Aerodinamica Basica AENA

8/3/2019 Aerodinamica Basica AENA

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TEMA:AERODINMICA BSICA

Convocatoria de Becas para el Curso Bsico de Formacin de Controladores de la Circulacin Area,(ao 2001).

DOCUMENTACIN DE CONSULTA PARA LAPRUEBA DE CONOCIMIENTOS BSICOS,SOBRE MATERIAS NO ESPECFICAS DELCONTROL DE TRFICO AREO.


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INTRODUCCIN

Fuerzas sobreaeronave

<

Aerodinmicas

Propulsivas

Gravitatorias

Las fuerzas a que est sometida una aeronave en vuelo son:

Fuerzas Aerodinmicas : Sustentacin (L)Resistencia (D)

Fuerzas Propulsivas : Empuje (T)

Fuerzas Gravitatorias : Peso (W)

Estas fuerzas bsicas actan a lo largo de todo el vuelo.

Las distintas fases del vuelo: Despegue, ascenso, vuelo

crucero, viraje, descenso y aterrizaje, son el resultado de lageneracin y modificacin de estas fuerzas.

Conocer la aerodinmica bsica permite al controlador evaluarlas tareas que el piloto debe realizar para conseguir hacerdespegar a una aeronave, mantenerla en vuelo y aterrizarla.

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INTRODUCCIN ( CONT.)

Propsito En esta unidad vamos a desarrollar los principios bsicos de laaerodinmica, que estudia el origen y aplicacin de las fuerzasaerodinmicas L y D sobre una aeronave. Asimismo, el alumnoconocer la entrada en prdida.

Objetivos Al finalizar esta unidad, el alumno deber ser capaz de comprender:

Los principios del vuelo.

Las fuerzas que actan sobre un avin en vuelo.

Los peligros que originan una errnea aplicacinde dichas fuerzas.

Sntesis En esta unidad se tratarn los siguientes conceptos :

Principios de vuelo.

Fuerzas sobre la aeronave.

Viento relativo y ngulo de ataque.

Densidad del aire. (Altitud/densidad)

Entradas en prdida

Factor de carga.


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PRINCIPIOS DE VUELO

Principio deBernouilli;Tubo Venturi

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u Establece que si, a travs de un tubo Venturi, una corriente de aire ofluido en movimiento aumenta la velocidad, la presin disminuye.

El principio de Bernouilli aplicado a una aeronave significa que, alencontrar una corriente de aire un perfil de ala, el aire aumenta suvelocidad sobre la superficie exterior del ala (extrads) disminuyendosu presin. Sin embargo, el aire disminuye su velocidad sobre lasuperficie inferior del ala (intrads) aumentando su presin.Esta diferencia de presiones origina la sustentacin.

Elprincipio de Bernouilli se visualiza en el siguiente grfico:

Incremento de la velocidad y disminucin de la presin


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ALAS Y PERFILES

Ala de unavin - Perfildel ala

<

& Un ala es una superficie diseada para producir sustentacincuando el aire se mueve a travs de ella.

& Un perfil del ala es la superficie que aparece al seccionarperpendicularmente a un ala

a) Perfil simtrico: Ambos intrads y extrads son iguales y simtricosy, por tanto, su curvatura media es nula.

b) Perfil asimtrico: Su intrads y extrads son distintos y, por tanto, sucurvatura media no es una recta si no una curva.

c) Curvatura media: Es la lnea equidistante entre el extrads y elintrads.



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< Vamos a ver el principio de Bernouilli aplicado a un perfil del ala.

El aire a travs del extrads del ala, desde el borde de ataque alborde de salida, llega al mismo tiempo que el aire a travs delintrads.

La mayor velocidad sobre el extrads produce una depresin enel mismo.

La menor velocidad sobre el intrads produce unasobrepresin en el mismo.

Esta diferencia de presin entre extrads e intrads produce lafuerza aerodinmica que dar lugar a la sustentacin.


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FUERZAS QUE ACTAN SOBRE UN AVIN

Fuerza

< & FUERZA Es toda causa que modifica el estado de reposo omovimiento de un cuerpo. La siguiente figura muestra las fuerzas sobreun avin en vuelo.



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Sustentacin

Resistencia

Peso

Empuje

& Es la fuerza aerodinmica producida por una aeronavemovindose a travs del aire y que es perpendicular a latrayectoria de la aeronave.

& Es la fuerza aerodinmica producida por una aeronave movindosea travs del aire y que es paralela a la trayectoria de la aeronave yen sentido opuesto.

& Es la fuerza producida por la atraccin gravitatoria de la tierra. Sudireccin y sentido es vertical hacia el centro de la tierra.

& Es la fuerza proporcionada por la planta de potencia de la aeronave(motores a reaccin o hlice) y que desplaza el avin hacia adelantea travs del aire.



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SUSTENTACIONY RESISTENCIA

<

Vamos a analizar brevemente cada fuerza por separado.

Como se ha dicho, estas fuerzas son aerodinmicas y sonoriginadas por el movimiento de una aeronave en el aire, o alrevs, del movimiento del aire alrededor de una aeronave.

Todo cuerpo en presencia de una corriente de aire genera unafuerza aerodinmica.

La fuerza aerodinmica es la presin esttica neta resultantemultiplicada por el rea del cuerpo.(Recordar Bernouilli)

El siguiente grfico ilustra lo anterior para el caso especfico de un alade avin.

SustentacinFuerza Aerodinamica

Resistencia

ALA

La sustentacin es la componente de la fuerza aerodinmica FA

perpendicular al viento relativo o trayectoria y contrarresta el pesode la aeronave.

La resistencia es la componente paralela a la trayectoria y que seopone al movimiento.



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PESO Esta fuerza es debida a la gravedad o atraccin de la tierra sobre lamasa de un cuerpo.

El peso es pues una fuerza (no aerodinmica) variable con laposicin del cuerpo en el espacio y segn vare la masa del cuerpo.

En el caso de la aviacin comercial y de transporte, solo se considerala variacin del peso de la aeronave en funcin del consumo decombustible. La atraccin de la gravedad se supone constante.

EMPUJE El empuje es una fuerza (propulsiva) debida a la planta de potencia.

El empuje se obtiene por la 3 ley de Newton que establece que atoda fuerza activa se opone otra fuerza reactiva igual y opuesta, y porla 2 ley, que establece que una fuerza que acta sobre una masa laacelera en la direccin de la fuerza.

La fuerza de los motores de aviacin es proporcionada por laexpansin de los gases que se queman en el motor y la masa es lamasa de aire que pasa a travs del motor reactor o de la hlice. Laaceleracin es la variacin de la velocidad del aire.


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INTERACCIN DE FUERZAS

Vamos a ver a continuacin lainteraccin de estas fuerzas, pues lascaractersticas de vuelo del avin dependen de estas interacciones.

Para comprender la interaccin entre las fuerzas y su influencia en lascaractersticas del vuelo debemos recordar la 1 y 2 leyes de Newton.

Si las fuerzas L, W, T y D se encuentran en equilibrio el avinmantiene una velocidad uniforme y un nivel de vuelo uniforme. Si

alguna de ellas vara, las caractersticas del vuelo cambian.- Cuando el empuje T excede a la resistencia, la velocidad de

la aeronave aumentar y el avin acelerar horizontalmente,siempre que la sustentacin y el peso estn equilibrados.

- Cuando la resistencia excede al empuje, el avin decelerarhorizontalmente, siempre que el peso y la sustentacin estnequilibrados.

- Cuando la sustentacin excede al peso el avin subir.

- Cuando el peso excede a la sustentacin el avin descender.



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VIENTO RELATIVO Y NGULO DE ATAQUE

Cuerda

Borde de salida

Borde de ataque

Trayectoriaaeronave

Viento Relativo

Angulo deataque

Vientorelativo

< Cuerda

ngulo deataque

& El viento relativo es la direccin del flujo de aire que le llega a un perfildel ala debido al movimiento de la aeronave. Su direccin es siempreparalela a la trayectoria de la aeronave y en sentido opuesto.

& Lnea de la cuerda (o cuerda) es una lnea recta imaginaria que une elborde ataque con el borde de salida de un perfil o seccin transversaldel ala.

& ngulo de ataque es el ngulo agudo comprendido entre la direccindel viento relativo incidente y la cuerda del perfil.

Vuelo Nivelado

V R

V R VueloAscendente

= Angulo de Subida

= A. O. A. = A. O. A.

< El grfico muestra como a diferentes condiciones de vuelo (vuelonivelado y subida) el ngulo de ataque puede ser el mismo y no debeconfundirse con el ngulo de subida.


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DENSIDAD DEL AIRE

Presin,temperatura ydensidad

<

Densidad

Las propiedades ms importantes del aire que afectan alcomportamiento aerodinmico son la presin, temperatura y densidad.

El siguiente grfico representa la variacin de estas propiedadescon la altura en la atmsfera estndar definida por OACI.

Como dato representativo a 18.000 pies de altura la presin es lamitad que al nivel del mar y a 22.000 pies la densidad es la mitad.

Se observa que al ascender 1.000 pies, la temperatura disminuye

unos 2 C, permaneciendo constante a partir de los 36.000 piescon un valor de -56, 5C.

Ver Tabla (I.S.A) - pg 21

& La densidad del aire es la propiedad ms importante para laaerodinmica y se la define como la masa del aire por unidad devolumen. Se representa por la letra .

Las fuerzas aerodinmicas que se originan sobre el avin,sustentacin y resistencia, dependen del valor de la densidad del aire.

El aire se puede considerar como un gas perfecto y, por la leyuniversal de los gases, se deduce que su densidad es directamenteproporcional a la presin e inversamente proporcional a latemperatura.



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AltitudDensidad

& La altitud densidad es aquella que correspondera en la ISA a unadeterminada densidad del aire.

La densidad del aire decrece cuando la temperatura, altitud yhumedad aumentan.

Cuando la densidad del aire decrece (altitud densidad alta) lasactuaciones de la aeronave disminuyen.

Cuando la densidad del aire crece (altitud densidad baja) lasactuaciones de la aeronave aumentan.

La altitud densidad es el factor ms importante que afecta a lasactuaciones de la aeronave, pues est relacionada con:

La potencia del motor. (Empuje)

La capacidad de sustentacin.

Una combinacin dealta temperatura, alta altitud y alta humedad hacen crtica la maniobra de despegue .


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VELOCIDAD DEL AIRE

La velocidad del aire es un parmetro decisivo para obtenersustentacin en un ala.

Un incremento en la velocidad produce un incremento en lasustentacin.

Recordando el principio de Bernouilli a ms velocidaden extrads => menor presin => mayor sustentacin.

A mayor velocidad => mayor diferencia de presiones en-tre extrads e intrads => mayor sustentacin.

Cae fuera del alcance de este curso la obtencin de la frmula de lasustentacin como fuerza aerodinmica, pero al objeto desimplificar, y de tener una idea conceptual del efecto de losparmetros vistos hasta ahora v, se indica:

L= sustentacin = K v2

K = cte. = densidadv =velocidad = ngulo de ataque

Cuanto mayores sean v, , el avin consigue mayor sustentacin.

A una misma velocidad y ngulo de ataque, la sustentacin es mayoral nivel del mar que en altitud.

Para una misma sustentacin y nivel de vuelo ( ) cuanto menor seala velocidad mayor ngulo de ataque se necesita.


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ENTRADAS EN PERDIDA

Prdida desustentacin

< Elmayor peligro, y a la vez la causams comn de accidente de unaaeronave, es la prdida de sustentacin .

La prdida de sustentacin se produce cuando el ala no proporcionala suficiente sustentacin para seguir manteniendo el avin en vuelo.

La prdida de sustentacin se produce siempre al sobrepasar elngulo de ataque crtico.

La entrada en prdida de una aeronave puede producirse a cualquier

altitud y en cualquier situacin. La prdida se produce porque, al sobrepasar el ngulo de ataque

crtico, la corriente de aire sobre el extrads del ala no fluye de formacontinua, producindose torbellinos, y la corriente no queda adheridaal ala. Esto produce una prdida repentina de sustentacin y unaumento de resistencia.

Si el ngulo de ataque aumenta mucho (por encima del ngulocrtico) o la velocidad disminuye por debajo de la velocidad deprdida, el avin entra en prdida.

Sin embargo, el piloto aterriza la aeronave dejndola entrar enprdida a muy poca altura sobre la pista.

ATENCIN El alumno debe recordar en todo momento que, velocidad de vuelo yngulo de ataque, son dos magnitudes variables, ntimamenterelacionadas e inversamente proporcionales.

- A mayor velocidad => menor ngulo de ataque- A menor velocidad => mayor ngulo de ataque


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u Por tanto:

Si la velocidad de vuelo de la aeronave es pequea , el ngulo deataque necesario debe ser tan grade que sobrepasa el ngulo de ataque critico y el avin entrar en prdida.

Las maniobras bruscas o repentinas pueden producir cambiosen el ngulo de ataque. As un cambio de direccin puede producirincrementos de sustentacin que, al requerir un ngulo tan grande,provocar la entrada en prdida.

u Las situaciones ms susceptibles de entrada en prdida son:

Durante el despegue.

Durante la aproximacin final.

A bajas velocidades.

En virajes.

En turbulencia.

El ngulo de entrada en prdida es constante y no dependede la actitud del avin ni del peso. As, para un ala dada, esdecir un avin dado (p. ej. B-727), si no se cambia la curvaturadel ala el ngulo de ataque crtico es fijo.

La velocidad de prdida no es constante y depende del peso ode la altura. A mayor peso la velocidad de prdida aumenta y amayor altura tambin.

Para conseguir sustentacin suficiente a velocidades bajas, oen actitudes que implicaran sobrepasar el ngulo de ataquecrtico, se emplean dispositivos que modifican la curvatura(Flaps) con lo que se consigue mayor sustentacin para elmismo ngulo de ataque.


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FACTOR DE CARGA

Factor decarga

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& El factor de carga se define como la relacin entre la sustentacin yel peso.

La siguiente figura muestra las fuerzas que actan sobre un avin enun viraje coordinado y a altura constante.

En vuelo horizontal la sustentacin equilibra el peso y seopone a ste.

En viraje, la componente vertical de la sustentacin es la queequilibra el peso.

Por tanto, para hacer un viraje manteniendo la altura, la sustentacintotal deber aumentar hasta que la componente efectiva iguale alpeso.

Sustentacin Sustentacin efectiva

Angulo de inclinacin

Peso


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