¿Qué es el efecto tierra en un avión? (Ground effect)
Desde el comienzo de la aviación, los pilotos se dieron cuenta de que justo antes de aterrizar de repente se sentiría como que el avión no quería bajar, y sólo quería seguir y seguir. Esto se debe al aire que está atrapado entre el ala y la superficie de aterrizaje, como si hubiera un colchón de aire. Este fenómeno se llama efecto tierra.
Cuando una aeronave en vuelo se encuentra a varios pies de la superficie, tierra o agua, se produce un cambio en el patrón de flujo tridimensional alrededor de la aeronave porque el componente vertical del flujo de aire alrededor del ala está restringido por la superficie. Esto altera los vórtices de las alas.
El efecto tierra, entonces, se debe a la interferencia del suelo (o el agua) superficie con los patrones de flujo de aire de la aeronave en vuelo. Mientras que las características aerodinámicas de las superficies de la cola y el fuselaje se alteran por efecto de tierra, el principal efectos debidos a la proximidad del suelo son los cambios en las características aerodinámicas del ala. Como el ala encuentra efecto tierra y se mantiene a una constante AOA, hay consiguiente reducción en el upwash, downwash y vórtices de alas.
La resistencia inducida es el resultado del trabajo de las superficies aerodinámicas generando sustentación de la aeronave, y un ala o rotor eleva la aeronave simplemente acelerando una masa de aire hacia abajo. Es cierto que la presión reducida en la parte superior de una superficie aerodinámica es esencial para levantar, pero eso es sólo una de las cosas que contribuyen al efecto general de empujar una masa de aire hacia abajo. Cuanto más downwash hay, más fuerte es el ala empuja la masa de aire hacia abajo. En ángulos de ataque altos, la cantidad de resistencia inducida es alta; ya que esto corresponde a velocidades aéreas más bajas en vuelo real, se puede decir que la resistencia inducida predomina a baja velocidad.
Sin embargo, la reducción de los vórtices de las alas debido al efecto de tierra altera la distribución de la elevación de spanwise y reduce el AOA inducido y la resistencia inducida. Por lo tanto, el ala requerirá un AOA inferior en efecto suelo para producir el mismo CL. Si se mantiene un AOA constante, un aumento en los resultados de CL.
El efecto de tierra también altera el empuje requerido frente a la velocidad. Dado que la resistencia inducida predomina a bajas velocidades, la reducción de la resistencia inducida debido al efecto tierra causará una reducción significativa del empuje requerido (resistencia parásita más resistencia inducida) a bajas velocidades.
Debido al cambio en los vórtices de upwash, downwash y wingtip, puede haber un cambio en la posición (instalación) de error del sistema de velocidad del aire asociado con el efecto de tierra. En la mayoría de los casos, el efecto tierra provoca un aumento de la presión local en la fuente estática y produce una menor indicación de la velocidad y altitud del aire. Por lo tanto, una aeronave puede ser airborne a una velocidad aérea indicada inferior a la normalmente requerida.
Para que el efecto del suelo sea de una magnitud significativa, el ala debe estar bastante cerca del suelo. Uno de los resultados directos del efecto suelo es la variación de la resistencia inducida con la altura del ala sobre el suelo a un CL constante.
Cuando el ala está a una altura igual a su envergadura, la reducción de la resistencia inducida es sólo del 1,4 %. Sin embargo, cuando el ala está a una altura igual a una cuarta parte de su envergadura, la reducción de la resistencia inducida es del 23,5 % y, cuando el ala está a una altura igual a una décima parte de su envergadura, la reducción de la resistencia inducida es del 47,6 %. Por lo tanto, una gran reducción en la resistencia inducida tiene lugar sólo cuando el ala está muy cerca del suelo.
Debido a esta variación, el efecto de tierra generalmente se reconoce durante el despegue para el despegue o justo antes del aterrizaje.
Durante la fase de despegue, el efecto tierra produce algunas relaciones importantes. Un avión que deja efecto en tierra después del despegue se encuentra justo al revés de un avión que entra en efecto en tierra durante el aterrizaje. El avión que deje efecto en tierra:
- Requiere un aumento del AOA para mantener el mismo CL.
- Experimentar un aumento en la resistencia inducida y empuje requerido.
- Experimenta una disminución de la estabilidad y un cambio de nariz en el momento.
- Experimente una reducción de la presión de la fuente estática y un aumento de la velocidad de aire indicado (airspeed).
El efecto de tierra debe ser considerado durante los despegues y aterrizajes. Por ejemplo, si un piloto no entiende la relación entre la aeronave y el efecto en tierra durante el despegue, una situación peligrosa es posible porque la velocidad de despegue recomendada puede no lograrse. Debido a la reducida resistencia en el efecto de tierra, la aeronave puede parecer capaz de despegar muy por debajo de la velocidad recomendada.
A medida que la aeronave se eleva por efecto tierra con una deficiencia de velocidad, la mayor resistencia inducida puede resultar en un rendimiento de ascenso inicial marginal.
En condiciones extremas, como peso bruto alto, altitud de alta densidad y alta temperatura, una deficiencia de la velocidad aérea durante el despegue puede permitir que la aeronave se haga airborne, pero ser incapaz de sostener el vuelo fuera del efecto de tierra. En este caso, la aeronave puede hacerse airborne inicialmente con una deficiencia de velocidad y luego volver a instalarse en la pista.
Un piloto no debe intentar forzar a una aeronave a volar con una deficiencia de velocidad. La velocidad de despegue recomendada por el fabricante es necesaria para proporcionar un rendimiento inicial de ascenso adecuado. También es importante que se establezca un ascenso definido antes de que un piloto retraiga el tren de aterrizaje o los flaps. Nunca retraiga el tren de aterrizaje o los flaps antes de establecer una tasa positiva de ascenso y sólo después de lograr una altitud segura.
Si, durante la fase de aterrizaje del vuelo, la aeronave entra en efecto tierra con un AOA constante, la aeronave experimenta un aumento de CL y una reducción en el empuje requerido, y un efecto "flotante" puede ocurrir. Debido a la reducción de la resistencia y la falta de deceleración de apagado en el efecto tierra, cualquier exceso de velocidad en el punto de flujo puede incurrir en una considerable distancia "flotante".
A medida que el avión se acerca al punto de contacto (touchdown), el efecto tierra se realiza más a altitudes inferiores a la envergadura. Durante las fases finales de la aproximación a medida que la aeronave se acerca al suelo, es necesaria una reducción de la potencia para compensar el aumento de la elevación causada por el efecto tierra, de lo contrario la aeronave tendrá una tendencia a subir por encima de la glidepath deseada (GP).
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Fuente: La información (texto e imágenes) utilizado para este artículo está basado en el manual de la FAA (Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge - FAA-H-8083-25B) y manuales de instrucción de centros académicos aeronáuticos.
