lunes, 12 de octubre de 2009

Aparatos de control de la navegación aérea

En el número 71, de mayo de 1923, de la revista francesa "La Science et la Vie" hemos encontrado este artículo sobre instrumentos de navegación aérea.

Al igual que el capitán de un barco, el piloto de avión tiene que saber en todo momento la posición que ocupa en el espacio y la velocidad a la que se desplaza, ya sea medida con relación al viento o a la superficie sobre la que vuela.

Al capitán de barco le basta con un sextante y una corredera, pero el aviador y el aeronauta necesitan de un mayor número de aparatos que les proporcionan de forma automática la informaciuón que necesitan. Todos estos instrumentos se encuentran situados delante del piloto, a su alrededor, e incluso bajo sus pies, y le permiten conocer su altitud y velocidad, la velocidad de giro del motor, el sentido de su marcha, si sube o baja y la deriva que le provoca el viento que pueda soplar por su flanco.

El conjunto de estos cuadrantes graduados, de los que los aviones y dirigibles poseen una gran variedad, incluyen: cronómetros, cuentarevoluciones, aerotermómetros, indicadores de velocidad y sustentación, correderas aéreas, clinómetros, indicadores de deslizamiento lateral, de giro, de estabilidad, controladores de vuelo, altímetros, sondas, compases, círculos calculadores, derivómetros, geoscopios, aerófonos y navígrafos. De toda esta extensa lista, tan solo se estudiarán los indicadores de velocidad y sustentación.

Cuentarrevoluciones del motor. Un eje flexible, que recibe el movimiento del volante del motor, mueve un disco que acciona una rueda de frición unida a un tornillo sinfín que, por medio de engranajes, acciona la aguja del indicador.

Interesa conocer la velocidad de rotación del eje del motor, ya que esta velocidad es la misma que la de la hélice y de esta velocidad depende la tracción, o propulsión, que ejerce sobre el avión, pudiendo asociar a cada velocidad de rotación de la hélice una velocidad aproximada del avión.

Por poner un ejemplo, supongamos que cuando el motor gira a 2.ooo r.p.m. impulsa a la hélice a 1.100 r.p.m. y al avión a 150 Km/h. Si la velocidad de rotación varía podemos suponer que la velocidad del avión también subirá o bajará de esos 150 Km/h.

Indicador anemométrico de velocidad. El viento que entra dentro de la antena (Trompa de Venturi) produce una depresión que actúa sobre una cápsula metálica de paredes onduladas consiguiendo que éstas se acerquen o se alejen. Este movimiento de las paredes acciona la aguja del cuadrante a través de un conjunto de palancas y engranajes.

Corte del indicador anemométrico. La trompa de Venturi A contiene en su interior un receptáculo B, que está unido con el instrumento por el tubo F. En el interior del instrumento nos encontramos, la cápsula metálica de paredes onduladas C, los engranajes D y la aguja indicadora E. Cuando la corriente de aire entra en la trompa produce una depresión en B que se transmite a la cápsula C.

Anemómetro de tubo de Pitot. En este aparato la trompa de Venturi se ha reemplazado por un tubo perforado con una serie de agujeros. El viento que entra dentro de la antena produce una cierta presión sobre la cápsula manométrica. A traves de los agujeros se transmite al interior de la cápsula del manómetro la presión estática del aire.

Sección del tubo-antena del anemómetro de tubo. B es el orificio del tubo, G un manguito, en D se encuentra un conjunto de pequeños agujeros alrededor del tubo, el conducto C lleva hasta la cápsula del instrumento, H es el conducto que lleva hasta la caja del mismo y A es una mediacaña que sirve para fijar la antena sobre el avión.

Sección de un anemómetro de tubo. M es la cápsula manométrica y E la aguja indicadora.

Indicador de viraje. Un giroscopio movido por aire, de pequeño diámetro, mueve un indicador que se hace visible en el cuadrante del instrumento cuando el avión efectúa un viraje. Un tubo unido a una trompa de Venturi produce una aspiración en el interior del instrumento. El orificio por el que penetra el aire del exterior se conduce hacia los álabes de la periferia del volante del giroscopio y lo hace girar a gran velocidad.

Esquema del funcionamiento del indicador de viraje. En G encontramos el volante giroscópico, P es el eje que permite oscilar este volante, A es el tubo de aspiración, unido a una trompa de Venturi, O es una válvula agujereada por donde penetra el aire exterior, en E se encuentran los álabes situados en la periferia del volante del giroscopio, en V podemos ver las dos ventanillas por las que aparece el indicador de viraje blanco, C es la llave de regulación de la aspiración de aire.

Controlador de vuelo que incluye un indicador de velocidad relativa, de viraje y de pendiente transversal. En este aparato las indicaciones se obtienen de dos trompas de Venturi y reune tres de los instrumentos necesarios para el piloto: un indicador anemométrico, un indicador de viraje, constituido por una aguja (Situada bajo el indicador anemométrico) que se puede desplazar hacia la derecha o hacia la izquierda, y también, debajo, un indicador de pendiente de bola. Se distingue claramente una parte de la bola bajo la aguja del indicador de viraje.

Esquema que muestra cual es la deriva de los aviones provocada por el viento lateral.

Esquema que muestra el triángulo de las velocidades.

También se utilizan aparatos para determinar mecánicamente los elementos del triángulo de velocidades, la ruta, la velocidad y la deriva. Los tres lados del triángulo son los siguientes: 1° la velocidad del avión con respecto al aire, 2° la velocidad del viento con respecto al suelo y 3° la velocidad del avión con respecto al suelo, también llamada velocidad de la ruta o absoluta, que es la resultante de la suma de la velocidad del avión con respecto al aire y de la velocidad del aire.

Los tres ángulos del triángulo son los siguientes: 1° el formado por la inclinación de la velocidad del viento sobre el eje de la aeronave (La dirección de la velocidad del avión respecto del aire), 2° la inclinación de la velocidad del viento sobre la ruta seguida o a seguir, 3° la deriva, que es necesario conocer en todo momento para realizar los cálculos de navegación. La deriva es el ángulo formado por el eje del avión (Dirección de la velocidad del avión respecto al aire) y la ruta seguida (Dirección de la velocidad del avión con respecto al suelo). La deriva es a estribor cuando el viento incide sobre el avión por la izquierda y a babor si el viento incide por la derecha.

Este círculo calculador permite determinar de forma mecánica y rápida las rutas seguidas por los aviones y sus velocidades y derivas.

El triángulo de velocidades se puede obtener utilizando el círculo calculador, formado por unos brazos móviles graduados unidos a un círculo graduado. Un paralelogramo articulado se encarga de asegurar, en todas la posiciones del triángulo, la orientación verdadera del lado que representa la velocidad del viento. El círculo tiene un diámetro de unos 20 centímetros y dispone de dos graduaciones concéntricas, de 0 a 360 grados en el exterior y de 0 a 36 en el interior. El centro O del círculo le permite girar.

El brazo A B, que representa un diámetro del círculo graduado y puede girar alrededor del punto O, se puede inmovilizar mediante una pequeña palanca de freno. El extremo A dispone de una pequeña ventana que permite la lectura de la graduación interior. La flecha que lleva incrita el brazo ha de estar orientada en el sentido en que sopla el viento. La mitad del diámetro OB sirve de base a un paralelogramo articulado, de forma que el lado CD también se mantiene paralelo a la dirección AB del viento. El lado OC representa la velocidad del avión con respecto al aire y está graduado en kilómetros/hora de velocidad. El lado OC dispone de una ventana que permite la lectura de la graduación exterior del círculo, que indica el rumbo marcado por la brújula del avión, su rumbo aparente. El lado CD se fija mediante botones de presión en los agujeros, correspondientes a la velocidad del avión con respecto al aire, de los brazos OC y BD. La velocidad del viento se expresa en metros/segundo. La regla radial OE, que puede girar alrededor del centro O, indica la velocidad del avión con respecto al suelo y está graduada en kilómetros/hora. En la figura anterior la velocidad del avión respecto del aire es de 180 Km/h (El lado CD está insertado en los agujeros correspondientes a esta velocidad).

Para determinar el rumbo a seguir se coloca en la ventana A el valor dado por los informes meteorológicos, para la altitud a la que viaja el avión, de la dirección del viento (En nuestro caso el valor 31, correspondiente a viento del Noroeste). Después se sitúa sobre el mapa el centro O en el punto de partida, con el borde Norte-Sur del círculo, paralelo al meridiano geográfico más cercano. Se orienta entonces el borde graduado de la regla OE según la ruta que se haya de seguir sobre la superficie del suelo (En nuestro caso el valor es de 80º).

Manteniendo con una mano la posición del círculo y de la regla OE, con la otra se deforma el paralelogramo articulado hasta que la velocidad del viento dada por el servicio meteorológico (En nuestro caso 15 metros/segundo) coincida con la regla de la ruta. En este momento el triángulo de velocidades queda marcado en OCE y se pueden leer sus valores directamente. 1° el ángulo formado por el eje del avión, medido sobre la graduación exterior del círculo es de 67º; 2° la velocidad sobre el suelo indicada por la regla OE es de 210 Km/h; 3° la deriva, que es la diferencia entre la ruta verdadera (80º) y el ángulo formado por el eje del avión es de 13º a la derecha o estribor.

El cinemo-derivómetro se coloca en la carlinga del avión y permite medir a la vez la deriva y la velocidad de desplazamiento con relación al suelo, observando los hilos paralelos situados bajo la cubierta transparente.

El cinemo-derivómetro permite medir en vuelo la deriva de la aeronave y su velocidad sobre el suelo. Este aparato ingenioso y simple consta de una corona de aluminio horizontal fija, que sirve de soporte a las diversas partes del instrumento, y que se atornilla en la carlinga del avión. Esta corona lleva un índice fácilmente visible que indica la línea del eje del avión y sirve para hacer las lecturas sobre el disco móvil interior. Sobre la corona exterior se monta un disco graduado de 50 centímetros de diámetro que puede girar dentro de la corona. El borde exterior de este disco está graduado en grados a la derecha y a la izquierda del punto O. Sobre el disco graduado giratorio va fijado un disco de vidrio. Este disco transparente lleva insertado un hilo que marca su diámetro, siendo uno de sus extremos el punto O, que es el inicio de la graduación del círculo móvil. A cada lado se disponen otros hilos paralelos al primero. Sobre el disco móvil también se situan unas guías graduadas en altitud y paralelas a los hilos descritos anteriormente. Sobre estas guías se desplazan unos cursores unidos por un hilo perpendicular al hilo que marca el diámetro del círculo móvil. Este hilo unido a los cursores se puede separar o acercar a otro hilo paralelo a él (Y fijo sobre el disco transparente) según cual sea la altitud a la que vuela el avión. Sobre el conjunto de los círculos se sitúa un ocular, fijado en el extremo de un soporte unido a la carlinga situado a 75 centímetros por encima del centro del disco transparente. Mediante un eje que tiene en su extremo un botón moleteado y un piñón que engrana en una corona unida al disco móvil, se puede hacer girar fácilmente el disco graduado.

Para medir la deriva se ha de orientar el disco móvil de forma que las referencias se sitúen bajo la aeronave paralelamente a la red de hilos. El índice de la corona fija marca entonces sobre la graduación del disco móvil el ángulo de deriva. Para medir la velocidad sobre el suelo, se separan los dos hilos transversales con arreglo a la altitud a la que vuela el avión y, por medio del visor, se leen las graduaciones.

Disposición esquemática del cinemo-derivómetro empleado en los aviones. A es una corona horizontal fija, B el disco interior móvil, C un cristal transparente, FF las barras de guía, VV los cursores que se desplazan sobre las guías anteriores y M un botón moleteado que permite el giro del disco interior móvil.

En el siguiente video se puede ver una operación de rescate de un Supermarine Walrus y unos segundos de actividad de navegación de uno de los miembros de la tripulación.

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