¿Hasta dónde pueden planear los aviones?

Sospecho que este peso depende del tipo de avión, así que supongamos que estamos considerando un avión pequeño.

Absolutamente correcto, varía ampliamente. El parámetro sobre el que está preguntando se llama relación de planeo y está directamente relacionado con otro parámetro llamado relación de elevación a arrastre o relación L / D. Esta es una característica fundamental de la aerodinámica de un avión en particular. La relación L/D varía con la velocidad aerodinámica; para determinar el mejor rendimiento de planeo con el motor fuera, se utiliza la relación L/D a la "velocidad aerodinámica de mejor planeo". La "mejor velocidad aerodinámica de planeo" es la velocidad que maximiza la relación L/D, y este valor máximo se conoce como L/D _máx .

La relación L/D máxima (L/D _max ) de un Cessna 172 es de aproximadamente 9, por lo que su relación de planeo es de aproximadamente 9:1: por cada 9 unidades que viaja hacia adelante, perderá 1 unidad de altitud. Por lo tanto, se deslizará unos 9000 pies por cada 1000 pies de altitud disponible. Este es un valor bastante típico para aviones pequeños.

Para mostrarle cuán ampliamente variable es esto, un planeador moderno puede lograr proporciones superiores a 60:1, mientras que el transbordador espacial osciló entre aproximadamente 1:1 a alta velocidad, al principio de la reentrada, y 4,5:1 en la aproximación final.

En particular, los aviones de transporte grandes tienden a tener relaciones L/D significativamente más altas que los aviones pequeños: un 747 puede lograr un L/D _máximo de aproximadamente 17:1. Con una altitud de 33 000 pies (~10 000 metros), eso significaría una distancia de planeo de 100 millas (~170 km).

¿Qué gobierna la 'capacidad de planeo' del avión?

Como arriba, su relación de elevación a arrastre. Hablando de manera muy informal, esto es solo una medida de cuán "aerodinámico" es el avión, comparando su capacidad para generar sustentación con la resistencia que crea en el proceso. Cuanto mejor sea su capacidad de elevación, o menos arrastre genere, mayor será la relación.

Para obtener más información, recomiendo encarecidamente un libro gratuito en línea sobre aerodinámica llamado See How It Flies de John Denker. Está escrito para pilotos, no para matemáticos ni físicos, por lo que explica los conceptos de forma muy intuitiva sin muchas ecuaciones. Habla sobre la relación L/D y explica algunos de los factores que la afectan. (Recomendaría este libro a cualquier piloto de todos modos).

¿Es posible, para un avión con motor/motores, aprovechar esto para ahorrar combustible mientras vuela, o son demasiado pesados/de otro modo no pueden hacer esto?

Dado que la relación de planeo está directamente relacionada con (de hecho, es lo mismo que) la relación L/D, se podría decir que los aviones ya la aprovechan. Cuanto mayor sea su L/D a velocidad aerodinámica de crucero, más eficientes en combustible serán (porque se requerirá menos empuje para contrarrestar la resistencia en vuelo estable).

Si está preguntando acerca de apagar los motores durante la aproximación/aterrizaje para ahorrar combustible, hay otra pregunta aquí en ASE que aborda específicamente esto. (La respuesta, en resumen, es no, no es práctico).

Para dar algunos ejemplos concretos:

Un Cessna 172 podría volar a 2000 pies para un salto corto, oa 12500 pies para un vuelo de travesía más largo. Mi regla general es de aproximadamente 1,5 millas náuticas de planeo por 1000 pies de altitud sobre el nivel del suelo, por lo tanto:

• Desde 2000 pies, un Cessna sería capaz de planear unas 3 millas náuticas (3,5 millas terrestres, 5,5 km), y tardaría unos 3 minutos en hacerlo.
• Desde 12500 pies, en proporción, serían aproximadamente 18 millas náuticas (21 millas terrestres, 33 km), lo que le daría al piloto 18 minutos para solucionar problemas, encontrar un lugar de aterrizaje adecuado y comunicar la situación.

Un jet grande vuela más alto durante el crucero, digamos a 38000 pies, y tiene una mejor tasa de planeo.

• Desde 38 000 pies, un avión puede planear de 75 a 100 millas náuticas (140 a 180 km) y tardar unos 20 minutos en hacerlo.

El deslizamiento se mide en lo que se llama "tasa de deslizamiento". Por cada pie de altitud que pierde el avión, ¿cuánto puede avanzar? Los planeadores (planeadores) tienen una relación de planeo de alrededor de 40 a 1. Puede ser mucho más o menos, según el modelo. La relación de planeo del Cessna 172, el avión monomotor más popular, es de aproximadamente 10 a 1. El Boeing 767 que perdió toda su potencia alcanzó una relación de planeo de aproximadamente 12 a 1 en la práctica.

Los aviones generalmente no usan esto para ahorrar combustible. Es mucho más eficiente simplemente volar el avión normalmente, o a baja potencia si buscan ahorrar combustible. Para planear requeriría encender y apagar el motor. Eso no es eficiente en motores a reacción, turbohélices o pistones. Sin embargo, creo que algunos aviones no tripulados a gran altitud pueden apagar sus motores.

De hecho, la distancia de planeo depende en gran medida de la relación de planeo característica del avión, que depende de la velocidad aerodinámica, como se describe en las respuestas anteriores. Sin embargo, las respuestas anteriores asumen aire quieto, y el aire real nunca está quieto.

Si planeas con un viento de cola constante, planearás más lejos que en aire en calma; un viento en contra constante cortará su planeo. (Obtendrá la misma tasa de descenso y, por lo tanto, el mismo tiempo en el aire, pero recorrerá una distancia diferente sobre el suelo). Si está en altitud, puede ser difícil saber de qué manera sopla el viento. a menos que ya lo sepa o que tenga un GPS para que usted (o este automáticamente) pueda comparar su velocidad en el suelo con su velocidad en el aire.

Además, las corrientes descendentes reducirán su altitud y, por lo tanto, su distancia de planeo; pero las corrientes ascendentes harán lo contrario. De hecho, en el tipo de clima adecuado, los pilotos que están entrenados para encontrar corrientes ascendentes (los pilotos de planeadores, por ejemplo) pueden permanecer en el aire sin energía todo el tiempo que quieran. Sin embargo, las corrientes ascendentes en general son impulsadas por el sol, por lo que después del anochecer es difícil encontrar "el tipo de clima adecuado". Además, las corrientes ascendentes tienden a ser localizadas y bastante estacionarias, por lo que volar en círculos para permanecer en uno, si es más débil de lo que esperaba, puede consumir más tiempo de planeo del que agrega y, por lo tanto, reducir la distancia total sobre el suelo que puede planear. .

Los aviones ligeros con motor pueden realizar un vuelo sostenido con los motores apagados cuando su trayectoria de vuelo se alinea con colinas o cadenas montañosas que reciben viento constante en una cara. En ciertos entornos y condiciones climáticas, estos rangos generan una sustentación de olas que es lo suficientemente importante como para permitir un vuelo de alta velocidad a altitudes superiores a los 20,000 pies en condiciones suaves como la seda durante muchos miles de kilómetros. Asociados con estas condiciones hay rotores extremos fuera de la banda de sustentación. Los pilotos de planeadores (p. ej., Delore en Nueva Zelanda, diciembre de 2009, 2500 km) han establecido vuelos de larga distancia récords mundiales utilizando rangos extensos que forman la columna vertebral de ambas islas.

"Glideability" es vuelo. Un avión de ala fija que es controlable bajo potencia, es controlable sin ella. Algunas aeronaves están diseñadas específicamente para ser inestables en vuelo, como el F-16 y el F-117. en esos casos, las computadoras ayudan a proporcionar estabilidad artificial; mientras las computadoras estén funcionando, la aeronave aún se puede controlar sin un motor en funcionamiento.

La relación de planeo varía significativamente entre los aviones de ala fija. Los planeadores sin motor son generalmente más altos que 20/1, mientras que muchos aviones pequeños ven 17/1 o menos. El transbordador espacial es 4.5/1. (Horizontal/Vertical)

La eficiencia de planeo es principalmente una función de la resistencia, no del peso. Por ejemplo: los planeadores a veces llevan lastre de agua para aumentar el peso, ya que un mayor peso da como resultado una mayor velocidad de planeo. (El agua se vierte para reducir la velocidad del avión antes de aterrizar).

La FAA publica manuales para aviadores, y puede encontrar una variedad de otros manuales de instrucciones de vuelo disponibles en línea o en el aeropuerto local. Cualquier manual de Piloto Privado o Piloto Deportivo discutirá los principios básicos del vuelo con cierto detalle. Por lo general, son de lectura muy clara y fácil.

Un piloto me dijo que voló durante algún tiempo sobre los Pirineos con una versión española de Junkers Ju-52 con los motores al ralentí y manteniendo la altura sobre una corriente ascendente de aire caliente, como hacen los planeadores, pero probablemente sea una excepción más que cualquier regla La literatura sobre el Caravelle de Sud-Aviation discutió también un vuelo de "deslizamiento" de unos cien kilómetros, comenzando a una altitud muy alta y en condiciones experimentales especiales, que tuvo lugar antes de 1964. Un piloto ganó un premio después de aterrizar un avión a reacción con los motores apagados; cuando se acercaba a una pista de aterrizaje abandonada, se dio cuenta de que la altura era demasiado alta, puso el avión en un patrón de superficies de control cruzadas para deslizarse hacia un lado y perder altura.

Otros volaron durante un tiempo un DC-3 en vuelo invertido desde Gando, en Gran Canaria, hasta Lanzarote, también en las Islas Canarias, solo para encontrar al aterrizar que las góndolas de los motores estaban cubiertas de aceite, ya que los motores DC-3 carecían de un motor invertido. cárter de vuelo o cárter de aceite 'seco'. Uno de los hombres en este vuelo DC-3, Fernando Aymerich-Alix, derribó un avión de combate Sabre o Super-Sabre en un campo arado, bajo la premisa de que sentía que las indicaciones de los indicadores del tanque de combustible eran incorrectamente altas, y pronto lo hará. quedarse sin combustible. Al llegar a tierra, el combustible algo abundante que en realidad quedaba en los tanques se esparció como una lluvia por todo el avión y el lugar, tuvo suerte de que el combustible no se incendiara. Murió la primera quincena de diciembre de 2017.