Velocidad de descenso vertical

El objetivo de un velero es volar el mayor tiempo posible y la velocidad de descenso vertical o tasa de descenso, es determinante en este objetivo. Podemos definirla como la pérdida de altura por segundo y como es lógico debe ser la menor posible para asegurar cierto desempeño, siendo necesarios valores por debajo de 0.5 m/s para poder hablar de un buen rendimiento.

Para calcular la velocidad de descenso vertical necesitamos contar con los datos de la polar del avión, este proceso es algo complicado para hacerlo manualmente ya que requiere numerosos cálculos previos. Afortunadamente la tecnología pone a nuestro servicio programas informáticos que pueden hacer este trabajo sin problemas.

Usando uno de estos programas, el xflr5 en concreto, del que ya vimos una introducción en una entrada anterior, vamos a calcular la polar de un velero del que en realidad ya conocemos su rendimiento en la práctica. Esto nos va a permitir comprobar las diferencias entre la teoría matemática y el modelo real.

El modelo en cuestión es el Kokaze, cuyos planos podréis encontrar en esta publicación si tenéis interés. Es un velero sencillo en sus formas, fácil y económico de construir. Dotado de motor eléctrico,tiene 1.8 metros de envergadura y planta rectangular con una superficie de 28 dm² . El peso, incluida la motorización, ronda los 900 gr de modo que la carga alar se sitúa en torno a los 30gr/ dm². Es un valor muy aceptable para un motovelero.

Los datos que necesitamos para el cálculo de la velocidad vertical son la velocidad horizontal en metros por segundo y el resultado de la relación entre sustentación y resistencia o L/D.

En el caso del Kokaze estos valores con  un ángulo de ataque (AoA) de 0º son:

Velocidad horizontal-9.98 m/s

Cl/Cd- 19.404

Realizando el cálculo: 9.98/19.404= 0.51 m/s

0.51 m/s, sería la velocidad de descenso vertical del Kokaze. Vemos que es solo un poco mayor del valor mencionado de 0.5 m/s pero es una buena cifra.

Este dato también nos servirá para determinar el ángulo de la senda de planeo mediante la expresión

tanƳ=velocidad vertical/velocidad horizontal.

En este caso: 0.51/9.98= 0.051, que es la tangente de un ángulo aproximado de 3º.

También puede calcularse como Tan=1/(Cl/Cd), es decir, si la relación l/d a 0º de AoA es 19.404, la tangente sería el resultado de: 1/19.404=0.051

Teniendo en cuenta que estos cálculos son teóricos veremos cuanto tiempo aguanta el avión en vuelo en condiciones de viento en calma y sin térmicas desde que apagamos el motor.

Suponiendo un ascenso a 150 metros el resultados seria 150/0.51= 294 segundos, algo menos de cinco minutos.   Descendiendo en un ángulo de 3º con una ratio de planeo de 1/20 aproximadamente. En la práctica no permanecerá todo este tiempo en el aire ya que el vuelo no será recto y en cada giro perderemos algo de sustentación.

Cambiando la actitud del avión, es decir el ángulo de ataque, podemos hacer que el vuelo sea más duradero. Por poner un ejemplo, si volamos con un AoA de 4º, la perfomance del avión cambia de modo significativo, ahora la velocidad horizontal sería de 7.4 m/s  y al situar al avión en su punto de máxima fineza  la velocidad vertical sería de 0.31 m/s.  El ratio de planeo aumenta y el ángulo de descenso se reduce a 2.4º. La consecuencia  es que el tiempo en vuelo del avión seria teóricamente de unos 8 minutos con parada de motor a 150 m.

Esta es la parte teórica, en el mundo real hay otros factores a tener en cuenta, es muy difícil que el avión no encuentre alguna ascendencia aunque sea pequeña en su camino, turbulencias y corrientes de aire. En este sentido hemos comprobado que en un día con calma en el que no se mueven ni las hojas con parada de motor a unos 70 metros , el KoKaze se mantiene en vuelo unos 3 minutos. Siendo la previsión  de 137 segundos está claro que podemos hablar de un buen rendimiento.