Aerodinamica Aeroespacial

Aerodinámica de perfiles

La aerodinámica es la rama de la mecánica de fluidos que estudia la interacción entre cuerpos
sólidos y el aire cuando existe un movimiento relativo entre ellos.
La aerodinámica estima las fuerzas, los momentos y la transferencia de calor que provoca este
movimiento relativo alrededor de los cuerpos.
Fuerzas aerodinámicas
 Sustentación L
 Resistencia D
Fuerza lateral F
Momentos aerodinámicos
 Balance Mx
 Cabeceo My
 Guiñada Mz

Origen de las cargas aerodinámicas
Las fuerzas y momentos de origen aerodinámico que percibe el cuerpo se deben
exclusivamente a dos causas: la distribución de presiones sobre la superficie del cuerpo y la
distribución de esfuerzos viscosos sobre la superficie del cuerpo. Las presiones actúan en la
direcciónnormal a la superficie del cuerpo, mientras que los esfuerzos viscosos lo hacen en la
dirección tangencial.

Flujo alrededor de un cilindro
Imaginemos que la forma de nuestro perfil aerodinámico es circular, con eje infinito que se
desplaza respecto al aire en calma con una velocidad perpendicular a dicho eje y que
supondremos que es horizontal y dirigida hacia la derecha.

Flujo idealFlujo real

Por razón de simetría, la distribución de presiones que el aire ejerce sobre la superficie del
cilindro no produce sustentación, ya que ésta, al ser componente de la fuerza aerodinámica
normal a la velocidad debe ser nula, pues la simetría del problema impide que esté dirigida
hacia arriba o había abajo.
De acuerdo con la paradoja de D’Alembert, la distribución de presionestampoco debería
producir resistencia, pero esto no es así porque la capa limite que rodea al cilindro acaba
desprendiéndose del mismo antes de llegar al punto del círculo más alejado de la corriente
incidente. Como la presión en la zona del cilindro donde la capa límite esta desprendida es
menor de la que habría en ausencia del desprendimiento, se produce una resistencia que es
tanto mayor cuantomayor sea esa zona.
Desprendimiento de la capa límite.
La estela y la resistencia aerodinámica del cilindro son consecuencia de los efectos de la
viscosidad. En la interfase del sólido y un fluido que se mueven uno con respecto al otro,
aparece una delgada capa, llamada capa límite, donde los esfuerzos viscosos son importantes.
Las partículas fluidas dentro de la capa límite sondesaceleradas por el efecto de las fuerzas
viscosas, pierden energía cinética. En estas condiciones puede suceder que en algún punto de
la superficie del cilindro el
flujo llegue a detenerse
completamente o incluso
se invierte el sentido de
avance.

Bajo estas circunstancias la capa límite deja de existir tal como se ha estudiado y se separa de
la superficie del cuerpo generando una estela. Alpunto donde sucede esto se lo denomina
punto de desprendimiento de la capa límite. Corriente abajo del cilindro, la estela provoca una
zona de baja presión y por lo tanto, la distribución de presión se vuelve asimétrica, dando
origen a la resistencia aerodinámica.

Coeficiente de presión
En aerodinámica, en lugar de diferencias de presiones se suele emplear una magnitud
adimensional llamadacoeficiente de presión
𝑐𝑝 =

𝑝 − 𝑝∞
𝑝 − 𝑝∞
=
1 2
𝑞∞
𝜌𝑢
2 ∞

En el caso de flujos en los cuales pueda aplicarse la ecuación de Bernoulli es posible obtener
otra expresión del cp en función de la velocidad del fluido
𝑐𝑝 = 1−�

𝑢

𝑢∞

2

�

Obsérvese que el valor del coeficiente de presión en el punto de remanso, es decir cuando
𝑢 = 0, es igual a 1. Cuando 𝑢 > 𝑢∞ elcoeficiente de presión es negativo; por el contrario, si
𝑢 < 𝑢∞ se verifica que el coeficiente de presión es positivo.

Perfiles aerodinámicos
Un perfil aerodinámico es la figura que resulta de la intersección del ala de una aeronave con
un plano paralelo al plano de simetría del avión

En la nomenclatura habitual la cuerda se designa con la letra c, la flecha o curvatura máxima
con la letra f....