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Control del avión: timón de dirección y profundidad

por Actualidad Tma

El timón de dirección y el timón de profundidad del avión son los elementos aerodinámicos que permiten el control del avión en el aire. En particular, el timón de dirección permite el control a izquierda y derecha (eje de guiñada) y el timón de profundidad permite el control arriba y abajo (eje de cabeceo) del avión.

Estos dos timones forman parte de las superficies principales de vuelo. Las superficies primarias de vuelo son aquellas con las que se controla la dirección del avión en cualquiera de sus tres ejes. La otra superficie primaria del avión son los alerones y controlan la dirección del avión en el eje de alabeo.

Contenido
1 Timón de profundidad
 1.1 ¿Qué es el timón de profundidad?
 1.2 Control del timón de profundidad
2 Timón de dirección
 2.1 ¿Qué es el timón de dirección?
 2.2 Control del timón de dirección
3 Accidentes aéreos debidos a fallos en los timones
4 Mantenimiento aeronáutico realizado en los timones de los aviones

Timón de profundidad

¿Qué es el timón de profundidad?

El timón de profundidad es la superficie móvil situada en la parte trasera del estabilizador horizontal del avión. El movimiento de esta superficie arriba o abajo produce el movimiento hacia abajo y hacia arriba del morro del avión.

El timón de profundidad se acciona a través de la columna de dirección ubicada en la cabina de los pilotos. Al empujar la columna de dirección el timón de profundidad baja, por lo que el morro del avión baja y el avión desciende.

Al contrario, cuando se tira de la columna de dirección el timón de profundidad sube. Esto produce que el morro del avión suba y el avión ascienda.

Los timones de profundidad controlan, como se ha podido ver, el ángulo de ataque del avión.

Por lo general, el estabilizador horizontal y el timón de profundidad son dos elementos diferentes. Sin embargo, existen aeronaves donde los dos forman un mismo elemento: el stabilator.

El stabilator es una superficie aerodinámica que combina al estabilizador de profundidad y al elevador. El stabilator se suele encontrar en aviones militares ya que la mayor fuerza producida en la cola del avión permite realizar giros más cerrados.

Stabilator (timón de profundidad) y timón de dirección de un F16
Stabilator (timón de profundidad) y timón de dirección de un F16

Control del timón de profundidad

El timón de profundidad se puede controlar de varias maneras:

  • Mecánicamente: a través de cables y poleas que trasmiten el movimiento de la columna de dirección a la cola del avión
  • Hidráulicamente: usando cables y poleas que actúan sobre cilindros hidráulicos que mueven los timones de profundidad
  • Eléctricamente: a también llamado Fly-By-Wire. A través de sensores de posición, cables eléctricos y otros elementos electrónicos, traducen los movimientos realizados en la columna de control en movimientos en el timón de profundidad. Esta solución es la utilizada hoy en día por su bajo peso y costes de mantenimiento aeronáutico.
Vídeo de Cithe explicando el funcionamiento del timón de profundidad

A pesar de que la energía hidráulica y los motores eléctricos son lo suficientemente potentes como para mover una superficie aerodinámica grande a mucha velocidad, éstos no suelen mover de forma directa los timones. Por ejemplo, para poder mover los timones de profundidad con poco esfuerzo, se diseñaron unos elementos llamados aletas.

Las aletas se instalan en la parte posterior de los timones. Al mover la aleta, que es mucho más pequeña que el timón de profundidad, se produce una fuerza aerodinámica que mueve todo el timón hacia el lado deseado.

De esa manera se produce el movimiento con una fuerza inicial mucho menor, lo que permite diseñar elementos de control como martinetes hidráulicos y motores mucho más pequeños. Esto permite ahorrar mucho queroseno y aumentar la carga de pago, además de reducir los costes del mantenimiento aeronáutico.

Timón de dirección

¿Qué es el timón de dirección

El timón de dirección (en inglés rudder) es la superficie aerodinámica ubicada y sujeta al estabilizador vertical. El movimiento del timón vertical afecta al eje de guiñada del avión: el eje que le permite girar a izquierda y derecha.

Sin embargo, en la realidad el timón de dirección no se utiliza para girar. Se utiliza para equilibrar la fuerza aparecida en los virajes o para centrar el avión. Para los giros, se suele utilizar principalmente los alerones.

Control del timón de dirección

El timón de dirección se controla a través de los pedales ubicados en la cabina de pilotos. En la cabina de pilotos hay dos pares de pedales que se mueven al unísono y a su vez mueven el timón de dirección en función de su movimiento.

Cuando el piloto empuja el pedal derecho, el timón de dirección gira en sentido anti horario, produciendo un giro del morro del avión hacia la derecha. Cuando el piloto empuja el pedal izquierdo, el timón de dirección gira en sentido horario, produciendo un giro del morro del avión hacia la izquierda.

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Como hemos comentado antes, el giro en los aviones no se produce utilizando únicamente el timón de dirección. El giro perfecto es una combinación de la acción de los alerones junto con el timón de dirección.

Una particularidad del timón de dirección es que puede estar compuesto por dos pequeños timones. A baja velocidad se moverían los dos timones, sin embargo a alta velocidad se movería uno solo. Esto se produce ya que a alta velocidad no es necesario exponer a la corriente de aire una gran cantidad de la superficie aerodinámica, solo con una pequeña parte es suficiente.

Timón de dirección partido de un Boeing 747
Timón de dirección partido de un Boeing 747

El control de este tipo de timones, como se ha explicado anteriormente, puede ser de varios tipos:

  • Mecánico
  • Hidráulico
  • Eléctrico o electrónico.

Hay que señalar un detalle importante: en los aviones cuyo control de los timones es hidráulico o eléctrico, existe un elemento que dota al sistema de sensación artificial. La sensación artificial ofrece al piloto una sensación de resistencia equivalente a la que tendría si el control fuera mecánico.

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La sensación artificial es clave para evitar daños en la estructura de los timones. Aunque es un subsistema que en los aviones con aviónica no se encuentra, se usa en aviones que tienen control mecánico e hidráulico.

Supongamos que no existiese un sistema de sensación artificial: el piloto podría mover los timones sin ninguna resistencia a lugares donde se producirían roturas y deformaciones en el propio timón y otras estructuras como el fuselaje.

Vídeo de Cithe explicando el funcionamiento del timón de dirección

Accidentes aéreos debidos a fallos en los timones

Existen registros de que en años anteriores se haya producido algún accidente aéreo debido a problemas en los timones del avión. El vuelo 1080 de Delta Airlines es un ejemplo de ello.

En este vuelo, un elevador bloqueado causó que un avión Lockheed L-1011 Tristar estuviera a punto de chocar contra el suelo. Una vez en tierra, los técnicos de mantenimiento de aeronaves pudieron comprobar como uno de los rodamientos había producido que uno de los timones de profundidad se hubiera bloqueado debido a la corrosión en su interior.

En el vuelo 17 de Emery Worldwide Airlines, el avión impactó contra el suelo debido a un error humano en el mantenimiento aeronáutico. Un apriete incorrecto en uno de los tornillos de la barra de control de la aleta del timón de profundidad del avión produjo que la barra de control se soltase y los pilotos perdieran el control sobre el elevador.

Detalle de los daños producidos al soltarse la barra de control de la aleta del elevador del vuelo 17 de EWA
Detalle de los daños producidos al soltarse la barra de control de la aleta del elevador del vuelo 17 de EWA

Mantenimiento aeronáutico realizado en los timones de los aviones

Dentro de las tareas que los técnicos de mantenimiento de aeronaves pueden realizar se encuentran la inspección visual, la sustitución de componentes aeronáuticos o la conservación de los elementos protectores del fuselaje, como el inhibidor de corrosión.

Como ejemplo, una tarea muy realizada en los timones de profundidad es la inspección visual de las barras de actuación de las aletas anteriormente descritas. Estas zonas son muy delicadas y cualquier holgura podría corrosión y daños a los elementos de la barra de control.

Zonas a inspeccionar en el timón de profundidad de un Boeing 737
Zonas a inspeccionar en los timones de profundidad de un Boeing 737

Otra de las tareas que pueden realizar los mecánicos de aviones es la comprobación de la tensión de los cables de acero que mueven los timones. Los cables de acero se siguen encontrando en aviones más antiguos o más sencillos, como pueden ser las avionetas.

Los mecánicos de aviones tienen que comprobar que la tensión de los cables de acero se encuentra dentro de los límites marcados por el manual de mantenimiento de la aeronave. Para medir la tensión de los cables se utiliza un tensímetro y para ajustar la tensión, se actúa sobre los barriletes que unen varios tramos de cable.

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