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Conferencia-16 Aviones de transporte supersónicos

Veamos ahora los aviones supersónicos de transporte. Bueno, no hay muchas opciones disponibles aquí. Si miramos la historia, los únicos dos aviones que han visto vuelo supersónico con pasajeros, el uno es el Concorde y el otro es el Concordski o TU-154M del establo ruso.

Veamos algunas características de diseño del transporte supersónico Concorde o SST como se llama. En primer lugar, el ala del avión en sí es muy especial. Es un ala muy esbelta con una relación de aspecto muy baja porque eso es adecuado para el vuelo supersónico y la forma se llama como el delta de la orida. Así que esta forma se llama como el delta de oday. No es un delta puro, no es como un triángulo, pero es como una forma curva para un triángulo.

Este fue el primer avión en el que el centro de ajuste de gravedad o control se logró transportando combustible dentro de los diversos tanques de combustible. Este tipo de control de CG es necesario porque cuando la aeronave transita de vuelo subsónico a vuelo supersónico, sabemos que va a haber un cambio en la ubicación del centro de presión, se moverá hacia atrás y por lo tanto hay una enorme cantidad de cambio en el momento de lanzamiento que se crea y esto tiene que ser ajustado cambiando el centro de gravedad de la aeronave.

En Concorde, se consigue transfiriendo el combustible entre varios tanques. Esto también tenía una nariz de gota para cumplir con los requisitos especiales que son prevalentes cuando se opera una aeronave tanto en subsónico como en vuelo supersónico y también fue la primera aeronave en tener un sistema de control de vuelo de hilo-by-wire, pero por favor tenga en cuenta que este no era un sistema digital. Esto era en realidad un sistema de control de alambre-by-by-analógico, pero el primer avión para tener esta característica.

Una planforma de ala delta que se utiliza en el Concorde tiene varios méritos y deméritos. Puedes ver un boceto, este es un típico plano de ala delta. Este no es el del Concorde, es solo un ejemplo para mostrarte cómo suele ser un ala delta. En primer lugar, un ala delta puede darle un valor muy grande del acorde de raíz, incluso con un menor valor de espesor a la relación de cuerda t por c que se necesita para el vuelo supersónico. Así que incluso con un ala muy delgada se puede obtener un acorde de punta muy grande y una profundidad de raíz.

El volumen disponible para los tanques de combustible se vuelve muy grande debido a la t por c debido al volumen disponible.

El avión tiene un número Mach crítico muy alto para que pueda volar a números de Mach mucho más altos sin enfrentar necesariamente la divergencia de arrastre.

El ala permanece dentro del cono Mach para el número de Mach alto y por lo tanto el arrastre se reduce. Así que a altas velocidades habrá una onda de choque creada y el ángulo de la onda de choque será una función del número de Mach de flujo libre. Al proporcionar una configuración de ala delta, el borde delantero es muy barrido. Permite que el borde delantero permanezca completamente dentro del cono Mach.

Hay unos pocos deméritos. El primer demérito es que la pendiente de la curva de elevación de un ala delta es generalmente mucho más baja casi que usted sabe muy bajo en comparación con un avión convencional. La pendiente de la curva de elevación puede llegar a ser tan baja como entre 2 y 3 y el Cl max que obtendrá también será mucho más bajo, generalmente es menor que 1.

Debido a que el ala delta para un área dada tendría un tamaño de ala más pequeña, por lo tanto el lapso disponible para el montaje de las aletas se reduce, por lo que tiene un tramo de aleta más pequeño.

Uno de los mayores problemas con esta planforma es su pobre estabilidad longitudinal y control porque el brazo de la cola es menor, el ala está mucho más atrás, por lo que el brazo de la cola disponible para la estabilidad es mucho más bajo.

Entonces usted tiene un acoplamiento en rollo en ángulo alto de ataque que es la causa de muchos accidentes y muchas instancias en aviones con alas delta. La relación de aspecto del ala tiende a ser baja para un área dada debido a que la envergadura es menor y la baja relación de aspecto que conocemos conduce a mayor arrastre inducido más el ala también se vuelve más pesada.

Uno de los problemas más graves que se encuentran en un ala delta es que el ángulo de ataque en el despegue que es el ángulo de ataque en el que se tiene aproximadamente el máximo de elevación y el al aterrizar ambos ángulos que tienden a ser muy alto, por lo que por lo tanto se obtiene una visión muy pobre para los pilotos y esa es la razón por la que los diseñadores de Concorde tuvieron que ir por una nariz de gota para permitir la mejor visibilidad del piloto cuando la aeronave está llegando a un enfoque para el aterrizaje en un ángulo muy alto.

El ala delta de Concorde también tiene algunas características muy interesantes. Fue diseñado después de cerca de 5000 horas de prueba de túnel de viento y la forma del ala es tal que tuvo que ser químicamente molido, se llama como la molienda de la escultura donde se dibuja, literalmente, se crea literalmente el ala de un bloque de material. Es un ala barrida con barrido de borde delantero de 55 grados, torcido y arrastrado para controlar la distribución del ascensor sobre el ala.

Una de las buenas características de este ala es que sólo hay 6 partes móviles llamadas como los elevones en comparación con más de 50 partes móviles en otros aviones contemporáneos y tiene un muy buen efecto de suelo que le permite tener un mejor rendimiento de despegue y le da un vórtice de elevación incluso a bajas velocidades. Vamos a echar un vistazo a lo que se entiende por vórtice de elevación porque se trata de una especialidad de la distribución del ascensor o del mecanismo de generación de elevación de un ala delta.

Aquí vemos un ala delta que tiene este patrón de vórtice muy especial, dos vórtices que están unidos. Usted puede ver los vértices están bailando mientras el ala está rodando bien. Así que estos vértices permanecen unidos al borde líder y son los que le dan un ascensor no lineal en un ala delta.

Vamos a tener otra mirada más de cerca en el puente de vórtice en Concorde y también discutir el problema con respecto al gran ángulo de ataque. Puedes ver un video de un Concorde que se acerca para aterrizar. Puedes notar que la nariz estaba doblada hacia abajo. La nariz está cayendo hacia abajo y aquí se ve el rizado del vórtice. A medida que el ala toca el suelo usted vio que había un rizado del vórtice.

Ver la nariz se desvía hacia abajo porque la aeronave viene a un ángulo tan alto al aterrizar que la visibilidad del piolet será muy mala a menos que se baje la nariz. Por lo que la nariz se desvía. Mira el tren de aterrizaje de nariz extremadamente esbelta y mientras el avión entra en tierra mientras se toca abajo puedes ver un enorme vórtice enrollado en el ala.

El sistema de combustible de la aeronave como he mencionado es muy interesante. En primer lugar debido a la calefacción aerodinámica cuando se vuela a un número de Mach tan alto, va a haber una gran cantidad de problemas de temperatura en la estructura. Así que el combustible se utiliza como un disipador de calor. Así que el calor excedente del sistema de aire acondicionado, sistema hidráulico y el aceite lubricante del motor, este calor es absorbido por el paso de combustible sobre estos sistemas a través de intercambiador de calor.

Ya se ha discutido la transferencia de combustible para el equilibrio del tratamiento. El propósito de esto es eliminar la necesidad de una cola horizontal y cuando se transfiere combustible entre el tanque número 4 y el tanque número 1, estos dos tanques entonces también se puede crear un ligero desequilibrio de rodadura que se puede utilizar para recortar la aeronave en rollo si es necesario. La aeronave tiene 10 tanques de combustible diferentes y el combustible se transfiere como podemos ver.

Así que tenemos un tanque de acabado trasero debajo de la cola en el fuselaje y tenemos un tanque de acabado delantero y luego tenemos los tanques principales y de alimentación de por medio. Así que antes de despegar y durante la aceleración, nos gustaría tener, por lo que el combustible se mueve, alrededor de 20 toneladas de combustible se mueve por lo que el CG se mueve detrás de unos 2 metros, pero al final del crucero y durante la desaceleración de acuerdo que nos gustaría ir para la nariz abajo.

Durante este caso, el combustible se transfiere hacia adelante y después de aterrizar el combustible del tanque de acabado trasero se llena en el tanque de acabado delantero para asegurar que el centro de gravedad permanece por delante y evitamos un problema de relajo en el que la cola de la aeronave golpea el suelo debido al desequilibrio del CG.

Veamos ahora la nariz de gota del Concorde y sus diversas posiciones. Hay 4 posiciones para la nariz de la gota. La primera posición es la posición número 1 en la que la nariz y la visera están totalmente retraídas en esa posición. La visera es básicamente un cristal que realmente se sienta sobre el dosel como usted verá. Esta configuración se utiliza durante el crucero supersónico y cuando la aeronave está estacionada para que haya menos cantidad de posibilidades de que aves y otros roedores, etc. puedan ir y ocupar la zona.

La segunda posición es la nariz totalmente hacia arriba, pero la visera se retrae en la nariz de la gota. Así que ahora se puede ver que el dosel está totalmente expuesto y la visera está dentro de la nariz de la droop. Esta posición se utiliza durante el crucero subsónico corto y cuando se quiere limpiar el parabrisas. Así que cuando la visera está arriba el parabrisas no es accesible. Así que aquí se hace cuando se quiere limpiar el parabrisas y cuándo hacer un corto crucero subsónico, por ejemplo cuando se hace un pasado de mosca de baja velocidad.

La siguiente posición número 3 es cuando la nariz ha bajado en 5 grados y la visera está totalmente retraída en la nariz de la gota. Esta posición en particular se utiliza durante el despegue y el taxi cuando la aeronave necesita una mejor visibilidad, pero no muy grande. Cuando se llega a la tierra la nariz se baja en 12 grados y medio y la visera se retrae en la nariz del drop por completo. Este se utiliza para el aterrizaje y el taxi, aunque después de que el trabajo es sobre él se retrae rápidamente de nuevo a la posición número 3 para evitar cualquier daño en la nariz.

Así que podemos ver a los diseñadores del Concorde se les ocurrió un método muy complejo y engorroso para manejar el problema de la visión durante las distintas fases del vuelo. En los aviones de día modernos, uno podría ser capaz de abordar este problema mediante la instalación de cámaras fiables. Se habla también de visión sintética hoy en día, pero durante el tiempo en que el Concorde fue diseñado a principios de los años 60, no teníamos tal tecnología y por lo tanto tenían que ir por esta nariz de gota.
Esta instalación en particular condujo a un sistema muy complejo y había muchos problemas con respecto a su mantenimiento y también el peso.

Por último, miremos el sistema de control de vuelo, el primer avión que tiene un sistema de control de hilo digital. Puedes notar aquí que hay 3 esquemas de colores diferentes aquí Tienes el verde y el sistema azul, por lo que hay 2 sistemas hidráulicos verde y azul y luego tienes el amarillo que es el standby. Por lo tanto, hay 2 principales sistemas hidráulicos con un tercio como
en espera.

Así que los dos principales son llamados como el sistema azul y el sistema verde que está alimentando casi todos los controles. Un timón de 2 piezas, el 3 + 3, 6 partes elevaciones bien, pero el sistema en espera va a alimentar sólo unos pocos de estos elementos y se asegura de que la aeronave se puede volar incluso cuando los canales principales, el verde y el azul, no están funcionando. Gracias por su atención.