de una aeronave se refiere a sus capacidades de diseño aprobadas en términos de velocidad aerodinámica, factor de carga y altitud. El término también puede referirse a otras evaluaciones del rendimiento de la aeronave, como la maniobrabilidad. Cuando se abusa de una aeronave, por ejemplo sumergiéndola a una velocidad demasiado alta, se dice que está volando fuera de la envolvente, algo que se considera temerario ya que se ha llevado más allá de los límites de diseño establecidos por el fabricante. Ir más allá del sobre puede tener un resultado conocido, como aleteo o entrada a un giro no recuperable (posibles razones del límite).

Rango

El alcance es la distancia que una aeronave puede volar entre el despegue y el aterrizaje, limitada por el tiempo que puede permanecer en el aire.

Para una aeronave motorizada, el límite de tiempo está determinado por la carga de combustible y la tasa de consumo.

Para una aeronave sin motor, el tiempo máximo de vuelo está limitado por factores como las condiciones climáticas y la resistencia del piloto. Muchos tipos de aeronaves están restringidos a las horas del día, mientras que los globos están limitados por su suministro de gas de elevación. El rango se puede ver como la velocidad de avance promedio multiplicada por el tiempo máximo en el aire.

El Airbus A350-900ULR es ahora el avión comercial de mayor alcance.

Dinámica de vuelo

La dinámica de vuelo es la ciencia de la orientación y el control de vehículos aéreos en tres dimensiones. Los tres parámetros críticos de la dinámica de vuelo son los ángulos de rotación alrededor de tres ejes que pasan por el centro de gravedad del vehículo, conocidos como cabeceo, balanceo y guiñada.

• El balanceo es una rotación sobre el eje longitudinal (equivalente al balanceo o escora de un barco) que produce un movimiento de arriba hacia abajo de las puntas de las alas medido por el ángulo de balanceo o alabeo.
• El cabeceo es una rotación sobre el eje horizontal lateral que produce un movimiento de arriba hacia abajo del morro del avión medido por el ángulo de ataque.
• La guiñada es una rotación sobre el eje vertical que produce un movimiento lateral del morro conocido como deslizamiento lateral.

La dinámica de vuelo se ocupa de la estabilidad y el control de la rotación de una aeronave sobre cada uno de estos ejes.

Estabilidad

Una aeronave que es inestable tiende a desviarse de su ruta de vuelo prevista y, por lo tanto, es difícil de volar. Un avión muy estable tiende a permanecer en su trayectoria de vuelo y es difícil de maniobrar. Por lo tanto, es importante que cualquier diseño logre el grado deseado de estabilidad. Desde el uso generalizado de computadoras digitales, es cada vez más común que los diseños sean intrínsecamente inestables y dependan de sistemas de control computarizados para proporcionar estabilidad artificial.

Un ala fija suele ser inestable en cabeceo, balanceo y guiñada. Las estabilidades de cabeceo y guiñada de los diseños de alas fijas convencionales requieren estabilizadores horizontales y verticales, que actúan de manera similar a las plumas de una flecha. Estas superficies estabilizadoras permiten el equilibrio de las fuerzas aerodinámicas y estabilizan la dinámica de vuelo de cabeceo y guiñada. Por lo general, se montan en la sección de cola (empenaje), aunque en el diseño canard, el ala principal de popa reemplaza al canard foreplane como estabilizador de cabeceo. Las aeronaves de ala en tándem y sin cola se basan en la misma regla general para lograr la estabilidad, siendo la superficie de popa la estabilizadora.

Un ala giratoria suele ser inestable en guiñada, lo que requiere un estabilizador vertical.

Un globo suele ser muy estable en cabeceo y balanceo debido a la forma en que la carga útil se cuelga debajo del centro de sustentación.

Control

Las superficies de control de vuelo permiten al piloto controlar la actitud de vuelo de una aeronave y, por lo general, forman parte del ala o están montadas o integradas en la superficie estabilizadora asociada. Su desarrollo fue un avance crítico en la historia de los aviones, que hasta ese momento había sido incontrolable en vuelo.

Los ingenieros aeroespaciales desarrollan sistemas de control para la orientación (actitud) de un vehículo con respecto a su centro de masa. Los sistemas de control incluyen actuadores, que ejercen fuerzas en varias direcciones y generan fuerzas o momentos de rotación alrededor del centro aerodinámico de la aeronave y, por lo tanto, hacen girar la aeronave en cabeceo, balanceo o guiñada. Por ejemplo, un momento de cabeceo es una fuerza vertical aplicada a una distancia hacia adelante o hacia atrás desde el centro aerodinámico de la aeronave, que hace que la aeronave se incline hacia arriba o hacia abajo. Los sistemas de control también se utilizan a veces para aumentar o disminuir la resistencia, por ejemplo, para reducir la velocidad de la aeronave a una velocidad segura para el aterrizaje.

Las dos fuerzas aerodinámicas principales que actúan sobre cualquier aeronave son la sustentación que la sostiene en el aire y la resistencia que se opone a su movimiento. También se pueden usar superficies de control u otras técnicas para afectar estas fuerzas directamente, sin inducir ninguna rotación.

Impactos del uso de aeronaves

Las aeronaves permiten viajes de larga distancia y alta velocidad y pueden ser un modo de transporte más eficiente en combustible en algunas circunstancias. Sin embargo, las aeronaves tienen impactos ambientales y climáticos más allá de las consideraciones de eficiencia de combustible. También son relativamente ruidosos en comparación con otras formas de viajar y los aviones de gran altitud generan estelas, lo que, según sugiere la evidencia experimental, puede alterar los patrones climáticos.

Usos para aviones

Las aeronaves se producen en varios tipos diferentes optimizados para diversos usos; aeronaves militares, que incluye no solo tipos de combate sino muchos tipos de aeronaves de apoyo, y aeronaves civiles, que incluyen todos los tipos no militares, experimentales y modelo.

Militar

Una aeronave militar es cualquier aeronave que es operada por un servicio armado legal o insurreccional de cualquier tipo. Los aviones militares pueden ser de combate o no de combate:

• Los aviones de combate son aviones diseñados para destruir equipo enemigo usando su propio armamento. Los aviones de combate se dividen ampliamente en cazas y bombarderos, con varios tipos intermedios, como cazabombarderos y aviones de ataque, incluidos los helicópteros de ataque.
• Las aeronaves que no son de combate no están diseñadas para el combate como su función principal, pero pueden llevar armas para la autodefensa. Los roles que no son de combate incluyen búsqueda y rescate, reconocimiento, observación, transporte, entrenamiento y reabastecimiento de combustible aéreo. Estos aviones son a menudo variantes de aviones civiles.

La mayoría de los aviones militares son del tipo más pesado que el aire. Otros tipos, como planeadores y globos, también se han utilizado como aviones militares; por ejemplo, los globos se usaron para la observación durante la Guerra Civil Estadounidense y la Primera Guerra Mundial, y los planeadores militares se usaron durante la Segunda Guerra Mundial para desembarcar tropas.

Civil

Las aeronaves civiles se dividen en tipos comerciales y generales, sin embargo, existen algunas superposiciones.

Las aeronaves comerciales incluyen tipos diseñados para vuelos de aerolíneas regulares y chárter, que transportan pasajeros, correo y otra carga. Los tipos de transporte de pasajeros más grandes son los aviones comerciales, los más grandes de los cuales son aviones de fuselaje ancho. Algunos de los tipos más pequeños también se utilizan en la aviación general y algunos de los tipos más grandes se utilizan como aeronaves VIP.

La aviación general es un cajón de sastre que cubre otros tipos de uso privado (donde el piloto no recibe pago por tiempo o gastos) y uso comercial, e involucra una amplia gama de tipos de aeronaves como jets de negocios (bizjets), entrenadores, de fabricación casera, planeadores, pájaros de guerra y globos aerostáticos, por nombrar algunos. La gran mayoría de los aviones de hoy en día son del tipo de aviación general.

Experimental

Una aeronave experimental es aquella que no ha sido completamente probada en vuelo, o que lleva un Certificado de Aeronavegabilidad Especial, llamado Certificado Experimental en la jerga de los Estados Unidos. Esto a menudo implica que la aeronave está probando nuevas tecnologías aeroespaciales, aunque el término también se refiere a aeronaves construidas por aficionados y en kit, muchas de las cuales se basan en diseños probados.

Modelo

Un modelo de avión es un tipo pequeño no tripulado hecho para volar por diversión, para exhibición estática, para investigación aerodinámica o para otros fines. Un modelo a escala es una réplica de un diseño más grande.