El Centro de Gravedad

Publicado: 18/06/2011 de luisvion en Articulos Técnicos

Todo el mundo conoce que el centro de gravedad, viene a estar situado como punto
de partida en el primer tercio o 33% de la cuerda del ala, lo que ocurre es  que
el ala no  siempre tiene planta  rectangular y lo  mas importante no  siempre se
trata  de  un  avión  convencional  (entrenador).  Esto  hace  que  se  escuchen
verdaderas barbaridades cuando algún aficionado pide consejo sobre su  situación
en un modelo de configuración ala volante.

Para  aclarar este  asunto y  evitar que  una mala  colocación sea  la causa  de
fracasos hay que  saber dos cosas:  En qué porcentaje  debería estar y  dónde se
sitúa ese punto en la geometría del ala.

– Porcentaje

En este texto únicamente se  va a tomar el perfil  del ala, sin tener en  cuenta
por el momento,  si el ala  es en flecha  y si tiene  una cuerda mas  grande que
otra.

Existe un  punto en  los perfiles  llamado foco  que está  siempre al  25% de su
cuerda y es sobre el que se toman todos sus parámetros de comportamiento. En  un
perfil   autoestable,  el   cual  se   caracteriza  por   tener  un   centro  de
presiones prácticamente invariable, quiere  decir que si  el centro de  gravedad
se coloca justo al 25% de  la cuerda, se obtiene un comportamiento  neutro, pero
eso  quiere decir que cualquier perturbación, por pequeña que sea va a mover  el
modelo,   asi  que  nunca  se  podrían  soltar  los  mandos  y  el  vuelo  sería
increíblemente  crítico. Por lo tanto tendrá que ir situado delante de ese 25%.

Ahora bien, ¿cuanto?. El comportamiento de un modelo es algo muy personal, y  va
según gustos. No es lo mismo un  modelo para un principiante que uno para  vuelo
de velocidad o  acrobático. Así que  lo que se  calcula es mas  bién un punto de
partida para después  jugar con su  posición en función  de las preferencias  de
cada uno, a esto se le llama factor de estabilidad, lo cual va a ser tratado mas
abajo.

¿Qué ocurre si va demasiado adelantado?

Si pesa mucho de morro, lógicamente va a tender a picar, por lo que los elevones
tendrán que ir  mas levantados de  lo normal para  mantener el vuelo  recto, eso
prevendrá que  a altos  ángulos de  ataque, el  flujo del  aire por el extradós,
tienda a desprenderse,  puesto que el  elevón está levantado,  esto hace que  se
pueda seguir manteniendo el control.Se  produce una resistencia añadida, lo  que
hace que el modelo adquiera menos velocidad. El modelo es en términos  generales
mas estable.

¿Y si va demasiado retrasado?

Si pesa mas de cola,  el modelo tenderá a subir,  por lo que los elevones  ahora
tendrán que  ir mas  bajos para  mantener el  vuelo recto,  eso hará que a altos
ángulos de ataque , el flujo de  aire que circula por el extradós se   desprenda
mucho antes que en el caso anterior, ya que el elevón esta mas bajo, por lo  que
se pierde el control.  En un primer momento  el modelo se muestra  mas rápido y
ágil, pero solo hasta que  se produce la entrada en  pérdida. En el caso de  las
Horten y  modelos sin  derivas, esa  menor resistencia  en las  puntas vuelve al
modelo mucho mas inestable a la guiñada.

Por  estas  razones  simpre  es  preferible  partir  de  un  centro  de gravedad
adelantado para  posteriormente y  tras sucesivas  pruebas ir  retrasándolo para
aumentar las prestaciones y agilidad con un grado de seguridad

– Situación

En  un  ala  volante rara  vez  se  encuentran modelos  con  el  ala con  planta
rectangular, las  razones son  muchas: retrasar  los marginales  con respecto al
centro de gravedad, así como los elevones, un centro de gravedad mas alejado del
morro, una  zona de  mas sustentacion  en el  centro que  en las puntas, motivos
estructurales, resistencias, etc…

Una vez  conocido el  porcentaje del  centro de  gravedad en  el perfil, hay que
saber  en  que  cuerda  situarlo.  Esto  lleva  a  encontrar  la  cuerda   media
aerodinámica (M.A.C.  en inglés).  Para ello  hay dos  métodos: el  gráfico y el
matemático.

Método gráfico

1. Se traza una línea que une el punto medio de las cuerdas máxima y mínima

2. A la cuerda mínima se le  prolonga por delante la longitud de la  cuerda
máxima

3. A la cuerda  máxima se le prolonga  por detrás la longitud  de la cuerda
mínima

4. Se unen con una linea los puntos obtenidos en los pasos 2 y 3

5. Donde se  corta la línea  obtenida en el  punto 4 con  la obtenida en el
punto 1 está el MAC

6. Calcular el porcentaje deseado sobre esa cuerda

7. Se proyecta perpendicularmente ese punto sobre la cuerda máxima, ése  es
el centro de gravedad

Este método presenta  los inconvenientes de   que que no  se pude hacer   casi a
tamaño  real,  por resultar  grandes  dimensiones, y  si  se hace  a  escala, lo
errores también se multiplican por dicha escala.

Método matemático

Existen  fórmulas para  hacer todo  el proceso  anterior, que  son complejas   y
basadas en  trigonometría, lógicamente,  pero que  gracias a  la informática y a
algunos programadores. Hoy día existen páginas basdas en Java que lo calculan  a
la perfección solo  con introducir los datos de la geometría del modelo.

Página en Java

También se han desarrollado programas  que se pueden descargar que  admiten alas
en varios trapecios así como las  funciones de poder guardar el modelo  y además
ofrecen mas datos sobre la geometría,  como son la superficie alar, carga  alar,
alargamiento y afilameniento. Así  de la mano de  los creadores del programa  de
perfiles Tracfoil está el Corde Moyenne  (Cuerda Media) que es gratuito y  sirve
tambien  para calcular  la cuerda  media en  veleros de  hasta 5  trapecios por
semiala.

Página de Tracfoil

Resulta de gran interés  marcar en el modelo  el porcentaje de punto  de partida
así  como el  del 25%,  de modo  que tras  sucesivas pruebas  de vuelo,  seimpre
partiendo  de  un  centro  adelantado,   poder  ir  retrasándolo  en  busca   de
rendimiento, sabiéndo en todo momento los límites

Método avanzado

Los anteriores métodos de  cálculo son, por decirlo  de alguna manera, de  andar
por casa. Primero habría que calcular  el punto neutro, que es la  resultante de
todas las fuerzas de sustentacion que se  generan en el ala, y que por  supuesto
no estan distribuidas de  una manera uniforme ni  aún sindo rectangular el  ala.
Este cálculo se hace a base de integrales.

No  obstante se  conoce un  método que  hace una  buena aproximación,  según la
distribución  de  la sustentación,  en  forma elíptica  o  campana. Este  método
consiste en proyectar sobre  la costilla central el  punto del 25% de  la cuerda
situada entre el 30-33% de  la semienvergadura (para distribución en  campana) o
42% (para la elíptica).

– Factor de estabilidad

Una vez obtenido el punto neutro, no se puede colocar exactamente ahí el  centro
de gravedad, no sería un modelo estable, de modo que hay que adelantarlo, a  eso
se le llama factor de  estabilidad. El valor que se  le da ya depende del  gusto
del piloto o del tipo de comportamiento que se pretenda, cuanto menor, mas  vivo
y de mas rendimiento. Como punto de partida se puede tomar entre un 15% y un  5%
de factor de estabilidad, esto significa que el punto que hay que proyectar para
obtener el centro de gravedad, ya no es  el 25% de la cuerda local, sino el  25%
menos ese 15% a 5%.

– Prueba del picado

Existe otra forma, además de sentirse a gusto con el comportamiento del  modelo,
no muy conocida llamada prueba del picado. El proceso es sencillo, partiendo  de
un modelo que ya vuela nivelado, primero se toma suficiente altura y se pica  el
modelo  hasta que  baje con  un ángulo  de unos  30º, se  le deja  que adquiera
velocidad y entonces se suelta el  mando de profundidad. Entonces se observa  el
comportamiento, si el modelo tiende a recuperarse rápidamente y vuelve a  subir,
el centro de gravedad estará muy  adelantado, si mantiene los la trayectoria  de
30º o tiende a recuperarse suevemente, está todo correcto, y si por el contrario
aumenta  el  angulo tratando  de  hacer un  picado  a 45º  estará  excesivamente
retrasado.

A  primera vista  puede parecer  lo contrario,  pero no  es así.  Un centro   de
gravedad  muy  adelantado, hara  que  el modelo  vaya  pesado de  morro  y tenga
tendencia  natural  a  bajar, por  lo  que  tendrá que  ir  trimado  arriba para
encontrar la compensación.   Durante el  picado  el  modelo va   a adquirir  mas
velocidad   y entonces  el elevón  levantado sobrecompensará  mandando entonces
arriba.

 

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