FUSELAGE

FUSELAGE

El fuselaje es la parte principal de un avión; en su interior se sitúan la cabina de mando, la cabina de pasajeros y las bodegas de carga, además de diversos sistemas y equipos que sirven para dirigir el avión. También, sirve como estructura central a la cual se acoplan las demás partes del avión, como las alas, el grupo motopropulsor o el tren de aterrizaje.
Su forma obedece a una solución de compromiso entre una geometría suave con poca resistencia aerodinámica y ciertas necesidades de volumen o capacidad para poder cumplir con sus objetivos. En un avión comercial, gran parte del volumen está dedicado a la cabina de pasajeros, cuya disposición depende de diversos factores como la duración del vuelo, los servicios a bordo, los accesos al avión, las salidas de emergencia, tripulación auxiliar, etc.
La mercancía o carga se suele transportar en las bodegas de los aviones de transporte de personas, situadas debajo de la cabina de pasajeros y en la cola del avión; en aviones exclusivamente cargueros, que pueden haber sido construidos expresamente para este fin o ser aviones de pasajeros dados de baja y adaptados para el transporte de cargas. También existen versiones combi en la que parte de la cabina de pasajeros se separa mediante un mamparo y se dedica al transporte de carga. Además existen aviones con cabina en diáfano que permiten un buen transporte y manejo de la carga, además de ser fácilmente adaptable a cualquier otro tipo de misiones.
Algunos aviones poseen rampas de acceso o aperturas por el morro o por la parte posterior para la carga y descarga de mercancías voluminosas, por ejemplo, el Airbus Beluga.
El fuselaje debe disponer de un número determinado de salidas de forma que se cumplan las normativas internacionales de evacuación ante una emergencia. Esto incluye la instalación en algunos aviones de rampas, toboganes hinchables, etc. Además, el fuselaje debe disponer de una serie de registros y accesos que permitan la inspección y revisión del avión además de los servicios de abastecimiento en tierra.

Parte pricipales de un avion

¿cuales son las partes principales de un avion?

1. – las partes principales de un avion son: fusela,alas,cola,motor,tren de arerrizaje....... ¿que es el fuselaje?, ¿que es el tren de aterrizaje?

   
   

   1.4   ESTRUCTURA DEL AVION.

   En los capítulos anteriores se han descrito algunos aspectos del mundo en que se mueve el avión (la atmósfera), las leyes que explican el vuelo, las fuerzas que actúan sobre un avión en vuelo, etc.
   En este capítulo se especifican de una forma general cuales son los componentes estructurales de un avión y su nomenclatura, poniendo especial énfasis en su elemento distintivo: las alas.
   

   
   1.4.1   Generalidades.

   Fuselaje. Del francés "fuselé" que significa "ahusado", se denomina fuselaje al cuerpo principal de la estructura del avión, cuya función principal es la de dar cabida a la tripulación, a los pasajeros y a la carga, además de servir de soporte principal al resto de los componentes. El diseño del fuselaje además de atender a estas funciones, debe proporcionar un rendimiento aceptable al propósito a que se destine el avión. Los fuselajes que ofrecen una menor resistencia aerodinámica son los de sección circular, elíptica u oval, y de forma alargada y ahusada. Alas. Son el elemento primordial de cualquier aeroplano. En ellas es donde se originan las fuerzas que hacen posible el vuelo. En su diseño se tienen en cuenta numerosos aspectos: peso máximo a soportar, resistencias generadas, comportamiento en la pérdida, etc.. o sea, todos aquellos factores que proporcionen el rendimiento óptimo para compaginar la mejor velocidad con el mayor alcance y el menor consumo de combustible posibles.

   Superficies de mando y control. Son las superficies movibles situadas en las alas y en los empenajes de cola, las cuales respondiendo a los movimientos de los mandos existentes en la cabina provocan el movimiento del avión sobre cualquiera de sus ejes (transversal, longitudinal y vertical). También entran en este grupo otras superficies secundarias, cuya función es la de proporcionar mejoras adicionales relacionadas generalmente con la sustentación (flaps, slats, aerofrenos, etc...). Sistema estabilizador. Está compuesto en general por un estabilizador vertical y otro horizontal. Como sus propios nombres indican, su misión es la de contribuir a la estabilidad del avión sobre sus ejes vertical y horizontal.

   Tren de aterrizaje. Tiene como misión amortiguar el impacto del aterrizaje y permitir la rodadura y movimiento del avión en tierra. Puede ser fijo o retráctil, y de triciclo (dos ruedas principales y una de morro) o patín de cola (dos ruedas principales y un patín o rueda en la cola). Hay trenes adaptados a la nieve (con patines) y al agua (con flotadores).
   Grupo motopropulsor. Encargado de proporcionar la potencia necesaria para contrarrestar las resistencias del aparato, tanto en tierra como en vuelo, impulsar a las alas y que estas produzcan sustentación, y por último para aportar la aceleración necesaria en cualquier momento.
   Este grupo puede estar constituido por uno o más motores; motores que pueden ser de pistón, de reacción, turbopropulsores, etc. Dentro de este grupo se incluyen las hélices, que pueden tener distintos tamaños, formas y número de palas.
   Sistemas auxiliares. Resto de sistemas destinados a ayudar al funcionamiento de los elementos anteriores o bien para proporcionar más confort o mejor gobierno de la aeronave. Podemos mencionar por ejemplo, el sistema hidráulico, el eléctrico, presurización, alimentación de combustible, etc.
   

   
   1.4.2   Las alas.

   Los pioneros de la aviación tratando de emular el vuelo de las aves, construyeron todo tipo de artefactos dotados de alas articuladas que generaban corrientes de aire. Solo cuando se construyeron máquinas con alas fijas que surcaban el aire en vez de generarlo, fue posible el vuelo de máquinas más pesadas que el aire. Aunque veremos que hay alas de todos los tipos y formas, todas obedecen a los mismos principios explicados con anterioridad.
   Por ser la parte más importante de un aeroplano y por ello quizá la más estudiada, es posiblemente también la que más terminología emplee para distinguir las distintas partes de la misma. A continuación se detalla esta terminología (fig.1.4.2).
   Perfil. Es la forma de la sección del ala, es decir lo que veríamos si cortáramos esta transversalmente "como en rodajas". Salvo en el caso de alas rectangulares en que todos los perfiles ("rodajas") son iguales, lo habitual es que los perfiles que componen un ala sean diferentes; se van haciendo más pequeños y estrechos hacia los extremos del ala.
   Borde de ataque. Es el borde delantero del ala, o sea la línea que une la parte anterior de todos los perfiles que forman el ala; o dicho de otra forma: la parte del ala que primero toma contacto con el flujo de aire.
   Borde de salida. Es el borde posterior del ala, es decir la línea que une la parte posterior de todos los perfiles del ala; o dicho de otra forma: la parte del ala por donde el flujo de aire perturbado por el ala retorna a la corriente libre.
   Extrados. Parte superior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida.
   Intrados. Parte inferior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida.
   Espesor. Distancia máxima entre el extrados y el intrados.
   Cuerda. Es la línea recta imaginaria trazada entre los bordes de ataque y de salida de cada perfil.
   Cuerda media. Como los perfiles del ala no suelen ser iguales sino que van disminuyendo hacia los extremos, lo mismo sucede con la cuerda de cada uno. Por tanto al tener cada perfil una cuerda distinta, lo normal es hablar de cuerda media.
   Línea del 25% de la cuerda. Línea imaginaria que se obtendría al unir todos los puntos situados a una distancia del 25% de la longitud de la cuerda de cada perfil, distancia medida comenzando por el borde de ataque.
   Curvatura. Del ala desde el borde de ataque al de salida. Curvatura superior se refiere a la de la superficie superior (extrados); inferior a la de la superficie inferior (intrados), y curvatura media a la equidistante a ambas superficies. Aunque se puede dar en cifra absoluta, lo normal es que se exprese en % de la cuerda.
   Superficie alar. Superficie total correspondiente a las alas.
   Envergadura. Distancia entre los dos extremos de las alas. Por simple geometría, si multiplicamos la envergadura por la cuerda media debemos obtener la superficie alar.
   Alargamiento. Cociente entre la envergadura y la cuerda media. Este dato nos dice la relación existente entre la longitud y la anchura del ala (Envergadura/Cuerda media). Por ejemplo; si este cociente fuera 1 estaríamos ante un ala cuadrada de igual longitud que anchura. Obviamente a medida que este valor se hace más elevado el ala es más larga y estrecha.
   Este cociente afecta a la resistencia inducida de forma que: a mayor alargamiento menor resistencia inducida.
   Las alas cortas y anchas son fáciles de construir y muy resistentes pero generan mucha resistencia; por el contrario las alas alargadas y estrechas generan poca resistencia pero son difíciles de construir y presentan problemas estructurales. Normalmente el alargamiento suele estar comprendido entre 5:1 y 10:1.
   
   Flecha. Angulo que forman las alas (más concretamente la línea del 25% de la cuerda) respecto del eje transversal del avión. La flecha puede ser positiva (extremos de las alas orientados hacia atrás respecto a la raíz o encastre, que es lo habitual), neutra, o negativa (extremos adelantados). Para tener una idea más gráfica, pongamos nuestros brazos en cruz como si fueran unas alas; en esta posición tienen flecha nula, si los echamos hacia atrás tienen flecha positiva, y si los echamos hacia delante tienen flecha negativa.
   Diedro. Visto el avión de frente, ángulo en forma de "V" que forman las alas con respecto al horizonte.
   El ángulo diedro puede ser positivo, neutro, o negativo. Volviendo a nuestros brazos en cruz, en posición normal tenemos diedro neutro, si los subimos tienen diedro positivo y si los bajamos tienen diedro negativo.
   Forma. Las alas pueden tener las formas más variadas: estrechándose hacia los extremos (tapered) o recta (straight), en la parte del borde de ataque (leading) o del borde de salida (trailing), o cualquier combinación de estas; en forma de delta, en flecha, etc. Si la velocidad es el factor principal, un ala "tapered" es más eficiente que una rectangular (straight) porque produce menos resistencia; pero un ala "tapered" tiene peores características en la pérdida salvo que tenga torsión (ángulo de incidencia decreciente hacia el borde del ala).
   Según la colocación de las alas en el fuselaje, los aviones son de plano alto, plano medio, o plano bajo. Asimismo, según el número de pares de alas, los aviones son monoplanos, biplanos, triplanos, etc.
   También se distinguen alas de geometría fija (la gran mayoría), de geometría variable (que pueden variar su flecha), y alas de incidencia variable (que pueden variar su ángulo de incidencia). Estos dos últimos tipos son de aplicación casi exclusiva en aviones militares.
   Las alas pueden estar fijadas al fuselaje mediante montantes y voladizos, con ayuda de cables, o estar fijadas sin montantes externos ni ayuda de cables (alas cantilever, también llamadas "ala en voladizo" o "ala en ménsula").
   

   
   Notas.

   Como es natural, a medida que han ido pasando los años los diseños de las alas han ido sufriendo modificaciones, para adaptarse a nuevas necesidades. Las alas de aeroplanos antiguos tenían el extrados ligeramente curvado y el intrados prácticamente plano, con el máximo espesor en el primer tercio de la cuerda; con el tiempo, ambas superficies, intrados y extrados, experimentaron cambios en su curvatura en mayor o menor medida y el punto de máximo espesor se fué desplazando hacia atrás. Actualmente, los aviones suelen montar alas de flujo laminar. Los aviones supersónicos han sufrido cambios muchos más drásticos en los perfiles del ala, algunos incluso perdiendo la típica forma redondeada, y sus perfiles se han hecho simétricos.
   En los diseños de las alas hay invertido mucho tiempo de investigación, de pruebas y errores, pero no existe el ala ideal. Las alas de cada aeroplano son producto de un compromiso de los diseñadores con las posibles combinaciones de factores (forma, longitud, colocación, etc.). Además de adaptarse a las características, cualidades y uso para el que se diseña el aeroplano, su diseño las hará más o menos sensibles a las pérdidas, a la amortiguación de ráfagas de viento, a la estabilidad/inestabilidad, etc.
   

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   Sumario:

   • Como en cualquier otro aparato, cada uno de los elementos estructurales de un avión está diseñado con la vista puesta en el conjunto, de forma que este cumpla con la mayor eficiencia posible el objetivo para el cual se construye.
   • Los fuselajes de sección circular, elíptica u oval, y de forma alargada y ahusada ofrecen menor resistencia.
   • Las alas son el elemento primordial del avión, pues en ellas es donde se genera la fuerza de sustentación.
   • No existe el ala perfecta.
   • El alargamiento del ala suele estar comprendido entre 5:1 y 10:1. A mayor alargamiento menor resistencia inducida.
   • Hay una amplia panoplia de formas y disposiciones de las alas en un aeroplano.
   • Las superficies de mando y control nos permiten dirigir la trayectoria de vuelo. Se mueven mediante los mandos correspondientes en la cabina.
   • El sistema estabilizador está compuesto generalmente de un estabilizador horizontal y otro vertical.
   • Además de posibilitar el movimiento y rodadura del avión, el tren de aterrizaje amortigua el contacto del avión con el suelo durante esta maniobra.
   • El grupo motopropulsor esta constituido por uno o más motores, de hélice, de reacción, turbopropulsores, y en su caso las hélices, que tienen distintos tamaños, formas, y número de palas.
   • Los sistemas de alimentación de combustible, eléctrico, presurización, hidráulico, etc. componen el grupo de sistemas funcionales.

funcionamiento de una turbina de avion

Se basan en el mismo principio que los motores alternativos. El turborreactor, es un tipo de turbina de gas, que a diferencia de los motores de ciclo alternativo que tienen un funcionamiento discontinuo (explosiones), tiene un funcionamiento continuo. Consta de las mismas fases que un motor alternativo: admisión, compresión, expansión y escape.

La turbina gira porque se usan compresores axiales o centrífugos que comprimen grandes volúmenes de aire a una presión de entre 4 y 32 atmósferas. Una vez comprimido el aire, se introduce en las cámaras de combustión donde el combustible es quemado en forma continua. El aire a alta presión y alta temperatura (o sea, con más energía que a la entrada) es llevado a la turbina, donde se expande parcialmente para obtener la energía que permite mover el compresor (similar al funcionamiento del turbocompresor que se encuentra en los automóviles). Después el aire pasa por una tobera, en la que es acelerado hasta la presión de salida, proceso que transforma la presión en velocidad.

En este tipo de motores la fuerza impulsora o empuje se obtiene por una parte por la cantidad de movimiento. Al lanzar grandes volúmenes de aire hacia atrás a gran velocidad, se produce una reacción que impulsa la aeronave hacia adelante. En el caso de los aviones militares, el empuje proviene prácticamente en su totalidad de los gases de escape. En el caso de aviones comerciales (como los Boeing y Airbus), una parte del aire que absorben los alabes es desviado por los costados de la turbina, generando parte del empuje de manera similar a un avión con turbohélice. Hoy en día, estos motores alcanzan empujes de hasta 50 toneladas.

La más reciente generación de motores jet, se denomina Turbofan, que se caracterizan por tener un ventilador (fan) en la parte frontal del motor desde el cual el aire se divide en dos tipos: Aire de bypass y aire primario. Este tipo de motores tiene las ventajas de consumir menos combustible (aerokerosene JPA1) lo cual resulta más económico para el operador, contaminan menos el aire y reducen la contaminación sonora.

La propulsión comienza en él. A través de él, circula el flujo de aire que se divide en dos corrientes: la principal o bypass air que es mayor a un 65% del total para los motores turbofan de alto bypass y es entre el 10% y 65% para los motores turbofan de bajo bypass. La corriente secundaria llamada primary air, que se trata del porcentaje restante representa la cantidad de aire que entra a los compresores y a la cámara de combustión. Normalmente se consideran los motores turbofan más eficientes a medida que poseen un mayor grado de bypass, llegando este de ser hasta del 95% en algunos motores de ultima generación.

el flujo de aire secundario pasa a través de diversas etapas de compresores que giran en el mismo sentido del fan. Comúnmente se poseen compresores de alta y de baja presión en distintos ejes. A través de estos compresores se consigue un aumento significativo de la presión y la temperatura del aire.

Una vez realizada la etapa de compresión, el aire sale con una presión treinta veces superior de la que tenía en la entrada y a una temperatura próxima a los 600 ºC. Se hace pasar este aire a la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible y se combustiona la mezcla, alcanzándose una temperatura superior a los 1100 ºC.

El aire caliente que sale de la cámara, pasa a través de los álabes de varias turbinas, haciendo girar diversos ejes. En los motores turbofan de bajo bypass se mueven con un mismo eje, el compresor de baja presión junto con el fan; mientras que para los turbofan de alto bypass se posee un eje para cada componente (fan, compresor de baja presión y compresor de alta presión).

Una vez el aire caliente ha pasado a través de las turbinas, es expulsado a través del escape en la parte posterior del motor. Las estrechas paredes de este escape fuerzan al aire a acelerarse. El peso del aire, combinado con esta aceleración produce parte del empuje total del motor dependiendo que tipo de turbofan, analizándose como regla general el hecho de que un aumento en el bypass trae como consecuencia una menor participación de la tobera de escape en el empuje total del motor.

Para encender una turbina se hace en dos fases distintas.

Primero se activa la hélice o fan, que envía aire a la turbina y sistemas compresores, después se enciende el resto, que lo único que hará será comprimir el aire, calentarlo y lanzarlo en forma de chorro para generar el empuje final del avión.

Un rotor colocado en el flujo del chorro extrae la potencia mecánica para mover un propulsor externo, por ejemplo una hélice; en este caso el empuje o tracción es generado por la aceleración de la masa de aire por la hélice. En este tipo de propulsión denominado turbohélice o turbopropulsor, la turbina mueve la hélice a través de un mecanismo reductor. Los turbohélice son más eficaces que los reactores a velocidades de hasta 300 mph, pero pierden eficacia a mayores velocidades. Si la turbina es de tipo turbofán, se obtiene un altísimo flujo de aire usando hélices de paso muy alto.
El chorro de alta energía producido es dirigido a una tobera que acelera el chorro a muy alta velocidad en su salida a la atmósfera; en este caso el empuje es generado por la propia energía del chorro de salida. Este tipo de propulsión se denomina turbojet.

funcionamiento de una turbina de avion

• . Los Turbofan son una generación de motores a reacción que reemplazó alos turborreactores o turbojet; estos se componen de diversas partes que serán explicadas a continuación.
• 2. Fan: Se encuentra normalmente al frente del motor. La propulsión comienza en él. A través de él, pasa el flujo de aire que se divide en dos corrientes: , y la corriente secundaria y la principal o bypass air que pasa a través de los compresores de la cámara de combustión
• 3. Compresores: El flujo de aire primario pasa a través de varias etapas de compresores que giran en el mismo sentido del fan. Comúnmente hay compresores de alta y de baja presión en distintos ejes. A través de estos compresores se consigue un aumento significativo de la presión y la temperatura del aire.
• 4. Cámara de combustión: Una vez realizada la etapa de compresión, el aire sale con una presión treinta veces mayor de la que tenía en la entrada y a una temperatura cerca a los 600 ºC. Se hace pasar este aire a la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible y se quema la mezcla, alcanzándose una temperatura superior a los 1100 ºC.
• 5. Turbinas: El aire caliente que sale de la cámara, pasa a través de los álabes de varias turbinas, haciendo girar varios ejes. En los motores turbofan de bajo bypass se mueven con un mismo eje, el compresor de baja presión junto con el fan; mientras que para los turbofan de alto bypass se posee un eje para cada componente (fan, compresor de baja presión y compresor de alta presión).
• 6. Escape: Una vez el aire caliente ha pasado a través de las turbinas, es expulsado a través del escape en la parte posterior del motor o toberas. Las estrechas paredes de este escape fuerzan al aire a acelerarse. El peso del aire, combinado con esta aceleración produce parte del empuje total del motor dependiendo del tipo de turbofan empleado. 

Sistema de combustible de un Avion

SISTEMA INDICADOR DE FLUJO DE COMBUSTIBLE

Hay varias indicaciones que un motor nos puede dar para mostramos el rendimiento. El piloto durante el vuelo se puede percatar de pequeños problemas con solo ver cosas como las RPM's, el flujo de combustible, la temperatura de los gases de escape, etc. El sistema de flujo de ^ combustible mide el régimen de flujo de combustible a los motores del avión en libras por hora. Aunque el sistema de flujo de combustible no es absolutamente necesario para el funcionamiento seguro de la aeronave, no deja de ser sumamente importante para el planeamiento del vuelo. Es obvio que si el piloto sabe exactamente cuanto combustible consume cada motor, puede determinar si tiene o no lo suficiente para llegar a su destino. Además, el sistema de flujo de combustible le indica al piloto si existe una avería en el motor. Dicha avería se manifiesta cuando el régimen de flujo de combustible es demasiado alto o demasiado bajo para un ajuste dado del acelerador. Si la cantidad de combustible que se usa por hora es demasiado baja, el piloto sabe que el motor no esta produciendo la potencia normal. Por otra parte, si la cantidad de combustible por hora es demasiado alta, el piloto sabe que el motor esta usando demasiado combustible y que tiene que vigilar el combustible total mas de cerca.

A continuación veremos los dos sistemas más comunes para la indicación de flujo del combustible que se utilizan en aviones modernos. El primer sistema que estudiarán a continuación es muy poco utilizado hoy en día, ya que no es tan exacto ni confiable como el sistema de indicación de combustible tipo segunda armónica.

Operación del Sistema de Flujo de Combustible Simple:

El sistema indicador de flujo de combustible consta de dos componentes. Cada motor tiene un transmisor y un indicador individual para mostrar la cantidad de combustible que está consumiendo cada motor. En aviones multimotores, el sistema tiene un indicador totalizador de manera que el piloto con solo fijarse en el instrumento sabe la cantidad total de combustible que se está consumiendo cada hora. La Figura 1 muestra el transmisor. La Figura 2 muestra el indicador individual. La Figura 3 muestra el indicador totalizador.

Transmisor de Flujo de Combustible:

El transmisor de ñujo de combustible tiene dos secciones. Estas son la sección medidora de combustible y la sección eléctrica. La Figura 4 muestra las dos secciones. Estas secciones están separadas por un sello a prueba de escape. El transmisor convierte el régimen de flujo de combustible en una señal eléctrica.

  

Figura 4. Detalle de un Transmisor de Flujo de Combustible.

El combustible se introduce en el transmisor por la abertura que tiene la flecha señalando hacia adentro. Vea la Figura 5. Las flechas muestran la trayectoria del flujo a través de la cámara medidora. A medida que fluye el combustible a través de la cámara, mueve la paleta medidora. El eje donde va montada la paleta esta conectado al resorte calibrado. Este resorte funciona en dirección opuesta al movimiento de la paleta y ayuda a amortiguar el movimiento de la paleta. El resorte regresa la paleta a la posición SIN FLUJO (ÑO FLOW). Cuando el flujo de combustible se detiene.