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Las cuatro fuerzas, los tres ejes, y por qué las decisiones más importantes de un piloto se toman en tierra.

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El trabajo empieza antes que el motor

Un piloto es responsable de la operación segura de una aeronave desde el primer minuto de planificación hasta el momento en que la hélice deja de girar. Esa responsabilidad cubre el tiempo, el estado del avión, el combustible a bordo, la ruta, la normativa que se le aplica y cada decisión que se toma una vez en el aire.

Merece la pena ser preciso sobre cuánta autoridad es esa. En Estados Unidos la norma ocupa una sola frase: el piloto al mando es directamente responsable de la operación de esa aeronave, y es la autoridad final sobre ella. No la aerolínea, no el despachador, no el controlador. La persona sentada en el asiento.

La misma norma contiene algo que sorprende a la gente. En una emergencia en vuelo que requiera acción inmediata, el piloto al mando puede desviarse de cualquier norma en la medida necesaria para afrontar esa emergencia. El derecho aeronáutico da al piloto la autoridad para saltarse el derecho aeronáutico, porque no se puede escribir un reglamento que cubra todas las situaciones en las que puede acabar un avión.

Esa autoridad existe con un único fin: gestionar el riesgo. No es una licencia para demostrar habilidad, y la forma más habitual en que los pilotos se meten en problemas es tratarla como tal. Un piloto capaz que vuela un avión capaz hacia un tiempo que empeora sigue siendo un piloto capaz, justo hasta que deja de serlo.

Por eso la profesión habla más de las decisiones tomadas en tierra que de las manos en los mandos. En tierra tienes todas las opciones: retrasar, cambiar la ruta, cargar más combustible, cancelar. En el aire las opciones se estrechan minuto a minuto, y cada una que tenías antes de despegar y no usaste es una que ya no tienes.

ProfundizarQué es un «mínimo personal», y por qué los pilotos con experiencia escriben los suyos

La normativa fija mínimos legales: la visibilidad y la separación de nubes por debajo de las cuales un vuelo determinado no se puede hacer legalmente. Son suelos, no objetivos, y son los mismos para un piloto con 60 horas que para uno con 6000.

Un mínimo personal es un límite más estricto que un piloto se fija a sí mismo, de antemano y por escrito: un viento cruzado que no aceptará, un techo de nubes bajo el que no volará, una hora a partir de la cual no despegará. La razón de escribirlo antes es que lo decide un piloto descansado y sin prisa, y no uno cansado de pie en la plataforma con pasajeros esperando.

El término técnico de aquello contra lo que protege esto es la «prisa por llegar», conocida en la literatura de investigación como sesgo de continuación del plan: la tendencia a persistir en un plan inadecuado a medida que crece el coste percibido de parar. Los estudios sobre las decisiones meteorológicas de pilotos de aviación general encuentran que se agrava con el sesgo de resultado: los pilotos juzgan razonable la decisión de meterse en un tiempo que empeora cuando salió bien, e imprudente cuando no, aunque la decisión en sí fuera idéntica. Un número escrito en un momento de calma aún no tiene un resultado que lo influya.

Walmsley, S., & Gilbey, A. (2016), “Cognitive Biases in Visual Pilots’ Weather-Related Decision Making,” Applied Cognitive Psychology, 30(4), 532–543, https://doi.org/10.1002/acp.3225.

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Cuatro fuerzas, y qué significa realmente el equilibrio

Todo avión en vuelo tiene cuatro fuerzas actuando sobre él. La sustentación actúa perpendicular al viento relativo, más o menos hacia arriba. El peso actúa hacia abajo a través del centro de gravedad. El empuje actúa hacia delante. La resistencia actúa hacia atrás.

En vuelo recto y nivelado sin aceleración, la sustentación es igual al peso y el empuje es igual a la resistencia. Ese es el diagrama del libro de texto, y es cierto, pero describe una condición en la que un avión pasa quizá un tercio de un vuelo típico. Cada ascenso, cada descenso, cada viraje y cada cambio de velocidad es un desequilibrio deliberado.

Este es el cambio de mentalidad que da sentido al resto de la aerodinámica. Un piloto no vuela manteniendo las fuerzas equilibradas. Un piloto vuela desequilibrándolas a propósito, en una dirección conocida y en una cantidad conocida, y luego reequilibrándolas cuando el avión ha llegado adonde se le envió.

Comprobación rápida

Un avión está en un ascenso estable a velocidad constante. ¿Cuál es la relación entre la sustentación y el peso?

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Lo que hace un ala con el aire

Un ala produce sustentación desviando el aire hacia abajo. Ese es todo el mecanismo, dicho de la forma más simple posible: el aire llega al ala viajando en una dirección y sale viajando hacia abajo, y la fuerza necesaria para que eso ocurra tiene una reacción igual y opuesta sobre el ala, que es la sustentación.

La diferencia de presión entre las superficies superior e inferior es real y medible, y es la forma en que la fuerza se transmite al ala. Pero es la consecuencia de que el flujo se desvíe, no una causa aparte que compita con ello. Las dos descripciones son la misma física vista desde dos extremos.

Lo que decide realmente cuánta sustentación produce un ala es el ángulo con el que recibe el aire que llega, la velocidad de ese aire, la superficie del ala y la densidad del aire. Cambia cualquiera de ellos y cambia la sustentación.

ProfundizarPor qué es falsa la explicación de que «el aire tiene más recorrido por arriba»

La explicación que mucha gente conoce primero dice que la superficie superior es más curva, así que el aire que pasa por arriba tiene que recorrer más distancia, así que tiene que ir más rápido para encontrarse con el aire de abajo en el borde de salida, y el aire más rápido tiene menos presión.

El problema es el paso del medio. No hay ningún principio físico que obligue a dos porciones de aire que se separaron en el borde de ataque a llegar juntas al borde de salida, y las mediciones muestran que no lo hacen: el aire que pasa por arriba llega bastante antes que el de abajo, no a la par. El flujo sobre la superficie superior es más rápido de lo que predice el argumento del tiempo de tránsito igual, no más lento.

La explicación además falla una prueba evidente: un ala simétrica tiene la misma curvatura arriba y abajo y produce sustentación perfectamente con un ángulo de ataque positivo, y cualquier avión capaz de volar invertido es un ala produciendo sustentación con su superficie «más curva» hacia abajo. Una placa plana (un avión de papel, sin curvatura que mencionar) también produce sustentación, algo que la historia del tiempo de tránsito igual no tiene forma de explicar.

Nada de esto hace que la diferencia de presión sea errónea. Lo que es erróneo es la historia de por qué existe esa diferencia de presión, y eso importa porque la historia del tiempo de tránsito igual predice que la sustentación de un ala depende sobre todo de su forma, cuando en la práctica manda el ángulo de ataque, que es la idea más importante del próximo capítulo.

Palmer, C. (2014), “The Aerodynamics of Gliding Flight and Its Application to the Arboreal Flight of the Chinese Feathered Dinosaur Microraptor,” Biological Journal of the Linnean Society, 113(3), 828–835, https://doi.org/10.1111/bij.12328.

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Tres ejes, tres mandos

Un avión gira sobre tres ejes, todos los cuales pasan por su centro de gravedad. El alabeo ocurre sobre el eje longitudinal, de morro a cola. El cabeceo ocurre sobre el eje lateral, de punta a punta de ala. La guiñada ocurre sobre el eje vertical, de arriba abajo.

Cada eje tiene un mando principal. Los alerones alabean el avión; el timón de profundidad, o en algunos aviones un estabilizador monobloque, lo cabecea; el timón de dirección lo guiña. Merece la pena aprender bien los nombres pronto, porque gran parte de lo que se escribe sobre aviación da por hecho que los conoces.

Lo importante de una superficie de control es lo que hace mecánicamente: cambia la curvatura de la superficie de la que forma parte, lo que cambia cuánta sustentación produce esa superficie, lo que genera una fuerza lejos del centro de gravedad del avión, lo que hace girar el avión. El mando no dirige el avión. Hace que un ala o una superficie de cola tire con más fuerza en una dirección que antes.

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Por qué virar necesita el timón de dirección

Alabea el avión a la izquierda y pasa algo poco útil. El alerón derecho baja, aumentando la sustentación de esa ala para que suba, pero un ala que genera más sustentación genera también más resistencia inducida, así que el ala derecha queda frenada. El alerón izquierdo sube y reduce la sustentación y la resistencia de ese lado. El resultado es una guiñada a la derecha, en sentido contrario al viraje que intentas hacer.

Eso es la guiñada adversa, y es una consecuencia directa de cómo funcionan los alerones, no un defecto. La tarea principal del timón de dirección en vuelo normal es anularla, por eso los virajes se hacen con alerón y pedal a la vez y por eso un viraje descoordinado es de lo primero que notará un instructor.

El precio de ignorarla no es solo la comodidad. Un avión descoordinado tiene un ala que recibe el aire con un ángulo distinto al de la otra, lo que significa que las dos alas no entrarán en pérdida a la vez, y un ala que entra en pérdida mientras la opuesta sigue volando es el comienzo de una barrena.

Comprobación rápida

Inicias un viraje a la izquierda solo con alerones, con los pies apoyados en el suelo. ¿Hacia dónde gira el morro al principio, y por qué?

Además de los tres mandos principales están los secundarios. Los flaps se extienden desde el borde de salida para aumentar la sustentación y la resistencia a baja velocidad, lo que permite a un avión aproximarse más despacio y descender más pronunciadamente sin ganar velocidad. El compensador alivia la presión constante sobre los mandos que el piloto tendría que mantener si no. Los spoilers, en aviones más grandes, destruyen deliberadamente la sustentación para aumentar el régimen de descenso o para cargar peso sobre las ruedas tras la toma de contacto.

No son mandos menores. En un avión de línea, la posición de flaps elegida para un despegue es un cálculo que implica la longitud de pista, la temperatura, el peso y el franqueamiento de obstáculos, y equivocarse ha acabado con vuelos.

Un avión de instrucción, en cifras

Tipo
Cessna 172S Skyhawk
Motor
Lycoming IO-360-L2A, 180 CV
Peso máximo al despegue
2550 lb
Superficie alar
174 ft²
Asientos
4

Cifras del manual de operación del piloto del Cessna 172S. El 172 se fabrica desde 1956 y se han construido más unidades que de cualquier otro avión de la historia, por eso casi cada ejemplo de este curso se puede comprobar con uno.

Explícalo

Leído por ATLAS

Un piloto añade potencia en vuelo nivelado y no hace nada más. Describe qué le pasa al avión en los treinta segundos siguientes, y por qué.

Escríbelo como se lo explicarías a alguien del curso de abajo. No hay nota ni límite de intentos.

Escenario de misión

La primera suelta que no llegó a ocurrir

Eres un alumno piloto con 21 horas registradas. Tu instructor te ha autorizado para tu primer vuelo solo: tres despegues y aterrizajes en el circuito de tu aeródromo, una pista de 3900 pies orientada 09/27.

El avión es un Cessna 172S, con combustible, la prevuelo hecha y en condiciones de vuelo. Son las 14:10 de una tarde despejada de julio. La elevación del aeródromo es de 1100 pies, la temperatura es de 34 °C y la estación automática informa de viento de 250 grados a 14 nudos, con rachas de 21.

Tu instructor está en tierra y te ha dicho que la decisión es tuya.

Las decisiones son firmes. No podrás cambiar una una vez tomada: vuelve a hacer la misión si quieres probar otra ruta.

  1. Decisión 01

    Tu libro de vuelo muestra que todos tus aterrizajes anteriores fueron con vientos de 8 nudos o menos. Tu instructor te ha demostrado la técnica de viento cruzado dos veces; nunca has volado solo con viento cruzado racheado.

    El manual del 172S da una componente de viento cruzado máxima demostrada de 15 nudos. Con el viento a 250 y la pista a 270, la componente cruzada es de unos 5 nudos, muy dentro de los límites. Pero la variación de las rachas es de 7 nudos, y las rachas no llegan desde la dirección media.

    ¿Qué haces?

Capítulo completado

Lo que ahora entiendes

  • Sabes decir qué hace cada una de las cuatro fuerzas y explicar por qué el vuelo equilibrado es la excepción y no el caso normal.
  • Sabes que un ala genera sustentación desviando el aire hacia abajo, y puedes decir por qué no se sostiene la explicación del tiempo de tránsito igual.
  • Sabes nombrar los tres ejes, el mando que gobierna cada uno y la superficie que se mueve.
  • Entiendes la guiñada adversa como una consecuencia de cómo funcionan los alerones, y sabes para qué sirve realmente el timón de dirección en un viraje.
  • Sabes qué es la autoridad del piloto al mando, incluida la parte que te permite saltarte las normas, y por qué esa autoridad trata en realidad de gestionar el riesgo.
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