Desde los primeros comienzos de la aviación, se hizo sentir la necesidad de medir de alguna forma la velocidad de desplazamiento del avión a través del aire. En efecto, la experiencia acumulada hasta entonces relacionó el comportamiento aerodinámico del avión y especialmente su seguridad de vuelo con la velocidad. Se inició así una serie de ensayos de medición de velocidad que fueron desde un simple péndulo colgado al exterior de la cabina y a la vista del piloto que se desviaba hacia atrás por la acción del viento relativo, hasta el actual velocímetro aeronáutico que es una pieza de alta tecnología.La calidad alcanzada en su fabricación y el ingenio aportado a su diseño lo hacen hasta hoy un elemento irreemplazable en su uso aeronáutico
QUE ES EL VELOCIMETRO?El Velocímetro es un instrumento que permite medir velocidad de desplazamiento de la aeronave con respecto a la masa de aire que lo rodea. Esto significa que entrega una medición relativa ya que la masa de aire puede a su vez estar en movimiento.
Su calibración se efectúa para las condiciones del nivel cero de la Atmósfera Standard, la misma que sirvió de fundamento para la calibración del Altímetro.
Dado que el Velocímetro opera por la presión que genera el viento relativo y siendo ésta, función de la densidad del aire, cualquier condición diferente a la enunciada hará que el instrumento indique un valor que deberá ser corregido para que represente la velocidad real.
PARA QUE SIRVE EL VELOCIMETRO?
- Medición de efectos aerodinámicos
Siendo que la indicación del Velocímetro responde a una ecuación que contiene las mismas variables que las que rigen la sustentación producida por el ala, este instrumento permite en cualquier altitud o condición atmosférica, conocer los efectos aerodinámicos que el avión está soportando, sin necesidad de correcciones, esto es, por lectura directa. Es así como los fabricantes de aeronaves entregan muchos de los datos relativos a la performance y a la seguridad de vuelo en términos de velocidades indicadas, máximas o mínimas que deben ser respetadas.
Las Velocidades de referencia para estos fenómenos, como son la velocidad de stall, la mínima de control, la de mejor ángulo o razón de ascenso, la de maniobra, la máxima estructural, la máxima absoluta, etc., son valores de velocidad directamente indicada por la aguja del Velocímetro, que se publican en el manual del avión o se conocen por las marcas estampadas en la carátula del instrumento, permitiendo así sin cálculos de ninguna especie controlar un vuelo seguro y eficiente. - Determinación de la Velocidad Aérea Verdadera
Para efectos de navegación, es preciso determinar la velocidad de desplazamiento del avión con respecto a la superficie terrestre. El primer paso para este fin es conocer la velocidad aérea verdadera, esto es, la velocidad real con respecto a la masa de aire dentro de la cual se mueve el avión.
Si bien es cierto que al presente existen varios métodos eficaces para determinar la velocidad terrestre que no dependen del velocímetro, éstos, combinados con la velocidad aérea verdadera obtenida de este instrumento permiten calcular otros datos de navegación como por ejemplo, velocidad y dirección del viento.
Para conocer la velocidad aérea verdadera debe corregirse la indicación del Velocímetro por sus errores propios y los del sistema estático Pitot que lo alimenta, siendo la corrección principal la del error de densidad.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La presión captada por el tubo Pitot es la suma de la presión estática existente en el lugar más la presión dinámica causada por el desplazamiento del avión. Si por algún método se resta la primera de la última, queda un valor de presión que es función de la densidad del aire (d) y del cuadrado de la velocidad que lo produce, esto es:
Presión dinámica = Pt - Pe = 1/2 d V2
Esta función de resta, la cumple el mecanismo del velocímetro mediante una cápsula semejante a los aneroides del altímetro, que recibe en su interior en forma directa la presión captada por el tubo Pitot, también llamada presión total (pt) y en su superficie exterior la presión estática (pe), ya que la cápsula está contenida en la caja hermética del instrumento conectada a la toma de presión estática.
La resta de presiones así lograda, cuyo resultado es la presión dinámica (pd), produce deformaciones elásticas de la cápsula, las que se trasmiten mediante un sistema de palancas de especial diseño. Este sistema, considerando la curva de deformación de la cápsula, entrega con cierta aproximación un movimiento proporcional a la raíz cuadrada del valor de la presión.
Se tiene así aproximadamente que:
Indicación del Velocímetro =
De este modo, se logra mostrar la indicación del instrumento sobre una escala lo más lineal posible que facilita la lectura. Las diferencias con la linealidad completa se pueden ver en el diseño de la escala de velocidades dibujada sobre la carátula.
Se obtiene así una lectura del instrumento que se define como Velocidad Indicada (VI). Ella representa los efectos aerodinámicos que está soportando la estructura del avión, permite además alcanzar, mediante el uso de los valores publicados, las performances previstas para cada maniobra y es el valor base para la determinación de la Velocidad Aérea Verdadera.
Para este último objetivo, actualmente muchos velocímetros incorporan una escala de corrección del error de densidad generado por las diferencias de altitud o temperatura. Esta escala se muestra en una ventanilla ubicada en la parte superior del instrumento, en la que se enfrentan, por la acción de una perilla de ajuste, la temperatura exterior y la altitud de presión obtenida del altímetro ajustado a QNE.
Esta operación representa aplicar al instrumento una corrección por diferencia de densidad que se muestra en la escala móvil inferior dando lectura directa de Velocidad Aérea Verdadera (VAV).
La temperatura exterior (OAT) que se debe usar en la ventanilla de ajuste, es en °C, la indicada por el termómetro corregida por error de fricción. Este último es muy pequeño a bajas velocidades y normalmente su corrección se encuentra incorporada en los computadores de vuelo diseñados para altas velocidades.
Algo semejante sucede con el error de compresibilidad. Los instrumentos diseñados para cubrir velocidades mayores, tienen en esos rangos incorporada la corrección de este error. Es común en estos casos que aún actuando sobre la misma base del velocímetro original se utilice un procesamiento de datos centralizado e indicadores eléctricos, método que los hace perder la importante característica del velocímetro básico de no requerir energía externa para su funcionamiento.
ERRORES QUE AFECTAN AL VELOCÍMETRO Y TIPOS DE VELOCIDAD
Error de Instrumento. Es el error residual después de la calibración del instrumento. Es un error pequeño y se publica en el manual del avión en conjunto con el error de posición propio del sistema estático. Su corrección según tablas permite convertir la Velocidad Aérea Indicada en Velocidad Aérea Calibrada.
- Error de Compresibilidad. Es propio del sistema Pitot y no afectasignificativamente las indicaciones del Velocímetro bajo 10.000 pies o bajo 200 nudos. Para valores mayores, se compensa según tablas, o puede estar incluido en la calibración del instrumento cuando éste es diseñado para altas velocidades o cuando depende de un control central de datos aéreos. Su corrección permite convertir la Velocidad Aérea Calibrada en Velocidad Aérea Equivalente.
- Error de Densidad. No es propiamente un error sino una característica del principio de funcionamiento. Sus causas ya se han expuesto ampliamente y su corrección se efectúa mediante el sistema incorporado al instrumento o mediante el computador de vuelo, Dalton o semejante. Esta corrección permite convertir Velocidad Aérea Calibrada o Equivalente en Velocidad Aérea Verdadera.
TIPOS DE VELOCIMETROS
Mediante la incorporación de sensores de presión y de temperatura al mecanismo del instrumento original, se logró producir un indicador de Velocidad Aérea Verdadera que evidentemente perdió su capacidad de medir efectos aerodinámicos y en consecuencia no desplazó al Velocímetro original.
El aumento de las velocidades de las aeronaves con la aparición de la turbina de gas, acercó a éstas a la velocidad del sonido y al conjunto de fenómenos que imponen fuertes cargas a la estructura y dificultades a la operación de los planos de control aerodinámico. Siendo la velocidad del sonido variable con los parámetros atmosféricos se hacía difícil medir la velocidad crítica en que algún punto del avión alcanza la velocidad del sonido ingresando a la zona transónica y a los problemas asociados. Se buscó entonces medir un valor de relación con la velocidad del sonido, que siendo una constante para cada avión, representara el valor crítico de velocidad para su seguridad sónica.
Se definió así el llamado Número Mach que es el cuociente entre la Velocidad Aérea Verdadera y la Velocidad del Sonido propia del lugar analizado. Esta última, medida como función de la correspondiente a nivel cero de la tmósfera Standard, depende sólo de la temperatura.
La VAV depende de la presión y de la temperatura, y su expresión matemática semejante permite que en el cuociente entre ambos valores se elimine la temperatura, quedando éste sólo en función de la presión.
Al aplicar estos conceptos al medidor de VAV ya explicado, se ve que con sólo sacar de éste el sensor de temperatura y ajustar las constantes de diseño para la nueva escala se tiene un Indicador de Número Mach.
Este instrumento combinado con el Velocímetro original entrega toda la información de velocidad necesaria para la operación de aeronaves de alta velocidad y es de amplia utilización en todos los aviones rápidos.
Dado que el Indicador Mach contiene como parte de él el mecanismo del Velocímetro original, el nuevo instrumento se organiza de modo que este mecanismo mueve la aguja indicadora sobre la escala fija de velocidades indicadas y el sensor de presión mueve una segunda escala calibrada en números Mach sobre la cual actúa la misma aguja y a su vez contiene la marca constante del Número Mach crítico para el avión en uso.
- Error de Densidad.
- Error de Compresibilidad.
