Avión

Un avión o aeroplano (informalmente avión) es un avión de ala fija que es propulsado hacia adelante por el empuje de un motor a reacción, hélice o cohete. Los aviones vienen en una variedad de tamaños, formas y configuraciones de alas. El amplio espectro de usos de los aviones incluye recreación, transporte de bienes y personas, militar e investigación. En todo el mundo, la aviación comercial transporta más de cuatro mil millones de pasajeros al año en aviones comerciales y transporta más de 200 mil millones de toneladas-kilómetro de carga al año, lo que representa menos del 1 % del movimiento de carga mundial. La mayoría de los aviones son pilotados por un piloto a bordo del avión, 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 sostenido y controlado más pesado que el aire". Se basaron en los trabajos de George Cayley que datan de 1799, cuando expuso el concepto del avión moderno (y más tarde construyó y voló modelos y exitosos planeadores para transporte de pasajeros).Entre 1867 y 1896, el pionero alemán de la aviación humana Otto Lilienthal también estudió el vuelo más pesado que el aire. Tras su uso limitado en la Primera Guerra Mundial, la tecnología aeronáutica siguió desarrollándose. Los aviones tuvieron presencia en todas las grandes batallas de la Segunda Guerra Mundial. El primer avión a reacción fue el alemán Heinkel He 178 en 1939. El primer avión 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 50 años, desde 1958 hasta al menos 2013.

Etimología y uso

Atestiguado por primera vez en inglés a fines del siglo XIX (antes del primer vuelo con motor sostenido), la palabra avión, como avión, deriva del francés aéroplane, que proviene del griego ἀήρ (aēr), "aire" y del latín planus, "nivel", o griego πλάνος (planos), "errante". " Aéroplane " originalmente se refería solo al ala, ya que es un avión que se mueve por el aire. En un ejemplo de sinécdoque, la palabra para el ala pasó a referirse a todo el avión.

En los Estados Unidos y Canadá, el término "avión" se utiliza para aeronaves de ala fija con motor. En el Reino Unido y la mayor parte de la Commonwealth, el término "avión" (/ ˈ ɛər ə p l eɪ n /) se suele aplicar a estos aviones.

Historia

Antepasados

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 400 a. C. en Grecia, se dice que Archytas diseñó y construyó el primer dispositivo volador artificial autopropulsado, un modelo en forma de pájaro propulsado por un chorro de lo que probablemente era vapor, que se dice que voló unos 200 m (660 pies). Esta máquina puede haber sido suspendida para su vuelo.

Algunos de los primeros intentos registrados con planeadores fueron los del poeta andaluz y árabe del siglo IX Abbas ibn Firnas y el monje inglés del siglo XI Eilmer de Malmesbury; ambos experimentos hirieron a sus pilotos. Leonardo da Vinci investigó el diseño del ala de las aves y diseñó un avión propulsado por el hombre en su Codex on the Flight of Birds (1502), notando por primera vez la distinción entre el centro de masa y el centro de presión de las aves voladoras.

En 1799, George Cayley estableció el concepto del avión moderno como una máquina voladora de ala fija con sistemas separados de sustentación, propulsión y control. Cayley construía y volaba modelos de aviones de ala fija ya en 1803, y construyó un exitoso planeador para transporte de pasajeros en 1853. En 1856, el francés Jean-Marie Le Bris realizó el primer vuelo propulsado, al tener su planeador "L' Albatros artificiel" tirado por un caballo en una playa. 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. 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 110 pies (34 m) que estaba propulsada por dos máquinas 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 mostró 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.

En la década de 1890, Lawrence Hargrave realizó una investigación 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 rotativo, no creó ni voló un avión de ala fija propulsado.

Entre 1867 y 1896, el pionero alemán de la aviación humana Otto Lilienthal desarrolló el vuelo más pesado que el aire. Fue la primera persona en realizar vuelos planeadores bien documentados, repetidos y exitosos.

Primeros vuelos propulsados

El francés Clement Ader construyó la primera de sus tres máquinas voladoras en 1886, la Éole. Era un diseño parecido a un murciélago dirigido por una máquina de vapor liviana 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 pies). El peso total fue de 300 kilogramos (660 libras). El 9 de octubre de 1890, Ader intentó volar el Éole. Los historiadores de la aviación dan crédito a este esfuerzo como un despegue motorizado y un salto incontrolado de aproximadamente 50 m (160 pies) a una altura de aproximadamente 200 mm (7,9 pulgadas). No se documentó que las dos máquinas posteriores de Ader hubieran logrado el vuelo.

Los vuelos de los hermanos Wright estadounidenses en 1903 son reconocidos por la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), el organismo de establecimiento de estándares y mantenimiento de registros para la aeronáutica, como "el primer vuelo sostenido y controlado más pesado que el aire". En 1905, el Wright Flyer III era capaz de realizar un vuelo estable y totalmente controlable durante períodos considerables. Los hermanos Wright acreditaron a Otto Lilienthal como una gran inspiración para su decisión de realizar vuelos tripulados.

En 1906, el brasileño Alberto Santos-Dumont realizó lo que se decía que era el primer vuelo en avión sin ayuda de catapulta y estableció el primer récord mundial reconocido por el Aéro-Club de France al volar 220 metros (720 pies) en menos de 22 segundos. Este vuelo también fue certificado por la FAI.

Uno de los primeros diseños de aeronaves que reunió la configuración moderna del tractor monoplano fue el diseño Blériot VIII de 1908. Tenía superficies de cola móviles que controlaban tanto la guiñada como el cabeceo, una forma de control de balanceo proporcionada por alabeo o alerones y controlado por su piloto con una palanca de mando y una barra de timón. Fue un importante predecesor de su último avión de cruce de canales Blériot XI del verano de 1909.

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 ocurrió en 1915, por el alemán Luftstreitkräfte Leutnant Kurt Wintgens. Aparecieron ases de combate; el mayor (por número de victorias en Combate Aéreo) fue Manfred von Richthofen.

Después de la Primera Guerra Mundial, la tecnología aeronáutica continuó desarrollándose. Alcock y Brown cruzaron el Atlántico sin escalas por primera vez en 1919. Los primeros vuelos comerciales internacionales se realizaron entre Estados Unidos y Canadá en 1919.

Los aviones tuvieron presencia en todas las grandes batallas de la Segunda Guerra Mundial. Fueron un componente esencial de las estrategias militares de la época, como la Blitzkrieg alemana, la Batalla de Gran Bretaña y las campañas de portaaviones estadounidenses y japoneses de la Guerra del Pacífico.

Desarrollo de aviones a reacción.

El primer avión a reacción práctico fue el alemán Heinkel He 178, que se probó 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 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 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 de aviones supersónicos, incluidos los del Concorde, se han limitado a vuelos sobre el agua a velocidad supersónica debido a su estampido sónico, que está prohibido en la mayoría de las áreas terrestres pobladas. El alto costo de operación por pasajero-milla y un accidente mortal en 2000 indujeron a los operadores del Concorde a retirarlo del servicio.

Propulsión

Hélice

La hélice de un avión, o hélice de aire, convierte el movimiento giratorio de un motor u otra fuente de energía en una estela arremolinada que empuja la hélice hacia adelante o hacia atrás. Comprende un cubo motorizado giratorio, al que se unen dos o más álabes radiales de sección aerodinámica de manera que todo el conjunto gira alrededor de un eje longitudinal.Los tres tipos de motores de aviación utilizados para propulsar 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 el área de su disco, el área a través de la cual giran las palas. La limitación de la velocidad de la hoja 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 requeridas para generar una velocidad punta dada son inversamente proporcionales al diámetro de la hélice. El límite superior de velocidad de diseño para aeronaves propulsadas por hélice es Mach 0,6. Aeronaves diseñadas para ir más rápido que emplean motores a reacción.

Motor alternativo

Los motores alternativos en aviones tienen tres variantes principales, motor radial, en línea y plano u horizontalmente opuesto. 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 aviones antes de que predominaran los motores de turbina de gas. 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 cantidad 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.

Turbina de gas

Un motor de turbina de gas turbohélice consta de una admisión, 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 turbopropulsor.

Motor eléctrico

Un avión eléctrico funciona con motores eléctricos con electricidad proveniente de celdas de combustible, celdas solares, ultracondensadores, transmisión de energía o baterías. Actualmente, los aviones eléctricos voladores son en su mayoría prototipos experimentales, incluidos vehículos aéreos tripulados y no tripulados, pero hay algunos modelos de producción en el mercado.

Chorro

Los aviones a reacción son propulsados ​​por motores a reacción, que se utilizan porque las limitaciones aerodinámicas de las hélices no se aplican a la propulsión a reacción. 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 ramjet y el scramjet, que se basan en una alta velocidad del aire y geometría de admisión para comprimir el aire de combustión, antes de la introducción y el encendido del combustible. Los motores de cohete proporcionan empuje quemando un combustible con un oxidante y expulsando gas a través de una boquilla.

Turboventilador

La mayoría de los aviones a reacción utilizan motores a reacción turboventiladores, 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 la atraviesa se denomina relación de derivación. Representan un compromiso entre el turborreactor (sin derivación) y las formas de propulsión de aviones turbohélice (principalmente propulsados ​​​​con aire de derivación).

Las aeronaves subsónicas, como los aviones comerciales, emplean motores a reacción de alto by-pass para la eficiencia del combustible. Los aviones supersónicos, como los aviones de combate, utilizan turboventiladores de derivación baja. Sin embargo, a velocidades supersónicas, el aire que ingresa al motor debe desacelerar a una velocidad subsónica y luego volver a acelerar a velocidades supersónicas después de la combustión. Se puede usar un posquemador en 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 usan inversores de empuje para reducir la velocidad después del aterrizaje.

Estatorreactor

Un estatorreactor es una forma 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 de alta velocidad, como con misiles. Los estatorreactores requieren un movimiento hacia adelante antes de que puedan generar empuje y, por lo tanto, a menudo se usan junto con otras formas de propulsión o con un medio externo para lograr la velocidad suficiente. El Lockheed D-21 era un dron de reconocimiento propulsado por estatorreactor Mach 3+ que se lanzaba desde un avión principal. Un estatorreactor utiliza el movimiento hacia adelante del vehículo para forzar el aire a través del motor sin recurrir a turbinas o paletas. Se agrega combustible y se enciende, que calienta y expande el aire para proporcionar empuje.

Chorro de chatarra

Un scramjet 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 únicamente a velocidades supersónicas. El X-43 de la NASA, un scramjet no tripulado experimental, 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).

Cohete

Mientras que los aviones a reacción utilizan la atmósfera como fuente de oxidante y de masa para acelerar de forma reactiva detrás del avión, 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 de combustible líquido o sólido, el gas caliente se acelera a través de una boquilla.

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 batió muchos récords de velocidad y altitud en la década de 1960 y fue pionero en conceptos de ingeniería para aeronaves y naves espaciales posteriores. Los aviones de transporte militar pueden emplear despegues asistidos por cohetes para situaciones de campo corto. De lo contrario, los aviones cohete incluyen aviones espaciales, como SpaceShipTwo, para viajar más allá de la atmósfera terrestre y aviones deportivos desarrollados para la Rocket Racing League de corta duración.

Diseño y fabricación

La mayoría de los aviones son construidos por empresas con el objetivo de producirlos en cantidad para los clientes. El proceso de diseño y planificación, incluidas las pruebas de seguridad, puede durar hasta cuatro años para pequeños turbohélices o más para aviones más grandes.

Durante este proceso se establecen los objetivos y especificaciones de diseño de la aeronave. Primero, la empresa constructora utiliza dibujos y ecuaciones, simulaciones, pruebas de túnel de viento y experiencia para predecir el comportamiento de la aeronave. Las empresas utilizan computadoras para dibujar, planificar y realizar simulaciones iniciales de la aeronave. Luego, se prueban pequeños modelos y maquetas de todas o ciertas partes del avión en túneles de viento para verificar su aerodinámica.

Cuando el diseño ha pasado por estos procesos, la empresa construye un número limitado de prototipos para realizar pruebas en el terreno. Los representantes de una agencia rectora de la aviación a menudo realizan un primer vuelo. Las pruebas de vuelo continúan hasta que la aeronave ha cumplido con todos los requisitos. Luego, el organismo público rector de la aviación del país autoriza a la empresa a iniciar la producción.

En los Estados Unidos, esta agencia es la Administración Federal de Aviación (FAA). En la Unión Europea, Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA); en el Reino Unido es la Autoridad de Aviación Civil (CAA). En Canadá, la agencia pública a cargo y que autoriza la producción en masa de aeronaves es la Autoridad de Aviación Civil de Transport Canada.

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 los estándares de seguridad más estrictos y específicos. 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.

En el caso de ventas internacionales, también es necesaria una licencia de la agencia pública de aviación o transporte del país donde se vaya a utilizar la aeronave. Por ejemplo, los aviones fabricados por la empresa europea Airbus deben estar certificados por la FAA para volar en los Estados Unidos, y los aviones fabricados por Boeing, con sede en EE. UU., deben ser aprobados por la EASA para volar en la Unión Europea.

Las regulaciones han dado como resultado una reducción del ruido de los motores de las aeronaves en respuesta al aumento de la contaminación acústica por el crecimiento del tráfico aéreo en las áreas urbanas cercanas a los aeropuertos.

Los aficionados pueden diseñar y construir aviones pequeños como construcciones caseras. Se pueden ensamblar otras aeronaves caseras utilizando kits prefabricados de piezas que se pueden ensamblar en un avión básico y luego el constructor debe completarlas.

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 piezas que van en el 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 dichas piezas no se limita a una misma ciudad o país; en el caso de las grandes empresas de fabricación de aviones, dichas piezas pueden provenir de todo el mundo.

Las piezas se envían a la planta principal de la compañía de aviones, donde se encuentra la línea de producción. En el caso de grandes aviones, pueden existir líneas de producción dedicadas al montaje de determinadas partes del avión, especialmente las alas y el fuselaje.

Cuando está completo, un avión se inspecciona 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 garantizar que todos los sistemas funcionen correctamente y que el avión se maneje correctamente. Al pasar estas pruebas, el avión está listo para recibir los "retoques finales" (configuración interna, pintura, etc.), y luego está listo para el cliente.

Características

Estructura de avión

Las partes estructurales de un avión de ala fija se denominan fuselaje. Las piezas presentes pueden variar según el tipo y propósito de la aeronave. Los primeros tipos generalmente estaban hechos de madera con superficies de alas de tela. Cuando los motores estuvieron disponibles para vuelos propulsados ​​​​hace unos cien años, sus monturas estaban hechas de metal. Luego, a medida que aumentaban las velocidades, más y más partes se convirtieron en metal hasta que, al final de la Segunda Guerra Mundial, los aviones totalmente metálicos eran comunes. En los tiempos modernos, se ha hecho un uso cada vez mayor de materiales compuestos.

Las partes estructurales típicas incluyen:

• Una o más alas horizontales grandes, a menudo con una forma de sección transversal aerodinámica. El ala desvía el aire hacia abajo a medida que la aeronave avanza, generando una fuerza de sustentación para sostenerla en vuelo. El ala también proporciona estabilidad en balanceo para evitar que la aeronave se balancee hacia la izquierda o hacia la derecha en un vuelo constante.

• Un fuselaje, un cuerpo largo y delgado, generalmente con extremos cónicos o redondeados para que su forma sea aerodinámicamente suave. El fuselaje une las otras partes de la estructura del avión y generalmente contiene cosas importantes como el piloto, la carga útil y los sistemas de vuelo.
• Un estabilizador vertical o aleta es una superficie vertical similar a un ala montada en la parte trasera del avión y que generalmente sobresale por encima de él. La aleta estabiliza la guiñada del avión (giro a la izquierda oa la derecha) y monta el timón, que controla su rotación a lo largo de ese eje.
• Un estabilizador horizontal o plano de cola, generalmente montado en la cola cerca del estabilizador vertical. El estabilizador horizontal se utiliza para estabilizar el cabeceo del avión (inclinación hacia arriba o hacia abajo) y monta los elevadores, que proporcionan control de cabeceo.
• Tren de aterrizaje, un conjunto de ruedas, patines o flotadores que sostienen el avión mientras está en la superficie. En los hidroaviones, la parte inferior del fuselaje o los flotadores (pontones) lo sostienen mientras está en el agua. En algunos aviones, el tren de aterrizaje se retrae durante el vuelo para reducir la resistencia.

Alas

Las alas de un avión de ala fija son planos estáticos que se extienden a ambos lados del avión. Cuando el avión viaja hacia adelante, el aire fluye sobre las alas, que tienen forma para crear sustentación. Esta forma se llama perfil aerodinámico y tiene forma de ala de pájaro.

Estructura del ala

Los aviones tienen superficies de alas flexibles que se estiran a través de un marco y se vuelven rígidas por las fuerzas de sustentación ejercidas por el flujo de aire sobre ellas. Los aviones más grandes tienen superficies de ala rígidas que brindan resistencia adicional.

Ya sean flexibles o rígidas, la mayoría de las alas tienen una estructura fuerte para darles forma y transferir sustentación desde la superficie del ala al resto de la aeronave. Los elementos estructurales principales son uno o más largueros que se extienden desde la base hasta la punta, y muchas nervaduras que se extienden desde el borde delantero (delantero) hasta el borde trasero (trasero).

Los primeros motores de los aviones tenían poca potencia y la ligereza era muy importante. Además, las primeras secciones aerodinámicas eran muy delgadas y no podían tener un marco fuerte instalado en su interior. Entonces, hasta la década de 1930, la mayoría de las alas eran demasiado livianas para tener la fuerza suficiente, y se agregaron puntales y cables de refuerzo externos. Cuando la potencia del motor disponible aumentó durante las décadas de 1920 y 1930, las alas se podían hacer lo suficientemente pesadas y fuertes como para que ya no se necesitaran refuerzos. Este tipo de ala no arriostrada se denomina ala en voladizo.

Configuración del ala

El número y la forma de las alas varía ampliamente en diferentes tipos. Un avión de ala dado puede tener una envergadura completa o estar dividido por un fuselaje central en alas de babor (izquierda) y estribor (derecha). Ocasionalmente, incluso se han utilizado más alas, y el triplano de tres alas alcanzó cierta fama en la Primera Guerra Mundial. El cuadriplano de cuatro alas y otros diseños multiplano han tenido poco éxito.

Un monoplano tiene un solo ala, un biplano tiene dos apilados uno encima del otro, un ala en tándem tiene dos colocados uno detrás del otro. Cuando la potencia del motor disponible aumentó durante las décadas de 1920 y 1930 y ya no se necesitaban arriostramientos, el monoplano sin arriostramiento o en voladizo se convirtió en la forma más común de tipo propulsado.

La forma en planta del ala es la forma cuando se ve desde arriba. Para ser eficiente desde el punto de vista aerodinámico, un ala debe ser recta con una gran envergadura de lado a lado pero tener una cuerda corta (alta relación de aspecto). Pero para ser estructuralmente eficiente y, por lo tanto, liviana, un ala debe tener una envergadura corta pero aún así el área suficiente para proporcionar sustentación (relación de aspecto baja).

A velocidades transónicas (cerca de la velocidad del sonido), ayuda a barrer 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 solo un ala recta que se mueve hacia atrás o hacia adelante.

El ala delta es una forma de triángulo que puede usarse por varias razones. Como ala Rogallo flexible, permite una forma estable bajo fuerzas aerodinámicas y, por lo tanto, se usa a menudo para aviones ultraligeros e incluso para cometas. Como ala supersónica, combina alta resistencia con baja resistencia, por lo que a menudo se usa para jets rápidos.

Un ala de geometría variable se puede cambiar en vuelo a una forma diferente. El ala de barrido variable se transforma de una configuración recta eficiente para despegue y aterrizaje a una configuración de barrido de baja resistencia para vuelos de alta velocidad. Se han volado otras formas de forma en planta variable, pero ninguna ha ido más allá de la etapa de investigación.

Fuselaje

Un fuselaje es un cuerpo largo y delgado, generalmente con extremos cónicos 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 aeronaves tripuladas las operan desde una cabina ubicada en la parte delantera o superior del fuselaje y equipada con controles y usualmente ventanas e instrumentos. Un avión puede tener más de un fuselaje, o puede estar equipado con brazos con la cola ubicada entre los brazos para permitir que el extremo trasero del fuselaje sea útil para una variedad de propósitos.

Alas contra cuerpos

Ala voladora

Un ala voladora es un avión sin cola que no tiene un fuselaje definido. La mayor parte de la tripulación, la carga útil y el equipo se encuentran dentro de la estructura del ala principal.

La configuración del ala voladora se estudió ampliamente 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 voladora, pero las dificultades conocidas siguieron siendo intratables. Cierto interés general continuó hasta principios de la década de 1950, pero los diseños no necesariamente ofrecían una gran ventaja en el 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 voladora 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 en las alas voladoras se renovó en la década de 1980 debido a sus secciones transversales de reflexión de radar potencialmente bajas. La tecnología Stealth 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 en relación con 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 voladora no son las necesidades primarias. Sin embargo, los modernos sistemas fly-by-wire controlados por computadora permitieron minimizar muchos de los inconvenientes aerodinámicos del ala voladora, lo que lo convirtió en un bombardero de largo alcance eficiente y estable.

Cuerpo de ala combinado

Los aviones con cuerpo de ala combinada tienen un cuerpo aplanado y con forma aerodinámica, que produce la mayor parte de la sustentación para mantenerse en el aire, y estructuras de alas distintas y separadas, aunque las alas se mezclan suavemente con el cuerpo.

Por lo tanto, los aviones con cuerpo de ala combinada incorporan características de diseño tanto de un fuselaje futurista como de un diseño de ala voladora. Las supuestas ventajas del enfoque de cuerpo de ala combinado son alas eficientes de gran sustentación y un cuerpo ancho en forma de perfil aerodinámico. Esto permite que toda la nave contribuya a la generación de sustentación con el resultado de una economía de combustible potencialmente mayor.

Cuerpo de elevación

Un cuerpo elevador es una configuración en la que el propio cuerpo produce sustentación. En contraste con un ala voladora, que es un ala con un fuselaje convencional mínimo o nulo, un cuerpo de sustentación puede considerarse como un fuselaje con poco o ningún ala convencional. Mientras que un ala voladora busca maximizar la eficiencia de crucero a velocidades subsónicas al eliminar las superficies que no se elevan, los cuerpos de elevación generalmente minimizan la resistencia y la estructura de un ala para vuelos subsónicos, supersónicos e hipersónicos, o el reingreso de naves espaciales. Todos estos regímenes de vuelo plantean desafíos para la estabilidad de vuelo adecuada. Los cuerpos de elevación fueron un área importante de investigación en las décadas de 1960 y 1970 como un medio para construir una nave espacial tripulada pequeña y liviana. Los EE. UU. Construyeron varios aviones cohete de cuerpo de elevación famosos para probar el concepto, así como varios vehículos de reingreso lanzados con cohetes que fueron probados sobre el Pacífico. El interés se desvaneció cuando la Fuerza Aérea de EE. UU. perdió interés en la misión tripulada, y el desarrollo principal terminó durante el proceso de diseño del transbordador espacial cuando se hizo evidente que los fuselajes de gran forma dificultaban el ajuste del tanque de combustible.

Empenaje y plano de proa

El ala de sección aerodinámica clásica es inestable en vuelo y difícil de controlar. Los tipos de alas flexibles a menudo dependen 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 que incluyen, más recientemente, la estabilidad artificial electrónica.

Para lograr estabilidad y control, la mayoría de los tipos de alas fijas tienen un empenaje que comprende una aleta y un timón que actúan horizontalmente y un plano de cola y un elevador que actúan verticalmente. Estas superficies de control normalmente se pueden recortar para aliviar las fuerzas de control para varias etapas de vuelo. Esto es tan común que se conoce como el diseño convencional. A veces puede haber dos o más aletas, espaciadas a lo largo del plano de cola.

Algunos tipos tienen un plano delantero horizontal "canard" delante del ala principal, en lugar de detrás de él. Este plano de proa puede contribuir a la sustentación, el asiento o el control de la aeronave, oa varios de ellos.

Controles e instrumentos

Los aviones tienen complejos sistemas de control de vuelo. 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 las aeronaves tripuladas, los instrumentos de la cabina brindan información a los pilotos, incluidos los datos de vuelo, la potencia del motor, la navegación, las comunicaciones y otros sistemas de la aeronave que pueden instalarse.

La seguridad

Cuando el riesgo se mide por las muertes por pasajero-kilómetro, viajar en avión es aproximadamente 10 veces más seguro que viajar en autobús o tren. Sin embargo, cuando se utilizan las estadísticas de muertes por viaje, los viajes aéreos son significativamente más peligrosos que los viajes en automóvil, tren o autobús. El seguro de viaje aéreo es relativamente costoso por esta razón: las aseguradoras generalmente usan la estadística de muertes por viaje. Existe una diferencia significativa entre la seguridad de los aviones de pasajeros y la de los aviones privados más pequeños, con la estadística por milla que indica que los aviones de pasajeros son 8,3 veces más seguros que los aviones más pequeños.

Impacto medioambiental

Como todas las actividades que involucran combustión, los aviones que funcionan con combustibles fósiles liberan hollín y otros contaminantes a la atmósfera. También se producen gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO ₂). Además, existen impactos ambientales específicos de los aviones: por ejemplo,

• Los aviones que operan a grandes altitudes cerca de la tropopausa (principalmente los grandes aviones a reacción) emiten aerosoles y dejan estelas, los cuales pueden aumentar la formación de cirros: la cobertura de nubes puede haber aumentado hasta en un 0,2 % desde el nacimiento de la aviación.
• Los aviones que operan a gran altura cerca de la tropopausa también pueden liberar sustancias químicas que interactúan con los gases de efecto invernadero en esas altitudes, en particular compuestos de nitrógeno, que interactúan con el ozono, aumentando las concentraciones de ozono.
• La mayoría de los aviones de pistón ligero queman avgas, que contiene tetraetilo de plomo (TEL). Algunos motores de pistón de baja compresión pueden funcionar con mogas sin plomo y motores de turbina y motores diésel, ninguno de los cuales requiere plomo, se utilizan en algunas aeronaves ligeras más nuevas. Algunas aeronaves eléctricas ligeras no contaminantes ya están en producción.

Otro impacto ambiental de los aviones es la contaminación acústica, provocada principalmente por el despegue y aterrizaje de aeronaves.