Aerodinamica Basica

Centro de Entrenamiento IVAO-VE Aerodinámica Básica

Revisión Original 1.0

Fecha: 01/02/2015 SOLO PARA SIMULACIÓN Página 1 de 1

Autor: Damian Regueiro VE-TC

AERODINAMICA BASICA

1. GENERALIDADES

Aerodinámica es la parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en movimiento y las fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se hallan en estos.

Es importante que el piloto obtenga el mejor conocimiento posible de estas leyes y principios para entender, analizar y predecir el rendimiento de un aeroplano en cualesquiera condiciones de operación. Los aquí dados son suficientes para este nivel elemental, no pretendiéndose una explicación ni exhaustiva ni detallada de las complejidades de la aerodinámica.

2. TEOREMA DE BERNOULLI

Existen numerosos testimonios del interés del hombre por imitar el vuelo de los pájaros, desde tiempos remotos. Para no extendernos en demasía, obviaremos el detalle de los distintos intentos que para volar realizará a través de los siglos, solamente, y a manera de ejemplo, podemos citar a Leonardo Da Vinci, quien en el siglo XV diseñó un helicóptero, demostrando una extraordinaria comprensión de los principios del vuelo, los mismos que hoy posibilitan la utilización de esas aeronaves. Pero fue Daniel Bernoulli (1700-1782) quien, experimentando con el flujo de los líquidos a través de tubos de variadas formas estableció el siguiente enunciado:

"Si en un tubo determinado, la velocidad del fluido que lo recorre es incrementada en algún punto, la presión se reducirá en ese punto”.

Este enunciado explica por sí solo la teoría de la sustentación, y bien puede decirse que es la teoría fundamental del vuelo. Toda aeronave de alas fijas tiene éstas diseñadas de forma tal que el flujo de aire se incremente en su parte superior, provocando la sustentación. En resumen, que si las partículas de aire aumentan su velocidad será a costa de disminuir su presión y a la inversa, o lo que es lo mismo: para cualquier parcela de aire, alta velocidad implica baja presión y baja velocidad supone alta presión. Esto ocurre a velocidades inferiores a la del sonido pues a partir de esta ocurren otros fenómenos que afectan de forma importante a esta relación.





3. PERFIL ALAR

En aviación se denomina perfil alar, perfil aerodinámico o simplemente perfil, a la forma plana que al desplazarse a través del aire es capaz de crear a su alrededor una distribución de presiones que genere sustentación.

Es uno de los elementos más importantes en el diseño de superficies sustentadoras como alas, o palas de rotor.

Según el propósito que se persiga en el diseño, los perfiles pueden ser más finos o gruesos, curvos o poligonales, simétricos o no, e incluso el perfil puede ir variando a lo largo del ala.

La forma del perfil alar influye sustancialmente en las fuerzas de sustentación y resistencias que aparecerán.

Habitualmente las características aerodinámicas de un perfil alar se encuentran sometiendo a ensayo modelos de perfiles en un túnel aerodinámico (también llamado túnel de viento). En ellos se miden la sustentación y la resistencia al variar el ángulo de ataque y las condiciones de la corriente fluida (normalmente la velocidad de ésta), y se llevan a unas gráficas de características del perfil.

4. ANGULO DE ATAQUE

Otro factor importante a considerar, es el ángulo de ataque, que es la posición del ala con relación al viento relativo, es decir el viento que se origina con respecto a un cuerpo, al desplazarse éste dentro de una masa de aire (Trayectoria de vuelo). A cualquier velocidad, el ángulo de ataque determina la sustentación que el ala puede generar. A pequeños ángulos, la sustentación es mínima. Dado que el ángulo de ataque es una relación entre la posición del ala y el viento relativo, no debe medírselo con respecto al suelo, sino con referencia a la trayectoria de vuelo.





Por ello es que se habla de viento relativo, o sea, si bien es cierto que a mayor ángulo de ataque mayor sustentación, el aumento de dicho ángulo encontrará un punto de máxima sustentación, traspasado el cual ésta comienza a disminuir hasta desaparecer, si se insiste en el aumento de aquél ángulo. En la mayoría de los aviones, el punto de mayor sustentación se logra con un ángulo de ataque de 20°. Por otra parte, un ángulo de ataque negativo (o sea con la nariz del avión por debajo de la línea de vuelo horizontal), reducirá también la sustentación. Asimismo, cuando se aumenta el ángulo de ataque, las partículas de aire que actúan en la superficie inferior del ala ayudan a la sustentación, aunque el valor real de esa sustentación adicional no pasa de un 25 %.

5.LAS FUERZAS DEL VUELO

Los pilotos necesitan comprender unos cuantos conceptos fundamentales, comenzando por las cuatros fuerzas que afectan al vuelo: sustentación, peso, empuje y resistencia. Estas cuatro fuerzas actúan en pares. La sustentación (La suma de todas las fuerzas hacia arriba) es la fuerza opuesta al peso (La suma de todas las fuerzas hacia abajo). Igualmente, el empuje (La fuerza que empuja hacia delante) es la opuesta a la resistencia (La fuerza que empuja hacia atrás). Las fuerzas opuestas se equilibran entre sí para conseguir un vuelo estable. Los vuelos incluyen vuelos equilibrados y nivelados, y ascensos o descensos a una velocidad fija y a velocidades aerodinámicas constantes.

Sustentación : La sustentación es la fuerza que hace volar a un aeroplano. La mayor parte de la sustentación de un aeroplano procede de sus alas. La sustentación que genera un ala se controla mediante el ajuste de la velocidad aerodinámica y el ángulo de ataque.





Peso : El peso se opone a la sustentación. En la práctica, se puede entender que el peso actúa siempre sobre una línea situada entre el centro de gravedad del avión y el centro de la tierra. En principio, se puede pensar que el peso solamente cambia a medida que se consume el combustible. De hecho, a medida que un avión maniobra, experimenta variaciones en el factor de carga, o de fuerzas G, que cambia la carga que soportan las alas. Para mantener el equilibrio entre la sustentación y el peso en las maniobras, debe ajustas el ángulo de ataque. Durante un giro con ladeo cerrado, por ejemplo, debe levantar el morro ligeramente (Aumentar el ángulo de ataque) para generar mayor sustentación y así equilibrar el aumento de peso. Empuje : El empuje que proporciona la potencia del avión es el que lo propulsa por el aire. El empuje de la fuerza opuesta a la resistencia y, en vuelos estables, estas dos fuerzas son iguales. Si se aumenta el empuje y se mantiene la altitud, el primero supera de forma momentánea la resistencia y el avión se acelera. Sin embargo, la resistencia también aumenta y enseguida vuelve a equilibrar el empuje. El avión deja de acelerar y continúa el vuelo estable a una velocidad aerodinámica mayor, pero constante, Resistencia : Los aviones se ven afectados por dos tipos de resistencias. La resistencia parásita es la fricción entre el aire y la estructura de un avión (Tren de aterrizaje, montantes, antenas y demás). Esta resistencia aumenta de manera proporcional al cuadrado de la velocidad del avión. Si se dobla la velocidad aerodinámica, se cuadruplica la resistencia parásita. La resistencia inducida es una consecuencia de la sustentación. Se genera por el desplazamiento del aire desde el área de alta presión situada bajo un ala hacia el área de baja presión situada sobre ella. Este efecto es más pronunciado a velocidades aerodinámicas bajas, donde es necesario un ángulo de ataque alto para general sustentación suficiente para equilibrar el peso. De hecho, la resistencia inducida varía de forma inversamente proporcional al cuadrado de la velocidad aerodinámica. Si reduce la velocidad aerodinámica a la mitad, la resistencia inducida aumenta cuatro veces. 4.FACTOR DE CARGA El factor de carga se define como la relación existente entre la suma de todas las fuerzas que actúan en el autogiro (gravedad, fuerza centrifuga, aceleraciones, etc.) y el peso total del mismo. El factor de carga aumenta en los virajes, sobre todo por encima de los 45º de inclinación, que aumenta de forma considerable. En condiciones de turbulencia muy fuerte, se debe volar a mínima velocidad. Ya que el factor de carga aumenta con la velocidad, y en vuelo turbulento pueden aparecer ráfagas de aire que pueden hacer sobrepasar a la aeronave su límite estructural.

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