¿Por qué, cómo y cuándo usar flaps?

Los flaps y los slats son conocidos con el nombre genérico de dispositivos hipersustentadores. Los aviones de pasajeros usan los flaps tanto en el despegue como en el aterrizaje para reducir la velocidad a la que se ejecutan estas maniobras. La mayoría de las veces solo se despliegan parcialmente. La configuración máxima solo se utiliza en la aproximación final para reducir la velocidad de aterrizaje tanto como sea posible. Estos dispositivos también reducen la cantidad de pista necesaria para los despegues y aterrizajes.  Cuando la selección de los flaps no es correcta, afecta de forma significativa a la distancia que necesita el avión para aterrizar y despegar. Por ejemplo, una selección menor de la óptima para el despegue dará como resultado un incremento en la distancia recorrida debido a que el coeficiente de sustentación (CL) es menor. Una selección mayor de la adecuada también aumentará la distancia de despegue, pero esta vez porque el coeficiente de resistencia (CD) es mayor.

El resto del articulo se puede leer en el libro: Cuestiones que siempre has querido saber sobre la aeronáutica.

El libro se puede adquirir en formato papel o digital en el siguiente enlace:

https://www.bubok.es/libros/260744/Cuestiones-que-siempre-has-querido-saber-sobre-la-aeronautica

También está en Amazon:

https://www.amazon.es/dp/B07VGZZJC3/ref=sr_1_1?qid=1563555858&refinements=p_27%3AManuel+Mª+Represa+Suevos&s=digital-text&sr=1-1&text=Manuel+Mª+Represa+Suevos

Cuando se usan los flaps para el despegue hay que tener en cuenta que si se utilizan números de flap altos, la V1, la VR y la V2 serán mayores, mientras que la VMCG y la VMC no variarán. En general, cuando no existe mucha pista disponible, es mejor utilizar más número de flap. Cuando el problema se da en el segundo segmento después del despegue es mejor considerar algún valor inferior en los flap. Los obstáculos después del despegue también deben de considerarse. Debajo se puede ver el efecto de varios puntos de flap diferentes. Con los flap en posición 4 no podremos pasar la montaña.

A la selección de flaps y/o slats se la conoce como "configurar el avión". Una configuración adecuada del avión después del despegue, permite que la aeronave pueda ascender con un gradiente óptimo. Los flaps permiten también un descenso más pronunciado en las maniobras de aproximación llamadas "steep approach, de las que hablaremos en detalle en otro post.

Los flaps también tienen sus limitaciones de velocidad y de altura. Ver post relacionado con esto: ¿Por qué no se puede (debe) extender los FLAPS a más de 20.000 pies de altura)

La aerodinámica de los flaps

Al utilizar los flaps se cambian la curvatura del ala. Al hacerlo, también cambia la aerodinámica de esta y a la vez, cambia el ángulo de ataque y aumenta la sustentación máxima posible. Además de lo anterior, en el caso de los flaps tipo fowler por ejemplo, también se incrementa el área del ala. En el diagrama de debajo se puede ver la cuerda del ala (línea roja que une borde de ataque y borde de salida) y el aumento de superficie del ala en una configuración máxima de flaps y slats de triple ranura. Todo esto implica además, que al aumentar la sustentación, la resistencia también aumenta.

Reducción de la velocidad de aproximación

Debajo se puede ver la fórmula con la que se calcula la velocidad de aproximación de un avión. Esta velocidad se llama de referencia o Vref y es el resultado de multiplicar la velocidad de pérdida del avión por un  porcentaje de seguridad. En este caso se utiliza el 23%. 

Según las regulaciones el avión debe pasar el umbral de la pista a 50 pies de altura con esta velocidad de referencia. Hasta este punto el avión ha volado la aproximación con la Vapp o velocidad de aproximación, que es la Vref más un incremento que tiene en cuenta el viento.

Tomando la densidad del aire y la gravedad como constantes, un avión como el E-Jet, aproximándose para el aterrizaje sin flaps y con una masa de 45.000 kg tendría que pasar el umbral de la pista a unos 200 nudos, mientras que si utilizan los Flaps en su máxima posición esta velocidad se reduce a unos 125 nudos. Este descenso de la velocidad en 75 nudos (unos 140 km/h) se ha producido porque el CLmax y la superficie (S) del ala han incrementado su valor y por ello, la Vstall ha disminuido, tal como se muestra en la fórmula siguiente.

Un incremento del CL reduce la velocidad de entrada en pérdida.

Los fabricantes de aviones comerciales de pasajeros diseñan los aparatos de forma que sean lo más eficientes posible para el propósito para el que fueron concebidos. Esto implica utilizar muchas combinaciones diferentes fuselaje/ala/motor/flaps/slats/etc. Al hacerlo, la casuística en la utilización de los flaps es muy variada. Existen aviones como el Fokker-100, por ejemplo, que en ocasiones no utilizan flaps para el despegue (...y esto pone nerviosos a algunos pasajeros). Otros aviones solo aterrizan con algunos grados de flaps. Algunos aviones utilizan flaps, pero no tienen slats (Como el Avro RJ-100), mientras que otros utilizan ambos. Todo depende del avión y de lo que diga el manual de vuelo.

Debajo se puede ver el efecto de la selección de flaps a la izquierda. La sustentación aumenta porque el efecto de los flaps extendidos desplaza la curva hacia arriba. A la derecha (línea discontinua verde) se ve el efecto de utilizar los slats. El efecto es parecido, pues el CL aumenta, pero en este caso un aumento de los slats solos afecta al ángulo de ataque. 

Debajo se puede ver el efecto combinado de los dos dispositivos y su efecto en el CL max y el ángulo de ataque.

Uso de los Flaps después del despegue

Una vez en el aire muchos pilotos tienen la idea (errónea) de que cuanto antes se retraigan los flaps mejor para el avión, pues este es más eficiente en una configuración limpia. Esto además de erróneo puede resultar peligroso. Los flaps deben retraerse en el momento adecuado. Debajo se puede ver una gráfica con dos ejes (coeficiente de sustentación CL y coeficiente de resistencia CD) donde se muestran las líneas de flaps desplegados (línea roja discontinua) y retraídos (línea continua azul). Si hemos despegado y retraemos los flaps en el punto A, lo único que haremos es aumentar la resistencia, pues pasaremos del punto A al A' habiendo compensado la falta de flaps con más ángulo de ataque y por lo tanto más resistencia. Por otra parte, retraer los flaps en el punto B significa haber tardado mucho.  El punto ideal es la intersección de las dos curvas.

Existen muchos tipos diferentes de flaps y slats y también existen muchas combinaciones diferentes de ambos tipos. Debajo se puede ver el efecto de varias de estas combinaciones en el CL. Los flaps Junkers fueron la mejor forma de controlar los aviones grandes en los días previos a la creación de mecanismos de compensación de fuerza más elaborados, y los flaps split y Zap fueron muy populares en la década de 1930. Todavía se utilizan en aviones pequeños en la actualidad. El flap simple tipo Fowler se usa en el C-130 Hercules, y los aviones de pasajeros modernos usan flaps ranurados o con slot. El máximo aumento se consigue con los de tipo fowler y triple slot.

Los flaps y slats de los E-Jet

En los E-Jet, como en la mayoría de los aviones comerciales modernos, se instala la palanca de los flaps en el lado derecho de la cabina de pilotaje y la palanca de los aerofrenos en el lado izquierdo. Cuando se requiere mover la palanca de los flaps, es el piloto al mando (el que vuela) quien pide al piloto que monitoriza (asiste) que seleccione los flaps en la posición que se pide. El piloto que mueve la palanca lo hace anunciando al piloto que vuela verbalmente cual es la posición. 

Debajo se puede ver la palanca y las posiciones de los flaps en los E-Jet con la cantidad de grados de deflexión.

________________________________________________________________________________________

Vídeo del comentario