Para pilotar correctamente cualquier Sistema de aeronave pilotada por control remoto (RPAS) hay que tener claro cómo afecta la aerodinámica a la aeronave. Para ello, es necesario comprender el medio en el que tienen lugar las operaciones realizadas por estos aparatos: la atmósfera.
La atmósfera está constituida por una serie de gases en distintas cantidades que reciben el nombre de aire.
El aire se compone de nitrógeno (78%) y oxígeno (21%) además de una pequeña proporción de argón (0,9%) y otros gases nobles (0,05%).
Uno de los más importantes es el vapor de agua: a medida que aumenta la cantidad de vapor de agua, el resto de gases proporcionalmente.
Contrariamente a lo que se pueda pensar, por definición el aire, como cualquier gas, es un fluido, y como tal consta de una multitud de características variables.
La densidad del aire
La densidad es la masa por unidad de volumen. Es decir, la cantidad (masa) de gas hay encerrado en un determinado espacio (volumen). Nos dice si hay pocas o muchas moléculas, lo cual evidentemente va a modificar el comportamiento de ese gas.
La ecuación es: ρ = m/V
Una ecuación fundamental para comprender el comportamiento del aire es la de los gases ideales:
PV = mRT
siendo P la Presión, V el Volumen, m la masa, R una constante y T la Temperatura.
La importancia de esta ecuación radica en que estas variables, con las que se puede definir el aire, dependen entre sí:
a) La densidad (no olvidar, ρ = m/V ) varía con la altura, de manera que a medida que aumenta la altitud, disminuye la densidad y, por tanto, la presión. Esto es de vital importancia a la hora de explicar el funcionamiento de diversos sensores de la aeronave.
b) Según la ecuación de los gases ideales, la presión es inversamente proporcional a la temperatura (a igualdad de alturas). Es decir, cuando la temperatura aumenta la presión (y, como se ha explicado, la densidad) disminuye.
Cuando la densidad baja, las performances (características de vuelo) de los RPA también empeoran en cierta medida. En consecuencia es necesario conocer los datos de presión y temperatura del lugar donde se va a operar la aeronave para tener presente las limitaciones del mismo.
En resumen: «A mayor altura, menor densidad. A mayor temperatura, menor densidad»
Atmósfera estándar
Para poder estudiar la atmósfera y para volar de manera que no se tuvieran en cuenta las variaciones diarias de la misma, la ISO (Organización Internacional de Normalización) estableció la ISA (Atmósfera Estándar Internacional). Esta atmósfera establece en unas tablas los valores de presión, temperatura y densidad en función de la altitud:
Los datos de la Atmósfera Estándard Internacional (ISA) a nivel del mar los datos son:
- P = 101 325 Pa = 1013 mbar = 29,92 mmHg
- T = 300 K = 15° C
- ρ = 1,225 kg/m3
Altitud de densidad
Es la altitud de presión (la altitud que indica un altímetro calado a 1013 mbar o 29,92 mmHg, valores estándar a nivel del mar) corregida por la desviación de la temperatura estándar.
En cierto sentido, es la altitud que el perfil alar «siente» en el vuelo. Es un dato importante a tener en cuenta en escenarios de trabajo a gran altitud y/o en días muy calurosos.
En el caso de un día caluroso y húmedo, la aeronave acelerará más lentamente por la pista, tendrá que moverse más rápido para alcanzar la misma sustentación y subirá con un menor régimen. Por otro lado, menos moléculas de aire en un volumen dado de aire también dan lugar a reducida eficiencia de la hélice y por tanto reducen también el empuje.