¿Los aviones necesitan frenos en el aire?

El spoiler está abierto/activado El spoiler vuelve a la normalidad/cerrado

Hace unos días volé en un Boeing 737-900ER. Por suerte estaba sentado justo al lado del ala izquierda, asiento 26B. Observé que los spoilers se activaron (abrieron) justo después de que el piloto habló en el Passenger Address System anunciando que el avión se preparaba para aterrizar (si no me equivoqué) y comenzó a descender. Luego, los spoilers se abrieron durante unos 3-5 minutos (imagen 1) y luego se cerraron nuevamente (imagen 2) hasta que tocaron tierra. En vuelo no estaban tan completamente activados/abiertos como cuando aterrizó el avión.

Mi pregunta:

  • ¿Cuál es su propósito? son frenos?

  • Si son frenos, ¿un avión necesita frenos en el aire?

  • Si son frenos, ¿no es más eficiente reducir la potencia del motor que mantenerla constante pero frenar para reducir la velocidad?

WRT su tercer punto, los planeadores comúnmente están equipados con frenos de velocidad y/o spoilers, y ni siquiera tienen motores. Es una cuestión de si la resistencia aerodinámica reducirá la velocidad del avión lo suficientemente rápido sin aplicar potencia. Con los planeadores en los que he volado, sin usar los frenos de velocidad flotarías todo el camino por la pista en efecto suelo.
Si escucha, notará que en ese momento, el motor ya está en ralentí.
@user3528438: Pero entonces surge la pregunta: "¿no es más eficiente reducir antes la potencia del motor ?"
@phresnel Eso ya se explica en la respuesta actualmente aceptada . Por ejemplo, el control de tráfico aéreo le ofrece un atajo. , que no sabía en ese momento, habría tenido que dejar los motores en ralentí
@PerlDuck: Lo sé. Solo quería mostrar que el comentario al que respondí no responderá satisfactoriamente a la pregunta de AirCraft Lover o simplemente retrasará la respuesta real. Pero entonces, es sólo un comentario de todos modos.
la forma más eficiente de conducir su automóvil es nunca aplicar los frenos y apagar el motor lo suficiente como para que su automóvil disminuya la velocidad hasta detenerse cuando ingrese a su espacio de estacionamiento. ¿Cual es tu punto?
@BooleanCheese ¡Hice eso como un pobre estudiante universitario! No literalmente, pero en la medida de lo posible de todos modos, y especialmente en el tráfico de paradas y arranques.
No soy piloto de línea aérea, pero sí piloto de planeador. A pesar del nombre, los frenos de aire o los frenos de velocidad no cambian su velocidad. La actitud sí. Realmente depende del parapente, pero los aerofrenos en realidad están arruinando tu rendimiento, aumentando la resistencia y, por lo tanto, quemando energía más rápido. No se utilizan para controlar la velocidad. Sin embargo, si los spoilers tienen un efecto aerodinámico que cambia el paso, la velocidad puede cambiar, pero esto sucede rara vez ya que la posición de los frenos de aire generalmente está muy cerca del centro de sustentación. En realidad, si fuera demasiado rápido y abriera los frenos de aire, probablemente rompería el ala.
"Voy a pisar el freno, él pasará volando" - Maverick
Parece que siempre obtengo el asiento de la ventana en esta vecindad y soy un espectador frecuente de este submarino. ¡Gracias por preguntar esto!
@Stefano Borini: Sí, usa frenos de velocidad / spoilers para reducir la velocidad (o al menos lo haría), de la misma manera que usaría los frenos de un automóvil para reducir la velocidad al descender por una carretera de montaña.
@jamesqf eso no pasa en mi planeador. si abro los frenos de aire, la velocidad aerodinámica permanece igual y la tasa de caída aumenta. Sin embargo, podría ser el resultado del diseño.

Respuestas (6)

Lo que viste se llama freno de velocidad , que es una de las funciones de los spoilers . Del Boeing 737 NG FCOMv2 (9.20.5 Controles de vuelo - Descripción del sistema):

Spoilers de vuelo

Cuatro spoilers de vuelo están ubicados en la superficie superior de cada ala. Cada sistema hidráulico, A y B, está dedicado a un conjunto diferente de pares de spoilers para proporcionar aislamiento y mantener un funcionamiento simétrico en caso de falla del sistema hidráulico. Las válvulas de cierre de presión hidráulica están controladas por los dos interruptores SPOILER de vuelo.

Los paneles de spoiler de vuelo se utilizan como frenos de velocidad para aumentar la resistencia y reducir la sustentación, tanto en vuelo como en tierra. Los spoilers de vuelo también complementan el control de balanceo en respuesta a los comandos de la rueda de control. Un mezclador de spoiler, conectado al cable de transmisión del alerón, controla las unidades de control de potencia hidráulica en cada panel del spoiler para proporcionar un movimiento del spoiler proporcional al movimiento del alerón.

Los spoilers de vuelo se elevan en el ala con el alerón arriba y permanecen carenados en el ala con el alerón abajo. Cuando la rueda de control se desplaza más de aproximadamente 10°, se inicia la desviación del alerón.

Frenos de velocidad

Los frenos de velocidad consisten en spoilers de vuelo y spoilers de tierra. El sistema hidráulico A acciona los cuatro spoilers de suelo, dos en la superficie superior de cada ala. La palanca SPEED BRAKE controla los alerones. Cuando se acciona la palanca SPEED BRAKE, todos los spoilers se extienden cuando el avión está en tierra y solo los spoilers de vuelo se extienden cuando el avión está en el aire.

La luz SPEEDBRAKES EXTENDED proporciona una indicación del funcionamiento del spoiler en vuelo y en tierra. En vuelo, la luz se ilumina para advertir a la tripulación que los frenos de velocidad están extendidos mientras está en la configuración de aterrizaje o por debajo de los 800 pies AGL. En tierra, la luz se enciende cuando se detecta presión hidráulica en la válvula de cierre del alerón de tierra con la palanca del freno de velocidad en la posición ABAJO.

Notaste que los spoilers no se extendían tanto en el aire como en el suelo. Esto es intencional para reducir las sacudidas:

Operación en vuelo

Al operar la palanca SPEED BRAKE en vuelo, todos los paneles de los spoilers de vuelo se elevan simétricamente para actuar como frenos de velocidad. Se debe tener precaución al desplegar los spoilers de vuelo durante un viraje, ya que aumentan considerablemente la velocidad de balanceo. Cuando los frenos de velocidad están en una posición intermedia, las velocidades de balanceo aumentan significativamente. Mover la palanca SPEED BRAKE más allá de FLIGHT DETENT provoca sacudidas y está prohibido en vuelo.

La palanca del freno de velocidad no debe moverse por encima del FLIGHT DETENT mientras está en el aire. Puedes verlo en la siguiente imagen del FCOM:

Palanca de freno de velocidad 737

Para responder a sus otras preguntas:

Si es freno, ¿un avión necesita freno en el aire?

Sí a veces. Idealmente se calcula un perfil de vuelo que no requiera el uso de frenos en el aire. Eso significa que la computadora de gestión de vuelo (FMC) calcula un punto llamado Top of Descent en el que puede comenzar un descenso inactivo. Por lo tanto, los motores se retrasan hasta el empuje de ralentí y la aeronave mantiene la velocidad objetivo al descender. Esto lo llevará a la aproximación final a la altitud deseada. Ahora pueden pasar dos cosas:

  • El control de tráfico aéreo no te permite descender cuando quieres. Esto suele suceder cuando hay tráfico conflictivo y debe permanecer a una altitud superior a la del perfil de descenso inactivo durante un breve período de tiempo. Luego, debe descender más rápido, lo que puede requerir el uso de frenos de velocidad. También puede intentar simplemente aumentar la velocidad de descenso objetivo (ya que una velocidad más alta significa más arrastre y lo hace bajar más rápido), pero si eso no es suficiente, se necesitan frenos de velocidad.
  • El control del tráfico aéreo le ofrece un atajo. Esto sucede bastante. Algunas rutas estándar de llegada a la terminal (STAR) implican algunas maniobras y giros complejos, pero si el tráfico lo permite, puede obtener un atajo. Ahora su distancia al aeropuerto acaba de reducirse, lo que requiere un descenso más pronunciado. Nuevamente, el uso de frenos de velocidad ayuda aquí, especialmente cuando ya está cerca del aeropuerto porque por debajo de los 10,000 pies tiene que mantener 250 kt o menos, por lo que acelerar no es una opción.

Si es freno, ¿no es más eficiente reducir la potencia del motor que mantenerla constante pero frenar para hacerlo más lento?

El motor ya estará reducido a ralentí en un perfil de descenso normal. Por lo tanto, usar menos energía ya no es una opción. El uso de marcha atrás en vuelo generalmente está prohibido para la mayoría de las aeronaves, por ejemplo, 737 FCOM:

Está prohibida la selección intencional de empuje inverso en vuelo.

¿Qué significa "prohibido"? ¿Significa eso que es posible ?
@Harper No debería ser posible. Del FCOM: "El inversor de empuje se puede implementar cuando el radioaltímetro detecta menos de 10 pies de altitud, o cuando el sensor de seguridad aire/tierra está en modo tierra".
No sé nada de aviación, pero creo que, en principio, tiene razón en que usar el ralentí antes podría ahorrar más energía. En el mismo sentido, un tren podría evitar la rotura si marchara al ralentí con tanto avance como para alcanzar la velocidad 0 exactamente en la estación. El problema es que la mayoría de las veces quieres llegar de A a B en el menor tiempo posible. En este caso, los controles óptimos tienen una fase de máxima aceleración, crucero, inercia, frenado máximo. Esto se puede probar usando el principio máximo de Pontryagin .
@AlbertoSantini Absolutamente correcto: cada vez que usa los frenos de velocidad, básicamente desperdicia combustible porque podría haber comenzado un descenso en ralentí antes (es por eso que la palanca del freno de velocidad a veces se llama la palanca de la vergüenza ) . El problema es que no lo sabías antes en los casos que mencioné.
@Bianfable, ¿podemos decir que incluso intentar desplegar el inversor de empuje en vuelo está prohibido? ¿No causaría un movimiento brusco de morro hacia abajo y un descenso irrecuperable?
@Crowley Sí, eso está prohibido. Que yo sepa, está prohibido para todos los aviones. El Concorde era algo especial: necesitaban inversores de empuje para un descenso rápido en caso de pérdida de presión en la cabina, por lo que se podían seleccionar dos de los cuatro inversores de motor en vuelo. No creo que cree un descenso irrecuperable, pero si el inversor ya no se puede desconectar, el avión es básicamente imposible de aterrizar.
@Bianfable Bueno, el Concorde es un avión extraordinario. En este caso puede beneficiarse de la posición de los motores. Sin embargo, ahora los aviones de pasajeros típicos con motores bastante lejos del centro de masa recibirán una fuerte patada en la dirección de la nariz.
Gracias por la completa explicación.
@Bianfable DC-8 y Hawker Siddeley Trident eran dos aviones a reacción capaces y certificados para desplegar inversores en vuelo. Sin embargo, incluso con esos, rara vez se hizo en la práctica, debido a los fuertes golpes que causó.
Volar no se trata de ahorrar combustible (hay suficiente combustible en el avión, y podrías ahorrarlo todo si no despegas en primer lugar), sino de llegar rápido (de lo contrario, podrías simplemente caminar). "Idealmente" debería reformularse para incluir "en términos de economía de combustible".
@Haukinger Se trata de ambos (en realidad, la mayoría de la aviación se trata de dinero de los boletos) y la economía de la compañía determina el índice de costo preferido, no una elección arbitraria del piloto. El tiempo en el aire cuesta dinero, el combustible cuesta dinero, es un proceso difícil encontrar el óptimo, pero es muy importante. Los vuelos privados pueden tener diferentes prioridades, pero con los aviones comerciales son la minoría. Las aerolíneas normales no vuelan ni navegan lo más rápido posible.
@Harper "Prohibido" como en "para certificar el avión, debe demostrar que no puede suceder". Por supuesto, a veces suceden cosas que se ha "demostrado" que son imposibles, generalmente no en el buen sentido. en.wikipedia.org/wiki/Lauda_Air_Flight_004 .
¿Puede el piloto automático desplegar frenos de velocidad si es necesario?
@frizzby No, no conozco un solo avión en el que el piloto automático tenga control sobre los frenos de velocidad. Todos son controlados manualmente. De hecho, existe una regla en la mayoría de las aerolíneas de que el piloto que vuela debe mantener la mano en la palanca para asegurarse de que no se olvide de que están desplegados.
@AlbertoSantini, a diferencia del tren, donde frenar más tarde significa llegar antes, un avión puede mantener su velocidad de avance hasta relativamente tarde en el descenso, por lo que hay muy poco tiempo que ganar, por lo que los frenos de velocidad solo se usan para evitar otro tráfico, o a veces terreno, o si los pilotos juzgaron mal el descenso, pero eso es raro ahora que los FDM pueden calcularlo. O, a veces, si cambia el viento, la aeronave se desvía a otra pista, por lo que la pista es más corta y ya han pasado un poco más allá de la parte superior del descenso para la nueva pista.

Aunque sus fotos se refieren a un avión comercial específico, su pregunta es general, por lo que describiré un caso de uso más especializado para frenos de velocidad. Un planeador (también conocido como planeador) no tiene motor y está diseñado para tener una relación de planeo muy alta.para que pueda viajar más lejos entre las fuentes de sustentación. Si un planeador aterrizara sin usar frenos de velocidad, descendería en un ángulo muy pequeño, comenzando lejos del aeropuerto. Una aproximación larga y poco profunda es peligrosa porque la aeronave estará demasiado cerca del suelo lejos del aeropuerto; además, al carecer de motor, el planeador no tiene la capacidad de aumentar su velocidad y altitud simultáneamente para evitar un obstáculo. Además, cuando se comienza a una gran distancia del aeropuerto ya una altitud baja, sería virtualmente imposible para un piloto juzgar la trayectoria de planeo correcta para aterrizar en el punto deseado. Los planeadores despliegan frenos de velocidad o spoilers para permitir una trayectoria de planeo más empinada durante la aproximación final. Si ocurre una emergencia, como una obstrucción de última hora en la pista,

Tenga en cuenta que un piloto no puede simplemente apuntar el morro de la aeronave hacia arriba o hacia abajo para cambiar el punto de aterrizaje, porque eso cambiaría la velocidad aerodinámica de la aeronave. La velocidad aerodinámica de la aeronave debe estar dentro de un rango específico para aterrizar de manera segura.

Y con muchos aviones GA, obtienes el mismo efecto con un deslizamiento.

Como puede ver en la foto, los flaps están ligeramente extendidos, lo que permite que la aeronave vuele a una velocidad aerodinámica más baja. Esto es común que lo hagan las aeronaves durante una aproximación, para mantener una distancia constante entre los vuelos entrantes. Una aeronave que vuela hacia un aeropuerto puede realizar un descenso continuo o un descenso descendente. Ilustrado en la siguiente figura:

Una representación conceptual del enfoque de descenso escalonado y el enfoque de descenso continuo

A partir de la figura se ve que para la aproximación de descenso, la aeronave necesita moverse relativamente rápido de un nivel de vuelo al otro. El piloto puede hacer dos cosas para lograr esto, bajar el morro, aumentar la velocidad aerodinámica y hacer que los pasajeros se sientan como en una montaña rusa. O bien, la otra opción sería reducir temporalmente la sustentación de las alas sin afectar tanto la velocidad aerodinámica para mantener una separación dada entre vuelos consecutivos.

Los spoilers en el ala que ve desplegados también se denominan elevadores y se utilizan para, mientras están extendidos, reducir la sustentación del ala y, por lo tanto, hacer que el avión "caiga" del cielo de manera controlada. También reducen la velocidad aerodinámica de la aeronave debido al aumento de la resistencia, por lo que, a menudo, cuando los spoilers se retraen nuevamente, notará que los pilotos aumentan el acelerador. En resumen, los dumper de elevación se utilizan para moverse a un nivel de vuelo más bajo de manera controlada sin la necesidad de empujar la nariz hacia abajo.

En su diagrama, las pendientes de los descensos en el perfil de descenso son menores o iguales a las del descenso continuo.

Sí, desplegar los frenos de velocidad hace que el descenso sea más pronunciado, se puede ver con bastante frecuencia.

Sí, esos son frenos de velocidad, que se usan para reducir la velocidad del avión. En este caso, también funcionan como spoilers para matar el despegue una vez que el avión ha aterrizado.

Se puede reducir la velocidad de un avión de hélice durante el vuelo reduciendo la velocidad y, en algunos casos, aplanando el paso en las palas de la hélice... esto creó mucha resistencia del aire y ralentiza el avión.

Cuando los motores de turbina, tanto turborreactores como turboventiladores, se desarrollaron para uso aeronáutico, un inconveniente fue que no ofrecían la capacidad de frenado en vuelo como la que tienen los aviones de apoyo. No hay una hélice grande que cree resistencia del aire cuando la hélice se ralentiza y/o el paso se aplana.

Es por eso que el avión en el que estabas no redujo la velocidad cortando la potencia... casi no tendría efecto en la velocidad inmediata del avión. Además, cuando se aproxima a un campo para aterrizar, la aeronave desciende y tiende a ganar velocidad, por lo que los frenos de velocidad se utilizan para mantener la velocidad de la aeronave dentro de lo deseable para una aproximación de aterrizaje.

Imagínese tratando de salir de una carretera cuesta abajo hacia un estacionamiento sin frenos en su automóvil, y puede ver cómo esta falta de capacidad de frenado inmediata podría ser un problema, especialmente al acercarse a un aeródromo.

Por lo tanto, los frenos de velocidad, aletas que se abrirían para crear resistencia al aire, se desarrollaron para los aviones a reacción, de modo que pudieran reducir la velocidad rápidamente cuando fuera necesario.

Los spoilers reducen el coeficiente de sustentación del ala. Sin embargo, en el contexto del vuelo, a diferencia del contexto posterior al aterrizaje, no es realmente correcto imaginar que están obligando al ala a generar menos sustentación. En un descenso en estado estable, la sustentación es solo un poco menor que el peso, a menos que estemos hablando de un ángulo de picado realmente extremo. Entonces, lo que realmente están haciendo los "volquetes elevadores" es permitir que el avión vuele a un ángulo de ataque más alto y, por lo tanto, genere más resistencia para cualquier velocidad aerodinámica dada de lo que normalmente sería el caso. Además, los dispositivos generan resistencia por otras razones obvias, independientemente del mayor ángulo de ataque del ala. La combinación de los dos efectos es lo que permite que el avión descienda con un ángulo de planeo más pronunciado de lo que sería el caso con la misma configuración de velocidad y potencia. O por el contrario,

Es un poco contrario a la intuición que desplegar flaps y desplegar un "spoiler" o "lift dumper" o "airbrake" AMBOS pueden tener el efecto de hacer que la trayectoria de planeo sea más empinada de lo que sería de otro modo con la misma velocidad aerodinámica y configuración de potencia, es decir, hacer que el velocidad aerodinámica más baja de lo que sería de otro modo con el mismo ángulo de planeo y ajuste de potencia. Alimento para pensar mucho en su próximo vuelo largo en avión.

Para realmente comenzar a comprender esta aparente paradoja, deberá observar cómo cada dispositivo modifica la curva de L/D frente a la velocidad aerodinámica, que también es esencialmente una curva de tasa de caída frente a la velocidad aerodinámica. ¡Pero eso es probablemente más de lo que querías saber!

¿Los aviones necesitan frenos en el aire?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v