Los aerofrenos son el control de vuelo de un avión para aumentar la resistencia con el fin de reducir la velocidad , en particular durante un descenso rápido y después del aterrizaje . En los planeadores (y el transbordador espacial ), también te permiten controlar el ángulo de aproximación , ya que no hay acelerador.
Los frenos de aire en el ala alteran el flujo de aire a su alrededor, lo que afecta la distribución de sustentación de la aeronave:
En el automovilismo , este sistema se puede encontrar en algunos coches como el Mercedes SLR , el Bugatti Veyron , el McLaren F1 o incluso el McLaren MP4-12C .
Este tipo de frenado se encuentra especialmente en aviones de combate. El Eurofighter Typhoon , el Super-Étendard o el F-15 Eagle están equipados con él.
Eurofighter Typhoon aterrizaje, freno de aire liberado
F-15 STOL / MTD (versión experimental producida por la NASA) visto desde arriba, freno de aire liberado
Los frenos de velocidad de cola a menudo se encuentran en el fuselaje, alrededor de la boquilla para aviones de combate o alrededor de la unidad de potencia auxiliar para aviones. La posición de estos frenos de velocidad limita las perturbaciones en el flujo de aire alrededor de la aeronave. Se utilizan en particular en el BAe 146 , el Fokker F70 o el Blackburn Buccaneer .
En el Buccaneer, su ubicación permitió mantener una alta velocidad del motor, necesaria para alimentar el sistema de soplado de flaps presente en las alas de la aeronave, lo que aumentó la sustentación creada en particular durante los movimientos a baja velocidad. Siendo entonces el régimen del motor todavía alto, produjeron un empuje significativo, que no permitió mantener un régimen bajo. Esto explica por qué se habían colocado los aerofrenos en el flujo de los turborreactores: para desviarlo y reducir el empuje producido.
Frenos de aire en el cono de cola de un BAe 146-300 .
Freno de aire de cola en un Buccaneer .
Están ubicados en la superficie superior, pero a veces también debajo de la superficie inferior del ala. Son los más comunes. A menudo se perforan para maximizar la resistencia. En los aviones de pasajeros, a menudo se trata de spoilers , que también proporcionan una función de deformación diferencial.
Los frenos de aire en el ala alteran el flujo de aire a su alrededor, lo que afecta la distribución de sustentación de la aeronave:
Frenos de aire del C-160 Transall
Frenos de aire de doble efecto en un Letov LF-107 Luňák
Fue empleado desde el transbordador espacial hasta el planeador. Este sistema de frenado permite una desaceleración muy brusca debido a la gran superficie desplegada. Por lo tanto, se utilizó principalmente para aviones de combate (entre otros, Mirage IV , Typhoon F2 ), que deben aterrizar a velocidades particularmente altas en pistas a veces bastante cortas. Los transbordadores espaciales también utilizaron este tipo de frenado cuando aterrizaron.
Entre los aviones equipados, podemos citar el Caravelle o las versiones de prueba del Concorde . Posteriormente, la aparición de los inversores de empuje y los avances en los frenos de las ruedas hicieron que poco a poco fueran desapareciendo los paracaídas de cola, demasiado restrictivos para su uso.
Paracaídas de frenado de un Typhoon F2 Fighter
Paracaídas de frenado de una Caravelle
Aterrizaje del transbordador espacial Atlantis
Un planeador Schirm H301 con su paracaídas de cola para aterrizar
El tren de aterrizaje proporciona una superficie que genera una resistencia significativa. Por tanto, su salida provoca una pérdida de velocidad que puede ser aprovechada por el piloto para ajustar su ángulo de aproximación.
Un avión vuela gracias a una depresión que se forma en la superficie superior del ala (ver aerodinámica ). Esta depresión genera una fuerza aerodinámica que se puede descomponer en dos componentes:
Los frenos de aire actúan principalmente sobre la resistencia y tienen una acción débil o incluso nula en el levantamiento.
Un aerofreno es una placa orientada de forma oblicua o perpendicular al flujo. Esto da como resultado un aumento de presión en un lado de la placa, pero no en el otro (en este lado, la presión incluso tenderá a disminuir, separándose los hilos de fluido de la pared). Esta presión se traduce en una fuerza aerodinámica sobre el avión, cuyo componente principal tendrá el mismo significado que la resistencia.
Supongamos que el avión está en equilibrio, es decir, sin aceleración. Esta situación corresponde a un ascenso o descenso a velocidad constante o al vuelo nivelado. La aeronave está sujeta a dos fuerzas equilibradas:
Tenga en cuenta el ángulo formado por el flujo relativo con respecto al suelo.
Sabiendo eso , la ley de Newton nos da por tanto una proyección según la dirección del aire relativo: donde solo depende de la velocidad y del coeficiente de arrastre .
Caso de cambio en la tasa de descenso.Pongámonos en la situación en la que el piloto quiere modificar su altitud sin modificar su velocidad (caso de aproximación). Suponemos que el acelerador está reducido al máximo ( ). La ecuación de equilibrio se reescribe:
donde es constante.
Si el piloto aumenta su velocidad de descenso, aumenta . Para mantener el equilibrio, el coeficiente de arrastre debe aumentar, lo que se logra mediante la liberación de los aerofrenos.
Caso de cambio de marchaPongámonos en la situación en la que el piloto quiere frenar su avión sin modificar su altitud. Entonces tenemos constante, lo que hace posible reescribir la ecuación con una constante :
.
Si disminuye, el piloto debe extender parcialmente sus frenos de velocidad para aumentar y mantener el equilibrio. Por el contrario, si quiere aumentar su velocidad, debe retraerlos.
La Eiffel polar muestra el rumbo según la resistencia. Cuando se sueltan los frenos de velocidad, la resistencia aumenta considerablemente. Por tanto, la curva sufre una sola traslación hacia la derecha. En algunos modelos, este gran aumento de la resistencia se acompaña de una ligera disminución de la sustentación.
La suavidad es la pendiente de descenso que permite a la aeronave viajar la distancia más larga en relación con el suelo desde una altitud determinada. En el polar de Eiffel, es la tangente a la curva, de pendiente creciente, pasando por el origen. Por lo tanto, la finura disminuye cuando se extienden los aerofrenos, ya que el polar se traslada a la derecha.
Nos encontramos con el fenómeno físico utilizado por el piloto: al extender los frenos de velocidad, aumenta la resistencia, por lo que recorre menos distancia para la misma altitud con los frenos de velocidad extendidos. En el caso de un planeador, este principio permite al piloto controlar su altitud antes de aterrizar.
Las técnicas utilizadas varían según el dispositivo, siendo el criterio dominante las tensiones que tendrá que absorber la estructura.
La salida de los frenos de velocidad aumenta enormemente la resistencia (multiplicación por 8 a 10 en un planeador). Este violento aumento de fuerza se refleja en la estructura por:
Los esfuerzos que debe soportar la estructura están enmarcados por estándares. Para los planeadores, JAR 22 establece que:
El material utilizado para los frenos de velocidad suele ser el mismo que para el resto de la estructura. Debe ser a la vez ligero y resistente a los impactos. Encontramos estructuras alveolares , metálicas ...
Existen principalmente dos sistemas de actuadores para frenos de aire: sistemas de tubos y articulaciones para aviones pequeños y planeadores, o sistemas electrohidráulicos para aviones comerciales y de combate.
Sistemas de vinculaciónLos frenos de velocidad se extienden o retraen por la fuerza muscular del piloto. El joystick de la cabina suele ser una varilla, conectada a una varilla, que transmite el movimiento a lo largo del fuselaje mediante un cable o tubo. Dependiendo del tipo de aerofreno montado en la aeronave (una pala, doble pala, etc.), el movimiento se transforma luego en el ala para permitir una salida directamente vinculada a la palanca de la cabina.
Sistema electrohidráulicoEn este caso, el circuito de control es eléctrico y el circuito de potencia hidráulico. El joystick, en la cabina, envía información a la computadora del avión. Esto puede compararlo con varios otros datos, como velocidad, altitud o velocidad del motor. Luego envía la instrucción al circuito hidráulico para inyectar o retirar la cantidad de aceite necesaria para asegurar la posición correcta del cilindro de salida, que está conectado por un sistema de biela a los aerofrenos.