Aeronave de ala fija

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Una aeronave de ala fija es una aeronave más pesada que el aire , como un avión , que es capaz de volar utilizando sustentación aerodinámica . Las aeronaves de ala fija se diferencian de las aeronaves de ala giratoria (en las que un rotor montado sobre un eje giratorio genera sustentación) y de los ornitópteros (en los que las alas oscilan para generar sustentación). Las alas de una aeronave de ala fija no son necesariamente rígidas; las cometas, los aladeltas , las aeronaves de ala de barrido variable y los aviones que utilizan la transformación de las alas se clasifican como de ala fija.

Las aeronaves de ala fija que planean , incluidos los planeadores de vuelo libre y las cometas cautivas , pueden utilizar el aire en movimiento para ganar altitud. Las aeronaves de ala fija propulsadas (aviones) que obtienen empuje hacia adelante de un motor incluyen parapentes propulsados , ala delta propulsadas y vehículos de efecto suelo . La mayoría de las aeronaves de ala fija son operadas por un piloto , pero algunas no están tripuladas y se controlan de forma remota o autónoma.

Las cometas se utilizaban hace aproximadamente 2.800 años en China, donde había materiales para construirlas. Es posible que las cometas de hojas se hayan volado antes en lo que hoy es Sulawesi , según su interpretación de las pinturas rupestres de la cercana isla de Muna . ^[1] Al menos en el año 549 d. C. ya volaban cometas de papel, ya que según los registros de ese año se utilizaba una cometa de papel como mensaje para una misión de rescate. ^[2] Las fuentes chinas antiguas y medievales informan de que se utilizaban cometas para medir distancias, probar el viento, elevar hombres, hacer señales y comunicarse en operaciones militares. ^[2]

Las historias sobre cometas llegaron a Europa de la mano de Marco Polo hacia finales del siglo XIII, y las cometas fueron traídas de vuelta por marineros de Japón y Malasia en los siglos XVI y XVII. ^[3] Aunque inicialmente se las consideraba curiosidades, en los siglos XVIII y XIX las cometas se utilizaban para la investigación científica. ^[3]

Alrededor del año 400 a. C. en Grecia , Arquitas fue considerado el autor del primer dispositivo volador autopropulsado, con forma de pájaro y propulsado por un chorro de lo que probablemente era vapor, que se dice que voló unos 200 m (660 pies). ^{[4] [5]} Esta máquina puede haber estado suspendida durante su vuelo. ^{[6] [7]}

Uno de los primeros intentos con planeadores fue el del monje del siglo XI Eilmer de Malmesbury , que fracasó. Un relato del siglo XVII afirma que el poeta del siglo IX Abbas Ibn Firnas hizo un intento similar, aunque ninguna fuente anterior registra este evento. ^[8]

En 1799, Sir George Cayley expuso el concepto del avión moderno como una máquina de ala fija con sistemas de sustentación, propulsión y control. ^{[9] [10]} Cayley estaba construyendo y volando modelos de aviones de ala fija ya en 1803, y construyó un exitoso planeador de transporte de pasajeros en 1853. ^[11] En 1856, el francés Jean-Marie Le Bris realizó el primer vuelo propulsado, hizo remolcar su planeador L'Albatros artificiel por un caballo a lo largo de una playa. ^[12] En 1884, el estadounidense John J. Montgomery realizó vuelos controlados en un planeador como parte de una serie de planeadores que construyó entre 1883 y 1886. ^[13] Otros aviadores que realizaron vuelos similares en ese momento fueron Otto Lilienthal , Percy Pilcher y los protegidos de Octave Chanute .

En la década de 1890, Lawrence Hargrave realizó investigaciones sobre las estructuras de las alas y desarrolló una cometa que levantaba el peso de un hombre. Sus diseños fueron ampliamente adoptados. También desarrolló un tipo de motor de avión rotatorio, pero no creó un avión de ala fija con motor. ^[14]

Sir Hiram Maxim construyó una nave que pesaba 3,5 toneladas, con una envergadura de 34 metros (110 pies) impulsada por dos motores de vapor de 360 ​​caballos de fuerza (270 kW) que impulsaban dos hélices. En 1894, su máquina fue probada con rieles elevados para evitar que se elevara. La prueba demostró que tenía suficiente sustentación para despegar. La nave era incontrolable y Maxim abandonó el trabajo en ella. ^[15]

Los vuelos de los hermanos Wright en 1903 con su Flyer I son reconocidos por la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), el organismo de establecimiento de estándares y mantenimiento de registros para la aeronáutica , como "el primer vuelo propulsado, sostenido y controlado con un aparato más pesado que el aire". ^[16] En 1905, el Wright Flyer III era capaz de realizar vuelos totalmente controlables y estables durante períodos sustanciales.

En 1906, el inventor brasileño Alberto Santos Dumont diseñó, construyó y pilotó un avión que estableció el primer récord mundial reconocido por el Aéro-Club de France al volar de 14 a 220 metros (720 pies) en menos de 22 segundos. ^[17] El vuelo fue certificado por la FAI. ^[18]

El Bleriot VIII de 1908 fue uno de los primeros aviones que tenía la configuración tractora monoplano moderna . Tenía superficies de cola móviles que controlaban tanto la guiñada como el cabeceo, una forma de control del alabeo proporcionada por la deformación de las alas o por alerones y controlada por su piloto con un joystick y una barra de timón. Fue un predecesor importante de su posterior avión Bleriot XI que cruzaba el Canal de la Mancha en el verano de 1909. ^[19]

La Primera Guerra Mundial fue el inicio del uso de aviones como armas y plataformas de observación. La primera victoria aérea conocida con un avión de combate armado con ametralladoras sincronizadas se produjo en 1915, pilotada por el teniente de la Luftstreitkräfte alemana Kurt Wintgens . Aparecieron ases de la aviación de combate ; el más grande (por número de victorias aéreas) fue Manfred von Richthofen . ^{[ cita requerida ]}

Alcock y Brown cruzaron el Atlántico sin escalas por primera vez en 1919. Los primeros vuelos comerciales viajaron entre Estados Unidos y Canadá en 1919. ^{[ cita requerida ]}

La llamada Edad de Oro de la Aviación se produjo entre las dos Guerras Mundiales, durante las cuales se actualizaron las interpretaciones de los avances anteriores. Las innovaciones incluyen las estructuras de avión totalmente metálicas de Hugo Junkers en 1915 que dieron lugar a aviones multimotor de tamaños de envergadura de hasta 60 metros a principios de la década de 1930, la adopción del motor radial principalmente refrigerado por aire como un motor práctico para aviones junto con los motores de aviación V-12 refrigerados por líquido, y vuelos cada vez más largos, como con un Vickers Vimy en 1919 , seguido meses después por el vuelo transatlántico NC-4 de la Armada de los EE. UU .; culminando en mayo de 1927 con el vuelo transatlántico en solitario de Charles Lindbergh en el Spirit of St. Louis, lo que estimuló los intentos de vuelos cada vez más largos.

Los aviones estuvieron presentes en las principales batallas de la Segunda Guerra Mundial. Fueron un componente esencial de las estrategias militares, como la Blitzkrieg alemana o las campañas de portaaviones estadounidenses y japoneses en el Pacífico.

Se desarrollaron planeadores militares que se utilizaron en varias campañas, pero su uso se vio limitado por la alta tasa de bajas que se producían. El planeador de rotor Focke-Achgelis Fa 330 Bachstelze (Wagtail) de 1942 fue conocido por su uso en submarinos alemanes .

Antes y durante la guerra, los diseñadores británicos y alemanes trabajaron en motores a reacción . El primer avión a reacción en volar, en 1939, fue el alemán Heinkel He 178. En 1943, el primer caza a reacción operativo, el Messerschmitt Me 262 , entró en servicio con la Luftwaffe alemana . Más tarde en la guerra, el británico Gloster Meteor entró en servicio, pero nunca vio acción: las velocidades máximas en el aire para esa época llegaban a 1.130 km/h (700 mph), con el vuelo récord no oficial a principios de julio de 1944 del prototipo de caza cohete alemán Me 163B V18 . ^[20]

En octubre de 1947, el Bell X-1 fue el primer avión en superar la velocidad del sonido, pilotado por Chuck Yeager . ^[21]

Entre 1948 y 1949, los aviones transportaron suministros durante el bloqueo de Berlín . Durante la Guerra Fría se fabricaron nuevos tipos de aviones, como el B-52 .

El primer avión de pasajeros a reacción , el de Havilland Comet , se presentó en 1952, seguido por el Tupolev Tu-104 soviético en 1956. El Boeing 707 , el primer avión comercial de gran éxito, estuvo en servicio comercial durante más de 50 años, desde 1958 hasta 2010. El Boeing 747 fue el avión de pasajeros más grande del mundo desde 1970 hasta que fue superado por el Airbus A380 en 2005. El avión más exitoso es el Douglas DC-3 , un avión de pasajeros bimotor mediano que ha estado en servicio desde 1936 y todavía se utiliza para paracaidismo y otros vuelos recreativos. Algunas de las miles de versiones encontraron otros propósitos, como el AC-47 , un helicóptero de combate de la era de la guerra de Vietnam , que todavía se utiliza en algunos ejércitos. ^{[ cita requerida ]}

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Un avión (aeroplano o avión) es una aeronave de ala fija propulsada por el empuje de un motor a reacción o una hélice . Los aviones vienen en muchos tamaños, formas y configuraciones de alas. Los usos incluyen recreación, transporte de bienes y personas, militares y de investigación.

Un hidroavión es capaz de despegar y aterrizar en el agua. Los hidroaviones que también pueden operar desde tierra firme son una subclase llamada aeronave anfibia . ^[22] Los hidroaviones y los anfibios se dividen en dos categorías: hidroaviones e hidroaviones .

• Un hidroavión es similar a un avión terrestre. El fuselaje no está especializado. Las ruedas están reemplazadas/envueltas por flotadores , lo que permite que la aeronave se mantenga a flote para los aterrizajes en el agua.
• Un hidroavión es un hidroavión con un casco estanco en las zonas inferiores (ventrales) de su fuselaje. El fuselaje aterriza y luego se apoya directamente sobre la superficie del agua, manteniéndose a flote gracias al casco. No necesita flotadores adicionales para flotar, aunque se pueden utilizar pequeños flotadores bajo las alas o sponsons montados en el fuselaje para estabilizarlo. Los hidroaviones grandes suelen ser hidroaviones, que representan la mayoría de los diseños clásicos de aeronaves anfibias.

Muchos tipos de planeadores pueden incluir un pequeño motor. Entre ellos se incluyen:

• Planeador motorizado : planeador o planeador convencional con un motor auxiliar que puede utilizarse durante el vuelo para aumentar el rendimiento. ^[23]
• Ala delta motorizada : ala delta con un motor incorporado.
• Paracaídas motorizado : un paracaídas tipo parapente con un armazón integrado, asiento, tren de aterrizaje y motor colgado debajo. ^[24]
• Parapente motorizado o paramotor: un parapente con un motor suspendido detrás del piloto. ^[25]

Un vehículo con efecto suelo (GEV) vuela cerca del terreno, aprovechando el efecto suelo (la interacción entre las alas y la superficie). Algunos GEV pueden volar a mayor altura sin efecto suelo (OGE) cuando es necesario; se clasifican como aeronaves de ala fija con motor. ^[26]

Un planeador es una aeronave más pesada que el aire cuyo vuelo libre no requiere un motor. Un velero es un planeador de ala fija diseñado para planear, es decir, ganar altura utilizando corrientes de aire ascendentes y para volar durante largos períodos.

Los planeadores se utilizan principalmente con fines recreativos, pero también se han utilizado para fines como la investigación aerodinámica, la guerra y la recuperación de naves espaciales.

Los planeadores motorizados están equipados con un sistema de propulsión limitado para el despegue o para prolongar la duración del vuelo.

Al igual que ocurre con los aviones, los planeadores vienen en diversas formas, con distintas alas, eficiencia aerodinámica, ubicación del piloto y controles.

Los planeadores de gran tamaño suelen elevarse en el aire mediante un avión remolcador o un cabrestante . Los planeadores militares se han utilizado en combate para transportar tropas y equipos, mientras que los planeadores especializados se han utilizado en la investigación atmosférica y aerodinámica . Las aeronaves y los aviones espaciales propulsados ​​por cohetes han realizado aterrizajes sin motor similares a los de un planeador.

Los planeadores y veleros que se utilizan para el deporte del vuelo sin motor tienen una alta eficiencia aerodinámica. La relación sustentación-resistencia más alta es de 70:1, aunque lo habitual es 50:1. Después del despegue, se puede ganar más altitud mediante el hábil aprovechamiento del aire ascendente. Se han logrado vuelos de miles de kilómetros a velocidades medias superiores a los 200 km/h.

Un ejemplo a pequeña escala de planeador es el avión de papel. Una hoja de papel corriente se puede doblar hasta darle forma aerodinámica con bastante facilidad; su baja masa en relación con su superficie reduce la sustentación necesaria para el vuelo, lo que le permite planear cierta distancia.

Los planeadores y los veleros comparten muchos elementos de diseño y principios aerodinámicos con los aviones a motor. Por ejemplo, el Horten H.IV era un planeador de alas volantes sin cola , y el transbordador espacial con alas delta planeaba durante su fase de descenso. Muchos planeadores adoptan superficies de control e instrumentos similares a los de los aviones.

La principal aplicación de los planeadores modernos es el deporte y la recreación.

Los planeadores se desarrollaron en la década de 1920 con fines recreativos. A medida que los pilotos comenzaron a comprender cómo utilizar el aire ascendente, se desarrollaron planeadores con una alta relación sustentación-resistencia . Esto permitió que la aeronave planeara hasta la siguiente fuente de " sustentación ", aumentando su alcance. Esto dio origen al popular deporte del vuelo sin motor .

Los primeros planeadores se construían principalmente de madera y metal, que luego fueron reemplazados por materiales compuestos que incorporaban fibras de vidrio, carbono o aramida . Para minimizar la resistencia , estos tipos tienen un fuselaje aerodinámico y alas largas y estrechas que incorporan una alta relación de aspecto . Hay planeadores monoplaza y biplaza disponibles.

Inicialmente, el entrenamiento se hacía mediante "saltos" cortos en planeadores primarios , que no tienen cabina y cuentan con instrumentos mínimos. ^[27] Desde poco después de la Segunda Guerra Mundial, el entrenamiento se realiza en planeadores biplaza de doble control, pero los biplazas de alto rendimiento pueden realizar vuelos largos. Originalmente se usaban patines para el aterrizaje, luego reemplazados por ruedas, a menudo retráctiles. Los planeadores conocidos como planeadores motorizados están diseñados para el vuelo sin motor, pero pueden desplegar motores de pistón , rotativos , a reacción o eléctricos . ^{[28] La} FAI clasifica los planeadores para competiciones en clases de competición de planeadores principalmente sobre la base de la envergadura y los flaps.

La FAI ha definido una clase de planeadores ultraligeros, que incluye algunos conocidos como planeadores microelevadores y otros conocidos como sillas de aire, en función de su peso. Son lo suficientemente ligeros para transportarlos fácilmente y se pueden volar sin licencia en algunos países. Los planeadores ultraligeros tienen un rendimiento similar al de los ala delta , pero ofrecen cierta seguridad en caso de accidente, ya que el piloto puede sujetarse a un asiento vertical dentro de una estructura deformable. El aterrizaje suele realizarse sobre una o dos ruedas, lo que distingue a estas aeronaves de los ala delta. La mayoría son construidos por diseñadores individuales y aficionados.

Los planeadores militares se utilizaron durante la Segunda Guerra Mundial para transportar tropas ( infantería de planeadores ) y equipo pesado a las zonas de combate. Los planeadores fueron remolcados en el aire y la mayor parte del camino hasta su objetivo por aviones de transporte, por ejemplo, el C-47 Dakota , o por bombarderos de un solo uso que habían sido relegados a actividades secundarias, por ejemplo , Short Stirling . La ventaja sobre los paracaidistas era que se podía aterrizar el equipo pesado y que las tropas se reunían rápidamente en lugar de dispersarse sobre una zona de lanzamiento de paracaídas . Los planeadores fueron tratados como desechables, construidos a partir de materiales baratos como la madera, aunque algunos fueron reutilizados. En la época de la Guerra de Corea , los aviones de transporte se habían vuelto más grandes y más eficientes, de modo que incluso los tanques ligeros podían lanzarse en paracaídas, lo que dejó obsoletos a los planeadores.

Incluso después del desarrollo de los aviones a motor, los planeadores siguieron utilizándose para la investigación aeronáutica . El ala flexible Paresev Rogallo de la NASA se desarrolló para investigar métodos alternativos de recuperación de naves espaciales. Aunque esta aplicación fue abandonada, la publicidad inspiró a los aficionados a adaptar el perfil aerodinámico del ala flexible para los ala delta.

Las primeras investigaciones sobre muchos tipos de aeronaves de ala fija, incluidas alas voladoras y cuerpos sustentadores, también se llevaron a cabo utilizando prototipos sin motor.

Un ala delta es un planeador en el que el piloto está suspendido de un arnés que va suspendido del armazón del avión y ejerce el control desplazando el peso corporal en oposición a un armazón de control. Los ala delta suelen estar hechos de un ala de aleación de aluminio o de un armazón de tela compuesto . Los pilotos pueden elevarse durante horas, ganar miles de metros de altitud en corrientes térmicas ascendentes, realizar acrobacias aéreas y planear a campo traviesa durante cientos de kilómetros.

Un parapente es un planeador ligero, de vuelo libre, que se lanza con los pies y no tiene cuerpo rígido. ^[29] El piloto está suspendido en un arnés debajo de un ala de tela hueca cuya forma está formada por sus líneas de suspensión. El aire que entra por las rejillas de ventilación en la parte delantera del ala y las fuerzas aerodinámicas del aire que fluye por el exterior impulsan la aeronave. El parapente es, en la mayoría de los casos, una actividad recreativa.

Un avión de papel es un avión de juguete (normalmente un planeador) hecho de papel o cartón.

Los modelos de planeadores son modelos de aeronaves que utilizan materiales livianos como poliestireno y madera de balsa . Los diseños varían desde simples planeadores hasta modelos a escala precisos , algunos de los cuales pueden ser muy grandes.

Las bombas planeadoras son bombas con superficies aerodinámicas que permiten una trayectoria de vuelo planeado en lugar de balística. Esto permite que las aeronaves que se encuentran a cierta distancia ataquen un objetivo.

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Una cometa es una aeronave atada que se mantiene en el aire gracias al viento que sopla sobre sus alas. ^[30] La alta presión debajo del ala desvía el flujo de aire hacia abajo. Esta desviación genera una resistencia horizontal en la dirección del viento. El vector de fuerza resultante de los componentes de fuerza de sustentación y resistencia se opone a la tensión de la atadura .

Las cometas se utilizan principalmente con fines recreativos, pero tienen muchos otros usos. Los primeros pioneros, como los hermanos Wright y J. W. Dunne, a veces hacían volar una aeronave como si fuera una cometa para confirmar sus características de vuelo, antes de añadirle un motor y controles de vuelo.

Las cometas se han utilizado para hacer señales, para lanzar municiones y para observación , elevando a un observador por encima del campo de batalla y utilizando fotografías aéreas con cometas .

Las cometas se han utilizado con fines científicos, como el famoso experimento de Benjamin Franklin que demostró que los rayos son electricidad . Las cometas fueron las precursoras de los aviones tradicionales y fueron fundamentales en el desarrollo de las primeras naves voladoras. Alexander Graham Bell experimentó con grandes cometas que levantaban personas , al igual que los hermanos Wright y Lawrence Hargrave . Las cometas tuvieron un papel histórico en el levantamiento de instrumentos científicos para medir las condiciones atmosféricas para el pronóstico del tiempo .

Las cometas pueden utilizarse para transportar antenas de radio. Este método se utilizó para la estación receptora de la primera transmisión transatlántica de Marconi . Los globos cautivos pueden ser más convenientes para tales experimentos, porque las antenas transportadas por cometas requieren un viento fuerte, que puede no estar siempre disponible con equipo pesado y un conductor de tierra.

Las cometas se pueden utilizar para transportar fuentes de luz, como barras luminosas o luces alimentadas por batería.

Las cometas se pueden utilizar para arrastrar personas y vehículos a favor del viento. Las cometas eficientes de tipo foil, como las cometas de potencia, también se pueden utilizar para navegar contra el viento siguiendo los mismos principios que utilizan otras embarcaciones de vela, siempre que se redirijan las fuerzas laterales en el suelo o en el agua, como ocurre con las quillas, las tablas centrales, las ruedas y las palas de hielo de las embarcaciones de vela tradicionales. En las dos últimas décadas, los deportes de vela con cometas se han vuelto populares, como el kite buggying , el kite landboarding , el kite boating y el kite surfing. El snow kiting también es popular.

La navegación con cometa abre varias posibilidades que no están disponibles en la navegación tradicional:

• Las velocidades del viento son mayores a mayores altitudes.
• Las cometas se pueden maniobrar dinámicamente, lo que aumenta drásticamente la fuerza disponible.
• No se necesitan estructuras mecánicas para soportar fuerzas de flexión; los vehículos/cascos pueden ser livianos o eliminarse.

Los proyectos de investigación y desarrollo investigan las cometas para aprovechar las corrientes de viento de gran altitud para generar electricidad. ^[31]

Los festivales de cometas son una forma popular de entretenimiento en todo el mundo. Incluyen eventos locales, festivales tradicionales y grandes festivales internacionales.

• Cometa de las Bermudas
• Cometa arqueada , p. ej. Rokkaku
• Cometa celular o de caja
• Chapi-chapi
• Cometa delta
• Cometa foil , parafoil o bow
• Cometa malaya, véase también wau bulan
• Cometa tetraédrica

• Cometa de poliestireno expandido
• Cometa de combate
• Cometa de interior
• Cometa inflable de una sola línea
• Kytoon
• Cometa que levanta a un hombre
• Cometa parapente Rogallo
• Cometa acrobática (deportiva)
• Cometa acuática

El elemento estructural de un avión de ala fija es el fuselaje. Varía según el tipo de avión, su finalidad y tecnología. Los primeros fuselajes estaban hechos de madera con superficies de tela en las alas. Cuando los motores estuvieron disponibles para el vuelo propulsado, sus soportes estaban hechos de metal. A medida que aumentaba la velocidad, el metal se volvió más común hasta que, a fines de la Segunda Guerra Mundial, los aviones totalmente de metal (y vidrio) eran comunes. En los tiempos modernos, los materiales compuestos se volvieron más comunes.

Los elementos estructurales típicos incluyen:

• Una o más alas, en su mayoría horizontales, a menudo con una sección transversal aerodinámica . El ala desvía el aire hacia abajo a medida que el avión avanza, generando una fuerza de sustentación que lo sostiene en vuelo. El ala también proporciona estabilidad lateral para mantener el nivel del avión en vuelo estable. Otras funciones son contener el combustible y montar los motores.

• Un fuselaje , generalmente un cuerpo largo y delgado, generalmente con extremos afilados o redondeados para que su forma sea aerodinámicamente resbaladiza. El fuselaje une las otras partes de la estructura del avión y contiene la carga útil y los sistemas de vuelo.
• Un estabilizador vertical o aleta es una superficie rígida montada en la parte trasera del avión y que, por lo general, sobresale por encima de él. La aleta estabiliza la guiñada del avión (giro a la izquierda o a la derecha) y monta el timón que controla su rotación a lo largo de ese eje.
• Un estabilizador horizontal , generalmente montado en la cola cerca del estabilizador vertical. El estabilizador horizontal se utiliza para estabilizar el cabeceo del avión (inclinación hacia arriba o hacia abajo) y monta los elevadores que proporcionan control de cabeceo.
• Tren de aterrizaje , conjunto de ruedas, patines o flotadores que sostienen el avión cuando no está en vuelo. En los hidroaviones, la parte inferior del fuselaje o los flotadores (pontones) lo sostienen mientras está en el agua. En algunos aviones, el tren de aterrizaje se retrae durante el vuelo para reducir la resistencia.

Las alas de un avión de ala fija son planos estáticos que se extienden hacia ambos lados del avión. Cuando el avión se desplaza hacia adelante, el aire fluye sobre las alas, que tienen una forma que crea sustentación.

Las cometas y algunos planeadores y aviones ligeros tienen superficies de alas flexibles que se extienden a lo largo de un armazón y se vuelven rígidas por las fuerzas de sustentación que ejerce el flujo de aire sobre ellas. Las aeronaves más grandes tienen superficies de alas rígidas.

Ya sean flexibles o rígidas, la mayoría de las alas tienen un armazón resistente que les da forma y transfiere la sustentación desde la superficie del ala al resto del avión. Los principales elementos estructurales son uno o más largueros que van desde la raíz hasta la punta y costillas que van desde el borde de ataque (delantero) hasta el borde de salida (trasero).

Los primeros motores de los aviones tenían poca potencia y el peso ligero era fundamental. Además, las primeras secciones de los perfiles aerodinámicos eran delgadas y no podían soportar un armazón fuerte. Hasta la década de 1930, la mayoría de las alas eran tan frágiles que se añadieron puntales y cables de refuerzo externos. A medida que aumentaba la potencia de los motores, las alas podían hacerse lo suficientemente pesadas y resistentes como para que no fuera necesario el refuerzo. Este tipo de ala sin refuerzos se denomina ala en voladizo .

La cantidad y la forma de las alas varían ampliamente. Algunos diseños combinan el ala con el fuselaje, mientras que las alas izquierda y derecha separadas por el fuselaje son más comunes.

Ocasionalmente se han utilizado más alas, como el triplano de tres alas de la Primera Guerra Mundial. Los cuadruplanos de cuatro alas y otros diseños multiplano han tenido poco éxito.

La mayoría de los aviones son monoplanos , con una o dos alas paralelas. Los biplanos y triplanos apilan un ala sobre la otra. Las alas en tándem colocan un ala detrás de la otra, posiblemente unidas en las puntas. Cuando la potencia de los motores disponibles aumentó durante las décadas de 1920 y 1930 y los arriostramientos ya no fueron necesarios, el monoplano sin arriostramientos o en voladizo se convirtió en la forma más común.

La forma en planta es la forma que tiene el avión cuando se lo ve desde arriba o desde abajo. Para ser eficientes aerodinámicamente, las alas son rectas, con una envergadura grande, pero con una cuerda corta (alta relación de aspecto ). Para ser eficientes estructuralmente y, por lo tanto, livianas, la envergadura debe ser lo más pequeña posible, pero ofrecer suficiente área para proporcionar sustentación.

Para viajar a velocidades transónicas , las alas de geometría variable cambian de orientación, inclinándose hacia atrás para reducir la resistencia de las ondas de choque supersónicas. El ala de flecha variable se transforma de una configuración recta eficiente para el despegue y el aterrizaje a una configuración de flecha de baja resistencia para el vuelo a alta velocidad. Se han volado otras formas de planta variable, pero ninguna ha ido más allá de la etapa de investigación. El ala en flecha es un ala recta que se inclina hacia atrás o hacia adelante.

El ala delta tiene forma triangular y sirve para varios propósitos. Como ala Rogallo flexible , permite una forma estable bajo fuerzas aerodinámicas y se utiliza a menudo para cometas y otras embarcaciones ultraligeras. Tiene capacidad supersónica y combina alta resistencia con baja resistencia.

Las alas suelen ser huecas y también sirven como depósitos de combustible. Están equipadas con flaps , que permiten que el ala aumente o disminuya la resistencia/sustentación para el despegue y el aterrizaje, y que actúen en oposición para cambiar de dirección.

El fuselaje suele ser largo y delgado, generalmente con extremos afilados o redondeados para que su forma sea aerodinámicamente suave. La mayoría de los aviones de ala fija tienen un solo fuselaje. Otros pueden tener múltiples fuselajes, o el fuselaje puede estar equipado con plumas a cada lado de la cola para permitir que se utilice la parte trasera extrema del fuselaje.

El fuselaje suele transportar a la tripulación de vuelo , los pasajeros, la carga y, a veces, el combustible y los motores. Los planeadores normalmente no tienen combustible ni motores, aunque algunas variantes, como los planeadores motorizados y los planeadores cohete, los tienen para un uso temporal u opcional.

Los pilotos de aeronaves comerciales tripuladas de ala fija las controlan desde el interior de una cabina dentro del fuselaje, normalmente situada en la parte delantera/superior, equipada con controles, ventanas e instrumentos, separada de los pasajeros por una puerta segura. En aeronaves pequeñas, los pasajeros normalmente se sientan detrás del piloto o los pilotos en la cabina. En ocasiones, un pasajero puede sentarse al lado o delante del piloto. Las aeronaves de pasajeros más grandes tienen una cabina de pasajeros separada o, en ocasiones, cabinas que están físicamente separadas de la cabina.

Los aviones suelen tener dos o más pilotos, uno de ellos al mando general (el "piloto") y uno o más "copilotos". En los aviones más grandes, normalmente también hay un navegante sentado en la cabina. Algunos aviones militares o especializados pueden tener también a otros miembros de la tripulación de vuelo en la cabina.

Un ala volante es una aeronave sin cola que no tiene un fuselaje definido y que alberga a la tripulación, la carga útil y el equipo en su interior. ^{[32] : 224}

La configuración de ala volante fue estudiada extensamente en las décadas de 1930 y 1940, en particular por Jack Northrop y Cheston L. Eshelman en los Estados Unidos, y Alexander Lippisch y los hermanos Horten en Alemania. Después de la guerra, numerosos diseños experimentales se basaron en el concepto de ala volante. El interés general continuó hasta la década de 1950, pero los diseños no ofrecían una gran ventaja en alcance y presentaban problemas técnicos. El ala volante es más práctica para diseños en el rango de velocidad lenta a media, y atrajo un interés continuo como diseño de avión de transporte táctico .

El interés por las alas volantes resurgió en la década de 1980 debido a sus secciones transversales de radar potencialmente bajas . La tecnología furtiva se basa en formas que reflejan las ondas de radar solo en ciertas direcciones, lo que dificulta su detección. Este enfoque finalmente condujo al bombardero furtivo Northrop B-2 Spirit (en la imagen). La aerodinámica del ala volante no es la preocupación principal. Los sistemas de control por cable controlados por computadora compensaron muchos de los inconvenientes aerodinámicos, lo que permitió un avión de largo alcance eficiente y estable.

Los aviones con cuerpo de ala combinada tienen un cuerpo con forma de perfil aerodinámico aplanado, que produce la mayor parte de la sustentación para mantenerse en el aire, y estructuras de ala distintas y separadas, aunque las alas están combinadas con el cuerpo.

Las aeronaves con fuselaje de ala combinada incorporan características de diseño de los diseños de fuselaje y de alas volantes. Las supuestas ventajas de este enfoque son unas alas eficientes y de alta sustentación y un fuselaje ancho con forma de perfil aerodinámico . Esto permite que toda la aeronave contribuya a la generación de sustentación con un potencial aumento de la economía de combustible.

Un cuerpo sustentador es una configuración en la que el cuerpo produce sustentación . A diferencia de un ala volante , que es un ala con un fuselaje convencional mínimo o nulo , un cuerpo sustentador puede considerarse como un fuselaje con poco o ningún ala convencional. Mientras que un ala volante busca maximizar la eficiencia de crucero a velocidades subsónicas eliminando las superficies que no sustentan, los cuerpos sustentadores generalmente minimizan la resistencia y la estructura de un ala para el vuelo subsónico, supersónico e hipersónico , o el reingreso a una nave espacial . Todos estos regímenes de vuelo plantean desafíos para la estabilidad del vuelo.

Los cuerpos sustentadores fueron un área importante de investigación en las décadas de 1960 y 1970 como un medio para construir naves espaciales tripuladas pequeñas y ligeras. Estados Unidos construyó aviones cohete con cuerpos sustentadores para probar el concepto, así como varios vehículos de reentrada lanzados por cohetes. El interés disminuyó a medida que la Fuerza Aérea de Estados Unidos perdió interés en la misión tripulada, y el desarrollo principal terminó durante el proceso de diseño del transbordador espacial cuando quedó claro que los fuselajes con formas muy pronunciadas dificultaban la colocación de tanques de combustible.

El ala clásica con perfil aerodinámico es inestable en vuelo. Los aviones de ala flexible suelen depender de una línea de anclaje o del peso de un piloto que cuelga debajo para mantener la actitud correcta. Algunos tipos de vuelo libre utilizan un perfil aerodinámico adaptado que es estable u otros mecanismos, incluida la estabilidad artificial electrónica.

Para lograr equilibrio, estabilidad y control, la mayoría de los modelos de ala fija tienen un empenaje que comprende una aleta y un timón que actúan horizontalmente, y un estabilizador vertical y un timón de profundidad que actúan verticalmente. Esto es tan común que se lo conoce como diseño convencional. A veces, dos o más aletas están espaciadas a lo largo del estabilizador vertical.

Algunos tipos tienen un plano delantero " canard " horizontal delante del ala principal, en lugar de detrás de ella. ^{[32] : 86  [33] [34]} Este plano delantero puede contribuir al equilibrio, la estabilidad o el control de la aeronave, o a varios de estos.

Las cometas se controlan mediante una o más ataduras.

Los planeadores y los aviones tienen sistemas de control sofisticados, especialmente si están pilotados.

Los controles permiten al piloto dirigir la aeronave en el aire y en tierra. Normalmente son:

• El yugo o joystick controla la rotación del avión sobre los ejes de cabeceo y alabeo. Un yugo se parece a un volante. El piloto puede inclinar el avión hacia abajo empujando el yugo o joystick, y hacia arriba tirando de él. El alabeo del avión se logra girando el yugo en la dirección del alabeo deseado, o inclinando el joystick en esa dirección.
• Los pedales del timón controlan la rotación del avión sobre el eje de guiñada. Dos pedales giran de modo que cuando uno se presiona hacia adelante, el otro se mueve hacia atrás, y viceversa. El piloto presiona el pedal derecho del timón para hacer que el avión gire hacia la derecha, y empuja el pedal izquierdo para que gire hacia la izquierda. El timón se utiliza principalmente para equilibrar el avión en los virajes o para compensar los vientos u otros efectos que empujan el avión sobre el eje de guiñada.
• En los tipos motorizados, un control de parada del motor ("corte de combustible", por ejemplo) y, normalmente, una palanca de aceleración o empuje y otros controles, como un control de mezcla de combustible (para compensar los cambios de densidad del aire con el cambio de altitud).

Otros controles comunes incluyen:

• Palancas de flaps , que se utilizan para controlar la posición de deflexión de los flaps en las alas.
• Palancas de alerones , que se utilizan para controlar la posición de los alerones en las alas y para activar su despliegue automático en los aviones diseñados para desplegarlos al aterrizar. Los alerones reducen la sustentación para el aterrizaje.
• Controles de compensación , que suelen tener la forma de perillas o ruedas y se utilizan para ajustar la compensación de cabeceo, alabeo o guiñada. Estos suelen estar conectados a pequeños perfiles aerodinámicos en el borde de salida de las superficies de control y se denominan "aletas de compensación". La compensación se utiliza para reducir la cantidad de presión sobre las fuerzas de control necesarias para mantener un rumbo constante.
• En los modelos con ruedas, los frenos se utilizan para reducir la velocidad y detener el avión en tierra, y a veces para realizar giros en tierra.

Una nave puede tener dos asientos de piloto con controles duales, lo que permite que dos personas se turnen.

El sistema de control puede permitir una automatización total o parcial, como un piloto automático , un nivelador de alas o un sistema de gestión de vuelo . Una aeronave no tripulada no tiene piloto y se controla de forma remota o mediante giroscopios, computadoras/sensores u otras formas de control autónomo.

En las aeronaves de ala fija tripuladas, los instrumentos proporcionan información a los pilotos, incluidos los sistemas de vuelo , motores , navegación , comunicaciones y otros sistemas de la aeronave que puedan estar instalados.

Los seis instrumentos básicos, a los que a veces se denomina «el paquete de seis», son: ^[35]

• El indicador de velocidad aerodinámica (ASI) muestra la velocidad a la que se mueve el avión en el aire.
• El indicador de actitud (IA), a veces llamado horizonte artificial, indica la orientación exacta de la aeronave respecto de sus ejes de cabeceo y alabeo .
• El altímetro indica la altitud o altura del avión sobre el nivel medio del mar (AMSL).
• El indicador de velocidad vertical (VSI), o variómetro, muestra la velocidad a la que el avión está subiendo o descendiendo .
• El indicador de rumbo (HI), a veces llamado giroscopio direccional (DG), muestra la orientación de la brújula magnética del fuselaje. La dirección se ve afectada por las condiciones del viento y la declinación magnética .
• El coordinador de viraje (TC), o indicador de viraje y inclinación, ayuda al piloto a controlar el avión en una actitud coordinada mientras gira.

Otros instrumentos de cabina incluyen:

• Una radio bidireccional , para permitir la comunicación con otros aviones y con el control del tráfico aéreo .
• Un indicador de situación horizontal (HSI) indica la posición y el movimiento del avión visto desde arriba con respecto al suelo, incluido el rumbo y otra información.
• Instrumentos que muestran el estado de los motores del avión ( velocidad de operación , empuje , temperatura y otras variables).
• Sistemas de visualización combinados, como pantallas de vuelo primarias o ayudas a la navegación .
• Pantallas de información como pantallas de radar meteorológico a bordo .
• Un radiogoniómetro (RDF), para indicar la dirección a una o más radiobalizas, que pueden utilizarse para determinar la posición del avión.
• Un sistema de navegación por satélite (satnav), para proporcionar una posición precisa.

Algunos o todos estos instrumentos pueden aparecer en la pantalla de una computadora y manejarse mediante toques, como en un teléfono.

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• En 1903, cuando los hermanos Wright utilizaron la palabra "aeroplane" (un término en inglés británico que también puede significar avión en inglés estadounidense ) se referían al ala, no a la aeronave entera. Véase el texto de su patente. Patente 821.393: patente de los hermanos Wright para "Flying Machine"

• Blatner, David. El libro de los aviones: todo lo que siempre te has preguntado sobre volar en avión . ISBN 0-8027-7691-4 

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Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Aeronave de ala fija .

• El centro del avión
• Aerolíneas.net
• Aerospaceweb.org
• Cómo funcionan los aviones – Howstuffworks.com
• Sitio web How Things Fly del Museo Nacional del Aire y del Espacio del Instituto Smithsoniano
• "Saltos y vuelos: lista de los primeros despegues con motor", artículo de Flight de 1959