Módulo 11B: Aerodinámica, Estructuras y Sistemas de Aviones con Motor de Pistón

1. Resumen del Módulo

Este módulo proporciona al personal certificador (B1.2) una comprensión integral del diseño, construcción, operación y mantenimiento de aviones con motor de pistón. Integra los principios aerodinámicos con el estudio detallado de las estructuras del fuselaje y todos los sistemas asociados. El programa de estudios está diseñado para garantizar que el técnico pueda realizar inspecciones, diagnosticar fallos y llevar a cabo reparaciones y reemplazos según los altos estándares exigidos por la normativa EASA, utilizando datos aprobados. El módulo cubre todo, desde la teoría fundamental del vuelo hasta los componentes específicos de los sistemas de control de vuelo, tren de aterrizaje, hidráulico, neumático, eléctrico y de planta motriz.

Los niveles de conocimiento requeridos son:

Nivel 1 (Visión General): Una familiarización general con los principios y componentes.

Nivel 2 (Conocimiento General): Una comprensión más amplia de las funciones de los sistemas, componentes y sus interrelaciones.

Nivel 3 (Teoría Detallada): Un conocimiento profundo y detallado del funcionamiento de los sistemas, prácticas de mantenimiento y resolución de problemas, que permita al personal certificador tomar decisiones independientes.

2. Conceptos Clave y Teoría Detallada

2.1 Estructuras del Avión (Aerodinámica y Estructuras)

El fuselaje es el núcleo del avión, y su integridad es primordial. La estructura primaria soporta las principales cargas de vuelo y de tierra, mientras que las estructuras secundarias no soportan carga o solo soportan cargas menores.

Estructura Primaria: Incluye el fuselaje, las alas, el empenaje y sus largueros principales, costillas y revestimiento. El daño a la estructura primaria es una preocupación grave de aeronavegabilidad.

Estructura Secundaria: Incluye carenas, pantalones de rueda y capós no estructurales. El daño aquí es menos crítico, pero debe evaluarse igualmente.

Estructura Terciaria: Incluye elementos pequeños como paneles de inspección y carenas menores.

Construcción del Ala:

Largueros: Los principales miembros longitudinales que soportan las cargas de flexión. El larguero principal es el elemento estructural más crítico. La corrosión por picaduras aquí más allá de los límites permitidos (según lo definido en el SRM) es un defecto grave.

Costillas: Miembros transversales que mantienen la forma del perfil aerodinámico y distribuyen las cargas al revestimiento y a los largueros.

Revestimiento: La superficie exterior proporciona el contorno aerodinámico y, en un diseño de revestimiento resistente, soporta una parte significativa de las cargas de cortadura y torsión como parte del cajón de torsión del ala.

Montantes: En diseños de ala alta arriostrada, el montante transfiere una parte de la carga de sustentación del ala directamente al fuselaje, aliviando el momento flector en la raíz del ala.

Construcción del Fuselaje:

Monocasco/Semimonocasco: El revestimiento y los larguerillos forman una carcasa rígida que soporta las cargas. El revestimiento del fuselaje es estructura primaria, y cualquier grieta, especialmente si se origina en un orificio de remache cerca de un recorte, es un problema de fatiga que requiere notificación inmediata y una reparación aprobada.

Armazón (Tubos de Acero): Una estructura de tubos de acero soldados. La corrosión superficial en tubos que no soportan carga puede eliminarse por medios mecánicos (por ejemplo, papel abrasivo) si el espesor de pared restante está dentro de los límites. Después de la eliminación, debe aplicarse un inhibidor de corrosión y un acabado protector.Corrosión:

Corrosión superficial: La forma más común en aleaciones de aluminio, que aparece como un depósito blanco y pulverulento (óxido de aluminio). Está causada por la degradación de la capa de óxido protectora y puede tratarse mediante eliminación mecánica y reprotección.

Corrosión intergranular: Se produce a lo largo de los límites de grano y no es fácilmente visible. Es una condición grave que puede provocar fallos estructurales.

Fisuración por corrosión bajo tensión: Requiere una tensión de tracción y un entorno corrosivo.

Corrosión filiforme: Aparece como hilos en forma de gusano bajo un recubrimiento.

Evaluación de daños:

Todos los daños deben evaluarse conforme a datos aprobados, normalmente el Manual de Reparación Estructural (SRM) o el Manual de Mantenimiento de Aeronavegabilidad (AMM). Estos documentos definen los Límites de Daño Admisible (ADL) . Por ejemplo, una abolladura en un borde de ataque de aluminio suele estar limitada a una profundidad específica (p. ej., 2 mm) para un diámetro determinado. Si el daño supera estos límites, se requiere una reparación o sustitución. La perforación de detención es una medida temporal común para grietas con el fin de evitar su propagación hasta que se realice una reparación permanente.

2.2 Sistemas de Mando de Vuelo

Los mandos de vuelo se dividen en mandos primarios y secundarios.

Mandos de vuelo primarios: Son esenciales para controlar la actitud del avión y están controlados directamente por el piloto. Incluyen los alerones (alabeo), los elevadores (cabeceo) y el timón de dirección (guiñada).

Mandos de vuelo secundarios: Asisten al piloto o mejoran el rendimiento. Incluyen lengüetas de compensación (trim tabs) , lengüetas de compensación balanceadas (balance tabs) , flaps y slats.

Lengüetas de compensación (Trim Tabs):

Finalidad: Una pequeña superficie móvil en el borde de salida de una superficie de mando primaria. Produce una fuerza aerodinámica que ayuda al piloto a mantener una actitud determinada, reduciendo la fuerza requerida en la columna de control.

Lengüetas balanceadas: Un tipo de lengüeta que se mueve en dirección opuesta a la superficie de mando primaria. Esto crea una fuerza aerodinámica que ayuda al piloto a mover el mando primario, reduciendo el momento de bisagra del mando y, por tanto, el esfuerzo del piloto.

Cables de mando:

Los cables de mando son componentes críticos. Su estado está estrictamente controlado.

Inspección: Los cables deben estar libres de corrosión, torceduras y alambres rotos.

Criterios de rechazo: Para los cables de mando de vuelo primarios, cualquier alambre roto es generalmente motivo de sustitución, ya que un solo alambre roto puede provocar un fallo rápido por fatiga. Para los cables de mando secundarios (p. ej., lengüetas de compensación), el límite típico es de 3 alambres rotos en cualquier tramo de 6 pulgadas. No se permite el empalme de cables de mando primarios.

Tensado: La tensión del cable se mide con un tensiómetro en los puntos designados (tramos rectos) con el sistema reglaje en posición neutra. La tensión se especifica en el AMM para una temperatura específica. Una tensión incorrecta provoca juego libre en el mando o sobreesfuerzo. Si la tensión es baja, se ajusta mediante tensor (tornillos de ajuste).

Reglaje:

Las deflexiones de las superficies de mando se especifican en el AMM. Si la deflexión es incorrecta (p. ej., el recorrido del alerón es de 15° arriba y 10° abajo en lugar de los 20° arriba y 15° abajo especificados), el reglaje debe ajustarse, normalmente modificando la longitud de la varilla de empuje.

Juego libre:

El juego libre excesivo en un sistema de mando (p. ej., elevador, timón de dirección) puede estar causado por bisagras desgastadas, estiramiento del cable o un actuador mal reglado. Todas las fuentes potenciales deben inspeccionarse y corregirse.Sistemas de Aviso de Pérdida (Stall Warning):

Son equipos obligatorios. Pueden ser del tipo de paleta (vane) o del tipo de sensor de presión. Un sistema dañado debe ser reparado o reemplazado y probado según los datos aprobados. Si la paleta se mueve libremente pero la bocina no suena, la falla probablemente está en el circuito eléctrico (por ejemplo, cable roto, interruptor defectuoso).

2.3 Sistemas de Tren de Aterrizaje

El tren de aterrizaje puede ser fijo o retráctil, y configurado con rueda de morro (triciclo) o rueda de cola (convencional).

Tren de Rueda de Cola (Convencional): La rueda de cola a menudo es direccionable y está vinculada a los pedales del timón para mantener el control direccional durante las operaciones en tierra, particularmente en la actitud de cola baja durante el rodaje y el despegue.

Tren de Rueda de Morro: La rueda de morro es direccionable y a menudo está equipada con un amortiguador de shimmy (vibración), un dispositivo hidráulico que amortigua el movimiento oscilatorio de la rueda de morro, previniendo vibraciones severas.

Sistemas de Tren Retráctil:

Mecanismo de Bloqueo Superior (Uplock): Mantiene el tren de aterrizaje asegurado en la posición retraída (arriba).

Mecanismo de Bloqueo Inferior (Downlock): Mantiene el tren en la posición extendida (abajo).

Interruptor de Compresión (Squat Switch): Un dispositivo de seguridad que previene la retracción del tren cuando el avión está en tierra. El circuito solo se completa cuando el amortiguador oleo-neumático (oleo strut) está extendido (en el aire).

Prueba de Retracción: Debe realizarse con el peso y el centro de gravedad (CG) del avión dentro de los límites especificados en el AMM para evitar sobrecargar los actuadores del tren y la estructura.

Amortiguadores Oleo-neumáticos (Oleo Struts):

Son absorbedores de impactos hidráulicos. Un amortiguador oleo-neumático con fugas indica sellos desgastados. La reparación correcta es reemplazar los sellos y recargar el amortiguador con el fluido especificado y nitrógeno según el AMM.

Solución de Problemas (Troubleshooting):

Si el tren no se extiende, el primer paso es verificar el nivel de fluido hidráulico. Un nivel bajo de fluido puede causar que entre aire al sistema, lo que lleva a cavitación y retracción incompleta del tren.

Si el motor del tren funciona pero el tren no se mueve, la causa más probable es una falla mecánica, como que los ganchos de bloqueo superior (uplock hooks) no se liberen.

Una indicación de 'tren inseguro' podría ser una indicación falsa debido a bombillas o cableado defectuosos; la tabla de solución de problemas del AMM típicamente comienza con la causa más simple y común.

2.4 Sistemas Hidráulicos y Neumáticos

Sistemas Hidráulicos:

Se utilizan para aplicaciones de alta fuerza como el tren de aterrizaje y los flaps.

Válvula de Alivio de Presión: Se abre a una presión preestablecida para prevenir daños a los componentes por sobrepresurización.

Válvula de Alivio Térmico: Alivia la presión causada por la expansión del fluido cuando este se calienta (por ejemplo, durante operación prolongada en tierra), previniendo daños a los sellos y componentes.

Nivel Bajo de Fluido: Puede causar que entre aire al sistema, lo que lleva a cavitación de la bomba y movimiento incompleto del actuador.

Sistemas Neumáticos/Vacío:

Fuente Primaria: Un compresor accionado por motor o una bomba de vacío.

Propósito del Sistema de Vacío: Hacer girar los giroscopios en el indicador de actitud (horizonte artificial) y el indicador de rumbo (giroscopio direccional).

Válvula de Alivio de Succión: Regula la presión de vacío a un valor preestablecido (típicamente 4.5 a 5.5 pulgadas de mercurio) para asegurar que los instrumentos giroscópicos operen correctamente.

Fallos del Sistema: Si el indicador de vacío indica presión normal pero el indicador de actitud está defectuoso, la causa más probable es un rotor giroscópico defectuoso (por ejemplo, cojinetes desgastados). Una línea de vacío con fugas reduciría la presión de vacío.

2.5 Sistemas de Energía Eléctrica

El sistema eléctrico proporciona energía para el arranque, la ignición, los instrumentos, las luces y otros accesorios.- Barra de bus: Un punto de conexión común que distribuye la energía eléctrica desde una fuente (por ejemplo, batería o generador) a múltiples circuitos.

Barra de bus dividida: Proporciona redundancia al aislar cargas esenciales en barras separadas, cada una alimentada por su propia fuente (por ejemplo, una desde la batería, otra desde el alternador).

Amperímetro: Indica el estado de carga o descarga de la batería.

Una indicación de descarga con el motor en marcha significa que la batería está suministrando corriente porque la salida del alternador es insuficiente. Esto puede deberse a una correa del alternador rota o deslizante, un regulador defectuoso o un circuito de campo abierto.

Una indicación de carga significa que el alternador está suministrando más corriente de la que el sistema está utilizando.

Disyuntores: Protegen los circuitos contra sobrecorriente. Un actuador atascado hará que el motor consuma corriente excesiva, disparando el disyuntor.

2.6 Planta motriz (Motores de pistón)

Sistemas de lubricación:

Cárter húmedo: El aceite se almacena en un cárter en el cárter del motor.

Enfriador de aceite: Regula la temperatura del aceite, evitando el sobrecalentamiento (que reduce la viscosidad y la lubricación) y el sobreenfriamiento (que puede causar formación de lodos).

Baja presión de aceite a altas RPM: Una causa clásica son los cojinetes desgastados, que permiten que escape más aceite, reduciendo la presión del sistema. Una válvula de alivio atascada en posición abierta causaría baja presión a todas las RPM.

Prueba de compresión:

Propósito: Evaluar el estado de los cilindros, anillos de pistón y válvulas.

Procedimiento: El pistón debe llevarse exactamente al PMS en la carrera de compresión. Esto asegura que ambas válvulas estén cerradas, de modo que la presión de aire aplicada no empuje el pistón hacia abajo y haga girar la hélice, lo cual es un peligro de seguridad. También asegura una lectura precisa.

Interpretación de resultados: Una fuga alta (por ejemplo, 40%) puede ser causada por anillos desgastados, válvulas con fugas o una culata agrietada. La fuente se puede identificar escuchando el escape de aire por el escape (válvula de escape), la admisión (válvula de admisión) o el cárter (anillos de pistón).

Sistemas de combustible e inducción:

Bomba de refuerzo: Se utiliza principalmente para el arranque y para prevenir el bloqueo de vapor en las líneas de alimentación de combustible.

Calefacción del carburador: Se utiliza para derretir o prevenir la formación de hielo en el venturi y la placa del acelerador, dirigiendo aire caliente desde un intercambiador de calor alrededor del sistema de escape.

Sistema de ventilación del combustible: La línea de ventilación está diseñada con una salida en ángulo que mira hacia el flujo de aire para crear una ligera presión positiva en la ventilación, lo que ayuda a prevenir el sifonado de combustible del tanque mientras aún permite que el tanque respire.

Sistemas de escape:

Una grieta en el colector de escape puede permitir que los gases de escape se escapen, reduciendo la contrapresión y causando una ligera pérdida de potencia. Más críticamente, puede permitir que el monóxido de carbono entre a la cabina, lo cual es un peligro grave para la seguridad.```html

Hélices:

Paso Fijo: El ángulo de la pala es fijo. Las RPM del motor cambian directamente con la posición del acelerador, y la presión del múltiple sigue la misma tendencia.

Velocidad Constante: El ángulo de la pala se ajusta automáticamente mediante un regulador para mantener unas RPM seleccionadas. El regulador varía la presión de aceite hacia el cubo de la hélice. Las marcas de aceite en el cubo son comunes; una pequeña exudación es aceptable, pero las fugas significativas indican desgaste de los sellos.

Hélices de Madera: El acabado de barniz es crítico para prevenir la absorción de humedad. Una grieta en el barniz debe tratarse con seriedad; la hélice debe retirarse del servicio y ser inspeccionada/reparada por una instalación aprobada. Las pequeñas muescas en las palas metálicas dentro de los límites pueden limarse para prevenir concentradores de tensión.

2.7 Instrumentación (Pitot-Stática y Giroscópica)

Sistema Pitot-Stático:

Toma Estática: Proporciona la presión estática ambiental al altímetro, al VSI y al indicador de velocidad aerodinámica.

Toma Estática Bloqueada: Atrapa la presión estática dentro de los instrumentos a la presión existente en el momento del bloqueo.

Durante un ascenso, la presión atrapada es más alta que la ambiental, por lo que el altímetro indica una altitud menor que la real, y el VSI indicará erróneamente un ascenso.

Prueba Funcional: Aplicar vacío a la toma estática reduce la presión, simulando un aumento de altitud. El altímetro debe indicar una altitud mayor, y el VSI debe indicar un ascenso.

Limpieza: Las tomas estáticas deben mantenerse despejadas. Los métodos de limpieza aprobados incluyen el uso de un cepillo suave o aire a baja presión. Las herramientas afiladas pueden dañar la toma.

Instrumentos Giroscópicos:

Indicador de Actitud (Horizonte Artificial): Accionado por el sistema de vacío. Si la presión de vacío es normal pero el instrumento está defectuoso, la causa más probable es un rotor giroscópico defectuoso.

2.8 Protección contra Incendios

Cortafuegos: Un mamparo resistente al fuego que separa el compartimento del motor de la cabina. Su propósito principal es contener un incendio del motor y proteger a los ocupantes.

Sistema de Detección de Incendios: Proporciona una advertencia a la tripulación de vuelo. No extingue el incendio.

Agente Extintor de Incendios: El halón (o sus reemplazos) se utiliza comúnmente en los sistemas de góndolas de motor porque es eficaz y no deja residuos.

2.9 Calefacción y Ventilación de Cabina

Fuente de Calor: Muchas aeronaves de pistón utilizan una cubierta alrededor del colector de escape para calentar el aire exterior para la calefacción de la cabina.

3. Fórmulas, Regulaciones y Procedimientos Importantes

Marco Regulatorio: El módulo se basa en el Reglamento (UE) No 1321/2014, Anexo III (Part-66) , específicamente el Apéndice I para el programa de conocimientos básicos. El mantenimiento debe realizarse de acuerdo con los requisitos de la Part-145, utilizando datos aprobados como el AMM (Manual de Mantenimiento de Aeronaves) y el SRM (Manual de Reparaciones Estructurales).

Tensión de Cables: La tensión se especifica en el AMM en unidades de fuerza (por ejemplo, lbf o N) y depende de la temperatura. Se mide con un tensiómetro.

Límites de Cables Rotos:

Cables de control primarios: Cualquier cable roto es motivo de reemplazo.

Cables de control secundarios: Típicamente 3 cables rotos en cualquier longitud de 6 pulgadas.

Presión del Sistema de Vacío: Normalmente regulada a 4.5 a 5.5 pulgadas de mercurio (inHg).

Prueba de Compresión: El pistón debe estar en PMS en la carrera de compresión para asegurar que ambas válvulas estén cerradas, evitando la rotación de la hélice y asegurando una lectura precisa.

Prueba de Retracción del Tren de Aterrizaje: El peso y el CG de la aeronave deben estar dentro de los l

### 4. Relaciones Comunes Entre Conceptos

- Aerodinámica y Estructuras: Las fuerzas aerodinámicas sobre el ala (sustentación) crean cargas estructurales (flexión, torsión). La estructura debe estar diseñada para soportar estas cargas sin deformación excesiva. El daño a la estructura (por ejemplo, una abolladura) puede alterar el flujo aerodinámico y reducir el margen estructural.

- Controles de Vuelo y Reglaje: El reglaje correcto (tensión de cables, deflexión de superficies de control) es esencial para una respuesta aerodinámica correcta y fuerzas de control aceptables. El juego excesivo puede provocar flameo de los controles.

- Planta Motriz y Sistemas: El motor acciona el alternador (eléctrico), la bomba de vacío (neumático) y la bomba hidráulica (hidráulico). Una falla en la transmisión del motor (por ejemplo, una correa rota) afectará a todos estos sistemas.

- Pitot-Estática e Instrumentos: El altímetro, el VSI y el indicador de velocidad aerodinámica dependen todos del sistema pitot-estático. Una obstrucción en el puerto estático afectará a los tres instrumentos, dando lugar a lecturas erróneas.

- Tren de Aterrizaje e Hidráulica: El tren de aterrizaje suele ser accionado hidráulicamente. Un nivel bajo de fluido, una falla de la bomba o un atasco mecánico pueden impedir la extensión o retracción del tren.

### 5. Puntos Típicos de Enfoque del Examen

- Identificación de Estructura y Controles Primarios vs. Secundarios: Conocer qué componentes son críticos para la aeronavegabilidad.

- Tipos de Corrosión y Tratamientos: Reconocer las diferentes formas de corrosión y la acción correcta para cada una (por ejemplo, corrosión superficial en aluminio vs. acero).

- Criterios de Inspección de Cables de Control: Conocer los límites exactos de rechazo para cables rotos en cables primarios y secundarios.

- Fallos del Sistema Pitot-Estático: Comprender el efecto de un puerto estático o tubo pitot obstruido en el altímetro, el VSI y el indicador de velocidad aerodinámica.

- Componentes del Sistema de Tren de Aterrizaje: La función de los pestillos de retracción, pestillos de extensión, interruptores de compresión, amortiguadores de shimmy y los procedimientos para las pruebas de retracción.

- Componentes de Sistemas Hidráulicos y Neumáticos: La función de las válvulas de alivio de presión, válvulas de alivio térmico y válvulas de alivio de succión.

- Mantenimiento de Motores de Pistón: El procedimiento correcto para una prueba de compresión y la interpretación de los resultados. Las causas y efectos de la baja presión de aceite.

- Mantenimiento de Hélices: La diferencia entre hélices de paso fijo y de velocidad constante, y las preocupaciones específicas de mantenimiento para hélices de madera (integridad del barniz).

- Lógica de Resolución de Problemas: La capacidad de identificar sistemáticamente la causa más probable de una falla del sistema, comenzando con las causas más simples y comunes (por ejemplo, verificar niveles de fluido, inspeccionar correas, comprobar bombillas).

- Uso de Datos Aprobados: Enfatizar que todas las acciones de mantenimiento deben realizarse de acuerdo con el AMM, SRM u otros datos aprobados. Nunca realizar una reparación no aprobada.

Módulo 11B: Aerodinámica, estructuras y sistemas de aviones de pistón