7/18/2019 Como o Por Que Vuela Un Avion

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¿Cómo vuela un avión?

Este sitio explica el funcionamiento del avión, sus componentes y su entorno. Desde un punto de v

sencillo se desarrollan conceptos cientícos de forma divulgativa de porqué vuelan los aviones. El

propósito es aprender y divertirse con el transporte aéreo que está en auge.

Una máquina de cientos de toneladas, un avión que viaa cerca de los !"""#m$% a alturas de !&""

metros desde el nivel del mar a temperaturas de '(()*.

¿Porqué vuela el avión?

+ara empear- qué es volar/, se entiende 0otar y viaar de forma controlada por el aire sin estar a

suelo.Un avión cuando está en una pista de rodadura en el aeropuerto está pegado al suelo porque

gravitatoria que le empuea %acia a1ao y el suelo equili1ra esa fuera. 23, así que para que el avió

volar de1e de %a1er una fuera que sea mayor que la gravitatoria y que empue al avión %acia arri

es la sustentación .

4a sustentación empua al ala 5un avión típico de transporte tiene sólo un ala, no dos6. El ala sostie

resto de componentes del avión. 7 el avión vuela.

+ero la pregunta en sí es ¿cómo es capaz de sostenerse el avión en el aire, una máquina qu

orden de cientos de toneladas?.

8 primera vista parece que el aire es muy poca cosa como para que vuele un avión en el aire. 9in e

sumas muc%as pocas cosas tienes muc%o aire, es decir-

• 9i agitas la mano apenas sientes el aire.

• 9i sacas la mano por la ventana del coc%e cuando va a !&" #m$% sientes una fuera import

• 9i pudieras sacar la mano por la ventanilla de un avión de transporte 5:;(" #m$%6 sentirías

fuera muy importante en tu mano.

*onclusión, para usar el aire como medio generador de fueras para que vuelen los aviones %ay qu

velocidades elevadas.

4a sustentación es una fuera que eerce el aire so1re el ala de los aviones. Una fuera es una pres

supercie. El ala del avión al volar tiene una supercie por arri1a, extradós, y por a1ao, intradós. <0uidos es más cómodo pensar en presiones. 9i el avión está en la pista de despegue con velocidad

tanto en extradós como en el intradós es la presión am1iente. 8%ora mismo estás sometido a una

atmosférica en toda la supercie de tu piel. 7 no te empua %acia nig=n lado porque es la mismo p

4a fuera resultante de esta presión atmosférica es nula.

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*uando el avión

#m$% la distri1ución de presiones en el ala es tal que %ay una fuera resultante %acia arri1a que co

fuera de la gravedad. Esa distri1ución de presiones %ace que en el intradós %aya más presión que

atmosférica y en el extradós %ay menos presión que la atmosférica. El aire que está 1ao el ala em

avión %acia arri1a y vuela. El aire que está so1re el ala succiona al ala %acia arri1a. 4a succión supo

sustentación, es decir, es importante el aire aire que %ay por de1ao y por arri1a. 8sí que, la suste

suma de la fuerza generada por el aire que empuja por debajo y la fuerza de succion depor arriba del ala del avión.

Esta distri1ución de presiones se consigue con la geometría del ala. El estudio de este fenómeno e

esde el punto de vista anal!tico "matemático clásico#$ %l per&l del ala del avión tiene tr

componentes' el espesor, el ángulo de ataque y la curvatura.

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%l espesor es simétrico, no generará diferencia de presiones en el aire, no contri1uye a la sustent

aviones. @o vuelan por el espesor.

%l ángulo de ataque. <ace que la presión en el extradós sea menos que en el intradós. 9í generael avión. *uando sacas la mano por la venta del coc%e y la inclinas más o menos notas como a áng

cero sólo %ay una fuera de resistencia %acia atras. +ero si aumentas el ángulo de ataque notas un

atras y %acia arri1a.

Curvatura$ <ace que la presión en el extradós sea menos que en el intradós. 9í genera sustentaci

aviones.

esde un punto de vista numérico "matemáticas para los ordenadores#$

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las ecuaciones que rigen el comportamiento del 0uido que rodea a los aviones- ecuaciones de @av

sa1er porque vuelan los aviones. 9e preparan para el ordenador 5se transforman en sistemas de ec

lineales- sumas y restas6. 7 se resuelven en el ordenador. Dene las condiciones- velocidad del avió

este, ... 7 o1tienes la sustentación, resistencia y el estudio de algunos fenómenos reales del avión.

ordenadores son muy lentos cómo para resolver las ecuaciones completas. 9e utilian modelos sim

estudio del vuelo de los aviones. 9on muy importantes y =tiles para los aviones.

esde un punto de vista e(perimental$

9e estudian formas geométricas para meorar lo presente para optimiar el vuelo del avión. En est

sólo se trata de tener muc%a sustentación y poca resistencia en el avión. Aam1ién se consideran fe

de los aviones, entrada en pérdida, perles transónicos, ....y sobre todo para saber porqué vue

aviones

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)!sica del *uelo

4a física del vuelo está asociada con la dinámica de gases. +ara ver aspectos puramente físicos sinreferirse especícamente al vuelo véase dic%o artículo.

4as leyes del movimiento de gases se estudian en un aparato conocido como tu1o aerodinámico, %

día más conocido como t=nel de viento o t=nel aerodinámico principalmente por el tamaBo que tie

%oy día. El primer tu1o aerodinámico fue construido por el inventor del motor co%ete en !;C 

iol3ovs3y. +ara los detalles del funcionamiento del tu1o y su utiliación ver dic%o artículo. 8quí

referiremos exclusivamente un punto de vista elemental necesario para comprender otros aspecto

las siguientes secciones.

%l tubo aerodinámico

El tu1o aerodinámico se emplea como modelo de estudio del comportamiento de los 0uidos.

• El tu1o aerodinámico fue la 1ase para comprender la física del vuelo primero y la dinámica d

gases en general después. El mismo, en la forma en que lo ela1oró iol3ovs3y es un tu1o qu

forma un circuito cerrado, un motor por lo general eléctrico mueve un compresor el cual imp

el gas en el interior del tu1o, el tu1o tiene & onas signicativamente diferenciadas, la ona

tra1ao y la ona de retorno por donde el aire retorna a ser impulsado por el compresor 5éste

como se %a aclarado es el tu1o diseBado por iol3ovx3y, otros tu1os pueden no utiliar un

circuito cerrado y por tanto tener exclusivamente la ona de tra1ao6. En la ona de tra1ao,

su longitud está dividido en cámaras cuya división se maniesta por engrosamientos o

estrec%amiento del tu1o. *ada cámara suele tener alg=n sensor para determinar la presión yla velocidad del 0uido.

• Entender el funcionamiento del tu1o se remite a entender que si el compresor transmite una

presión está varía al llegar a una cámara cuya sección es diferente, o1servándose que si la

sección se estrec%a la velocidad aumenta y al revés, el caudal se mantiene constante, por ta

se mantiene en todo momento la ecuación que regula que varían la presión cuando varía la

sección 5la cantidad de 0uo del 0uido6. 9i se realia una medida en el manómetro , se o1ser

que la presión %a caído en el estrec%amiento. Dado que la parte anc%a tiene más presión, el

0uído es empuado con mayor velocidad %acia la parte estrec%a. el mismo principio o1serva

en el terreno de la %idráulica se conoce como el principio de Fernoulli. 4a principal diferencia

los gases es que estos pueden comprimirse y dilatarse más fácilmente. 8l disminuir la presióaire se dilata y la densidad 1aa, esto conlleva un cam1io de velocidad. *olocando varios

manómetros a los largo de las cámaras, puede o1servarse dic%o comportamiento. 4a secció

más estrec%a del tu1o es conocida como sección crítica y presión crítica a la presión que reg

en dic%a ona el manómetro.

¿Por qué vuela un avión?

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8l citar este cuestionamiento son muc%as las respuestas y deniciones que se orientan al o1eto en

del vuelo de un avión. Es difícil de interpretar y explicar, pero a su ve implica un avance muy

importante para el diario vivir, defensa aeroespacial, transporte, salvamento, etc. Es así que el vue

propiamente tal se interpreta como el efecto físico que se ve con respecto a un cuerpo u o1eto al

su normal igual a cero. De acuerdo a lo anterior %ago referencia a uno de los componentes que

intervienen en la elevación de un aeroplano, llamamos a este concepto sustentación. Este término%ace referencia a un teorema que posee directa relación con el efecto de Fernoulli este consiste en

principio 1ásico del comportamiento de 0uidos. En efecto lo anterior sugiere que producto de una

diferencia de presiones en un perl alar del avión o aeroplano, de1e cumplirse lo siguiente-

!. +roducto del paso o corte del movimiento de la corriente de aire relativa a un perl alar su

velocidad es igual y en sentido opuesto a la velocidad de la aeronave. Es por ello que al pasa

0uido por un estrec%amiento las partículas aumentan su velocidad.

&. 4as alas están diseBadas para que o1liguen al viento a 0uir con mayor velocidad so1re la

supercie superior que so1re la supercie inferior, por lo que la presión so1re esta =ltima es

mayor que so1re la superior.

Esto %ace un el re0eo a la fuera aerodinámica generada cuando una corriente de aire 0uye so1r

por de1ao de un perl. El punto donde este se divide se le designa Gpunto de impactoH. 4a fuera

aerodinámica es la resultante de dos fueras que desempeBan un rol importante y estas son-

sustentación y resistencia al avance.

%l principio de +ernoulli

8rtículo principal- Principio de Bernoulli

El principio de Fernoulli puede representarse mediante la siguiente fórmula-

• 9i poseemos un perl alar con sus supercies iguales a la aeronave, necesariamente de1erá

aumentar su ángulo de ataque.

• De este modo podemos %acer referencia que la presión es preponderante en la producción d

sustentación lo que se desprende del análisis de la siguiente ecuación-

donde- L es la sustentaciónI , el coeciente de sustentación, ρ, densidad del aireI J, la velocidaaeronaveI y 9, la supercie alar.

8demás a mayor altura la densidad del aire disminuyeI por lo cual la sustentación disminuye, para

mantener el vuelo recto y nivelado se de1erá aumentar la velocidad.

Demostrando el efecto que se produce para elevar un aeroplano podemos armar que a través de

inicios de la conquista de los cielos el avión y otros ve%ículos voladores, más pesados que el aire,

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todavía están en su uventud. Es por esto que podemos decir que tras los decenios pasados y los q

quedan por vivir se esperan progresos nota1les en este campo, es por ello que para que vuele un a

prevalecerá que-

y, por tanto, la sustentación iguala al peso.

+orqué vuela un avión o un %elicóptero

Son más pesados que el aire y sin embargo vuelan. A qué se debe? En este captulo veremos las le

ásicas de la aerodinámica que posibilitan el vuelo tanto a nuestros modelos como a un !umbo que

uede llegar a pesar "asta #$% toneladas a la "ora del despegue.

+ara que un o1eto permaneca en vuelo, simplemente la fuera vertical que lo eleve tendrá que s

gual o mayor que la fuera de su peso.

*ómo se crea esa fuera vertical que sostendrá al avión/ El ala tiene una forma de sección especia

erl alar, que al paso del aire crea la fuera de sustentación. 4a curvatura de este perl o1liga al aire

asar a mayor velocidad por encima que por de1ao causando una diferencia de presiones, más 1aa

rri1a que a1ao, con lo cual el ala tenderá a su1ir.

*omo %emos visto, la condición para que esto ocurra es que el aire pase a una cierta velocidad po

a. *uanto mayor la velocidad mayor la sustentación 5dentro de unos límites físicos, claro está6. 8si q

erá necesario impulsar el avión %acia delante con una fuera de tracción, en contra de la resistencia

re, para que el ala pueda crear la fuera de sustentación necesaria para vencer el peso del avión y

ueda elevarse. 4a fuera de sustentación siempre será perpendicular al perl alar.

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 7 esto en fondo es todo el secreto... *uando la tracción, la resistencia al aire, la sustentación y el p

stán en equili1rio, el avión volará a una velocidad y altura constante.

*omo ya se mencionó más arri1a, la velocidad con la que pasa el aire por el ala, in0uye la

ustentación. 8 su ve, para que el avión se eleve, la sustentación de1erá de ser mayor que el peso.

%ora se entiende que es importante que el avión sea lo más ligero posi1le. 8si la potencia de tracció

odrá ser menor. +or otro lado, cuanto más aerodinámica sea la forma del avión, menos resistencia a

endrá y menos potencia se derroc%ará.

 7 en un %elicópero/ Fásicamente sucede lo mismo. 4a diferencia reside en que el paso del aire par

rear sustentación no se consigue impulsando todo el aparato %acia delante, sino impulsando las alas

rcularmente. Es por esto que ya no se %a1la del ala, sino del rotor.

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 7 a%i tam1ién está la raón por la cual un %elicóptero es capa de elevarse verticalmente sin neces

e una pista de despegue para ganar velocidad previamente. 8%ora se puede pensar que un %elicópe

s muc%o más simple que un avión, sin em1argo, la compleidad surge a la %ora de controlar el vuelo

qui %ay grandes diferencias entre los aviones y los %elicópteros, por lo cual se tratan en dos capítulo

or separado.

¿Por qué vuela un avión?

+or KLic%o M !; de Nunio de &"!&

<ace unos días una compaBera me pidió que le conrmara si era cierto aquello que se dice de que

viones vuelan porque la forma del ala %ace que el aire que pasa por la parte de arri1a del esta vaya

ápido que en que pasa por a1ao para llegar al mismo tiempo a la parte posterior del ala, lo que se

enomina el 1orde de fuga.

Este aumento de velocidad, seg=n esta explicación, causa una caída de presión en la parte superio

a que %ace que se genere la sustentación gracias a la fuera que eerce el aire que de la parte infer

el ala, que seg=n esta explicación estaría a más presión.

Esta es una explicación que se encuentra en muc%os sitios, pero tiene el pequeBo inconveniente d

ue no es cierta, y no %ay que pararse muc%o a pensarlo- de serlo, los aviones no podrían volar ennvertido, y aquellos que tuvieran perles alares simétricos, que los %ay, tampoco podrían volar, pues

re tardaría lo mismo en recorrer la parte inferior que la superior del ala, por no %a1lar de los avione

apel, que vuelan con alas perfectamente planas.

8sí que la remití a la magníca anotación s! vuela un avión de 4a +iarra de 7uri, que lo explica

erfectamente, y que aquí resumo, espero que sin meter muc%o las patas.

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Fásicamente, dice que %ay tres explicaciones que se utilian normalmente para eso de que los avio

uelen, y las tres son erróneas-

• 4a Oexplicación JenturiP, que arma que al tener la parte superior del ala 5el extradós6 una

curvatura mayor que la inferior y por lo tanto ser más larga acelera el aire al cortarlo, creand

una ona de presión menor como si fuera una 1oquilla de Jenturi, lo que tendría un efecto

ventosa que tiraría del ala %acia arri1a generando la sustentación. El pro1lema es que el ala

es una 1oquilla de Jenturi, con lo que no se produce tal efecto, aparte de que de ser cierta n

permitiría volar en invertido ni a aviones con alas de perl simétrico, entre otras cosas.

• 4a Oexplicación FernoulliP, muy similar a la anterior, que de nuevo dice que al ser la parte

superior del ala más larga que la inferior el aire tiene que acelerar al pasar so1re ella para v

a encontrarse con el aire que pasa por de1ao, creando la sustentación gracias al principio d

Fernoulli. En este caso, aunque sí es cierto que se produce un empue a causa del efecto

Fernoulli, este es muc%o más pequeBo de lo que sería necesario para levantar un avión, y n

volveríamos a encontrar con el pequeBo pro1lema de que %aría imposi1le el vuelo invertido.

otra parte, se %a compro1ado experimentalmente que en realidad las moléculas de aire que

por la parte superior del ala van muc%o más rápido que las de a1ao y se escapan del ala po

1orde de salida muc%o antes que las que van por a1ao.

• O@eQton en el intradósP- esta tercera teoría dice que las moléculas de aire que c%ocan con

parte inferior de ala 5el intradós6 producen un empue %acia arri1a que genera la sustentació

que estaría muy 1ien de no %a1er otras moléculas %aciendo lo mismo en la parte superior de

que anulan este efecto, al menos a las velocidades y alturas %a1ituales a las que viaan avio

%elicópteros y demás. 4a excepción serían vuelos a gran altura y velocidad, tipo trans1ordad

espacial, ya que en esas condiciones de gran altura y velocidad con 1aa presión y densidad

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aire sí %ay una gran diferencia entre el n=mero de moléculas de aire que golpean el intradós

ala y el extradós.

8sí que, cómo rayos vuela un avión/

+ues la explicación correcta tiene tam1ién que ver con @eQton y la acción y la reacción, pero tam1

on el ángulo del ala frente al aire que le viene de frente, lo que se llama ángulo de ataque.

*uando un o1eto se mueve a través de un 0uido, y el aire lo es, las moléculas del 0uido tienden a

ermanecer en contacto con el o1eto en cuestión de1ido al efecto *oandR, lo que en el caso del ala

rovoca un desplaamiento %acia a1ao del aire que pasa por su parte superior.

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l e&ecto 'oand( en acci)n con un c"orro de agua y una cuc"ara. En este caso es el *uido el que se

mueve desde nuestro punto de vista+ pero es igual+ pues ya di,o Einstein que todo es relativo - oto

oanda spoon+ '' B/-SA 0.$ por A1da%%%0

El desplaamiento de esta masa de aire %acia a1ao, y pueden ser muc%os 3ilos por segundo los qu

esplacen, produce un fuera %acia a1ao que es contrarrestada por otra fuera %acia arri1a produci

or la tercera ley de @eQton, tam1ién conocida como la 4ey de acción y reacción, y esta fuera que

mpua %acia arri1a es la responsa1le fundamental de que un avión vuele.

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a 2"élice3 de los "elic)pteros es en realidad un ala giratoria que &unciona por el mismo principio qu

e un avi)n

8demás del ángulo de ataque la cantidad de aire desplaado depende tam1ién de la velocidad del

vión, por eso cuanto más lento va aun avión mayor tiene que ser el ángulo de ataque para generar

ustentación suciente, y por eso se utilian tam1ién 0aps y otros dispositivos para aumentar la

ustentación del ala a velocidades 1aas.

 Aodo esto tiene, por supuesto muc%os matices. +ero además, como se puede ver en los comentario

anotación enlaada, a=n genera muc%as discusiones más de cien aBos después de que volara el prvión.

 

Sntroducción - 4os aviones vuelan por una

uera llamada sustentación que provoca que los aviones se eleven y no caigan.

aráfrasis.

a fuera de la sustentación esproporcional a la velocidad, a la densidad del aire T a una supercie d

eferencia llamada supercie alar. +or lo tanto, para que un avión se mantenga en el aire, necesita ir

ápido, para queasí su sustentación sea lo sucientemente grande como para vencer al peso 5a la

ravedad6. +or eso, cuando un avión va despacio, éste entra en pérdida T cae siendo incapa de sopo

u peso

asustentación aparece porque la presión en la cara superior del ala 5extradós6 es inferior a la de la c

nferior 5intradós6.

sa diferencia de presiones %ace que apareca dic%a fuera. +ero, porqué pasa eso/ Esto es de1ido

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ue la velocidad del aire que va por el extradós es mayor que la del intradós. . 7 cómo consiguen los

ngenieros que el aire vaya más rápido por arri1a/ uy fácil,simplemente curvando un poco el ala. +o

so, los perles alares tienen esa forma. Vracias a la curvatura, el aire va más deprisa en el extradós

resión es menor y de1ido a esa diferencia de presionesaparece la sustentación que %ace que los avi

uelen.

íntesis.os aviones vuelan por una fuera que se %ace en ellos llamada sustentación, que es la que %ace que

uedan volar y no se caigan.<ay una diferencia de presiones en la parte de arri1a y tam1ién en la pa

e de1ao de ala, al ser mayor la de la parte de arri1a, el avión vuela.

avión necesita ir muy rápido para que lafuera de sustentación sea muc%o más grande T pueda

oportar el peso del avión.

e lo contrario si la fuera de sustentación es más pequeBa o noes la suciente, el avión cae por qué

uede soportarsu propio peso.

onclusión

ues mi conclusión es que gracias a la curvatura que las personas que fa1rican los aviones le %acen a

as de los mimos, el aire pasa más rápido por la parte de...