Velocidad aerodinámica

En aviación, la velocidad aérea es la velocidad de un avión en relación con el aire. Entre las convenciones comunes para calificar la velocidad aérea se encuentran:

• Velocidad de aire indicada ("IAS"), lo que se lee en un medidor de velocidad de aire conectado a un sistema estático de Pitot;
• Velocidad de aire calibrada ("CAS"), indicó velocidad de aire ajustada para el error de posición e instalación del sistema pitot;
• Velocidad de aire equivalente ("EAS"), velocidad de aire calibrada ajustada para efectos de compresión;
• Velocidad de aire verdadera ("TAS"), velocidad de aire equivalente ajustada para la densidad del aire, y es la velocidad del avión a través del aire en el que está volando.

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

Con EAS constante, la velocidad real aumenta a medida que aumenta la altitud del avión. Esto se debe a que la densidad del aire disminuye a mayor altitud.

La medición e indicación de la velocidad del aire se realiza normalmente a bordo de una aeronave mediante un indicador de velocidad del aire ("ASI") conectado a un sistema pitot-estático. El sistema Pitot estático comprende una o más sondas (o tubos) de Pitot orientadas al flujo de aire entrante para medir la presión de Pitot (también llamada presión de estancamiento, total o presión de ariete) y uno o más puertos estáticos para medir la presión estática en el aire. fluir. El ASI compara estas dos presiones para dar una lectura IAS.

Unidades

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

La industria de la aviación en Rusia y China, así como las tripulaciones de aviones rusos y chinos, utilizan actualmente km/h para informar la velocidad del aire. Muchos aviones planeadores europeos actuales también indican la velocidad del aire en kilómetros por hora. Algunos aviones más antiguos, como los alemanes de la Segunda Guerra Mundial, también indicaban la velocidad del aire en kilómetros por hora.

Sin embargo, en vuelos a gran altitud, el número de Mach se utiliza a veces para informar la velocidad del aire. A veces también se utilizan otras unidades para la velocidad del aire, incluidas millas por hora (mph) o metros por segundo.

Velocidad indicada

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

Fuera del antiguo bloque soviético, la mayoría de los indicadores de velocidad aérea muestran la velocidad en nudos (millas náuticas por hora). Algunas avionetas tienen indicadores de velocidad aérea que muestran la velocidad en millas terrestres por hora o kilómetros por hora.

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

Velocidad aérea calibrada

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

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

${displaystyle V_{c}=A_{0}{sqrt {5{bigg} [{bigg] ¿Qué? {2} {7}} {bigg}}}}}$ menos posición y corrección de error de instalación.

Donde

${displaystyle V_{c},}$ es la velocidad de aire calibrada,

${displaystyle q_{c},}$ es la presión de impacto (inches Hg): la diferencia entre la presión total y la presión estática,

${displaystyle P_{0},}$ es 29.92126 pulgadas Hg; presión de aire estática a nivel de mar estándar,

${displaystyle A_{0},}$ es 661.4788 nudos;, velocidad de sonido a nivel del mar estándar.

Se pueden usar unidades distintas a nudos y pulgadas de mercurio, si se usan de manera consistente.

Esta expresión se basa en la forma de la ecuación de Bernoulli aplicable al flujo compresible istrópico. Los valores para ${displaystyle P_{0}$ y ${displaystyle A_{0}$ son compatibles con la ISA, es decir, las condiciones bajo las cuales se calibran los indicadores de velocidad aérea.

Velocidad aérea equivalente

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

${displaystyle {frac {1}{2}rho _{0}(mathrm {EAS}{2}={frac {1}{2}}}rho (mathrm {TAS})}{2}}}}}}}}} {}}}}}}}} {}}}}}} {}}}} {}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}} {}}}}}}}}}}}}} {}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}} {}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {rho {$

dónde

${displaystyle rho ,}$ es la densidad del aire a la altitud a la que el avión está volando actualmente;

${displaystyle rho _{0},}$ es la densidad del aire a nivel del mar en la atmósfera estándar internacional (1.225 kg/m³ o 0,00237 slug/ft³).

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

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

Velocidad aérea real

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

Usos de la velocidad real

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

TAS es la verdadera medida del rendimiento de la aeronave en crucero; por lo tanto, es la velocidad que figura en las especificaciones de la aeronave, manuales, comparaciones de rendimiento, informes de pilotos y en todas las situaciones en las que es necesario medir el rendimiento de crucero o de resistencia. Es la velocidad que normalmente figura en el plan de vuelo, también utilizada en la planificación del vuelo, antes de considerar los efectos del viento.

Dado que la velocidad indicada es un mejor indicador de la potencia utilizada y la sustentación disponible, la velocidad verdadera no se utiliza para controlar la aeronave durante el rodaje, el despegue, el ascenso, el descenso, la aproximación o el aterrizaje; para estos fines se utiliza la velocidad indicada: IAS o KIAS (velocidad indicada en nudos).

Medición de la velocidad real

Velocidad de aire verdadera está relacionada con el número Mach ${displaystyle M}$ y velocidad del sonido ${displaystyle c}$ por

${displaystyle mathrm {TAS} =cM}$

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.

Al nivel del mar en la Atmósfera Estándar Internacional (ISA) y a bajas velocidades donde la compresibilidad del aire es insignificante (y por lo tanto se puede suponer una densidad del aire constante), TAS es igual a CAS. Por encima de aproximadamente 100 nudos (190 km/h), el error de compresibilidad aumenta significativamente.

En vuelo, se puede calcular utilizando una calculadora de vuelo E6B o equivalente.

Dado que las variaciones de temperatura tienen una influencia menor, se puede estimar aproximadamente que el error ASI indica aproximadamente un 2 % menos que el TAS por cada 1000 pies (305 m) de altitud sobre el nivel del mar. Por ejemplo, un avión que vuela a 15.000 pies (4.572 m) en la atmósfera estándar internacional con una IAS de 100 nudos (190 km/h), en realidad está volando a 126 nudos (233 km/h) TAS.