Performance de Despegue.

La mayoría de los accidentes de aviación causados por el piloto ocurren durante la fase de despegue y aterrizaje. Debido a este hecho, el piloto debe estar familiarizado con todas las variables que influyen en el rendimiento de despegue y aterrizaje de una aeronave y debe esforzarse por procedimientos de operación rigurosos y profesionales durante estas fases del vuelo.

El rendimiento de despegue y aterrizaje es una condición de movimiento acelerado y desacelerado. Por caso, durante el despegue, un avión empieza a velocidad cero y acelera a la velocidad de despegue.

Durante el aterrizaje, el avión toca a la velocidad de aterrizaje y desacelera hasta velocidad cero.

Los factores importantes del rendimiento de despegue o aterrizaje son:
• La velocidad de despegue o aterrizaje es generalmente una función de la velocidad de pérdida o velocidad mínima de vuelo.
• La velocidad de aceleración/desaceleración durante la carrera de despegue o aterrizaje. La velocidad (aceleración y desaceleración) experimentada por cualquier objeto varía directamente con el desbalance de fuerza e inversamente con la masa del objeto. Un avión en la pista moviéndose a 75 nudos tiene cuatro veces la energía que si se mueve a 37 nudos. Por lo tanto, un avión requiere una distancia cuatro veces mayor para detenerse que la requerida a la mitad de la velocidad.
• La distancia de despegue o aterrizaje es una función tanto de aceleración/desaceleración como la velocidad.

Superficie y pendiente de la pista
Las condiciones de la pista afectan el despegue y el aterrizaje. Por lo general, la información del gráfico de performance asume superficies de pista pavimentadas, niveladas, lisas y secas. Como no hay dos pistas iguales, la superficie difiere de una pista a la otra, al igual que la pendiente de la pista. 

Las superficies de las pistas varían de un aeropuerto a otro. La superficie puede ser de concreto, asfalto, grava, tierra o hierba. La superficie de la pista de un aeropuerto específico se muestra en el Manual de Aeródromos y Helipuertos (MADHEL). 

Cualquier superficie que no es dura y lisa aumentará la carrera de despegue. Esto es debido a la incapacidad de los neumáticos para rodar suavemente sobre la pista.
Las ruedas pueden hundirse en pistas de hierba suave, o de barro. Los baches o surcos en el pavimento pueden ser la causa del pobre movimiento de la rueda a lo largo de la pista. Obstrucciones tales como el barro, la nieve o el agua estancada reducen la aceleración del avión por la pista. Aunque las superficies en condiciones de barro y agua pueden reducir la fricción entre la pista y las ruedas, también puede actuar como obstrucciones y reducir la distancia de aterrizaje. 

La efectividad del frenado es otra consideración cuando se trata con diferentes tipos de pistas. La condición de la superficie afecta la capacidad de frenado del avión.
La cantidad de potencia que se aplica a los frenos sin derrapar las ruedas se conoce como eficacia de frenado.
Asegúrese de que las pistas son adecuadas en longitud para la aceleración del despegue y desaceleración del aterrizaje cuando se reportan condiciones de superficie menores a las ideales.

El gradiente o pendiente de la pista es la cantidad de cambio en la altura de pista a lo largo de esta. La pendiente se expresa como un porcentaje, tal como una pendiente de 3 por ciento. Esto significa que por cada 100 metros de longitud de la pista, la altura cambia 3 metros. Un gradiente positivo indica que la altura de pista aumenta, y un gradiente negativo indica que la altura de la pista disminuye. Una pista con pendiente positiva impide la aceleración y resulta en una carrera de despegue más larga. Sin embargo, el aterrizaje en una pista ascendente típicamente reduce la carrera de aterrizaje. Una pista descendente ayuda la aceleración en el despegue resultando en distancias de despegue más cortas. Lo contrario se produce en el aterrizaje, el aterrizar en una pista descendente aumenta la distancia de aterrizaje.

Agua en la pista e hidroplaneo dinámico
El agua en la pista reduce la fricción entre las ruedas y el suelo, y puede reducir la eficacia de frenado. La capacidad de frenado se puede perder por completo cuando la rueda hace hidroplaneo o aquaplaning porque una capa de agua separa a las ruedas de la superficie de la pista. Esto también es cierto para la eficacia de frenado cuando las pistas están cubiertas de hielo.

Cuando la pista está mojada, el piloto puede enfrentarse al hidroplaneo dinámico. El hidroplaneo dinámico es una condición en la que los neumáticos se apoyan en una fina capa de agua en lugar de la superficie de la pista. Debido a que las ruedas en hidroplaneo no tocan la pista, el frenado y control direccional son casi nulos.

Para ayudar a minimizar el hidroplaneo dinámico, algunas pistas disponen de ranuras para ayudar a drenar el agua; la mayoría de las pistas no.

La presión de las ruedas es un factor en el hidroplaneo dinámico. Utilizando la fórmula en la Figura siguiente, un piloto puede calcular la velocidad mínima, en nudos, a la que comenzará el hidroplaneo.

En lenguaje llano, la velocidad mínima de hidroplaneo se determina multiplicando la raíz cuadrada de la presión del neumático principal en libras por pulgada cuadrada (psi) por nueve. Por ejemplo, si la presión del neumático principal es de 36 psi, el avión comenzaría el hidroplaneo a 54 nudos.

Aterrizar a velocidades superiores a las recomendadas expondrá al avión a un mayor potencial de hidroplaneo.

Y una vez que se inicia el hidroplaneo, puede continuar muy por debajo de la velocidad mínima de hidroplaneo inicial.

En pistas mojadas, el control direccional puede ser maximizado aterrizando hacia el viento. Se deben evitar movimientos abruptos del control. Cuando la pista está mojada, anticipe los problemas de frenado mucho antes de aterrizar y esté preparado para el hidroplaneo. Opte por una pista apropiada más alineado al viento. El frenado mecánico puede ser ineficaz, así que debe sacar la máxima ventaja del frenado aerodinámico.

Performance de despegue
La distancia de despegue mínima es de interés primario en la operación de cualquier aeronave, ya que define los requisitos de pista. La distancia mínima de despegue se obtiene despegando a una velocidad mínima de seguridad que permita suficiente margen por encima de la pérdida y proporcione un control y velocidad inicial de ascenso satisfactorios. En general, la velocidad de
despegue es un porcentaje fijo de la velocidad de pérdida o velocidad mínima de control de la aeronave en configuración de despegue. Como tal, el despegue se llevará a cabo en valor particular del coeficiente de sustentación y AOA. Dependiendo de las características de la aeronave, la velocidad de despegue estará en cualquier lugar entre 1,05 a 1,25 veces la velocidad de pérdida o velocidad mínima de control.

Para obtener la distancia mínima de despegue a la velocidad específica de despegue, las fuerzas que actúan sobre la aeronave deben proveer la aceleración máxima durante el despegue. Las diversas fuerzas que actúan sobre la aeronave pueden o no estar bajo el control del piloto, y varios procedimientos pueden ser necesarios en algunas aeronaves para mantener la aceleración del despegue en el valor más alto.

El empuje del motor es la fuerza principal para proporcionar la aceleración y, para la distancia mínima de despegue, el empuje debe estar al máximo. La sustentación y resistencia se producen tan pronto como la aeronave tiene velocidad, y los valores de sustentación y resistencia dependen del AOA y la presión dinámica.

Además de los factores importantes de procedimientos adecuados, muchas otras variables afectan el rendimiento del despegue de un avión. Cualquier elemento que altere la velocidad de despegue o la aceleración durante la carrera de despegue afectará la distancia de despegue.

Por ejemplo, el efecto del peso bruto sobre la distancia de despegue es significativo y debe hacerse una consideración apropiada de este ítem para predecir la distancia de despegue de la aeronave. El aumento del peso bruto se puede considerar que produce un efecto triple en la performance de despegue:
1. Mayor velocidad de despegue
2. Mayor masa para acelerar
3. Aumento de la fuerza de retardo (resistencia y fricción con el suelo)

Si aumenta el peso bruto, es necesaria una mayor velocidad para producir la mayor sustentación necesaria para elevar la aeronave con el coeficiente de sustentación de despegue. Como ejemplo del efecto de un cambio en el peso bruto, un aumento del 21 por ciento en el peso al despegue requerirá un incremento del 10 por ciento en velocidad de despegue para soportar el mayor peso.

Un cambio en el peso bruto cambiará la fuerza de aceleración neta y cambiará la masa que está siendo acelerada. Si la aeronave tiene una relación empuje peso relativamente alta, el cambio en la fuerza de aceleración neta es pequeño y el efecto principal en la aceleración es debido a la variación de la masa.

Por ejemplo, un aumento del 10 por ciento en el peso al despegue podría causar:
• Un aumento de 5 por ciento en la velocidad de despegue.
• Por lo menos una disminución de 9 por ciento en la velocidad de aceleración.
• Por lo menos un incremento de 21 por ciento en la distancia de despegue.

En condiciones ISA, aumentar el peso de despegue de un Cessna 182 de 1.100 kg a 1.220 kg (11 por ciento de aumento) resulta en un aumento de la distancia de despegue de 140 metros a 175 metros (23 por ciento de aumento).

Para un avión con un alta relación empuje-peso, el aumento en la distancia de despegue puede estar aproximadamente entre 21 a 22 por ciento, pero para una aeronave con una baja relación empuje-peso, el aumento en la distancia de despegue estaría aproximadamente entre 25 a 30 por ciento. Un efecto tan poderoso requiere una debida consideración del peso en la predicción de la distancia de despegue.

El efecto del viento en la distancia de despegue es grande, y también se debe proporcionar la debida consideración al predecir la distancia de despegue. El efecto de un viento de frente es permitir a la aeronave alcanzar la velocidad de despegue a una velocidad en tierra inferior, mientras que el efecto de un viento de cola es requerir que el avión alcance una velocidad en
tierra mayor para alcanzar la velocidad de despegue.

Un viento de frente que es 10 por ciento de la velocidad de despegue reducirá la distancia de despegue aproximadamente un 19 por ciento. Sin embargo, un viento de cola que es 10 por ciento la velocidad de despegue incrementará la distancia de despegue un 21 por ciento. En el caso en que la velocidad de viento de frente es 50 por ciento de la velocidad de despegue, la distancia de despegue será aproximadamente un 25 por ciento de la distancia de despegue con viento cero (75
por ciento de reducción).

El efecto del viento sobre la distancia de aterrizaje es idéntico al efecto sobre la distancia de despegue.

La figura siguiente ilustra el efecto general de viento con el porcentaje de cambio en la distancia de despegue o de aterrizaje como función de la relación de la velocidad del viento con la velocidad de despegue o aterrizaje.

El efecto de la correcta velocidad de despegue es especialmente importante cuando la longitud de las pistas y las distancias de despegue son críticas. Las velocidades de despegue especificadas en el AFM/POH10-16 (manual del avión) son generalmente las velocidades mínimas de seguridad a la que el avión puede ir al aire.

Cualquier intento de despegue por debajo de la velocidad recomendada significa que la aeronave puede entrar en pérdida, ser difícil de controlar, o tener una velocidad de ascenso inicial muy baja. En algunos casos, un AOA excesivo puede no permitir que el avión ascienda sin efecto suelo. Por otra parte, una excesiva velocidad de despegue puede mejorar la velocidad de ascenso inicial y la “sensación” de la aeronave, pero producirá un aumento indeseable en la distancia de despegue.

Asumiendo que la aceleración no se ve esencialmente afectada, la distancia de despegue varía con el cuadrado de la velocidad de despegue.

Por lo tanto, de un exceso de velocidad en un diez por ciento aumentaría la distancia de despegue 21 por ciento. En la mayoría de las condiciones críticas de despegue, tal aumento en la distancia de despegue sería prohibitivo, y el piloto debe cumplir con las velocidades de despegue recomendadas.

El efecto de la presión de altitud y la temperatura ambiente es definir la altitud de densidad y su efecto en la performance de despegue. Mientras que correcciones posteriores son apropiadas para el efecto de la temperatura sobre ciertos ítems del rendimiento del motor, la altitud de densidad define efectos específicos sobre el rendimiento del despegue. Un aumento en la altitud de densidad puede producir un doble efecto sobre el rendimiento del despegue:
1. Mayor velocidad de despegue
2. Disminución del empuje y reducción en la fuerza de aceleración neta.

Si una aeronave de un peso y configuración determinados se opera a altitudes mayores sobre el nivel del mar estándar, la aeronave requiere la misma presión dinámica para elevarse en el aire al coeficiente de sustentación de despegue. Por lo tanto, el avión en altitud despegará a la misma velocidad indicada (IAS) que al nivel del mar, pero debido a la densidad del aire reducida, la TAS será mayor.

El efecto de la altitud de densidad en el empuje del motor depende mucho del tipo de motor. Un aumento de la altitud sobre el nivel del mar estándar traerá una disminución inmediata en la potencia de salida para un motor alternativo normalmente aspirado. Sin embargo, un aumento en altitud por encima del nivel del mar no causará disminución en la potencia del motor alternativo sobrealimentado hasta que la altitud supera la altitud de operación crítica. Para aquellos motores que experimentan una pérdida de empuje con el aumento de altitud, el efecto sobre la fuerza de aceleración neta y la de la tasa de aceleración puede ser aproximada asumiendo una variación directa con la densidad. En realidad, esta variación aproximará el efecto en aeronaves con alta relación empuje-peso.

Es obligatorio tener en cuenta adecuadamente la altitud de presión y la temperatura para una predicción precisa de la distancia de despegue. Las condiciones más críticas de la performance de despegue son el resultado de una combinación de gran peso, altitud, temperatura y viento desfavorable. En todos los casos, el piloto debe hacer una predicción precisa de la distancia de
despegue a partir de los datos de rendimiento del AFM/POH, independientemente de la pista disponible, y esforzarse por un procedimiento de despegue pulido y profesional.

En la predicción de la distancia de despegue a partir de los datos del AFM/POH, se deben tomar las principales consideraciones siguientes:
• Altitud de presión y temperatura: para definir el efecto de la altitud de densidad en la distancia
• Peso bruto: un gran efecto sobre la distancia
• Viento: un gran efecto debido al viento o componente del viento a lo largo de la pista
• Pendiente de la pista y condición: el efecto de una pendiente y el efecto retardante de factores tales como nieve o hielo.

Bibliografía.

U.S. Department of Transportation

Federal Aviation Administration