Cosas raras que hacen los alerones FBW
Si le preguntamos a un estudiante piloto cuál es la función de los alerones, nos dirá que sirven para que el avión alabee y así poder cambiar de rumbo en un viraje. Si seguimos preguntando como hacen esto los alerones, probablemente nos contará que estos se mueven asimetricamente. Es decir, uno sube y el otro baja. Para virar a la derecha el alerón izquierdo baja y el derecho sube. Lo contrario ocurre en un viraje a la izquierda. Al bajar el alerón se cambia la curvatura del ala y se crea más sustentación. El ala cae en el alerón que sube porque el flujo de aire se altera y se pierde sustentación. La combinación de ambos alerones hace que el avión alabee.
Hasta aquí todo correcto, pero hoy en día, con las leyes de vuelo FBW esto ya no es así de simple. Los controles de vuelo FBW pueden hacer cosas que podrían parecer increíbles a un piloto de los de antes. Vamos a ver un ejemplo que en inglés se llama wing bending relief o alivio del momento de torsión del ala o alivio de la flexión del ala.
La fuerza de sustentación generada en las alas "tira" de estas hacia arriba y el peso del fuselaje hace que la raíz del ala siga a este en su tendencia hacia abajo. El par de fuerzas crea un momento de forma que las alas tienden a doblarse hacia arriba (wing bending). En los aviones comerciales, el combustible se transporta generalmente en las alas precisamente para compensar esta flexión. Los motores colocados bajo las alas también contribuyen a compensar la flexión de las alas. En la imagen que sigue se ve un CSeries (A220) desde detrás, que vuela recto y nivelado. Las alas generan una fuerza de sustentación que vamos a representar con unas flechas amarillas. La sustentación se genera en toda la superficie, pero de forma desigual (más en los encastres y menos en las puntas). Para simplificar las cosas vamos a crear un punto en mitad del ala donde consideramos que se concentra toda la sustentación generada a lo largo de todo el ala.
El ala es compensada por el combustible interno y los motores. El CSeries lleva tres tanques de combustible. Dos en las alas y uno central.
Si el combustible se reduce o se agota en las las alas y seguimos utilizando el tanque central lo que podría pasar es lo que se ve a continuación. Esto también puede ocurrir si la fuerza de sustentación es excesiva (el tamaño de la flecha amarilla es mayor).
Se doblan las puntas de las alas hacia arriba y la raíz del ala en el fuselaje sufre el momento creado por las fuerzas. Esta flexión también podría ocurrir debido a ráfagas de aire (gust). Los ciclos de tensión/distensión con el tiempo puede dar lugar a fatiga de materiales.
Para poder aliviar esta tensión los sistemas FBW (Fly By Wire), pueden mover los alerones de forma convencional o los dos a la vez en la misma dirección. Una cosa rara, pero efectiva. Si el ordenador del avión detecta una situación en la que se doblan las alas, el sistema FBW moverá ambos alerones hacia arriba. Esto reducirá la flexión de las alas debido a dos cosa:
1.- Se destruye la sustentación (en este caso los alerones actúan como spoilers - menos magnitud de fuerza)
2.- Se desplaza el punto teórico donde se aplica la fuerza de sustentación hacia el interior del ala (más cerca de la raíz - el momento disminuye ya que momento es igual a fuerza por distancia. M =Fxd). Esto es lo que se muestra a continuación.
De esta forma se efectúa el famoso "wing bending relief" (alivio de la flexión) y el "gust aleviation" entre otros.
Puedes leer todos los artículos sobre FBW en el nuevo libro:
Si te ha gustado esta explicación sobre algo tan complejo, quizás te guste el libro: Cuestiones que siempre has querido saber sobre la aeronáutica.
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Hola Manolo, estupenda entrada, como siempre muy didáctica.
ResponderEliminarA mí me surge una duda. Cuando tenemos movimientos simétricos de los alerones, no se provocaría un movimiento en el eje de cabeceo?
Holqa Daniel,
EliminarEfectivamente, el avión tendería aencabritarse, pero el mismo sistema FBW lo regula para que esto no se produzca de forma incontrolada. En la práctica el avión vuela con unos grados más de morro arriba para compensar la posición de los alerones. En otras palabras, se vuela con un mayor ángulo de ataque, lo que da lugar a una mayor resistencia y por ende un mayor consumo de combustible.