10 Innovaciones De La Aviación Estaríamos Atrapados En El Suelo Sin

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Estas 10 innovaciones de la aviación pueden mantener a los aviones en alto. Descubra qué 10 innovaciones de aviación son las más importantes para volar en WordsSideKick.com.

El 1 de junio de 2009, el vuelo 447 de Air France descendió inesperadamente, cientos de pies por segundo, antes de estrellarse contra el Océano Atlántico, destruyendo el avión y matando a los 228 pasajeros y miembros de la tripulación. Con el tiempo, los investigadores de accidentes pudieron reconstruir lo que salió mal en esa fatídica noche: una combinación de clima severo, mal funcionamiento del equipo y confusión de la tripulación causó que la aeronave se detuviera y cayera del cielo.

El vuelo 447 envió una onda de choque a través de la industria de la aviación. El avión, un Airbus A330, era uno de los aviones más confiables del mundo, sin muertes registradas que volaran comercialmente hasta el condenado vuelo de Air France. Entonces el choque reveló la aterradora verdad: los vehículos más pesados ​​que el aire operan con tolerancias muy estrechas. Cuando todo es cinco por cinco, un avión hace lo que se supone que debe hacer: volar, casi sin esfuerzo aparente. En realidad, su capacidad de mantenerse en el aire se basa en una compleja interacción de tecnologías y fuerzas, todas trabajando juntas en un delicado equilibrio. Alterar ese equilibrio de cualquier manera, y un avión no podrá despegar. O, si ya está en el aire, volverá al suelo, a menudo con resultados desastrosos.

Este artículo explorará la línea fina entre volar alto y caer rápido. Consideraremos 10 innovaciones críticas para la estructura y función de un avión moderno. Comencemos con la única estructura - alas - que poseen todos los objetos voladores.

10. aeronave

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Las aspas aerodinámicas están conformadas para generar la máxima elevación. iStockphoto / Thinkstock

Los pájaros los tienen. Lo mismo ocurre con los murciélagos y las mariposas. Dédalo e Ícaro se los pusieron para escapar de Minos, rey de Creta. Estamos hablando de alas, por supuesto, o perfiles aerodinámicos, cuya función es dar un ascensor de avión. Las aspas aerodinámicas tienen típicamente una forma de lágrima ligera, con una superficie superior curvada y una superficie inferior más plana. Como resultado, el aire que fluye sobre un ala crea un área de mayor presión debajo del ala, lo que lleva a la fuerza hacia arriba que hace que un avión se levante del suelo.

Curiosamente, algunos libros de ciencia invocan el principio de Bernoulli para explicar la historia edificante de los perfiles aerodinámicos. De acuerdo con esta lógica, el aire que se mueve sobre la superficie superior de un ala debe viajar más lejos, y por lo tanto debe viajar más rápido, para llegar al borde de salida al mismo tiempo que el aire se mueve a lo largo de la superficie inferior del ala. La diferencia de velocidad crea un diferencial de presión, lo que lleva a la elevación. Otros libros descartan esto como una tontería, prefiriendo en cambio confiar en las probadas y verdaderas leyes de movimiento de Newton: el ala empuja el aire hacia abajo, por lo que el aire empuja el ala hacia arriba.

9. hélice

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¿Es eso un bigote o una hélice? iStockphoto / Thinkstock

El vuelo más pesado que el aire comenzó con planeadores - Aviones ligeros que podrían volar durante largos periodos sin utilizar un motor. Los planeadores eran las ardillas voladoras de la aviación, pero pioneros como Wilbur y Orville Wright deseaban una máquina que pudiera emular a los halcones, con un vuelo fuerte y propulsado. Eso requería un sistema de propulsión para proporcionar empuje. Los hermanos diseñaron y construyeron las primeras hélices para aviones, así como motores dedicados de cuatro cilindros enfriados por agua para hacerlos girar.

Hoy, el diseño y la teoría de la hélice han recorrido un largo camino. En esencia, una hélice funciona como un ala giratoria, que proporciona sustentación pero en una dirección hacia adelante. Vienen en una variedad de configuraciones, desde hélices de dos palas y paso fijo hasta modelos de cuatro y ocho palas con paso variable, pero todas hacen lo mismo. A medida que las cuchillas giran, desvían el aire hacia atrás, y este aire, gracias a la ley de acción y reacción de Newton, empuja hacia adelante las cuchillas. Esa fuerza se conoce como empuje y trabaja para oponerse arrastrar, la fuerza que retrasa el movimiento hacia adelante de una aeronave.

8. Motor a reacción

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Un motor de avión moderno espera órdenes en un aeropuerto. ¿Qué haría Frank Whittle de eso? iStockphoto / Thinkstock

En 1937, la aviación dio un gran paso adelante cuando el inventor e ingeniero británico Frank Whittle probó el primer motor a reacción del mundo. No funcionó como los aviones de propulsión con motor de pistón del día. En cambio, el motor de Whittle aspiraba aire a través de las palas del compresor orientadas hacia adelante. Este aire entró en una cámara de combustión, donde se mezcló con combustible y se quemó. Una corriente de gases sobrecalentada se precipitó desde el tubo de escape, empujando el motor y el avión hacia adelante.

Hans Pabst van Ohain, de Alemania, tomó el diseño básico de Whittle e impulsó el primer vuelo en avión en 1939. Dos años más tarde, el gobierno británico finalmente consiguió un avión, el Gloster E.28 / 39, desde el suelo con el innovador motor de Whittle diseño. Al final de la Segunda Guerra Mundial, los aviones Gloster Meteor, que eran modelos sucesivos volados por pilotos de la Royal Air Force, perseguían cohetes V-1 alemanes y los lanzaban desde el cielo.

Hoy en día, los motores turborreactores están reservados principalmente para aviones militares. Los aviones comerciales utilizan motores turbofan, que aún ingieren aire a través de un compresor orientado hacia adelante. En lugar de quemar todo el aire entrante, los motores turbofan permiten que fluya un poco de aire alrededor de la cámara de combustión y se mezclen con el chorro de gases sobrecalentados que salen del tubo de escape. Como resultado, los motores turbofan son más eficientes y producen mucho menos ruido.

7. Jet Fuel

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Llenarla por favor! Alrededor de 70,000 galones (265,000 litros) de combustible para ese avión de carga Antonov AN-124-100 debería hacer el truco. © Pat Vasquez-Cunningham / ZUMA Press / Corbis

Los primeros aviones con motor de pistón utilizaron los mismos combustibles que su automóvil: gasolina y diesel.Pero el desarrollo de motores a reacción requería un tipo diferente de combustible. A pesar de que algunos de los alerones locos abogaban por el uso de mantequilla de maní o whisky, la industria de la aviación rápidamente se decidió por el queroseno como el mejor combustible para los aviones de alta potencia. El queroseno es un componente del petróleo crudo, que se obtiene cuando el petróleo se destila o se separa en sus elementos constituyentes.

Si tiene un calentador de queroseno o una lámpara, entonces podría estar familiarizado con el combustible de color pajizo. Los aviones comerciales, sin embargo, exigen un mayor grado de queroseno que el combustible utilizado para fines domésticos. Los combustibles para reactores deben quemarse limpiamente, pero deben tener un punto de inflamación más alto que los combustibles para automóviles para reducir el riesgo de incendio. Los combustibles para reactores también deben permanecer fluidos en el aire frío de la atmósfera superior. El proceso de refinación elimina toda el agua suspendida, que podría convertirse en partículas de hielo y bloquear las líneas de combustible. Y el punto de congelación del queroseno mismo se controla cuidadosamente. La mayoría de los combustibles para reactores no se congelarán hasta que el termómetro alcance menos 58 grados Fahrenheit (menos 50 grados Celsius).

6. Controles de vuelo (Fly-by-wire)

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Gary Krier hizo el primer vuelo del avión F-8 Digital Fly-By-Wire. Usó la computadora del módulo de comando Apollo 15 para el control. Tenía una memoria total de 38K, de los cuales 36K era de solo lectura. Imagen cortesía de la NASA.

Una cosa es poner un avión en el aire. Otra cosa es controlarlo efectivamente sin chocar de regreso a la tierra. En un avión ligero simple, el piloto transmite comandos de dirección a través de enlaces mecánicos para controlar las superficies en las alas, aleta y cola. Esas superficies son, respectivamente, los alerones, los ascensores y el timón. Un piloto utiliza los alerones para rodar de lado a lado, los ascensores para inclinar hacia arriba o hacia abajo, y el timón de dirección hacia babor o estribor. El giro y la banca, por ejemplo, requieren una acción simultánea tanto en los alerones como en el timón, lo que hace que el ala se sumerja en el giro.

Los modernos aviones comerciales y militares tienen las mismas superficies de control y aprovechan los mismos principios, pero eliminan los enlaces mecánicos. Las innovaciones tempranas incluyeron sistemas de control de vuelo hidráulico-mecánicos, pero fueron vulnerables a daños de batalla y ocuparon mucho espacio. Hoy en día, casi todas las aeronaves grandes dependen de la tecnología digital. vuelo por cable Sistemas, que hacen ajustes a las superficies de control basadas en los cálculos de una computadora a bordo. Esta tecnología sofisticada permite que un avión comercial complejo sea volado por solo dos pilotos.

5. Aluminio y aleaciones de aluminio.

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Reproducción en tamaño completo del planeador de 1902 de los hermanos Wright en reposo en el Memorial Nacional de los Hermanos Wright en Kitty Hawk, N.C. © Kevin Fleming / Corbis

En 1902, los hermanos Wright volaron en el avión más sofisticado del día: un planeador de una persona con "piel" de muselina estirada sobre un marco de abeto. Con el tiempo, la madera y la tela dieron paso a la madera laminada. monocasco, una estructura de avión en la cual la piel del avión soporta parte o la totalidad de las tensiones. Los fuselajes monocascos permitían aviones más fuertes y aerodinámicos, lo que llevó a una serie de récords de velocidad a principios del siglo XX. Desafortunadamente, la madera utilizada en estos aviones requirió un mantenimiento constante y se deterioró cuando se expuso a los elementos.

En la década de 1930, casi todos los diseñadores de aviación preferían la construcción totalmente metálica sobre la madera laminada. El acero era un candidato obvio, pero era demasiado pesado para hacer un avión práctico. El aluminio, por otro lado, era liviano, fuerte y fácil de moldear en varios componentes. Fuselajes con paneles de aluminio cepillado, unidos por remaches, se convirtieron en un símbolo de la era de la aviación moderna. Pero el material vino con sus propios problemas, el más serio fue la fatiga del metal. Como resultado, los fabricantes idearon nuevas técnicas para detectar áreas problemáticas en las partes metálicas de un avión. Los equipos de mantenimiento utilizan hoy la exploración por ultrasonido para detectar grietas y fracturas por estrés, incluso defectos pequeños que pueden no ser visibles en la superficie.

4. Piloto automático

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No todos los aviones modernos tienen un sistema de piloto automático, pero muchos lo hacen, y puede ayudar en todo, desde el despegue hasta el crucero y el aterrizaje. iStockphoto / Thinkstock

En los primeros días de la aviación, los vuelos eran cortos y la principal preocupación de un piloto no era estrellarse contra el suelo después de algunos momentos emocionantes en el aire. Sin embargo, a medida que la tecnología mejoraba, era posible realizar vuelos cada vez más largos: primero a través de los continentes, luego a través de los océanos y luego en todo el mundo. La fatiga del piloto se convirtió en una seria preocupación en estos viajes épicos. ¿Cómo podría un piloto solitario o un pequeño equipo mantenerse despierto y alerta durante horas y horas, especialmente durante las sesiones monótonas de crucero a gran altitud?

Entra en el piloto automático. Inventado por Lawrence Burst Sperry, hijo de Elmer A. Sperry, el piloto automático, o el sistema de control de vuelo automático, vinculó tres giroscopios a las superficies de una aeronave que controlaban la inclinación, el balanceo y la orientación. El dispositivo hizo correcciones basadas en el ángulo de desviación entre la dirección de vuelo y la configuración giroscópica original. El revolucionario invento de Sperry era capaz de estabilizar el vuelo de crucero normal, pero también podía realizar despegues y aterrizajes sin asistencia.

El sistema automático de control de vuelo de las aeronaves modernas difiere poco de los primeros pilotos automáticos giroscópicos. Los sensores de movimiento (giroscopios y acelerómetros) recopilan información sobre la actitud y el movimiento de la aeronave y entregan esos datos a las computadoras de piloto automático, que emiten señales para controlar superficies en las alas y la cola para mantener el rumbo deseado.

3. Tubos de Pitot

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El tubo doblado que ha demostrado ser indispensable para el vuelo moderno iStockphoto / Thinkstock

Los pilotos deben realizar un seguimiento de una gran cantidad de datos cuando están en la cabina de un avión. Velocidad aerodinámica - la velocidad de un avión en relación con la masa de aire a través de la cual está volando - es una de las cosas más importantes que monitorean. Para una configuración de vuelo específica, ya sea en aterrizaje o en crucero económico, la velocidad de un avión debe permanecer dentro de un rango de valores bastante estrecho. Si vuela demasiado despacio, puede sufrir una pérdida aerodinámica, cuando no hay suficiente elevación para superar la fuerza descendente de la gravedad. Si vuela demasiado rápido, puede sufrir daños estructurales, como la pérdida de colgajos.

En aviones comerciales, tubos de pitot soportar la carga de medir la velocidad del aire. Los dispositivos reciben su nombre de Henri Pitot, un francés que necesitaba una herramienta para medir la velocidad del agua que fluye en los ríos y canales. Su solución era un tubo delgado con dos orificios, uno en el frente y otro en el lateral. Pitot orientó su dispositivo de modo que el orificio frontal mirara hacia arriba, permitiendo que el agua fluya a través del tubo. Al medir la presión diferencial en los orificios frontal y lateral, pudo calcular la velocidad del agua en movimiento.

Los ingenieros de aviones se dieron cuenta de que podían lograr lo mismo montando tubos de pitot en el borde de las alas o sobresaliendo del fuselaje. En esa posición, la corriente de aire en movimiento fluye a través de los tubos y permite una medición precisa de la velocidad de la aeronave.

2. Control de tráfico aéreo

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La vista desde una torre de control de tráfico aéreo. Es hermoso y ocupado. © Bob Sacha / Corbis

Hasta ahora, esta lista se ha centrado en las estructuras de los aviones, pero una de las innovaciones más importantes de la aviación, en realidad una colección de innovaciones, es control de tráfico aéreo, el sistema que garantiza que las aeronaves puedan despegar de un aeropuerto, viajar cientos o miles de millas y aterrizar de manera segura en un aeropuerto de destino. En los Estados Unidos, más de 20 centros de control de tráfico aéreo monitorean el movimiento de aviones en todo el país. Cada centro es responsable de un área geográfica definida, de modo que cuando un avión vuela a lo largo de su ruta, se transfiere de un centro de control a otro. Cuando el avión llega a su destino, el control se transfiere a la torre de tráfico del aeropuerto, que proporciona todas las direcciones para poner el avión en tierra.

El radar de vigilancia juega un papel clave en el control del tráfico aéreo. Las estaciones terrestres fijas, ubicadas en aeropuertos y centros de control, emiten ondas de radio de onda corta, que viajan a los aviones, las golpean y rebotan. Estas señales permiten a los controladores de tráfico aéreo monitorear las posiciones y cursos de la aeronave dentro de un volumen dado de espacio aéreo. Al mismo tiempo, la mayoría de los aviones comerciales llevan transpondedores, dispositivos que transmiten la identidad, altitud, rumbo y velocidad de la aeronave cuando son "interrogados" por radar.

1. tren de aterrizaje

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Puede ver claramente el tren de aterrizaje en este E-2C Hawkeye cuando se acerca a la cabina de vuelo del USS John C. Stennis. Imágenes Stocktrek / Thinkstock

Aterrizar un avión comercial parece una de las hazañas más improbables de la tecnología. Un avión debe descender de 35,000 pies (10,668 metros) al suelo y reducir la velocidad de 650 millas (1,046 kilómetros) a 0 millas por hora. Ah, sí, y tiene que colocar todo su peso (unas 170 toneladas) en unas pocas ruedas y puntales que deben ser fuertes, pero completamente retráctiles. ¿Es de extrañar que el tren de aterrizaje ocupe el primer lugar en nuestra lista?

Hasta finales de la década de 1980, la mayoría de los aviones civiles y militares utilizaban tres configuraciones básicas de tren de aterrizaje: una rueda por puntal, dos ruedas lado a lado en un puntal o dos ruedas lado a lado junto a dos adicionales lado a lado ruedas laterales A medida que los aviones se hacían más grandes y más pesados, los sistemas del tren de aterrizaje se volvieron más complejos, tanto para reducir la tensión en la rueda como para los montajes de puntales, pero también para disminuir las fuerzas aplicadas al pavimento de la pista. El tren de aterrizaje de un avión Superjumbo Airbus A380, por ejemplo, tiene cuatro unidades de tren de aterrizaje: dos con cuatro ruedas cada una y dos con seis ruedas cada una. Independientemente de la configuración, la resistencia es mucho más importante que el peso, por lo que encontrará acero y titanio, no aluminio, en los componentes metálicos de un tren de aterrizaje.

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Nota del autor

Orville Wright dijo una vez: "El avión permanece arriba porque no tiene tiempo para caer". Después de escribir esto, llamaría a eso una subestimación de proporciones épicas.


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