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¿Cuáles son las fuerzas que interactúan en un aeronave en vuelo? (Forces acting on the aircraft)

Empuje, resistencia, sustentación y peso son fuerzas que actúan sobre todas las aeronaves en vuelo. Comprender cómo funcionan estas fuerzas y saber cómo controlarlas con el uso de la energía y los controles de vuelo son esenciales para el vuelo.

Las cuatro fuerzas que actúan en un avión en vuelo recto y sin aceleración son empuje (thrust), resistencia (drag), elevación (lift) y peso (weight). Se definen como:

Empuje (Thrust): Fuerza de avance producida por la planta motriz/ hélice o rotor. Se opone o supera la fuerza de resistencia. Como regla general, actúa paralelamente al eje longitudinal. Sin embargo, no siempre es así.

Resistencia (Drag): Fuerza retardante causada por la interrupción del flujo de aire por el ala, el rotor, el fuselaje y otros objetos sobresalientes. Como regla general, la resistencia se opone al empuje y actúa hacia atrás paralelo al viento relativo.

Sustentación (Lift): Es una fuerza que es producida por el efecto dinámico del aire actuando sobre la superficie del avión, y actúa perpendicular a la trayectoria de vuelo a través del centro de la elevación (CL) y perpendicular al eje lateral. En vuelo nivelado, la elevación se opone a la fuerza descendente del peso.

Peso (Weight): Carga combinada de la propia aeronave, la tripulación, el combustible y la carga o el equipaje. El peso es una fuerza que tira de la aeronave hacia abajo debido a la fuerza de la gravedad. Se opone a la elevación y actúa verticalmente hacia abajo a través del centro de gravedad de la aeronave (CG).

En vuelo constante, la suma de estas fuerzas opuestas es siempre cero. No puede haber fuerzas desequilibradas en un vuelo constante y recto basado en la Tercera Ley de Newton, que establece que para cada acción o fuerza hay un igual, pero opuesto, reacción o fuerza. Esto es cierto ya sea volando a nivel o al subir o descender.

No significa que las cuatro fuerzas sean iguales. Esto significa que las fuerzas opuestas son iguales a, y por lo tanto cancelan, los efectos entre sí los vectores de fuerza de empuje, resistencia, elevación y peso parecen ser iguales en valor. 

La explicación usual indica (sin estipular que el empuje y la fricción no equivalen al peso y la elevación) que el empuje equivale a la fricción y la elevación equivale al peso. Aunque es cierto, esta declaración puede ser engañosa. 

Debe entenderse que en vuelo recto, nivelado, no acelerado, es cierto que las fuerzas de elevación/peso opuestas son iguales. También son mayores que las fuerzas opuestas de empuje/resistencia que son iguales entre sí. Por lo tanto, en vuelo constante:

- La suma de todos los componentes ascendentes de las fuerzas (no sólo la elevación) es igual a la suma de todos los componentes descendentes de las fuerzas (no sólo el peso).

- La suma de todos los componentes hacia adelante de las fuerzas (no sólo empuje) es igual a la suma de todos los componentes hacia atrás de las fuerzas (no sólo resistencia).

El "empuje es igual a resistencia; elevación es igual a peso" fórmula explica que una porción de empuje se dirige hacia arriba en subidas y vuelo lento y actúa como si fuera elevación, mientras que una porción de peso se dirige hacia atrás frente a la dirección de vuelo y actúa como si fuera arrastre. En vuelo lento, el empuje tiene un componente ascendente. Pero debido a que el avión está en vuelo nivelado, el peso no contribuye a la resistencia.

En los planeos, una parte del vector de peso se dirige a lo largo de la trayectoria de vuelo hacia adelante y, por lo tanto, actúa como empuje. En otras palabras, en cualquier momento la trayectoria de vuelo de la aeronave no es horizontal, la elevación, el peso, el empuje y los vectores de arrastre deben desglosarse en dos componentes.

Otro concepto importante a entender es el ángulo de ataque (AOA). Desde los primeros días de vuelo, el AOA es fundamental para comprender muchos aspectos del rendimiento, la estabilidad y el control de los aviones. El AOA se define como el ángulo agudo entre la línea de cuerda de la lámina de aire y la dirección del viento relativo.

Los puntos de vista sobre los conceptos anteriores se omiten con frecuencia en los textos/ manuales/ manuales aeronáuticos. La razón no es que sean intrascendentes, sino porque las ideas principales con respecto a las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre una aeronave en vuelo pueden presentarse en sus elementos más esenciales sin estar involucrados en los aspectos técnicos del aerodinámico. 

De hecho, teniendo en cuenta sólo el vuelo nivelado, y las subidas y planeos normales en un estado estacionario, todavía es cierto que la elevación proporcionada por el ala o el rotor es la fuerza primaria ascendente, y el peso es la fuerza primaria descendente.

Mediante el uso de las fuerzas aerodinámicas de empuje, resistencia, elevación y peso, los pilotos pueden volar un vuelo controlado y seguro. A continuación se presenta un análisis más detallado de estas fuerzas.

Empuje del avión (Thrust)

Para que una aeronave comience a moverse, debe ejercerse empuje y ser mayor que la resistencia. El avión continúa moviéndose y ganando velocidad hasta que el empuje y la resistencia son iguales. Para mantener una velocidad de aire constante, empuje y resistencia deben permanecer iguales, al igual que la elevación y el peso deben ser iguales para mantener una altitud constante. 

Si en vuelo nivelado, la potencia del motor se reduce, el empuje se reduce, y la aeronave se ralentiza. Mientras el empuje sea menor que la resistencia, el avión continúa desacelerándose. Hasta cierto punto, a medida que el avión se desacelera, la fuerza de arrastre también disminuirá. El avión continuará desacelerándose hasta que el empuje de nuevo sea igual a la resistencia en cuyo punto la velocidad aérea se estabilizará.

Del mismo modo, si la potencia del motor se incrementa, el empuje se vuelve mayor que la resistencia y la velocidad del aire aumenta. Mientras el empuje siga siendo mayor que la resistencia, el avión seguirá acelerando. Cuando la resistencia es igual al empuje, el avión vuela a una velocidad aérea constante.

El vuelo recto y a nivel puede mantenerse a una amplia gama de velocidades. El piloto coordina el AOA y el empuje en todos los regímenes de velocidad si la aeronave debe mantenerse en vuelo nivelado. 

Un hecho importante relacionado con el principio de la elevación (para una determinada forma de superficie aérea) es que la elevación varía con la AOA y la velocidad del aire. Por lo tanto, un AOA grande a bajas velocidades de aire produce una cantidad igual de elevación a altas velocidades con un AOA bajo. Los regímenes de velocidad de vuelo se pueden agrupar en tres categorías: vuelo de baja velocidad, vuelo de crucero y vuelo de alta velocidad.

Cuando la velocidad del aire es baja, el AOA debe ser relativamente alto para mantener el equilibrio entre la elevación y el peso. Si el empuje disminuye y la velocidad aérea disminuye, la elevación será menor que el peso y el avión comenzará a descender. 

Para mantener el nivel de vuelo, el piloto puede aumentar el AOA una cantidad que genera una fuerza de elevación de nuevo igual al peso de la aeronave. Mientras que el avión volará más lentamente, seguirá manteniendo el vuelo nivelado. 

El AOA se ajusta para mantener el peso de elevación igual. La velocidad del aire se ajustará naturalmente hasta que la resistencia sea igual a empuje y luego mantendrá esa velocidad (asume que el piloto no está tratando de mantener una velocidad exacta).

El vuelo recto y nivelado en el régimen de velocidad lenta proporciona algunas condiciones interesantes relativas al equilibrio de fuerzas. Con el avión en una actitud de nariz alta, hay un componente vertical de empuje que ayuda a apoyarlo. Por un lado, la carga de las alas tiende a ser menor de lo esperado.

En vuelo nivelado, cuando se aumenta el empuje, la aeronave se acelera y la elevación aumenta. El avión comenzará a subir a menos que el AOA se reduzca lo suficiente para mantener la relación entre la elevación y el peso. El momento de esta disminución del AOA debe coordinarse con el aumento del empuje y la velocidad del aire. De lo contrario, si el AOA se reduce demasiado rápido, el avión descenderá, y si el AOA se reduce demasiado lentamente, el avión subirá.

Como la velocidad del aire varía debido al empuje, el AOA también debe variar para mantener el vuelo nivelado. A muy altas velocidades y nivel de vuelo, incluso es posible tener un AOA ligeramente negativo. A medida que el empuje se reduce y la velocidad del aire disminuye, el AOA debe aumentar para mantener la altitud. Si la velocidad disminuye lo suficiente, el AOA requerido aumentará al AOA crítico. 

Cualquier aumento adicional en el AOA dará lugar a la parada del ala. Por lo tanto, se requiere vigilancia adicional a ajustes de empuje reducidos y bajas velocidades para no exceder el ángulo crítico de ataque. Si el avión está equipado con un indicador de AOA, se debe hacer referencia para ayudar a monitorear la proximidad al AOA crítico.

Algunos aviones tienen la capacidad de cambiar la dirección del empuje en lugar de cambiar el AOA. Esto se logra mediante el giro de los motores o mediante la vectorización de los gases de escape.

Sustentación en un avión (Lift)

El piloto puede controlar la sustentación. Cada vez que el mando de control o la palanca se mueve hacia adelante o hacia atrás, el AOA se cambia. A medida que aumenta el AOA, aumenta la elevación (todos los demás factores son iguales). Cuando el avión alcanza el AOA máximo, la elevación comienza a disminuir rápidamente. Este es el AOA estancado, conocido como CL-máximo AOA crítico.

Antes de continuar con el tema de la elevación y cómo se puede controlar, la velocidad debe ser discutida. La forma del ala o del rotor no puede ser eficaz a menos que siga "atacando" continuamente el aire nuevo. 

Si una aeronave ha de seguir volando, la superficie de sustentación debe seguir moviéndose. En un helicóptero o giro carril, esto se logra mediante la rotación de las palas del rotor. Para otros tipos de aeronaves, como aviones, control de desplazamiento de peso o planeadores, el aire debe moverse a través de la superficie de elevación. 

Esto se logra por la velocidad de avance de la aeronave. La elevación es proporcional al cuadrado de la velocidad de la aeronave. Por ejemplo, un avión que viaja a 200 nudos tiene cuatro veces el ascensor que el mismo avión que viaja a 100 nudos, si el AOA y otros factores permanecen constantes.

La ecuación de elevación anterior ejemplifica esto matemáticamente y apoya que duplicar la velocidad del aire resultará en cuatro la elevación. Como resultado, uno puede ver que la velocidad es un componente importante para la producción de ascensor, que puede ser afectado a través de diferentes AOA. Al examinar el la ecuación, la elevación (L) se determina a través de la relación del densidad del aire (ρ), velocidad de la lámina de aire (V), área superficial del ala (S) y el coeficiente de elevación (CL) para una determinada superficie aerodinámica.

Tomando la ecuación más lejos, uno puede ver que un avión no podría continuar viajando en vuelo nivelado a una altitud constante y mantener el mismo AOA si la velocidad es aumentada. El ascensor aumentaría y el avión subiría como resultado del aumento de la fuerza de elevación o la velocidad. 

Por lo tanto, para mantener la aeronave recta y nivelada (no acelerando hacia arriba) y en un estado de equilibrio, a medida que aumenta la velocidad, la elevación debe mantenerse constante. Esto se logra normalmente reduciendo el AOA bajando la nariz. 

Por el contrario, a medida que el avión se ralentiza, la velocidad decreciente requiere aumentar el AOA para mantener la elevación suficiente para mantener el vuelo. Hay, por supuesto, un límite a la medida en que el AOA se puede aumentar, si se ha de evitar un puesto.

Siendo todos los demás factores constantes, para cada AOA hay una velocidad aérea correspondiente requerida para mantener la altitud en un vuelo constante, no acelerado (verdadero sólo si se mantiene el vuelo nivelado). Puesto que un perfil de aire siempre se estanca en el mismo AOA, si aumenta el peso, la elevación también debe aumentarse. 

El único método de aumentar la elevación es aumentando la velocidad si el AOA se mantiene constante justo antes de la "crítica", o estancar, AOA (asumiendo que no hay aletas u otros dispositivos de elevación alta).

La elevación y la resistencia también varían directamente con la densidad del aire. La densidad se ve afectada por varios factores: presión, temperatura y humedad. A una altitud de 18.000 pies, la densidad del aire tiene la mitad de la densidad del aire a nivel del mar. Con el fin de mantener su elevación a una altitud más alta, una aeronave debe volar a una velocidad real mayor para cualquier AOA dado.

El aire caliente es menos denso que el aire fresco, y el aire húmedo es menos denso que el aire seco. Por lo tanto, en un día caluroso y húmedo, un avión debe volar a una velocidad real mayor para cualquier AOA que en un día fresco y seco.

Si se disminuye el factor de densidad y la elevación total debe ser igual al peso total para permanecer en vuelo, se debe aumentar uno de los otros factores. El factor generalmente aumentado es la velocidad del aire o el AOA porque éstos son controlados directamente por el piloto.

La elevación varía directamente con el área del ala, siempre que no haya cambios en la forma plana del ala. Si las alas tienen la misma proporción y secciones aerodinámicas, un ala con un área plana de 200 pies cuadrados se eleva el doble en el mismo AOA que un ala con un área de 100 pies cuadrados.

Dos factores aerodinámicos importantes desde el punto de vista del piloto son la elevación y la velocidad del aire, ya que se pueden controlar fácilmente y con precisión. Por supuesto, el piloto también puede controlar la densidad ajustando la altitud y puede controlar el área del ala si la aeronave tiene aletas del tipo que agranda el área del ala. Sin embargo, para la mayoría de las situaciones, el piloto controla la elevación y la velocidad aérea para maniobrar un avión. 

Por ejemplo, en vuelo recto y a nivel, navegando a lo largo de una altitud constante, la altitud se mantiene ajustando la elevación para que coincida con la velocidad de la aeronave o la velocidad de crucero, manteniendo un estado de equilibrio en el que la elevación es igual a peso. En una aproximación al aterrizaje, cuando el piloto desea aterrizar tan lentamente como sea práctico, es necesario aumentar el AOA cerca del máximo para mantener la elevación igual al peso de la aeronave.

Relación entre Sustentación y Resistencia (L/D)

La relación de elevación a arrastre (L/D) es la cantidad de elevación generada por un ala o una superficie aerodinámica en comparación con su resistencia. Una relación de L/D indica la eficiencia de la superficie aerodinámica. Las aeronaves con relaciones L/D más altas son más eficientes que aquellas con relaciones L/D más bajas. En vuelo no acelerado con los datos de elevación y resistencia constantes, las proporciones del coeficiente de elevación (CL) y del coeficiente de resistencia (CD) pueden calcularse para un AOA específico.

El coeficiente de elevación es adimensional y relaciona el levantamiento generado por un cuerpo de elevación, la presión dinámica del flujo de fluido alrededor del cuerpo, y un área de referencia asociada con el cuerpo. El coeficiente de resistencia también es adimensional y se utiliza para cuantificar la resistencia de un objeto en un entorno fluido, como el aire, y siempre se asocia con un área de superficie particular.

La relación L/D se determina dividiendo el CL por el CD, que es lo mismo que dividir la ecuación de elevación por la ecuación de resistencia como todas las variables, aparte de los coeficientes, cancelan. Las ecuaciones de elevación y resistencia son las siguientes (L = Elevación en libras; D = Resistencia; CL = coeficiente de elevación; ρ = densidad (expresada en babosas por pie cúbico); V = velocidad (en pies por segundo); q = presión dinámica por pie cuadrado (q = 1 2 ρv2); S = el área del cuerpo de elevación (en pies cuadrados); y CD = Relación entre la presión de arrastre y la presión dinámica):

Normalmente en el AOA bajo, el coeficiente de resistencia es bajo y los pequeños cambios en el AOA crean sólo pequeños cambios en el coeficiente de resistencia. En el AOA alto, los pequeños cambios en el AOA causan cambios significativos en el arrastre. La forma de una lámina de aire, así como los cambios en la AOA, afecta a la producción de ascensor.

Observe en la imagen que el coeficiente de la curva de elevación (rojo) alcanza su máximo para esta sección del ala particular a 20° AOA y luego disminuye rápidamente. 20° AOA es por lo tanto el ángulo crítico de ataque. El coeficiente de la curva de arrastre (naranja) aumenta muy rápidamente a partir de 14° AOA y supera completamente la curva de elevación en 21° AOA. La relación elevación/arrastre (verde) alcanza su máximo a 6° AOA, lo que significa que en este ángulo, la mayor cantidad de elevación se obtiene por la menor cantidad de resistencia.

Tenga en cuenta que la relación elevación/resistencia máxima (L/DMAX) se produce en un CL y AOA específicos. Si la aeronave se opera en vuelo constante en L/D máxima, la resistencia total es mínima. Cualquier AOA inferior o superior a la de L/DMAX reduce la L/D y consecuentemente aumenta la resistencia total para la elevación de una aeronave dada La imagen   representa la L/D máxima por la porción más baja de la línea azul etiquetada como "resistencia total." La configuración de una aeronave tiene un gran efecto en el L/D. La imagen  representa el L/D máxima por la porción más baja de la línea azul etiquetada "arrastre total." La configuración de una aeronave tiene un gran efecto en el L/D.

Resistencia en un avión (Drag)

La resistencia es la fuerza que resiste el movimiento de un avión a través del aire. Hay dos tipos básicos: la resistencia al parásito y la resistencia inducida. El primero se llama parásita porque de ninguna manera funciona para ayudar a volar, mientras que el segundo, la resistencia inducida, es el resultado de un avión que desarrolla elevación.

Resistencia parásita en el avión

La resistencia parásita se compone de todas las fuerzas que trabajan para frenar el movimiento de un avión. Como el término parásito implica, es la resistencia que no está asociada con la producción de elevación. Esto incluye el desplazamiento del aire por la aeronave, la turbulencia generada en la corriente de aire, o un obstáculo de aire que se mueve sobre la superficie de la aeronave y la superficie del avión. Hay tres tipos de resistencia parásita: resistencia de forma, resistencia por interferencia y fricción.

Resistencia de forma en al avión

La resistencia de forma es la porción de resistencia al parásito generada por la aeronave debido a su forma y flujo de aire alrededor de ella. Los ejemplos incluyen las cubiertas del motor, las antenas y la forma aerodinámica de otros componentes. Cuando el aire tiene que separarse para moverse alrededor de un avión en movimiento y sus componentes, finalmente se reúne después de pasar el cuerpo. Cuán rápida y suavemente se reúne es representativo de la resistencia que crea, que requiere fuerza adicional para superar.

Observe cómo la placa plana en la imagen hace que el aire se arremoline alrededor de los bordes hasta que finalmente se reúna aguas abajo. La resistencia a la forma es la más fácil de reducir al diseñar un avión. La solución es optimizar tantas piezas como sea posible.

Resistencia por interferencia en un avión

La resistencia por interferencia proviene de la intersección de corrientes de aire que crean corrientes en remolino, turbulencias o restringen el flujo de aire suave. Por ejemplo, la intersección del ala y el fuselaje en la raíz del ala tiene un arrastre de interferencia significativo. El aire que fluye alrededor del fuselaje choca con el aire que fluye sobre el ala, fusionándose en una corriente de aire diferente de las dos corrientes originales.

Resistencia por fricción en un avión

Es la resistencia aerodinámica formada debido al contacto del aire en movimiento con la superficie de una aeronave. Cada superficie, no importa lo aparentemente lisa que parezca, tiene una superficie áspera y desigual cuando se ve bajo un microscopio. Las moléculas de aire, que entran en contacto directo con la superficie del ala, están prácticamente inmóviles.

Cada capa de moléculas por encima de la superficie se mueve ligeramente más rápido hasta que las moléculas se mueven a la velocidad del aire que se mueve alrededor de la aeronave. Esta velocidad se llama velocidad de flujo libre. El área entre el ala y el nivel de velocidad de flujo libre es aproximadamente tan ancha como una carta de juego y se llama la capa límite. En la parte superior de la capa límite, las moléculas aumentan la velocidad y se mueven a la misma velocidad que las moléculas fuera de la capa límite. La velocidad real a la que se mueven las moléculas depende de la forma del ala, la viscosidad del aire a través del cual se mueve el ala o la superficie aerodinámica, y su compresibilidad (cuánto se puede compactar).

El flujo de aire fuera de la capa límite reacciona a la forma del borde de la capa límite tal como lo haría a la superficie física de un objeto. La capa límite da a cualquier objeto una forma "efectiva" que suele ser ligeramente diferente de la forma física. La capa límite también puede separarse del cuerpo, creando así una forma efectiva muy diferente de la forma física del objeto. Este cambio en la forma física de la capa límite causa una disminución dramática en la elevación y un aumento en el arrastre. Cuando esto sucede, la superficie aérea se ha estancado.

Con el fin de reducir el efecto de la fricción de la piel, los diseñadores de aeronaves utilizan remaches de montaje empotrado y eliminar cualquier irregularidad que pueda sobresalir sobre la superficie del ala. Además, un acabado suave y brillante ayuda en la transición del aire a través de la superficie del ala. Dado que la suciedad en un avión interrumpe el libre flujo de aire y aumenta la resistencia, mantenga las superficies de un avión limpias y enceradas.

Resistencia inducida en un avión

Es un hecho establecido que ningún sistema que funciona en el sentido mecánico puede ser 100 por ciento eficiente. Esto significa que cualquiera que sea la naturaleza del sistema, el trabajo requerido se obtiene a expensas de ciertos trabajos adicionales que es disipado o perdido en el sistema. Cuanto más eficiente el sistema, cuanto menor sea esta pérdida.

En vuelo nivelado, las propiedades aerodinámicas de un ala o rotor producen una elevación requerida, pero esto sólo se puede obtener a expensas de una determinada penalización. El nombre dado a esta pena es drag inducido. La resistencia inducida es inherente cada vez que una superficie aerodinámica produce elevación y, de hecho, este tipo de resistencia es inseparable de la producción de elevación. En consecuencia, siempre está presente si se produce la elevación.

El flujo laminar en un ala o pala del rotor produce la fuerza de elevación haciendo uso de la energía de la corriente de aire libre. Siempre que una lámina de aire está produciendo elevación, la presión en la superficie inferior de la misma es mayor que la de la superficie superior (Principio de Bernoulli). 

Como resultado, el aire tiende a fluir desde el área de alta presión por debajo de la punta hacia arriba hasta el área de baja presión en la superficie superior. En las proximidades de las puntas, hay una tendencia a que estas presiones se igualen, lo que resulta en un flujo lateral hacia el exterior desde la parte inferior hasta la superficie superior. Este flujo lateral imparte una velocidad de rotación al aire en las puntas, creando vórtices que se arrastran detrás de la superficie aerodinámica.

Cuando el avión se ve desde la cola, estos vórtices circulan en sentido contrario a las agujas del reloj sobre la punta derecha y en sentido horario sobre la punta izquierda. A medida que el aire (y los vórtices) ruedan por la parte posterior de su ala, se inclinan hacia abajo, lo que se conoce como downwash. 

La imagen muestra la diferencia en el downwash a altitud versus cerca del suelo. Teniendo en cuenta la dirección de rotación de estos vórtices, se puede observar que inducen un flujo ascendente de aire más allá de la punta y un flujo descendente detrás del borde posterior del ala. Este downwash inducido no tiene nada en común con el downwash que es necesario para producir la elevación. Es, de hecho, la fuente de la resistencia inducida.

Downwash apunta el viento relativo hacia abajo, por lo que cuanto más downwash tiene, más puntos de su viento relativo hacia abajo. Eso es importante por una muy buena razón: la elevación es siempre perpendicular al viento relativo. En la imagen, se puede ver que cuando se tiene menos downwash, el vector de elevación es más vertical, la gravedad opuesta. Y cuando tienes más aguacero, tu vector de elevación apunta más hacia atrás, causando resistencia inducida. Además de eso, se necesita energía para que tus alas creen aguacero y vórtices, y esa energía crea resistencia.

Cuanto mayor sea el tamaño y la fuerza de los vórtices y consecuente componente de downwash en el flujo de aire neto sobre la superficie de aire, mayor será el efecto de arrastre inducido. Este downwash sobre la parte superior de la superficie aerodinámica en la punta tiene el mismo efecto que doblar el vector de elevación hacia atrás; por lo tanto, la elevación es ligeramente a popa de perpendicular al viento relativo, creando un componente de elevación hacia atrás. Esto es resistencia inducida.

Con el fin de crear una mayor presión negativa en la parte superior de una superficie aerodinámica, la superficie aerodinámica se puede inclinar a un AOA más alto. Si el AOA de una superficie aerodinámica simétrica fuera cero, no habría diferencial de presión, y en consecuencia, no habría componente de downwash y no resistencia inducida. En cualquier caso, a medida que aumenta la AOA, la resistencia inducida aumenta proporcionalmente. Para establecer esto de otra manera cuanto menor sea la velocidad aérea, mayor será la AOA requerida para producir una elevación igual al peso de la aeronave y, por lo tanto, la mayor resistencia inducida. La cantidad de resistencia inducida varía inversamente con el cuadrado de la velocidad del aire.

Por el contrario, la resistencia parásita aumenta a medida que el cuadrado de la velocidad del aire. Por lo tanto, en estado constante, a medida que la velocidad del aire disminuye a cerca de la velocidad de estancamiento, la resistencia total se convierte en mayor, debido a principalmente a la fuerte subida de la resistencia inducida. Del mismo modo, como el la aeronave alcanza su velocidad nunca superior (VNE), la resistencia total aumenta rápidamente debido al fuerte aumento de la resistencia del parásito. 

Como se ve en la imagen, a cierta velocidad dada, la resistencia total es en su cantidad mínima. En el cálculo del rango máximo de avión, el empuje requerido para superar la resistencia es como mínimo si la resistencia es mínima. La potencia mínima y máxima La resistencia ocurre en un punto diferente.

Peso en un avión (Weight)

La gravedad es la fuerza de atracción que tiende a atraer a todos los cuerpos al centro de la tierra. El CG puede considerarse un punto en el que se concentra todo el peso de la aeronave. Si el avión estuviera apoyado en su CG exacto, se equilibraría en cualquier actitud. Cabe señalar que CG es de gran importancia en un avión, ya que su posición tiene una gran influencia en la estabilidad. La ubicación permisible del CG está determinada por el diseño general de cada aeronave en particular. Los diseñadores determinan qué tan lejos viajará el centro de presión (CP).

Es importante entender que el peso de una aeronave se concentra en el CG y las fuerzas aerodinámicas de elevación se producen en el CP. Cuando el CG está adelante del CP, hay una tendencia natural para el avión a querer lanzar la nariz hacia abajo. Si el CP está por delante del CG, se crea un momento de lanzamiento de nariz hacia arriba. Por lo tanto, los diseñadores fijan el límite de popa del CG hacia adelante del CP para la velocidad de vuelo correspondiente con el fin de mantener el equilibrio de vuelo.

El peso tiene una relación definida a levantar. Esta relación es simple, pero importante en la comprensión de la aerodinámica de volar. La elevación es la fuerza ascendente del ala que actúa perpendicular al viento relativo y perpendicular al eje lateral de la aeronave. La elevación es necesaria para contrarrestar el peso de la aeronave. En vuelo a nivel estabilizado, cuando la fuerza de elevación es igual a la fuerza de peso, la aeronave está en un estado de equilibrio y no acelera hacia arriba o hacia abajo. Si la elevación se convierte en menos de peso, la velocidad vertical disminuirá. Cuando la elevación es mayor que el peso, la velocidad vertical aumentará.

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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.