¿Puede un avión quedarse quieto en el aire?

Una vez en el aire, la situación de un avión es algo similar a la de un hombre en una cinta de correr en funcionamiento que no se puede apagar: tiene que seguir corriendo para mantenerse estable, o se “caerá”.

Hay otra condición para la analogía de la cinta de correr: esa persona tiene que correr a una velocidad mínima. En una cinta de correr, si disminuye la velocidad, eventualmente se caerá de la cinta; un avión, si se desacelera por debajo de su “velocidad de pérdida”, simplemente se caerá del cielo.

Ambos son el resultado de las creaciones de la humanidad; La cinta de correr es inventada por el hombre. No hay nada equivalente en la naturaleza. El humano no ha evolucionado para usar la cinta de correr, por lo que tiene que practicar y seguir las reglas que el hombre hizo para el uso de la cinta de correr.

Del mismo modo, el hombre nunca evolucionó para volar; una vez que el hombre descubrió las propiedades de una superficie aerodinámica hecha por el hombre para levantarlo si lo impulsaba por el aire, tuvo que seguir las “reglas del aire”: la velocidad es vida .

▲ Esta imagen cuenta una historia completa: cómo el hombre descubrió las propiedades de la superficie aerodinámica. (Haga clic en la imagen para ampliarla). En la nariz de la superficie de sustentación, punto 2, el flujo se detiene (se estanca). Según la ecuación de Bernoulli, la presión estática en la nariz, punto 2, es igual a la presión total.

Moviéndose desde la nariz hacia arriba a lo largo de la superficie frontal del perfil aerodinámico (puntos 2 a 3), la velocidad aumenta y la presión estática disminuye. Según la ecuación de continuidad, a medida que uno alcanza el punto más grueso de la superficie aerodinámica, el punto 3, la velocidad ha adquirido su valor más alto y la presión estática su valor más bajo.

Más allá de este punto a medida que uno se mueve a lo largo de la superficie posterior del perfil aerodinámico, puntos 3 a 4, la velocidad disminuye y la presión estática aumenta hasta que en el borde posterior, punto 4, el flujo se detiene con la presión estática igual a la presión total .

Más allá del borde posterior, la velocidad de flujo aumenta hasta que se alcanza el valor de flujo libre y la presión estática vuelve a la presión estática de flujo libre. Estas distribuciones de velocidad y presión estática para la línea de flujo de la línea central se muestran en las figuras (b) y (c).

Pero todo depende de esas flechas en la imagen superior: Flechas = Movimiento .

▲ El hombre descubrió la forma del perfil aerodinámico, donde la presión estática disminuye en la región del flujo de alta velocidad y aumenta en la región del flujo de baja velocidad. (Haga clic en la imagen para verla un poco más grande). Esto proporciona elevación a la superficie de sustentación, pero solo cuando está en movimiento . El aire no es un fluido perfecto. Posee viscosidad. El flujo de aire sobre una superficie de sustentación también creará resistencia en varias formas, como las fuerzas de fricción de la piel que se muestran aquí. ¡Encuentra una fuente de energía para trabajar contra esas fuerzas de arrastre y vuela!

Hay vehículos aéreos especiales que pueden hacer lo que le pidas por un período de tiempo limitado. Esto involucraría a todos los “vehículos de rotor” y aviones V / STOL.

Los vehículos aéreos que dependen de la flotabilidad, como las aeronaves, los dirigibles y los globos, también pueden permanecer quietos en el aire; son como barcos o botes en aguas tranquilas. Solían llamarse “aerostatos”.

Quieres decir así…

O esto…

Hay aviones como el Harrier Jump Jet y el F-35B Lightning II , en los videos de arriba que pueden quedarse quietos en el aire (Hover). Se logra utilizando el milagro de la tecnología ‘ Thrust Vectoring ‘.

El uso principal de esta tecnología es permitir la operación de estos aviones de combate desde pistas muy cortas de pequeños portaaviones.

Ha habido otros aviones como el Yakovlev Yak-38 soviético que también tienen esta habilidad.

¿Crees que necesitas una pista para aterrizar un avión? Con un despegue corto y capacidad de aterrizaje vertical , ¡el mundo se convierte en tu pista!

Primero, en un despegue vertical, el avión va desde el suelo, flotando, avanzando y luego a velocidades supersónicas.

Luego hay un despegue corto, que, aunque no es completamente vertical, sigue siendo bastante impresionante. El F-35B puede despegar en menos de la longitud de un campo de fútbol.

También puede aterrizar verticalmente , una tecnología que utiliza principalmente cuando se despliega en el mar. Estos aviones fueron diseñados para lo que se llama operaciones austeras, básicamente yendo a donde ningún otro avión puede hacerlo.

CÓMO FUNCIONA: TECNOLOGÍA HOVER

Entonces, ¿cómo funciona esta increíble tecnología de desplazamiento? Veamos la tecnología de F-35 B.

Al planear y realizar un despegue y aterrizaje vertical, el avión se equilibra esencialmente en cuatro “postes”

El primer “post” es el ventilador de elevación accionado por eje , una de las principales innovaciones de la capacidad de desplazamiento del F-35B. Este ventilador funciona con la misma potencia que impulsa el motor principal. Un eje conectado al motor está conectado a una caja de engranajes que está montada en el ventilador de elevación, y el empuje del ventilador va hacia abajo.

El segundo post es el motor en sí. Gracias a una tecnología innovadora llamada boquilla giratoria, el motor puede doblarse en un ángulo de 90 grados para empujar el aire perpendicular a la trayectoria de vuelo, creando así elevación.

Los dos últimos postes están en las alas : pequeños túneles que corren a lo largo del ala y toman aire del motor a través de una boquilla dirigida hacia la parte inferior del ala. El objetivo principal de estos no es necesariamente mantener el avión en alto, sino ayudar a proporcionar estabilidad en el aire.

Los aviones más antiguos, como el Harrier Jump Jet, requerían bastante trabajo del piloto presionando los botones y ajustando las boquillas para mantener el avión estable.

Muchos pilotos describen este proceso como una palmada en la cabeza mientras se frota el estómago.

¡Pero el F-35B es mucho más fácil de operar porque la mayoría de las maniobras se realizan mediante computadoras inteligentes que controlan las pequeñas cantidades de variaciones de empuje requeridas para estabilizar la aeronave con solo presionar un botón!

Brevemente. A menos que el avión pueda producir suficiente empuje para igualar su peso.

¿Brevemente? Aumente la velocidad de vuelo, luego levante enderezando cuando esté escalando verticalmente. Necesitará que la aeronave apunte perfectamente vertical sin velocidad de cabeceo, balanceo o guiñada mientras aún tenga la velocidad aérea para estabilizar la dirección. Mantenga esa dirección mientras la velocidad se desvanece y por un par de momentos estará parado en el aire justo antes de comenzar a deslizar la cola hacia atrás y luego arrancar el timón para que la nariz vuelva a apuntar directamente hacia el suelo, haga volar acelerar y salir de la inmersión. Intenté esto varias veces en varios simuladores de vuelo durante los años que trabajé en ellos. 🙂

Luego hay algunos aviones acrobáticos que tienen tanta potencia estática que pueden mantenerse verticales PERO la rotación de torque significa que la aeronave, mientras está estacionaria en el aire, girará mientras cuelga de la hélice sin ningún mecanismo para detener ese giro. hasta que pueda acelerar verticalmente para ganar velocidad y controlar el giro.

Sí, hay una manera de que esto pueda suceder. Si su avión necesita ir a 100 nudos para mantener suficiente elevación para volar, entonces a su avión no le importa si esos 100 nudos provienen de la velocidad del viento o de la velocidad del avión. Entonces, si tiene un viento de 100 nudos, puede flotar y dejar que el viento circundante lo mantenga en alto.

Aquí hay un video de un cessna 172 haciendo esto. La bocina de la cabina se está apagando, por lo que el cessna probablemente tenga una velocidad indicada de aproximadamente 50 nudos, dependiendo de la configuración. Sin embargo, cuando miras al suelo ves que no te estás moviendo. Eso te dice que el viento exterior se mueve a 50 nudos, lo que te da suficiente velocidad para flotar, pero hace que tu velocidad de tierra sea 0.

Una pregunta que me hicieron una vez es “¿puede un avión usar este método para volar sin usar combustible mientras vuela a campo traviesa?” La respuesta es sí, pero tendrá que volar hacia atrás. Si toma un avión en la corriente en chorro y necesita 100 nudos de velocidad aérea para mantener la sustentación y la corriente en chorro se mueve en promedio a 150 nudos, ¡entonces incline su avión hacia el viento y se moverá hacia atrás sobre el suelo a 50 nudos! Luego podría apagar sus motores y dejar que el viento lo empuje hacia atrás donde necesita ir.

¿Puede un avión detenerse en el aire?

Sí, si tiene vectorización de empuje.

A los fines de esta pregunta, voy a argumentar que un avión equipado con Harrier o Lift Fan no cuenta como un “avión” al volar.

Aparte de estos casos especiales, no, un avión generalmente no tiene forma de detenerse. Teóricamente, supongo que un avión podría hacerlo utilizando frenos de aire y empuje inverso, pero tienen que comenzar a una altitud bastante alta porque …

Si es asi, por cuanto tiempo?

Hasta que toque el suelo.

Depende de lo que quieras decir con “detente”. Un avión vuela porque tiene aire sobre sus alas. La velocidad con la que el aire golpea el ala se llama “velocidad aérea”. Sin embargo, los aviones tienen que considerar otra velocidad: “velocidad del terreno”, o la velocidad a la que el avión se mueve por el suelo.

Depende del avión la cantidad de velocidad que necesita para volar, pero todos los aviones necesitan ALGUNO aire sobre el ala para permanecer en vuelo nivelado.

Sin embargo, esa velocidad no tiene que venir del motor. Si su avión requiere 60 mph de velocidad aérea para volar, podría “flotar” sobre el suelo dado un viento de 60 mph. Tanto viento es raro, pero puede suceder y algunos aviones ni siquiera necesitan tanta velocidad para poder hacerlo en la vida real. ¿Por cuanto tiempo? Hasta que el viento se calme …

Otra forma de “detenerse” es ir directamente hacia arriba. Algunos aviones de combate realmente tienen suficiente empuje para hacer esto, pero casi cualquier avión puede hacerlo por un tiempo. Tan pronto como vaya hacia arriba, su velocidad horizontal ya está “detenida”, aunque todavía tiene velocidad vertical. Si no estás en un avión de combate con toneladas de potencia, aunque eventualmente tu velocidad se desvanecerá hasta el punto de detenerte en el aire en las tres dimensiones, justo antes de caer hacia atrás hacia la tierra. En ese caso, la cantidad de tiempo es “un breve instante”.

En su mayor parte, la velocidad y la altitud son la vida de los pilotos. Si desea flotar, entonces un helicóptero es el camino a seguir.

Sí, puede, tanto vertical como horizontalmente.

El desplazamiento vertical se realiza en realidad por equipos acrobáticos. En este caso, el accesorio genera suficiente empuje para ‘flotar’, como un helicóptero. El avión está básicamente colgando de la hélice. Pero debido a la naturaleza de los accesorios, hará girar el avión en esa posición.

Esto también puede ser realizado por chorros con suficiente potencia, especialmente aquellos con vectorización de empuje. Pero el único requisito para esto es que el empuje del chorro sea muy superior al peso del avión, ya que salir de un vuelo estacionario requerirá una aceleración vertical. Y habilidades piloto, por supuesto.

Horizontalmente también es teóricamente posible pero poco probable que suceda. Por ejemplo, y para cálculos básicos, si un avión viaja a 500 kmph hacia adelante, en este punto si encuentra viento que viaja a la misma velocidad en el avión, el avión simplemente permanecerá en el aire y no irá a ninguna parte. Todas las fuerzas se equilibrarán entre sí. Sin embargo, estos son cálculos muy muy simplistas.

Pero estos experimentos se han llevado a cabo y probado en túneles de viento, donde el avión se queda quieto y el viento actúa sobre él. Los aviones se levantarán cuando las fuerzas de elevación generadas por el movimiento del aire excedan el peso del avión.

Mueve el aire o mueve el avión, la velocidad relativa es lo que importa

El “jet de salto” Hawker Harrier diseñado y construido por los británicos en los años 60 podía despegar verticalmente, aterrizar verticalmente, detenerse en el aire, flotar y también volar hacia atrás, debido a su motor de vectorización de empuje único (en ese momento), y podía hacerlo hasta que se acabó el combustible.

Algunos lo hacen. Pero la mayoría no.

La versión RC del avión acrobático Yak-54 está colgando de su hélice. Para evitar que el pilar gire el avión, los alerones grandes se utilizan para desviar la corriente de aire.

La mayoría de los aviones no están equipados con un motor lo suficientemente potente y superficies de control apropiadas para esta maniobra. No sé si el Yak-54 original es lo suficientemente potente como para flotar, pero ciertamente podrá acercarse a él.

Puede parecer que un avión está parado en el aire o incluso parece retroceder en algunas circunstancias especiales. Como cuestión de física, un avión no puede quedarse quieto, pero hay consideraciones sobre cómo se define “inmóvil”. Si define la palabra “quieto” como un progreso no medible a través del suelo debajo del avión, entonces es posible. La consideración es que debe haber viento soplando sobre el ala del avión igual a la velocidad del aire que se lograría en el ajuste actual del acelerador y la actitud del ala.

He experimentado este efecto en un puerto de montaña. El viento de frente en el pase fue mucho más alto que el viento de frente que encontramos al acercarnos al pase. Cuando volamos hacia el paso, el viento de cabeza superó las 60 millas por hora. Pudimos flotar aparentemente en el pase. En verdad, estábamos volando a través de un cuerpo de aire que se movía a sesenta millas por hora y, debido al empuje de nuestra hélice, no nos empujaba el viento hacia atrás. Volamos a sesenta millas por hora mientras no avanzábamos por el suelo. Para una persona en el suelo pareceríamos estar flotando en el pase.

No importa qué tan rápido atravieses el suelo. Usted vuela su avión en un océano de aire en movimiento. Un avión puede registrar 550 millas por hora en el indicador de velocidad del avión. Pero si el océano de aire, o al menos la parte del océano de aire en el que está volando, se mueve en la misma dirección que el avión a 150 millas por hora (tal vez en la corriente en chorro), la velocidad a través del suelo será de 700 millas por hora, mientras que el indicador de velocidad se mantiene a 550 millas por hora. Gire el avión y el indicador de velocidad del aire seguirá indicando 550 millas por hora, pero ahora está nadando río arriba en el océano de aire y su velocidad a través del suelo es de 400 millas por hora.

Parece que los aviones no pueden quedarse quietos, tienen que ir más rápido que cualquier viento, incluso la corriente en chorro, para mantenerse en el aire. Los aviones pequeños que pueden volar a 50 o 60 millas por hora ciertamente pueden parecer parados en un fuerte viento de frente, como el viento en un puerto de montaña como se describió anteriormente.

No puede tener ningún objeto “parado” en el aire: las leyes de la física no lo permiten. Pero como otros han explicado, un avión puede parecer inmóvil sobre el suelo y estabilizado en altitud como un helicóptero debido al viento en contra oa través de las boquillas de empuje del motor vertical.

He hecho esto rutinariamente en Cessna 150 a través de C-172 y Piper 140. Siempre que el viento en contra sea un mínimo de 65 nudos, es muy fácil lograr una velocidad de avance cero y mantener la altitud de la aeronave. Algunos aviones, como el Piper Cub, en realidad pueden parecer que se mueven hacia atrás, porque la velocidad mínima requerida para alcanzar el vuelo es de 45 nudos. Si el viento en contra excede eso, el avión de hecho parecerá ir hacia atrás a velocidades de más de 10 nudos. Puede buscar en Youtube y probablemente encontrar más que unos divertidos videos de Piper Cub producidos por los propietarios de Cub durante las reuniones de vuelo. A principios de la década de 1970, varios capítulos de Piper Cub tuvieron vuelos en Alaska y lo demostraron rutinariamente.

Lo mismo se aplica a los barcos donde las corrientes oceánicas o de ríos de gran cuenca exceden la velocidad del agua de los barcos.

Hay aviones militares como el Harrier AV-8 y el nuevo Joint Strike Fighter JSF-35 y Osprey V-22 que pueden flotar intencionalmente en su lugar. Se requiere una inmensa cantidad de potencia del motor y energía para hacerlo. Los primeros aviones de ala fija desarrollados con esto en mente fueron el Avro Avrocar y el Canadair CL-84 “Dynavert”.

De los aviones actuales, el Osprey y el F-35 ciertamente pueden.

Entre los aviones más antiguos, el Harrier no solo podía detenerse en seco, sino incluso ir lentamente hacia atrás, o pasar del vuelo hacia adelante hacia arriba al golpear las boquillas hacia abajo. Esto se conocía como Vectoring In Forward Flight, o VIFFing, y se usó de manera muy efectiva durante la Guerra de las Malvinas.

Finalmente, deduzco, aunque no lo he confirmado, que el arma inmensamente poderosa del A-10 Warthog puede detener su vuelo hacia adelante por completo, aunque sus motores a reacción igualmente potentes hacen que este sea un problema bastante temporal.

En primer lugar, ¿supongo que excluye los helicópteros? A partir de ahí, están los aviones militares que están diseñados para despegues y aterrizajes verticales como el Harrier y ciertos modelos del F35. Estos ciertamente tienen la capacidad de quedarse quietos en el aire. Ahora, en lo que respecta a los aviones de ala fija, la única forma en que esto podría suceder sería si un avión de baja potencia intentara volar de frente con un fuerte viento de frente. Sí conozco a un tipo que iba de caza en su cachorro J-3 Piper. Hubo un fuerte viento de frente y una vez que despegó, tuvo que moverse a la izquierda de la pista para no bloquear otro tráfico. En este caso, a veces avanzaba un poco y a veces retrocedía. Después de unos 15 minutos aterrizó. Estoy seguro de que en algunos momentos durante este tiempo estuvo quieto por un momento, pero no era nada sobre lo que tuviera control. Aparte de eso, no conozco ninguna otra instancia de esto.

En lo que respecta al avión de pasajeros, no se quedan quietos en el aire.

Para hacer que algo se detenga en cualquier lugar, ya sea terrestre o aéreo, se requieren fuerzas iguales y opuestas y un punto de equilibrio. El avión tiene que crear elevación en dirección ascendente para contrarrestar su propio peso, para lo cual corre hacia adelante. Si reduce la velocidad, pierde el elevador y bajará. Por lo tanto, no permanece parado en el aire.

La tecnología para helicópteros es diferente. Crean una elevación hacia arriba para equilibrar su propio peso girando las cuchillas y, con la inclinación de los ángulos de la cuchilla simultáneamente, pueden avanzar también empujando el aire hacia atrás.

Tiene que haber un flujo sobre un perfil para proporcionar elevación. Un ala es una forma de superficie aerodinámica, pero también lo son los rotores de un helicóptero.
Un rotor se mueve a través del aire a medida que gira y también un ala, pero el resultado es diferente. El ala tiene que moverse a través del aire a una velocidad mínima a medida que el avión avanza para proporcionar suficiente elevación para mantener el avión en alto. En el helicóptero, el avión no necesita movimiento hacia adelante para crear el elevador requerido.

Entonces, ¿puede un avión apoyado en un ala flotar como un helicóptero? El ala necesita moverse por el aire para que la respuesta parezca no. Sin embargo, hay dos circunstancias en las que un avión puede volar. Una es cuando el avión ha sido diseñado para un vuelo ultra lento. En tal caso, un viento que excede la velocidad mínima de vuelo del ala permite que el avión permanezca por encima del mismo punto. El otro es uno como el Harrier o el F35B que han sido diseñados con chorros apuntando hacia abajo que pueden elevar el avión y permitir que se mueva.

También puede buscar el Fairey Rotodyne por diversión.

Un F-22 en realidad puede flotar usando el empuje vectorial. Está utilizando el empuje del motor a reacción en lugar de las alas. El Harrier también puede hacer esto.

Aquí hay otro ejemplo que puedo probar y podría responder a su pregunta.

Si está volando un avión pequeño como un Cessna 172 y realiza un vuelo lento y vuela con un fuerte viento de frente, ¡en realidad tendrá una velocidad de avance muy lenta e incluso puede retroceder! ¡Para un observador en el suelo, parecerá que no se está moviendo!

El avión aún tendrá aire moviéndose sobre las alas y tendrá una velocidad indicada positiva, pero la masa de aire en la que se encuentra se mueve en la dirección opuesta y, por lo tanto, tiene poco o ningún movimiento en relación con el suelo.

¿Alguna vez remas río arriba? Estás luchando contra la corriente que está en tu contra. Ir río abajo es fácil y puedes usar la corriente para tu ventaja.

Los pilotos siempre prefieren un viento de cola en lugar de viento en contra, excepto para el despegue y el aterrizaje, donde el viento en contra es beneficioso. En vuelo, los vientos en contra disminuyen su velocidad de avance, aumentan su tiempo en ruta y queman más combustible.

Ahora, ve y demuéstralo a ti mismo. Es un buen ejercicio para ilustrar la velocidad indicada frente a la velocidad de avance.

Con una pequeña aeronave GA, bajo ciertas condiciones climáticas, puede crear un efecto de “parada”.

Por ejemplo, un Diamond DA20, la velocidad de pérdida con configuración de aterrizaje (Full Flaps) es de 34 KIAS.

Digamos que la velocidad del viento es de 45 nudos, el piloto gira en la dirección del viento y realiza un vuelo lento a 45 nudos.

Para los observadores en tierra, el avión está parado. Si el piloto reduce la velocidad a 40 nudos, el avión aparecerá volando hacia atrás a 5 nudos para los observadores en tierra.

Sin embargo, el avión todavía se mueve a 40 nudos en la masa de aire, es solo que la masa de aire también se está moviendo.

Espero que tengas algunos conocimientos básicos sobre física. El avión utiliza diferentes tipos de fuerzas para flotar en el aire.

1. Tiene un motor que le da suficiente velocidad que puede hacerlo volar o flotar en el aire.
2. Pero solo la velocidad no funcionará porque los automóviles también pueden alcanzar la misma velocidad pero nunca volarán. Los aviones vienen con dos alas. Mientras avanza a gran velocidad, el aire proviene del frente y el ala fuerza el aire hacia abajo. Cuando el avión alcanza la velocidad suficiente para que la fuerza creada por el aire descendente sea ​​mayor que el peso total de las llanuras, comenzará a volar.
3. Además, la cola ayuda al avión a navegar de izquierda a derecha.

Ahora, si ha entendido este concepto, entonces también debería poder entender si el avión reduce su velocidad desde un cierto límite, comenzará a caerse. Por lo tanto, técnicamente no es posible detenerse en el avión.

Sin embargo, hay una forma en que los objetos voladores pueden quedarse quietos en el aire. Haz este experimento tú mismo. tirar una piedra al aire. Debes lanzar la piedra exactamente hacia arriba para que caiga solo hacia ti. Es algo así como cuando juegas Catch con una pelota tú mismo. Tenga en cuenta que cuando la piedra o la bola se enriquecen en el punto más alto del aire, se detendrá por un segundo y luego caerá. Se detendrá exactamente en el aire como esperabas.

De la misma manera, si un avión va directo hacia arriba y apaga su motor, después de cierto tiempo comenzará a caerse. Sin embargo, cuando el avión llegue al punto más alto, se detendrá en el aire y luego bajará nuevamente.

No he explicado cómo vuelan los helicópteros. Si estudias cómo vuelan los helicópteros, sabrás que pueden quedarse quietos en el aire .

Pararse en el aire, en realidad lograr velocidad cero, es muy difícil para un avión y solo puede ocurrir en circunstancias específicas que solo serían legales (y seguras) en un avión acrobático. El escenario más típico sería una subida vertical donde el avión se desacelera hasta que se detiene por completo. La parada es solo momentánea a menos que el avión tenga un exceso de potencia, pero en cualquier caso eventualmente comenzará a “deslizarse” hacia atrás o inclinarse hacia afuera de la vertical (ya que las superficies de control aerodinámico tienen poco o ningún efecto a velocidad cero).

Nota: Oficialmente, el Osprey (V-22), Harrier (AV-8) y otros aviones VTOL de ala fija no se consideran oficialmente como aviones. Pertenecen a una categoría diferente de aeronave conocida como Powered Lift .