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Performance y planificación · tema 4

Actuaciones en ascenso

43 conceptos126 preguntas25,4 % de fallo medioLectura: 16 min
En 30 segundos
  • Subir es convertir potencia sobrante en altura: régimen = potencia excedente ÷ peso.
  • Vx da más altura por metro recorrido; Vy, más altura por minuto.
  • El viento cambia el ángulo sobre el suelo, no el régimen. Calor, altura y peso recortan los dos.
1

Subir es ganar energía

Energía en el ascenso en 3DAvión de ejemplo: 450 kg a 55 kt IAS · barras: fuerzas a lo largo de la trayectoria
Azul: lo que sube el avión · columna: altura ganada en 10 s
Potencia útil
31,7 kW
A la resistencia
16,1 kW
Para subir
15,6 kW
Régimen
700 ft/min
100 %
Velocidad fija: 55 kt. Con ≈ 51 % vuela nivelado.

La hélice entrega 31,7 kW. La resistencia se come 16,1 kW y el resto, 15,6 kW, sube el avión a 700 ft/min: la tracción sobrante equilibra la parte del peso que tira hacia atrás. El morro sigue a la trayectoria: γ 7,2° + α 3,0° = θ 10,2°. A la misma velocidad el ángulo de ataque casi no cambia.

Ascenso
Vuelo en el que la trayectoria sube respecto al aire. Es estabilizado si velocidad y régimen no cambian.
Trayectoria de vuelo
Línea que sigue el avión respecto al aire. El viento relativo llega justo desde el lado contrario. Más en La pérdida.
Ángulo de ascensoγ
Ángulo entre la trayectoria y el horizonte. Un gradiente del 12,5 % son unos 7°.
Actitud de vuelo
Orientación del avión respecto al horizonte: morro arriba o abajo y alas niveladas o inclinadas.
Ángulo de asientoθ
Ángulo entre el eje longitudinal del avión y el horizonte: lo que ves por el parabrisas. θ = γ + α.
Ángulo de ataqueα
Ángulo entre la cuerda del ala y el viento relativo. Se explica en Fuerzas aerodinámicas.
Equilibrio en ascensoT = D + W · sen γ
La tracción iguala a la resistencia más la parte del peso que tira hacia atrás. La sustentación iguala a W · cos γ.
Energía potencialm · g · h
Energía que gana una masa al subir. 450 kg a 305 m (1.000 ft) son unos 1,35 MJ.
Balance de energía
Cuenta de adónde va la energía: la hélice la entrega, la resistencia se come una parte y el resto se guarda como altura.
Por qué pasa

En un ascenso estabilizado el avión no acelera: las fuerzas se equilibran. Al inclinar la trayectoria, una parte del peso, W · sen γ, queda a lo largo de ella y tira hacia atrás como más resistencia. Solo subes si la tracción supera a la resistencia, y lo que sobra decide cuánto inclinas la trayectoria.

En energía es la misma cuenta. La hélice entrega potencia, tracción por velocidad; la resistencia se come una parte y el resto levanta el peso: potencia sobrante = peso × régimen. Con más potencia a la misma velocidad suben la trayectoria y el morro, pero el ángulo de ataque no cambia, porque depende de la velocidad.

Quédate con
  • Ascenso estable: T = D + W · sen γ y L algo menor que W.
  • Potencia sobrante = peso × régimen: energía potencial por segundo.
  • θ = γ + α: asiento = trayectoria + ángulo de ataque.
Ejemplo resuelto · avión de ejemplo
Datos
450 kg · sube 1.000 ft (305 m) a 700 ft/min
Energía potencial
450 × 9,81 × 305 ≈ 1,35 MJ
Tiempo
1.000 ÷ 700 ≈ 1,43 min ≈ 86 s
Potencia sobrante
1,35 MJ ÷ 86 s ≈ 15,7 kW
2

Potencia disponible, requerida y excedente

Curvas de potencia en 3DAvión de ejemplo a nivel del mar ISA · discontinuas: 450 kg y paso corto
Zona azul: potencia que sobra para subir
Disponible
32,2 kW
Requerida
18,5 kW
Excedente
13,7 kW
Régimen
610 ft/min
65 kt IAS
450 kg
Hélice

A 65 kt la hélice da 32,2 kW y volar nivelado pide 18,5 kW. Sobran 13,7 kW, que suben 450 kg a 610 ft/min. El hueco máximo está en Vy = 55 kt: 700 ft/min.

Potencia disponible
Potencia útil que da la hélice: tracción × velocidad. Depende del motor, de la hélice y de la densidad.
Potencia requerida
La que pide volar nivelado a una velocidad: resistencia × velocidad. Crece al ir muy lento y al ir muy rápido.
Potencia excedente
Disponible menos requerida a esa velocidad. Es la que permite subir o acelerar.
Régimen de ascensorazón · ft/min
Altura ganada por unidad de tiempo. Lo marca el variómetro.
Vymejor régimen
Velocidad con más potencia excedente: la que más altura gana por minuto. La da el manual para cada masa.
Paso de hélicecorto · largo
Ángulo de las palas. Corto: el motor gira más y empuja más a poca velocidad. Largo: rinde a velocidad de crucero.
Por qué pasa

Volar nivelado pide una potencia que depende de la velocidad. Muy despacio, el ala necesita mucho ángulo de ataque y la resistencia inducida se dispara; muy deprisa, crece la parásita. El hueco entre lo que da la hélice y lo que pide el avión es la potencia excedente, y dividida por el peso da el régimen.

Con más masa la curva requerida sube, sobre todo a poca velocidad, y además hay que levantar más peso: menos régimen, y la Vy se desplaza un poco hacia arriba. Con paso largo el motor no llega a sus vueltas a velocidad de ascenso y da menos potencia: para subir, mejor paso corto.

Quédate con
  • Régimen = potencia excedente ÷ peso.
  • Vy: donde el hueco entre las curvas es máximo.
  • Más masa: menos régimen y Vy algo mayor.
Ejemplo resuelto · avión de ejemplo
Datos
55 kt · 450 kg · nivel del mar ISA
Excedente
31,7 − 16,1 = 15,6 kW
Régimen
15.600 ÷ (450 × 9,81) ≈ 3,5 m/s
En pies
3,5 × 197 ≈ 700 ft/min
Con 400 kg
≈ 890 ft/min · Vy 54 kt
3

Vx y Vy: ángulo o régimen

Vx frente a Vy en 3DAvión de ejemplo · escala vertical ×2,5 · árboles de 50 m a 300 m · puntos cada 2 s
Discontinuas: Vx y Vy · empieza donde el avión pasa 15 m
Régimen
640 ft/min
Gradiente
13,5 %
Margen árboles
+5 m
Ángulo de ataque
5,6°
47 kt · Vx
Vx 47 kt · Vy 55 kt

A 47 kt subes 640 ft/min con un gradiente del 13,5 %. La Vx da el mejor ángulo (13,5 %) y la Vy el mejor régimen (700 ft/min): con obstáculos, Vx hasta librarlos y luego Vy.

Vxmejor ángulo
Velocidad con más altura por metro recorrido respecto al aire. Es menor que Vy y está más cerca de la pérdida.
Gradiente de ascenso%
Altura ganada por cada 100 m recorridos. Un 12,5 % son 12,5 m de subida cada 100 m.
Margen sobre la pérdida
Diferencia entre tu velocidad y la de pérdida. Con turbulencia hace falta más: las rachas suben el ángulo de ataque.
Paso de Vx a Vy
Ya libre de obstáculos, bajar algo el morro y acelerar a Vy, según el procedimiento del manual.
Por qué pasa

La Vy maximiza la potencia que sobra; la Vx, la tracción que sobra. A Vx vas más despacio: subes algo menos por minuto, pero recorres mucho menos terreno en ese tiempo y el gradiente es mayor. Por eso la Vx siempre es menor que la Vy.

Con obstáculos cerca, sube a Vx hasta librarlos y pasa luego a Vy: llegas antes a la altura de seguridad y el motor se refrigera mejor. A Vx vas cerca de la pérdida, y una racha vertical sube de golpe el ángulo de ataque. Con turbulencia, sube con algo más de velocidad.

Quédate con
  • Vx: más altura por metro. Vy: más altura por minuto.
  • Obstáculos: Vx hasta librarlos, luego Vy.
  • Con turbulencia, más margen sobre la pérdida que a Vx.
Ejemplo resuelto · avión de ejemplo
Datos
Desde 15 m · árboles de 50 m a 300 m
Regla
gradiente (%) ≈ régimen (ft/min) ÷ velocidad (kt)
Vx 47 kt
640 ÷ 47 ≈ 13,5 % → +40 m → 55 m
Vy 55 kt
700 ÷ 55 ≈ 12,5 % → +38 m → 53 m
Margen
Vx 5 m · Vy 3 m
En 1 minuto
Vy 700 ft · Vx 640 ft
4

Viento y virajes en el ascenso

Viento y viraje en el ascenso en 3DAvión de ejemplo a 55 kt · escala vertical ×2 · postes cada 10 s · 24 s contra el viento y viraje de 180°
Discontinua: la misma salida sin viento
Régimen recto
700 ft/min
Gradiente de cara
15 %
Gradiente en cola
11 %
Régimen en viraje
550 ft/min
10 kt
Sopla contra el despegue: de cara al salir, en cola tras el viraje.
Inclinación del viraje

Contra el viento y a favor el avión sube lo mismo, 700 ft/min: los postes crecen igual cada 10 s. Lo que cambia es cuánto suelo recorre: de cara el gradiente es del 15 % y en cola del 11 %. En el viraje de 30° el régimen baja a 550 ft/min.

Viento
Movimiento del aire respecto al suelo. El avión vuela dentro de esa masa de aire y se desplaza con ella.
Gradiente sobre el suelo
Altura ganada por cada 100 m de terreno. Depende de la velocidad sobre el suelo (GS), no de la del aire.
Factor de carga en virajen = 1 / cos φ
En viraje el ala sostiene más que el peso: con 30° de inclinación, 1,15 veces. Más en La pérdida.
Racha y cizalladura
Cambios bruscos del viento en intensidad o dirección. Sí cambian el régimen un momento: cambian la velocidad respecto al aire.
Por qué pasa

El avión sube respecto al aire, y el aire entero se mueve con el viento. Con viento constante el régimen no cambia: cambia la velocidad sobre el suelo y, con ella, el ángulo sobre el terreno. De cara recorres menos suelo mientras subes; en cola, más. Es lo mismo que en el despegue.

Por eso es peligroso virar a favor del viento recién despegado: el gradiente sobre el suelo cae cuando aún vas bajo. El viraje lo empeora, porque el ala sostiene más, crece la resistencia inducida y baja el régimen. Las rachas y la cizalladura, en cambio, sí cambian el régimen un momento.

Quédate con
  • Viento constante: cambia el ángulo sobre el suelo, no el régimen.
  • De cara, más gradiente; en cola, menos y llegas antes al obstáculo.
  • Virar subiendo resta régimen: poca inclinación y no a favor del viento pronto.
Ejemplo resuelto · avión de ejemplo
Datos
Vy 55 kt · 700 ft/min · viento 15 kt
De cara
GS 40 kt → 700 ÷ 40 ≈ 17,5 %
En cola
GS 70 kt → 700 ÷ 70 = 10 %
Régimen
700 ft/min en los dos tramos
Viraje de 30°
n = 1 ÷ cos 30° ≈ 1,15 → ≈ 550 ft/min
5

Altitud de densidad, masa y techos

Techos en 3DAvión de ejemplo · cifras de ejemplo, no de un manual · láminas: techos de crucero, servicio y absoluto
Azul: Vy · blanca: Vx · flecha: régimen a esa altitud
Vy IAS / TAS
53 / 56 kt
Vx IAS
47,5 kt
Régimen
480 ft/min
Techo de servicio
12.100 ft
4.300 ft
450 kg

A 4.300 ft de altitud de densidad el motor da el 86 % de su potencia y el avión sube a 480 ft/min, un 31 % menos que al nivel del mar. La Vy baja a 53 kt IAS (son 56 kt TAS) y la Vx sube a 47,5 kt: se juntan en el techo absoluto, 14.200 ft.

Altitud de densidad
Altitud de la atmósfera estándar con la densidad de hoy. Se explica en Altimetría; su efecto en la carrera, en Actuaciones en despegue.
Par y potencia del motor
Potencia = par × vueltas. Con aire poco denso entra menos oxígeno y caen el par y la potencia. Más en Motor y sistemas.
Techo absoluto0 ft/min
Altitud a la que el avión ya no puede subir. Ahí Vx y Vy coinciden.
Techo de serviciopráctico · 100 ft/min
Altitud a la que el avión todavía sube 100 ft/min.
Techo de crucero300 ft/min
Altitud a la que el avión todavía sube 300 ft/min.
Techo operativo
Altitud máxima de operación que fija el manual o las limitaciones del avión. Baja con la masa y con la altitud de densidad.
Por qué pasa

Con aire menos denso el motor atmosférico admite menos oxígeno: caen el par y la potencia, y la hélice empuja menos. La potencia requerida, en cambio, sube, porque la misma IAS es más TAS. El excedente se estrecha con la altitud de densidad hasta desaparecer en el techo absoluto.

Por eso las velocidades óptimas se mueven: en IAS, la Vy baja y la Vx sube hasta coincidir en el techo absoluto, donde solo una velocidad mantiene el vuelo nivelado. Con más masa todo llega antes: menos régimen y techos más bajos. Ajustar el paso devuelve vueltas al motor, pero no la potencia que le quita el aire.

Quédate con
  • Calor, altura y presión baja: menos régimen y menos ángulo.
  • En IAS, Vx sube y Vy baja; se igualan en el techo absoluto.
  • Techos: absoluto 0, servicio 100 y crucero 300 ft/min.
Ejemplo resuelto · avión de ejemplo
Datos
Campo a 2.000 ft · 30 °C · 450 kg (el caso del despegue)
Altitud de densidad
2.000 + (30 − 11) × 120 ≈ 4.300 ft
Régimen
≈ 480 ft/min: un 31 % menos
Velocidades
Vy 53 kt IAS (56 kt TAS) · Vx 47,5 kt
Techos con 450 kg
crucero 7.900 · servicio 12.100 · absoluto 14.200 ft
6

Actitud y potencia: quién manda en el ascenso

Actitud y potencia en 3DAvión de ejemplo · simulación con la actitud sujeta · lecturas: valores al estabilizarse
Cinta: velocidad indicada · línea azul: trayectoria
IAS
56 kt
Régimen
700 ft/min
Trayectoria
7,1°
Margen sobre Vs
21 kt
10,0°
100 %

Con 10,0° de actitud y 100 % de potencia el avión se estabiliza a 56 kt y 700 ft/min: casi la Vy: el mejor régimen. La actitud fija la velocidad; la potencia, cuánto sube.

Ascenso en rutaascenso de crucero
Ascenso más rápido que Vy. Sube algo menos, pero refrigera mejor el motor, ves mejor hacia delante y avanzas más.
Potencia máxima continua
La que el motor aguanta sin límite de tiempo. La de despegue suele estar limitada a unos minutos: lo dice el manual del motor.
Recogida de flaps
Subir los flaps tras el despegue, poco a poco y con altura y velocidad. El ala pierde sustentación y el avión tiende a hundirse.
Por qué pasa

Con la actitud sujeta, cada posición del morro da una velocidad: morro arriba, más lento; morro abajo, más rápido. En el ascenso ya vas a plena potencia, así que si la velocidad cae la forma de recuperarla es bajar el morro. La potencia decide cuánto sube el avión a esa velocidad.

En un ascenso largo conviene ir algo por encima de Vy: se pierde un poco de régimen, pero entra más aire al motor y se ve mejor el tráfico (la refrigeración se explica en Motor y sistemas). Los flaps se recogen ya libres de obstáculos y poco a poco: el ala pierde sustentación y, si no corriges, el avión se hunde.

Quédate con
  • Actitud → velocidad; potencia → régimen.
  • ¿Velocidad baja subiendo? Baja el morro.
  • Al recoger flaps el avión tiende a hundirse: hazlo con altura y velocidad.
Ejemplo resuelto · avión de ejemplo
Datos
Plena potencia · 450 kg · nivel del mar
A Vy, 55 kt
700 ft/min
En ruta, 65 kt
≈ 610 ft/min
Coste
−13 % de régimen a cambio de más aire para el motor
#

Números que caen

0 · 100 · 300 ft/minRégimen en el techo absoluto, de servicio (práctico) y de crucero.
Vx < VyVx: mejor ángulo, para librar obstáculos. Vy: mejor régimen, menos tiempo hasta la altitud.
Vx ↑ · Vy ↓En IAS, al subir la altitud de densidad. Se igualan en el techo absoluto.
% × kt ≈ ft/minRégimen ≈ gradiente (%) × velocidad sobre el suelo (kt): 12,5 % a 55 kt ≈ 700 ft/min.
30° → n = 1,15En un viraje de 30° la resistencia inducida crece un 33 % y el régimen baja.
+ masaMenos régimen, menos ángulo y techos más bajos. La Vy en IAS sube un poco.
!

Trampas del examen

Opción incorrecta más elegida en las preguntas del tema · % de fallo real

Error típicoCon viento en cola en el despegue bajan el ángulo y el régimen de ascenso.
CorrectoSolo baja el ángulo respecto al suelo. El régimen depende de la potencia sobrante.
30 %139 resp.
Error típicoEl techo práctico es la altitud donde el avión entra en estancamiento.
CorrectoEs donde aún sube 100 ft/min. Donde ya no sube es el techo absoluto.
73 %26 resp.
Error típicoAl subir, en IAS, la Vx disminuye y la Vy aumenta.
CorrectoAl revés: la Vx sube y la Vy baja hasta igualarse en el techo absoluto.
86 %22 resp.
Error típicoAl recoger los flaps tras el despegue el avión tiende a ascender.
CorrectoTiende a descender: el ala pierde sustentación.
36 %42 resp.
Error típicoVirar a viento en cola tras despegar es peligroso porque disminuye la resistencia.
CorrectoLo peligroso es que baja el ángulo sobre el suelo y te acercas a los obstáculos.
25 %53 resp.