Aeronave

Dirixible.

Unha aeronave ou nave é un vehículo deseñado para desprazarse polo aire, podendo transportar mercadorías e/ou persoas. Son exemplos de aeronave os globos, avións, dirixíbeis ou helicópteros. Deben distinguirse a aeronaves dos obxectos que non se axudan da atmosfera para voar, é dicir, todas as aeronaves dependen da existencia dalgunha clase de atmosfera para xerar unha sustentación grande dabondo como para termar o seu propio peso. É por iso que a maioría de foguetes ou mísiles non se consideran aeronaves. A actividade humana que arrodea ós avións chámase aviación. As aeronaves tripuladas son controladas por un piloto. Os vehículos non tripulados chámanse a miúdo UAVs (do inglés Unmanned Aerial Vehicles).

Clasificación polo xeito de sustentación

Aeronaves máis lixeiras que o ar (aeróstatos)

Artigo principal: Aeróstato.

Un globo de ar quente en voo.

Os aeróstatos voan, xa que a densidade do aparello é menor que a do aire, provocando un efecto de sustentación semellante ó impulso dun corpo somerxido en calquera outro fluído (véxase o Principio de Arquímedes). Flotan da mesma maneira que os barcos na auga, porén, a diferenza da auga, a densidade do aire non é homoxénea, diminuíndo a medida que se ascende. A forza sustentadora L dun aeróstato de volume V cheo dun gas de densidade ρ' menor que a densidade ρ do aire na altitude de voo vén dada por:

$\,\!L=g(\rho -\rho ')V$

onde g é a aceleración da gravidade.

Os aeróstatos están formados por un depósito meirande que a cabina que sustenta. Este depósito énchese dun gas máis lixeiro que o aire atmosférico, como por exemplo hidróxeno, helio ou aire quente. Se á masa de aire contido se engade a masa da cabina, resulta que deben de sumar a mesma masa que a do aire que o aeréstato desprazou. As dúas configuracións máis habituais de aeróstatos son as seguintes:

• O globo aerostático é un vehículo sen ningunha clase de propulsión, que se despraza grazas á incidencia do vento sobre a gran bolsa de gas de que dispoñen. Durante o voo e con outro tipo de interacción dinámica, o control da traxectoria do globo non pode controlarse a vontade. A práctica habitual con estas aeronaves é a de cambiar de altitude para buscar as correntes de aire coas direccións e intensidades máis propicias. O piloto pode controlar a altitude quentando o aire (diminuíndo a densidade do aire do depósito) ou soltando carga ou lastre (diminuíndo o peso que sustentou o aire agás dentro do depósito).
• O dirixible é unha aeronave máis lixeira que o aire. Un exemplo famoso de dirixible é o cepelín, unha aeronave dirixible caracterizada por estar sustentada por un conxunto de bolsas de gas cunha cuberta aerodinámica e cunha góndola ríxida. Algúns accidentes con este tipo de aeronaves como o do LZ 129 Hindenburg, que se queimou provocando unha traxedia, fixeron que os cepelíns caisen en desuso. Había outros tipos de dirixibles non ríxidos e todos se caracterizan por unhas bolses de gas moderadamente aerodinámicas con estabilizadores na parte de atrás. Como gas sustentador dos dirixibles, xeralmente emprégase helio. Este gas péchase nunha cámara de dimensións grandes dabondo para permitir a sustentación do aparello.

Aeronaves máis pesadas que o ar (aerodinos)

Helicóptero de salvamento Eurocopter EC-145.

A sustentación dos aerodinos xérase aproveitando o efecto sustentador producido por perfís aerodinámicos instalados no vehículo. Empréganse diferentes configuracións de ás enfrontadas a un vento relativo cunha velocidade e dirección axeitada para producir a sustentación. Esta sustentación pode ser contribuída tamén pola sustentación que provén directamente do impulso dos gases de saída dun motor cunha certa inclinación coa liña do horizonte. As aeronaves VTOL son un tipos de aeronaves nas que o impulso se aproveita maioritariamente, mentres se ergue en vertical, mediante tubeiras dirixibles a vontade.

O máis común é o deseño de aeronaves coa sustentación de ás dispoñíbeis, xa sexan fixas ou rotativas. Para voar, a á debe moverse en dirección contraria a unha corrente de aire incidente en relación co movemento da aeronave; o paso do aire arredor da xeometría dun perfil de á fai que na parte superior o aire atravese con máis velocidade que na inferior, e que a corrente se reflicta en certa medida. Iso xera unha presión repartida na á de xeito que o impulse cara a arriba.

A consecución dun vento relativo nos perfís aerodinámicos para erguer o voo débese ó movemento dos perfís ou ás dentro dunha masa de ar. Segundo as configuracións de ás, os aerodinos chámanse:

• Avións, cando voan grazas á propia capacidade de manter unha velocidade de movemento, facendo que o vento relativo ás ás fixas de que dispón sexa bastante para aguantarse na sustentación que xeran. O seu precedente histórico foron os papaventos, que foron inventados na China arredor do ano -500 e que servían para facer investigacións previas nos pioneiros da aviación antes de dispoñer de instalacións axeitadas para facer ensaios.
• Xirodinas, cando voan grazas á sustentación dunhas ás rotativas que conformen unha hélice. Este é o caso dos helicópteros e dos autoxiros. Teñen unha manobrabilidade extrema, non requiren dunha pista tan longa como as aeronaves convencionais, aínda que a súa velocidade e capacidade de carga está limitada.
• Ornitópteros, que voarían facendo servir a reacción de bater unhas superficies sostedoras, dotadas dun movemento de bategar imitando os paxaros. Trátase dunha aplicación puramente experimental.

Clasificación por propulsión

Debuxo dun dos planadores experimentais de Cayley.

O método de propulsión é chave para conseguir os obxectivos dunha determinada aeronave. A tecnoloxía puxo ó alcance dos deseñadores de aeronaves diferentes xeitos de dar potencia ó vehículo, que se adaptaron ás máis diversas configuracións aeronáuticas. Dende o primeiro voo propulsado efectuado polos irmáns Wright cun motor de 25 hp e de só 81 kg de peso até os máis potentes motores de turbina de gas pasaron por múltiples configuracións.

Aeronaves sen planta de potencia

As aeronaves máis pesadas que o ar, como por exemplo planadores, parapentes e ás delta, voan grazas á sustentación das ás sen ningún planta de potencia instalada, aproveitando as correntes de aire e a propia enerxía potencial. Estes vehículos poden erguer o voo grazas ó desprazamento do vehículo a grandes alturas, ou empurrándoas mediante outros vehículos, como por exemplo outras aeronaves. Como os planadores manteñen a velocidade e sustentación, deben descender en relación ó aire, que non implica necesariamente un descenso en relación a terra. Algúns planadores poden gañar altura grazas ás correntes térmicas. O primeiro exemplo de planador controlable foi deseñado polo inglés George Cayley, pioneiro da aviación que podería considerarse o primeiro enxeñeiro aeronáutico. Nesta categoría tamén entran os globos e os papaventos.

Con planta de potencia

Pódense distinguir diferentes tipos:

• Aeronaves de hélice, con diferentes configuracións de planta de potencia
• Avións de reacción
• Helicópteros
• Dirixibles

Empregos das aeronaves

Avioneta fumigadora.

Emprego civil

Están incluídas nesta categoría aeronaves que fan voos regulares e puntuais de transporte de cargo e pasaxeiros, incluíndo tamén outros empregos máis puntuais como a vixilancia, o rescate, o adestramento ou o emprego recreativo.

Por mor da combinación de necesidades e de aparellos que as poden cubrir, é conveniente dar unha lista segundo a funcionalidade, xa que os casos particulares dos usos débense tratar un a un, resultando unha lista bastante heteroxénea, xa que se aproveitan para: fotografía aérea, filmacións, retransmisións, publicidade, control e información do tránsito, traballos agrícolas, busca pesqueira e outras non listadas antes.

Avión comercial Airbus A321 de Spanair en movemento a pé de pista.

Voos de aeroliña programados

Artigo principal: Aeroliña.

Referida os voos de aeronaves que cobren principalmente o transporte de pasaxeiros ou de carga, estando ó mesmo tempo dividida segundo o uso que se fai, xa que nalgúns casos se transporta só pasaxeiros ou só carga ou correo.

Os voos de aeroliñas poden cubrir diferentes alcances, dende cidades no mesmo país, até a longos voos intercontinentais, segundo os tipos de avión de que dispoñen, sendo as de corpo amplo as que se empregan nos longos alcances. As aeroliñas normalmente empregan aeronaves propias ou cedidas con tal de dar servizo ós clientes e poden formar parte de alianzas ou acordos con outras aeroliñas.

Trátase dunha actividade moi ampla que dedica unha gran parte dos seus esforzos de operación no mantemento dos servizos aéreos: forza de traballo, combustible, avións, distribución e loxística, servizo de restauración, motores, recambios e partes, aseguración de aviación, xestión de operacións en terra etc.

A presenza da base de actividades da compañía concentrada a un centro de conexión (aeroporto conector) concreto dá vantaxes económicas ó empregar esta localización como foco preferido polos seus voos programados, xa que en certa maneira se gaña control sobre a oferta de voos dende un aeroporto determinado, resultando así unha manobra de mercadotecnia que permite absorber máis viaxeiros que os competidores en termos relativos.

Avións de adestramento

Artigo principal: Avión de adestramento.

O uso de aeronaves co fin de adestrar pilotos é unha necesidade para conseguir profesionais experimentados que pilotan os aparellos.

Adoitan empregarse pequenos avións monomotor de hélice como por exemplo os Cessna 172. Neste caso úsanse avións semellantes ás aeronaves de uso recreativo, por mor da súa sinxeleza e o seu prezo máis accesible. De feito, é factible alugalo para adestrar ou con fins recreativos.

Voos en globo

Artigo principal: Aeróstato.

Empréganse aeronaves máis lixeiras que o aire para transportar pasaxeiros en voos recreativos. Estes aparellos axúdanse dun compartimento en forma de canastra para aloxar os pasaxeiros, o piloto, os equipos de comunicación e os subministramentos necesarios para manter unhas axeitadas condicións do aire que dá sustentación á aeronave. Esta canastra suxéitase na bolsa principal de aire grazas a tirantes resistentes ó peso que cargan.

Voos de planador

Artigo principal: Planador.

Dous planadores nunha pista de aterraxe, cómpre notar a forma esvelta do deseño e a lonxitude das ás

Adóitase facer uso de planadores con fins recreativos e adoitan facelo afeccionados nesta modalidade de voo. Para poder alzar o voo é preciso que o planador se atope a unha altura dabondo, xa que depende da súa enerxía potencial inicial e doutros medios naturais para facer o voo. O piloto non só se serve das variacións de altura para gañar velocidade, tamén aproveita as correntes atmosféricas e térmicas e o grao deste aproveitamento depende da habilidade e a experiencia do piloto, que atopa estas correntes e pode avanzar dun lugar a outro aproveitando as fontes emanadoras de correntes. A práctica que se segue en atopar unha corrente consiste en voar en espiral para coller altura. Os voos con estas aeronaves poden ter unha duración considerable, xa que co aproveitamento das correntes poden facerse grandes distancias. Na práctica, estas aeronaves son remolcadas por outra con motor até o punto de partida ou ben son lanzadas dende grandes altures para comezar o voo.

Os deseños destas aeronaves son moi esveltos e dispoñen de ás moi longas e dunha superficie alar moi elevada en relación coa carga que suportan. O obxectivo dos deseños é obter unha elevada relación de sustentación respecto da resistencia que xeran ${L/D}$. Deste xeito, os deseños poden chegar a relacións de 43:1 ou mesmo 60:1 polos máis longos e aerodinámicos. Unha referencia histórica é que o avión dos irmáns Wright tiña unha relación ${L/D}$ igual a 3.9:1 como valor de deseño.

Voos acrobáticos

Trátase dunha modalidade de voo que consiste en facer acrobacias coas aeronaves deseñadas para tal fin. Normalmente, estas aeronaves teñen unhas características de resistencia especiais na súa estrutura, xa que nestas prácticas adoitan alcanzarse altos niveis de aceleración (mídense en múltiplos de g). Os afeccionados a esta modalidade acostuman practicala como un reto único que depende da precisión que se teña como piloto. Algunhas escolas de voo dan clases con instrutores cualificados.

Hidroavións

Artigo principal: Hidroavión.

Para operacións con pequenas aeronaves preto do mar, pode ser útil o uso de avións capaces voar e amerar empregando a mesma superficie da auga. Estes portos pódense atopar en grandes lagoas ou ben no mar.

Para facelas deslizarse pola auga, estas aeronaves están equipados con flotadores anfibios, que dispoñen de rodas con capacidade de recollerse e así adáptanse a todo tipo de pistas de aterraxe.

Voos con ultralixeiros

Artigo principal: Aviación ultralixeira.

Chámanse ultralixeiras as aeronaves cun límite de peso de catrocentos quilogramos segundo lexislación vixente e cun desnño moi sinxelo de estrutura, feita de tubos metálicos dalgunha aliaxe lixeira e con opción de ser equipadas cunha planta de potencia.

A forma pode ser tan sinxela como a dun papaventos triangular ou ben a dunha aeronave instrumentada. De feito, distínguense só polo número de asentos, ou por se se trata de paracaídas ou parapentes xa sexan motoritzados ou non motorizados.

Emprego de helicópteros

Artigo principal: Helicóptero.

Helicóptero do equipo médico móbil neerlandés en servizo de emerxencia.

Os helicópteros son aeronaves moi empregadas nos voos civís por mor da súa versatilidade. A capacidade de engalar en vertical fainos moi aprezados para pistas curtas ou espazos reducidos. É normal empregar helicópteros por parte dos servizos públicos nas cidades, para tarefas de vixilancia ou emerxencias de lume ou feridos. No caso especial das emerxencias son útiles para chegar ós lugares onde efectuar as tarefas de salvamento, sobre todo se se produciron catástrofes que impiden o acceso. Pódense empregar tamén en casos de emerxencias cando cómpre unha visión aérea de situacións complexas e dos movementos da xente, podendo tamén transportar expertos e equipamento no lugar designado.

É especialmente importate ter en conta as alteracións que se poden causar no ambiente co uso de aeronaves deste tipo, sobre todo nas engalaxes, onde se erguen po e contaminación. É especialmente crítico nos hospitais, onde se adoita situar a pista de aterraxe no tellado, lugar onde tamén se sitúan as entradas de ventilación.

Loita contra pragas agrícolas

No caso agrícola, a aeronave é un aparello chave na loita contra fortes pragas, como é o caso da lagosta. Ten o inconveniente de que as manobras de pequenos avións para fumigar teñen un risco maior que outros tipo de voo.

Emprego militar

Artigo principal: Aviación militar.

Un F-15 Eagle e un P-51 Mustang voando en parella. Ámbolos dous avións son exemplos de aeronaves deseñadas para fins militares.

O número de aeronaves militares é pequeno cando se compara co gran número de aeronaves civís. Están incluídas nesta categoría, cazas, helicópteros e outros avións deseñados polo exército, ben sexan adaptacións dos civís con pequenas modificacións ou ben sexan deseños específicos para transportar carga e soldados ou adestrar pilotos.

Cazas

Artigo principal: Caza (avión).

Os cazas son un tipo de avións que serven para o combate aire-aire contra outras aeronaves, o cal o distingue do bombardeiro, que trata de fixar obxectivos fixos no chan. Aínda que tecnicamente o termo caza se debería empregar para os avións destinados á superioridade aérea, a miúdo chámanse cazas ós avións multipropósito que tamén teñen habilidades de ataque a terra. a súa medida é relativamente pequena e o seu deseño prioriza a velocidade, a axilidade, o armamento e os sistemas que se incorporan coa fin de fixar e perseguir obxectivos.

Bombardeiros

Artigo principal: Bombardeiro.

Trátanse de aeronaves militares deseñadas para atacar obxectivos soltando unha carga de bombas cara a abaixo. Caracterízanse pola súa autonomía, a gran capacidade de carga e tamén polo apoio necesario no eido da navegación e a autoprotección.

Usos mixtos

A loxística militar fixo que se valore e se teña desenvolvido o uso mixto de avións que poden xogar con diferentes papeis. Trátanse de avións que son quen de bombardear e ós cales se fixan restricións para que sexan útiles no combate aire-aire.

Recoñecemento

Úsanse avións desta clase para o recoñecemento e a exploración de terreo co obxectivo de gañar información. Empréganse ás veces para facer de escolta ou rastrexar zonas onde se producirán actos salientables.

Reabastecemento en voo

Artigo principal: Reabastecemento en voo.

O reabastecemento en voo consiste en transferir carga de combustible entre aeronaves durante o voo, co fin de encher o depósito dunha das aeronaves sen que precise aterrar e deste xeito aumentar o seu alcance. Esta misión realízana avións especializados, acotío avións de transportes adaptados, e só é posible se a outra aeronave conta cun contedor apto para o reabastecemento aéreo. A correcta planificación do reabastecemento en voo nas misións é útil, xa que permite engalar cunha carga de equipamento ou persoal que se estivese cargado con todo o combustible de partida. O reabastecemento en voo está pensado como un instrumento para manter no aire as aeronaves non tripuladas que se dedican á vixilancia de territorios.

O C-130 Hercules é ben coñecido no eido da loxística militar.

Transporte

Artigo principal: Avión de transporte.

Trátanse de avións que serven como instrumento para o envío de subministracións ou persoal. Poderíanse distinguir entre actividades estratéxicas e tácticas, segundo a misión que desenvolven. Falarase de movemenrtos estratexicos de aeronaves de carga cando se fagan reabastecementos de materiais a grandes distancias co fin de fornecer as localizacións militares ou ben fálase de táctica cando a precisión en tempo e espazo da misión sexa crítica para a consecución desta. De feito, é destacable o uso de helicópteros e outras aeronaves de transporte en contraposición cos enormes turbofans ou turboprops que se empregan no transport estratéxico.

Historia

Dédalo empurrando a Ícaro a voar.

Os primeiros deseños feitos por inventores, que foron seguidos polas probas de voo dos aventureiros da aviación, non tiñan un coñecemento moi profundo das propiedades sustentadoras das xeometrías dos corpos no aire. Só contaban coas observacións dos paxaros e consideraban a enerxía muscular como o único xeito de dar potencia ás aeronaves. Por outra banda existen moitas lendas da antigüidade, Dédalo, Abaris ou Archytas que son a expresión do desexo do home por voar.

Hai constancia de voos de planador en Al-Andalus, durante o florecemento da dinastía Omeia no emirato de Córdoba. Neste contexto, o inventor Abbas Ibn Firnas, creou con éxito un planador de ás de tea con estrutura de madeira no ano 875, para lanzarse do minarete da Mesquita de Córdoba. O resultado desta proba considérase un éxito, malia a mala aterraxe que sufriu, xa que non se proveeu dunha maneira de deter a sustentación ó final do voo.

Primeiro deseño de aeronave de Leonardo da Vinci que emprega a potencia humana para propulsala.

No renacemento, son as propostas de Leonardo da Vinci, o pintor, escultor, arquitecto e enxeñeiro, que non só fixo deseños sobre papel e construíu un paracaídas operativo, senón que foi máis aló e chegou a considerar a idea de construír un aparello para propulsar un par de ás, atopándose bastantes deseños no seu caderno de notas.

Estes e outros precursores da aviación práctica e dos deseños deron lugar a que se intensificaran os esforzos por deseñar e facer voos na práctica cara ao fin da idade moderna. Nese tempo, os esforzos focalízanse na consecución de voos e de deseños aproveitables, por unha banda, en globos e por outra en planadores e deseños preliminares de hélices rotativas coa fin de propulsar ou dar sustentación.

No eido do voo tripulado, o voo protagonizado polos irmáns Montgolfier en 1783 foi o primeiro voo tripulado con Globo, con 219 quilos de peso. Este fito marcou o punto de saída das posibilidades das viaxes polo aire. Nos deseños de aeronaves máis pesadas pódense observar os deseños de Besnier, Bacqueville, Bourcart e Dandrieux na creación de máquinas propulsadas polo ser humano e por outra banda, continuouse coas ideas de empregar algunha clase de aparello para sustentarse no aire que comezara Leonardo Da Vinci. O problema foi estudado polo matemático J.P. Paucton en 1768 e abordado na práctica por vez primeira cos experimentos de Christian de Launoy e o seu mecánico Bienvenu en 1784. Cumpría agardar a que ámbalas dúas técnicas, a dos planadores e a da propulsión progresaran até ter operativo un avión segundo a definición.

A idea de obter a forza sustentadora do aire de maneira continua co uso dunha á fixa, en troques das ás batentes ideadas por deseñadores de ornitópteros ou das rotativas dos deseños derivados do tornasol de Da Vinci, non se conseguiu até 1842 cun avión que dispoñía de ás e dunha hélice. Aínda que os avións foron os últimos aparellos cos que se experimentou na cronoloxía da aviación, son o aparello con máis éxito no presente. En 1848, John Stringfellow xunto co enxeñeiro W.S. Henson fixo experimentos co obxectivo de construír un avión que usaba unha máquina de vapor como fonte de potencia. Este avión, patentado en 1842 sería o instrumento principal para acadar un negocio de transporte que se lanzaría e se promocionanaría mentres as probas coa máquina ían progresando con éxito. Tecnicamente, tratábase dun avión con superficies fixas feito cunha estrutura de barras ríxida e de tea. Na parte inferior desta estrutura sustentadora situábase un coche que contiña un motor de vapor, os subministramentos e os pasaxeiros. O aparello era propulsado por un par de carretes, que actuarían sobre o aire da mesma maneira que un muíño. Na parte traseira había unha cola, tamén de tea e barras estruturais, con forma triangular e coa capacidade de actuar aumentando ou diminuíndo a área segundo os desexos do piloto que tamén podía variar o ángulo para descender ou ascender. Tamén dispoñía dun temón de dirección e dunha vela para estabilizar a dirección. Supoñíase que o aparello debía ficar inclinado para manter a sustentación precisa e do mesmo xeito, todas as engalaxes debían facerse con pistas inclinadas, comezando o voo dende a saída da pista. Este proxecto fracasou, xa que non dispoñía dunha estrutura estable dabondo como para manter un voo, calquera perturbación crevaba a estabilidade e resultaba perigoso erguer o voo.

Deseños semellantes e probas posteriores demostraron a viabilidade do avión como aeronave co voo dos irmáns Wright, de forma que se deu paso á época dos pioneiros da aviación nun intento continuo de acadar un voo controlado, sustentado e con motor de maneira estable o 17 de decembro de 1903.

Outro fito de comezos do século XX foi a consecución de voo de xirodinas e da explotación das súas vantaxes. Co autoxiro de Juan de la Cierva en 1919 conseguiuse acurtar as pistas necesarias para erguer o voo. Foi aproveitando os fitos técnicos resoltos por estas aeronaves que se conseguiu o primeiro helicóptero práctico e controlable contra o ano 1936, o Focke-Wulf Fw 61 que era quen de demostrar capacidade para a autorrotación.

O avances posteriores nesta técnica aconseguironse en paralelo ás carreiras de desenvolvemento de aeronaves debidas á primeira e segunda guerras mundiais e despois na guerra fría, principalmente co investimento dos gobernos enfrontados. A dinámica xeral no campo da aviación foi a de transferir as tecnoloxías adquiridas nestas carreiras armamentísticas e os aparellos sobrantes para o uso e a investigación civís.

Véxase tamén

Outros artigos

• Aeronáutica
• Aviación
• Adam RA-14 Loisirs

Ligazóns externas

• Aeroportos Españois e Navegación Aeréa (AENA) - Tipos de aeronaves
• Airliners.net
• New Scientist's Aviation page