LA FUENTE DE LA CIZALLADURA

El flujo de aire de la capa límite atmosférica es normalmente turbulento en alguna medida, pero esta turbulencia no altera significativamente la trayectoria de vuelo del avión, teniendo en cuenta sin embargo que lo que es una variación inapreciable de la trayectoria de vuelo a una altura y velocidad considerables, puede ser peligroso cuando ocurrre a bajas velocidades muy cerca del suelo en el despegue, en el aterrizaje, en el motor y al aire o quizás en operaciones con rebaños de ganado.  La velocidad de los vientos de superficie esta cambiando constantemente; fluctuaciones de dirección de 20 grados o parecidas, cambios de velocidad del 25% por encima o por debajo de la media, ocurren a cada minuto. En la inestable capa de superficie, las corrientes ascendentes de la térmicas se complementan con las corrientes descendentes provenientes de la parte superior de la capa, donde la velocidad del viento se aproxima al gradiente de viento (es decir, la dirección del viento varía de 20 a 30 grados desde el viento en altura a la superficie, y la variación de velocidad es mayor). El aire descendente retiene la mayoría de esas características cuando llega al suelo, de forma que una ráfaga reforzará y aumentará la velocidad del viento.

Excepto para el vórtice turbulento de la estela de grandes aviones (que es extremadamente peligroso para ultraligeros a baja altura debido a sus propiedades rotatorias horizontales), prácticamente toda turbulencia peligrosa en vuelo es resultado del viento en cizalladura, una repentina “variación del viento a lo largo de la trayectoria de vuelo de naturaleza, intensidad y duración tales que desplaza el avión repentinamente de su trayectoria prevista lo suficiente para que sea necesaria una acción de control correctora”. La cizalladura es la tasa de cambio de velocidad y dirección del viento, y su efecto en el vuelo puede ir desde la inocuidad hasta la extrema peligrosidad.

La cizalladura vertical es el cambio (brusco) en la velocidad horizontal del viento con la altura, es decir se percibe cuando el avión asciende o desciende.

La cizalladura horizontal es el cambio en la velocidad horizontal del viento (es decir, cambio de velocidad y/o dirección, ráfagas o pausas de viento) a lo largo del trayecto horizontal volado.

Las corrientes ascendentes, descendentes o la cizalladura con ráfagas verticales es el cambio en el movimiento vertical del aire a lo largo de la distancia volada.

El viento en cizalladura puede deberse a la orografía, la fricción, la inestabilidad de las masas de aire, corrientes convectivas descendentes, alteraciones de onda y fuentes térmicas; para una descripción completa, consultar el capítulo “Micrometeorología y riesgos atmosféricos”. Cuanto más cerca del suelo ocurra la cizalladura, más peligrosa es para un avión, y particularmente para un avión a baja velocidad. Para un avión despegando o aterrizando la cizalladura puede ser lo bastante intensa y rápida como para exceder el margen de seguridad de velocidad y la capacidad del avión para acelerar o ascender. Las térmicas y similares contribuyen en menor medida a turbulencias peligrosas en climas templados pero pueden producir turbulencias muy severas cuando se vuela en condiciones superadiabáticas endémicas, como en el interior de Australia.

CAMBIOS EN EL ÁNGULO DE ATAQUE Y LA SUSTENTACIÓN

Imagina un avión volando recto y nivelado que súbitamente encuentra una zona de flujo atmosférico descendente. Debido a su inercia (que es función de la masa), el avión mantendrá momentáneamente su velocidad y trayectoria de vuelo con respecto a la Tierra. Durante ese momento la “corriente efectiva” alrededor de sus alas ya no estará alineada con su trayectoria de vuelo, sino que habrá adquirido una componente vertical . El ada efectivo y por consiguiente el CL, se reducirán produciendo una momentánea reducción de la carga alar, la célula experimentará una carga de g negativa y el piloto será contenido por el arnés mientras que el asiento se desplomará por debajo de él/ella. Después de la entrada inicial en el flujo descendente, los efectos inerciales se superarán y el avión recuperará por sí mismo su ángulo de ataque ajustado y continuará el vuelo normalmente, a menos que la nueva trayectoria de vuelo incorpore una tasa de descenso relativa a la Tierra, y equivalente al  flujo de aire descendente, es decir que la deriva incluya ahora una componente vertical.

Cuando el avión sale del flujo descendente, mantendrá de nuevo momentáneamente su trayectoria con respecto a la Tierra. Durante este tiempo el flujo efectivo alrededor de las alas ya no estará alineado con su trayectoria de vuelo, si no que habrá adquirido una componente vertical opuesta a la de entrada. El ada, y consecuentemente el CL, se incrementarán produciendo un momentáneo incremento de la carga alar, la célula experimentará una carga g positiva y el piloto sentirá como se hunde en el asiento para finalmente restablecer el vuelo nivelado.

La secuencia inversa es aplicable cuando encontramos corrientes ascendentes; así encuentros con cambios en el flujo vertical causan cambios momentáneos de ada y carga alar con algunas variaciones en el perfil vertical de la trayectoria de vuelo.

Si un avión está volando recto y nivelado y de repente se encuentra con un incremento de viento en contra, debido a su inercia, momentáneamente mantendrá su velocidad  (y su trayectoria de vuelo) con respecto a la Tierra. Así existirá un momentáneo incremento de la velocidad del aire sobre sus alas, con el consiguiente aumento de sustentación y al avión ascenderá hasta que los efectos de la inercia hayan sido superados y el avión recupere por sí mismo el vuelo recto y nivelado a una altitud ligeramente superior a la previa. De forma similar, si un avión se encuentra con un incremento de viento a favor, entonces la sustentación decrecerá momentáneamente y el avión descenderá hasta que los efectos de la inercia hayan sido superados.

Así, encuentros con cambios en el flujo horizontal provocan cambios momentáneos de sustentación que varían el perfil vertical de la trayectoria de vuelo. Estas ideas son ilustrativas porque los sucesos de cizalladura de viento no son más que una combinación de variaciones velocidad y variaciones de dirección en las tres dimensiones.

Se han esbozado varios escenarios donde el avión podría volar con poco margen entre el ada efectivo y el ada crítico; es en esas ocasiones cuando la ley de Murphy entra en acción. Y en esos momentos tan críticos, lo que puede ir mal, va a peor, y un encuentro con una cizalladura que incrementa abruptamente nuestro ada en las alas puede provocar instantáneamente una situación de pédida o barrena.