Aerodinamica

Aerodinámica.

Cómo y porqué vuelan los aviones



Un avión es una máquina diseñada y construída para que pueda desplazarse a través del aire.

Pero para que un avión vuele, debe existir un determinado sistema de fuerzas combinadas y relacionadas entre sí.

La aerodinámica es la ciencia que está dedicada al estudio de los métodos por los cuales estas fuerzas pueden ser creadas ydirigidas para lograr el movimiento relativo entre el avión y el aire que conocemos como vuelo.


Las cuatro fuerzas básicas que actúan sobre un avión en vuelo son: Peso, Sustentación, Resistencia y Empuje.



Sustentación

Una aeronave se sustenta en el aire como consecuencia de la diferencia de presión que se origina al incidir una corriente de aire en una superficie aerodinámicacomo es el ala.

Esta diferencia de presión está basada en el principio de Bernoulli, que dice: “ En un fluido, la suma de la carga de la presión y la carga de la velocidad a lo largo de una línea de corriente es constante “. Es decir, a más velocidad, menos presión.



Si consideramos un flujo continuo en torno a un perfil de un cuerpo simétrico, se observa que las líneas de corriente seseparan y estrechan siguiendo las superficies inferior y superior. Las partículas, al llegar al punto A tenderán a aumentar la velocidad. Pero los cambios de presión en ambas superficies son iguales



Ahora bien, si consideramos el flujo en torno a un cuerpo asimétrico, como es el perfil del ala de un avión, las velocidades sobre las superficies no son iguales.



Como podemos ver enel gráfico:




Las partículas de la zona “a” que se mueven sobre la superficie superior aumentan su velocidad debido al estrechamiento, mientras que las de la zona “b”, que pasan por la inferior, no se ven afectadas. De acuerdo con el teorema de Bernoulli, a una alta velocidad acompaña un baja presión. Por lo tanto, en la superficie inferior tendremos más presión que en la superior, conlo que se crea una fuerza de abajo hacia arriba. Es la llamada fuerza de sustentación, denominada “L” ( Lift ).

De lo anterior podemos deducir que, a más velocidad, mayor será la diferencia de presiones, y mayor la fuerza de sustentación. También es sencillo observar que, cuanto mayor sea la superficie alar, más se incrementa la sustentación.

En consecuencia, la sustentación producida porlas alas de una aeronave es directamente proporcional al área total expuesta al flujo del aire y al cuadrado de la velocidad con que ese flujo incide en las alas.

El punto de aplicación de la fuerza de sustentación se denomina centro de presiones.

Hay otro factor que también influye en la magnitud de la fuerza de sustentación. Es el denominado ángulo de ataque, el que forman la cuerda delala ( línea que une el borde de ataque con el borde de fuga ) y la dirección del flujo de aire.


Se comprueba que, para valores medios, la fuerza de sustentación es proporcional al ángulo de ataque. Pero si se supera el ángulo que determina la forma y el tamaño del plano, se generan torbellinos sobre su parte superior, con lo que la sustentación disminuye rápidamente, haciendo que el perfilentre en pérdida aerodinámica.

Cuando un avión mantiene altura y velocidad, la sustentación producida por las alas se equilibra con el peso total del mismo. Para variar cualquier parámetro ( ascender, descender, girar ) hay que actuar sobre los factores velocidad y ángulo de ataque. Hasta ciertos límites, para ascender, se aumenta el ángulo y la velocidad, y, para descender, se disminuyen.En la maniobra de aproximación se debe de descender y, a la vez, disminuir la velocidad lo más posible. Esto supone una gran pérdida de sustentación que generaría un descenso muy rápido. Por lo tanto hay que lograr un aumento de la fuerza ascensional de las alas. Esto se consigue mediante los dispositivos de hipersustentación ( slats y flaps ), que varían la curvatura efectiva y el ángulo de...