Los Planos Secretos del Vuelo

Los Planos Secretos del Vuelo En el último episodio hablamos de carácter. Hoy, como te lo prometí, entramos de lleno a la física. Pero olvídate de las fórmulas complejas, no te compliques la existencia. Te voy a revelar el vuelo desde el punto de vista combinado de quien lo diseña en el papel: el ingeniero, y quien lo domina en la tormenta: el piloto. Soy el Capitán Santiago Hidalgo, tu Arquitecto de Pilotos, y esto es Mentor de Cabina. Casi todos los temas técnicos en aviación son física o matemáticas puras. El "por qué vuela un avión" generalmente se analiza desde la mecánica de fluidos, pero a mí me gusta empezar recordando qué es el avión: es simplemente un transporte, un vehículo que traslada personas y bienes. Pero a diferencia de un autobús o un tren que nada más cambian latitud y longitud, el transporte aéreo se realiza en 3 dimensiones, en tres ejes: latitud, longitud y altitud. Y ese simple hecho, la conquista de la altitud, es el centro de todo nuestro universo. Hoy, vamos a construir el plano maestro de ese desafío. El problema de la aerodinámica consiste en levantar un peso en el aire para trasladarlo, despegar una aeronave para llevarla desde el aeropuerto de origen hasta el aeropuerto de destino. Ese peso, el primer adversario que tiene que vencer el avión, no es un concepto abstracto; es la suma tangible del peso del propio avión, del combustible que cargamos, de la tripulación, y por supuesto, de las personas y bienes que transportamos. El peso es un factor crítico que debemos conocer con exactitud antes de cada vuelo. Pero la física nos permite simplificar este desafío. No importa qué tan grande o complejo sea el avión, su peso total se considera concentrado en un único punto imaginario: el Centro de Gravedad o CG. Y aquí es donde, como futuro piloto, debes prestar máxima atención. Conocer la ubicación precisa del Centro de Gravedad antes de cada despegue no es importante, es FUNDAMENTAL, porque este punto no solo es donde la fuerza de la gravedad jala el avión hacia el centro de la Tierra. Es mucho más que eso. El Centro de Gravedad es también el corazón del movimiento del avión. Es el punto exacto donde se encuentran los tres ejes del avión: el eje longitudinal (que va de la nariz a la cola del avión y define el alabeo), el eje transversal (que va de punta a punta del ala y define el cabeceo) y el eje vertical (que atraviesa del piso al techo del fuselaje y define la guiñada). Piénsalo por un momento: el mismo punto donde está el problema (el peso total) es el punto que determina la solución (el control sobre los tres ejes). Por eso, el peso y el Centro de Gravedad son conceptos fundamentales e inseparables en el análisis de por qué y cómo vuela un avión. Son cuestiones que los pilotos debemos conocer antes de cada vuelo. Toda la estabilidad y el control que se estudia en un curso formal de aerodinámica dependen de la relación entre las fuerzas aerodinámicas y este punto único y crítico, el Centro de Gravedad del avión. Levantar un peso implica aportarle energía. Esa energía se almacena como energía potencial, y en la vida real, es la altitud a la que vuelas. En la cabina, el altímetro es nuestro indicador de energía potencial. Pero como dije antes, no solo levantamos un peso: lo movemos, y esto también requiere aportación de energía. Al cubrir una distancia en un tiempo, implicamos velocidad. Esa es la energía cinética. En el tablero de instrumentos, el velocímetro es nuestro indicador de energía cinética. Mientras más pesa el avión, mientras más pasajeros y carga, mayor es la energía que necesita para volar. Mientras se demande más velocidad, mayor será la demanda de energía. La aviación no es solo vencer la gravedad, es hacerlo mientras se conquista la distancia. Por lo anterior, el avión es un sistema de energía. La energía mecánica total es la suma de su altitud y su velocidad. El piloto, mediante los aceleradores, tiene que aportar la energía que proviene del combustible, esa energía se transforma en el motor y se distribuye mediante los controles de vuelo, que el piloto manipula a voluntad. El piloto es el Administrador de la Energía del avión, esa es una función que tienes que cubrir mediante los aceleradores y los controles de vuelo en cada uno de tus vuelos, desde tu primer vuelo de adiestramiento hasta el último vuelo antes de tu jubilación. Recuerdo muy bien mis primeros vuelos como piloto en Mexicana. La sensación más intensa no era la vista, era el sentir la altitud, la velocidad, la energía... Sentir en la piel de mis manos y de mis asentaderas cómo volaba el avión, cómo, al ascender, se sentía más 'pesado' en los controles, como si estuviera subiendo una cuesta invisible. Y al nivelar a la altitud de crucero, sentir cómo esa energía se transformaba en una velocidad que devoraba el horizonte... y controlar todo eso con los aceleradores y los elevadores... No lo estaba leyendo en un libro; estaba administrando la energía que nos transportaba. Disculpa mi insistencia, pero la primera lección que te daré como arquitecto de pilotos es esta: Tu trabajo no es volar, es administrar la energía del avión. Con el manejo de la energía del avión controlarás las trayectorias verticales de tu vuelo: el despegue, el ascenso, el vuelo nivelado, el descenso, la aproximación y el aterrizaje. En todas las fases de un vuelo es fundamental controlar el Estado de Energía del avión. Con los aceleradores se agrega, se conserva o se reduce el aporte de energía. La gran mayoría de decisiones que tomes en la cabina serán para añadir, restar o transformar el estado de energía de tu aeronave. Ya dijimos que la energía proviene del combustible. Su energía química es transformada en los motores en energía propulsiva. ¿Y qué ocurre con esta energía propulsiva?: en términos simples, el motor y la hélice toman aire y lo lanzan con fuerza hacia atrás. Y aquí entra la magia de la física, la famosa ley de acción y reacción. Por cada molécula de aire que el avión empuja hacia atrás, el aire responde empujando al avión hacia adelante con la misma fuerza. Esa reacción, esa fuerza hacia adelante, es la Tracción. La primera vez que en la pista aceleré un motor a potencia de despegue, sentí una fuerza que me pegó al asiento. Pero lo más fascinante no era eso, era darme cuenta de que esa fuerza bruta hacia adelante estaba creando algo invisible pero vital: el viento relativo. El avión, al moverse hacia adelante, genera su propio viento hacia atrás. Se llama Viento Relativo. Ese viento relativo, paralelo siempre a la trayectoria del vuelo, ese viento amigos míos, es el cincel con el que la aerodinámica esculpe el vuelo. En el avión, la tracción no solo vence la inercia. Su misión más noble es crear el viento relativo. Sin viento relativo, no hay aerodinámica. No hay sustentación. No hay vuelo. Y ese viento relativo, al chocar y fluir alrededor del ala, crea una fuerza aerodinámica increíble. Para que nosotros, los pilotos, podamos entenderla y usarla, los ingenieros la dividen inteligentemente en dos partes: una parte que va hacia arriba, luchando contra el Peso, a la que llamamos Sustentación, y otra parte que va hacia atrás, luchando contra nuestros motores, a la que llamamos Resistencia al Avance. Repitiendo las cuatro fuerzas principales: Primero, el Peso, actuando siempre hacia el centro de la Tierra. Segundo, la Tracción, la fuerza de tus motores empujando hacia adelante. Como consecuencia de la Tracción, el viento relativo crea la fuerza resultante aerodinámica, que se divide en dos: la Sustentación, que es la fuerza que actúa perpendicular al viento relativo, hacia arriba y luchando contra el Peso. Y finalmente, la Resistencia al Avance, la fuerza paralela al viento relativo que se opone a la Tracción, tratando de frenar el avión. La energía entregada por los motores curiosamente origina a su adversario producido por el movimiento: la Resistencia al Avance. Suena paradójico pero es real. Este adversario disipa energía al ambiente y entonces establece una simple ecuación cuyo resultado conocemos con el nombre de Estado de Energía del Avión. El estado de energía del Avión resulta de la diferencia entre la Energía Aportada, la energía propulsiva de los motores, y la Energía Disipada, la energía derivada de la Resistencia al Avance. Con los elevadores se intercambia la energía. Si sobra energía, como en el despegue, a voluntad del piloto los elevadores convierten el excedente en altitud o en velocidad. Si falta energía (porque desaceleramos los motores, por ejemplo), los elevadores intercambian altitud por velocidad o viceversa. Si no sobra ni falta energía, los elevadores establecen el equilibrio deseado entre altitud y velocidad. Visualízalo así: estás en la cabina, listo para despegar. Al aplicar potencia, la Tracción despierta y al mismo tiempo que impulsa al avión hacia el frente, empieza a producir la Resistencia al Avance, contra la cual tiene que combatir. A medida que ganas velocidad, el viento relativo sopla más fuerte sobre el ala y la Sustentación empieza a nacer, luchando contra el Peso. Llega un punto mágico en que la Sustentación se vuelve más fuerte que el Peso, y mediante los elevadores levantas al avión en el aire: estás por fin volando. Toda tu carrera será una danza constante, una bellísima coreografía entre nubes con un equilibrio perfecto entre estas cuatro fuerzas. No olvides nunca las cuatro fuerzas principales. Apréndelas como tu propio nombre: Peso, Tracción, Resistencia al Avance y Sustentación. En todos tus vuelos Administra la Energía del Avión para establecer el Estado de Energía que tú decidas. Estos son pilares sobre los que se construyen las decisiones que tomarás en el aire durante toda tu vida de piloto. Si le preguntas a diez personas por qué vuela un avión, nueve te darán la misma respuesta: que el aire viaja más rápido por arriba del ala. La famosa teoría de Bernoulli. Pero ¿y si te dijera que esa explicación, así sola, es un mito? ¿Y que la verdad es una colaboración mucho más potente entre dos gigantes de la física? La historia que nos cuentan es que, por la forma curva del ala, el aire que pasa por arriba tiene que recorrer una distancia mayor y, para 'reencontrarse' con el aire que pasó por debajo, debe ir más rápido. A mayor velocidad, menor presión. Esa baja presión 'succiona' el ala hacia arriba. Suena lógico, ¿verdad? Pues esa idea del 'tiempo de tránsito equitativo', donde las partículas prometen reencontrarse, es una simplificación incorrecta. No hay ninguna ley física que obligue al aire a hacerlo. El principio de Bernoulli es correcto -a mayor velocidad, menor presión-, pero la explicación del porqué se acelera el aire es el verdadero secreto. Recuerdo en el Politécnico, mi maestro de aerodinámica nos retaba a pensar más allá. Nos decía: 'Si la sustentación fuera solo succión desde arriba, ¿Cómo vuela un avión acrobático de cabeza? ¿O cómo vuela un avión de papel con un ala plana?'. Esas preguntas me obligaron a entender que faltaba una pieza fundamental en el rompecabezas. Un piloto profesional no se conforma con el 'qué', busca entender el 'porqué'. Bernoulli es una parte vital de la historia, pero no es el protagonista. Ahora, olvidemos la presión por un segundo y pensemos en algo mucho más tangible: la Tercera Ley de Newton, acción y reacción. Un ala no es solo curva, también está inclinada respecto al viento relativo. Permíteme explicarme: el borde delantero del ala se llama borde de ataque. El borde trasero se llama borde de salida. El borde de ataque está ligeramente más arriba que el borde de salida. El ala tiene una ligera inclinación con relación a la horizontal y con relación al viento relativo. A esa inclinación la llamamos Ángulo de Ataque. Al estar inclinada, el ala físicamente choca con el aire y lo desvía, lo empuja con una fuerza inmensa hacia abajo. Por reacción, el aire empuja el ala hacia arriba. Es lo mismo que ocurre con una hélice, nada más que la hélice está en un plano vertical, por lo que la hélice al funcionar empuja el aire hacia atrás. Regresemos a nuestra narrativa del ala. La próxima vez que vayas en coche por la carretera, saca tu mano por la ventana. Si la pones plana, el aire fluye. Pero si la inclinas un poco hacia arriba, ¿qué sientes? Sientes una fuerza poderosa que empuja tu mano hacia arriba. No estás pensando en Bernoulli, ¡estás sintiendo a Newton en tu palma! Estás desviando aire hacia abajo y el aire te está empujando hacia arriba. Lo mismo le pasa al ala de un avión de 70 toneladas o cualquier otro peso. La sustentación no es solo un fenómeno de presión, es un fenómeno de fuerza. Antes que nada, volar significa mover una cantidad masiva de aire hacia abajo. Aquí es donde unimos todo. Newton y Bernoulli no son teorías rivales; son causa y efecto. El Ángulo de Ataque (el concepto de Newton) es la CAUSA. Al inclinar el ala, forzamos al aire a desviarse hacia abajo. Y esa desviación es la que PROVOCA que el flujo de aire se acelere sobre la parte superior del ala, creando la diferencia de presión (el efecto de Bernoulli). ¡Newton le da el trabajo a Bernoulli! En el momento del despegue, cuando como piloto jalo suavemente de los controles hacia mí, lo que estoy haciendo es aumentar el ángulo de ataque. Estoy ordenándole al ala que 'tome' más aire y lo empuje hacia abajo con más fuerza (Newton). Como consecuencia directa de esa orden, la presión sobre el ala disminuye drásticamente (Bernoulli) y siento cómo todas las toneladas de avión se desprenden del terreno. No pienso en dos fuerzas, pienso en el despegue, una sola acción con efectos maravillosos. Un piloto no elige entre Newton y Bernoulli, entiende que dirige un equipo a través del Ángulo de Ataque. El ángulo de ataque es tu control maestro sobre la sustentación. Lo aumentamos para empujar el aire hacia abajo, y eso, como consecuencia, crea la baja presión que nos jala hacia arriba. Es la herramienta que te permite poner a estos dos gigantes de la física a trabajar para ti. Recuerda esta doble verdad. Hoy hemos dibujado un plano maestro. Has conocido a varios actores principales de esta obra. Pero para ser el director, necesitas entender a fondo a cada uno de ellos. En mi curso 'Aerodinámica Esencial', desglosamos cada uno de estos temas, para que no solo los conozcas, sino que los domines. Lo encontrarás en mi sitio web, que anunciaré muy pronto. Recuerda: tu misión es administrar la energía. Tu campo de batalla es el equilibrio de cuatro fuerzas. En el próximo episodio de Mentor de Cabina, nos enfocaremos en la Resistencia al Avance, esa malvada hermana inseparable de la Sustentación.... Gracias por acompañarme. Cielos despejados, vuela alto.