Para hacer un avión lo más eficaz posible, para que sus maniobras resulten infalibles, hay una serie de magnitudes aerodinámicas que el piloto, pero también los ingenieros aeronáuticos, deben tener en cuenta. Entre ellas, el ángulo de ataque. Vamos a ver qué es exactamente, qué otros valores debemos comprender para asimilar este y, después, conoceremos la importancia del indicador AOA, un dispositivo relacionado con todo ello.
Antes de nada, un repaso a algunos conceptos de aerodinámica
Para poder entender en qué consiste el indicador AOA debemos refrescar algunos otros conceptos.
Ángulo de ataque
Abreviado como AOA (del inglés angle of attack), es el ángulo comprendido entre la cuerda del perfil aerodinámico y el viento relativo. La cuerda aerodinámica, como ya vimos en otro artículo, es la línea imaginaria que va desde el borde de ataque (el punto por el que el viento entra en contacto con el perfil alar) al borde de fuga (el punto por el que el aire de intradós y extradós confluyen y abandonan el contacto con el ala). El viento relativo es la dirección del movimiento de la atmósfera con respecto a dicho perfil alar.
Pues bien, ese ángulo es con el que el perfil ataca el aire.
Coeficiente de sustentación
Ya sabemos que la sustentación es una de las cuatro fuerzas que posibilitan el vuelo, y es opuesta al peso (es decir, a la fuerza con que la gravedad atrae a los objetos). La fuerza de sustentación tiene que ser idéntica al peso de la nave para mantener su altura.
El coeficiente de sustentación está íntimamente ligado al ángulo de ataque y, evitando complejas fórmulas físicas, diremos que el primero depende directamente del segundo.
Al incrementarse el ángulo de ataque también lo hace el coeficiente de sustentación, y describirían, en una gráfica, una línea diagonal ascendente. Pero hasta un punto, conocido como coeficiente máximo de sustentación. En ese punto, el ángulo de ataque al que se produce dicho coeficiente de sustentación máximo se conoce como ángulo de ataque crítico.
Ángulo de ataque crítico
Digamos que el avión es eficaz, así como su ángulo de ataque, hasta ese punto, donde el aire deja de fluir de manera suave por el exterior del ala y se va separando de la superficie superior.
Como hemos visto, es el ángulo que produce el máximo nivel de sustentación. Lo habitual es que esté entre los 15 y los 22º.
El objetivo es el de volar a una velocidad que nos proporcione un margen de seguridad con respecto a este AOA crítico.
¿Cómo se sabe cuándo se alcanza el AOA crítico?
Aquí reside la otra pregunta. Para saberlo debemos conocer otro concepto, el de velocidad de pérdida. Esta es la velocidad mínima a la que una aeronave es capaz de volar manteniendo una sustentación capaz de igualar su peso. Es decir, esa velocidad por debajo de la cual la nave perdería altura.
Por resumir, a mayor velocidad necesitamos un menor ángulo de ataque. Esto es, si tenemos una aeronave a una velocidad alta, el ángulo de ataque será bajo, pero si necesitamos reducir la primera, habrá que aumentar el AOA para compensar esa reducción, y se puede hacer hasta alcanzar el AOA crítico que ya hemos visto.
Esto, en la teoría. En la práctica, hay factores (peso, factor de carga, etcétera) que influyen en la velocidad a la que se alcanza el ángulo de ataque crítico.
Dicho de otro modo, y como sucede con otros vehículos, el velocímetro que nos indica las distintas velocidades de pérdida es orientativo, pues esas cifras solo se dan en determinadas condiciones. Tan pronto como cambie solo una de ellas, la velocidad de pérdida será otra. Por ejemplo, si la nave lleva menos peso del máximo, la velocidad de pérdida será menor.
Eso sí, el ángulo de ataque crítico siempre será el mismo, independientemente del peso. Esto es importante para la seguridad de la nave: si conocemos con precisión cuál es el ángulo de ataque sabremos en todo momento cuál es su margen de seguridad con respecto al ángulo de ataque crítico. Y por eso lo es también el indicador AOA.
¿Qué es exactamente el indicador AOA?
El indicador AOA o indicador de ángulo de ataque es el instrumento que lleva instalado la aeronave y que nos permite medir en todo momento dicho ángulo de ataque con respecto al AOA crítico (aunque no solamente, ya que hay otros ángulos de ataque importantes, como el de aproximación o el de planeo). Se trata de un dispositivo que puede tener distintas formas, pero que en esencia utiliza un mismo código de colores.
Si utilizamos un indicador AOA, nos vamos a asegurar de que la aeronave volará siempre con el mejor ángulo de ataque posible en relación al valor máximo e sustentación/resistencia. Pero no solo eso. Un indicador AOA servirá para otros valores que suceden a ángulos de ataque determinados: mejor régimen de ascenso, mejor ángulo de ascenso, máxima autonomía, máximo alcance… Recordemos que sin él debemos tener en cuenta el peso, pero con él no hace falta.
¿Cómo se interpreta la información del indicador AOA?
Hay numerosos modelos de indicador AOA, pero todos ellos suelen tener un código de colores que se interpretan de igual manera.
- El color azul iluminado indica que se vuela al ángulo de ataque óptimo.
- El color verde indica un AOA de crucero, esto es, relativamente bajo.
- El color rojo nos indica que estamos en el AOA crítico.
El indicador AOA se va iluminando de abajo arriba y también incorpora colores de transición, como el amarillo, que transita del verde al azul, o el naranja, del azul al rojo.
¿Cómo funcionan sus sensores?
Pero ¿cómo mide un indicador AOA el ángulo de ataque, cuál es su mecanismo? En esencia puede haber tres tipos de sensores en un indicador de este tipo:
- De presión diferencial, que mide la diferencia de presión dinámica del viento relativo usando dos orificios por los que entra el aire.
- Transductor, que consiste en un elemento que se mueve según la dirección del viento relativo (una especie de pequeña veleta).
- De referencia inercial, que mide la trayectoria de vuelo y la actitud de cabeceo de la aeronave.