TEMA 03 Aerodinamica

7/25/2019 TEMA 03 Aerodinamica

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FUNDAMENTOS DE VUELOFUNDAMENTOS DE VUELO

Principios aerodinmicos.Principios aerodinmicos.

Teorema de Bernoulli.Teorema de Bernoulli.

Efeco VenuriEfeco Venuri

Le!es de Ne"on.Le!es de Ne"on.

Sesi#n N$ %&Sesi#n N$ %&

'rl FAP ( Oscar )e*illa A.


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'OMPETEN'+A'OMPETEN'+A

'onoce e idenifica los principios ,sicos de la'onoce e idenifica los principios ,sicos de la

Aerodinmica.Aerodinmica.


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AERODINAMICAAERODINAMICA

QUE ES ?

Es la parte de la mecnica de fluidos que estudia el aire enmovimiento y las fuerzas o reacciones a las que estn sometidos los

cuerpos que se hallan en su seno.

Hay ciertas leyes de la aerodinmica, aplicables a cualquier objetomovindose a travs del aire, que explican el vuelo de los objetosmas pesados que el aire.

Es importante que el Piloto obtena el mejor conocimiento posiblede las leyes y principios aerodinmicos para entender, analizar ypredecir el rendimiento de un aeroplano en vuelo.


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Teor-as de Bernoulli ! de Ne"on

! Existen dos teor"as acerca de la creaci#n de la sustentaci#n$ la de%ernoulli y la de &e'ton.

! En relaci#n con el teorema de %ernoulli y la teor"a de &e'ton loimportante es comprender que la creaci#n de la sustentaci#n dentro dela atm#sfera terrestre depende tanto de la superficie de arriba comola de abajo del ala y de las diferentes reas de presiones que se crean.

! ( pesar de que ninuna de las dos teor"as se pueden considerarcompletamente perfectas ayudan, no obstante, a comprender elfen#meno de c#mo se crea la sustentaci#n que permite a los avionesmantenerse en el aire.


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Teorema de Bernoulli

Para que se mantenga la constante

K , si una partcula aumenta su V

ser acosta de disminuir su P, y a la

inversa.

) *a presi#n interna de un fluido decrece en la medida que la

velocidad del fluido se incremente)En un fluido en movimiento, la suma de la presi#n y la velocidad en un

punto cualquiera permanece constante+

p + v = k

P presi#n en un puntoPd presi#n dinmicad densidad- velocidadPd presi#n dinmica p + 1! dv" = k# 1! dv" = pd


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$ %i las partculas de aire aumentan su velocidad ser a

consecuencia de disminuir su presi&n y a la inversa.

! (lta velocidad del aire implica baja presi#n %aja velocidad del aire implica alta presi#n.


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Efecto VenturiEfecto Venturi/iovanni %attista -enturi, comprob#

experimentalmente que al pasar por unestrechamiento las part"culas de un fluidoaumentan su velocidad.


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Leyes de NewtonLeyes de Newton

! Inercia Est!tica"0endencia natural de un objeto a mantener un estado de reposo o apermanecer en movimiento uniforme. 1e da cuando la aeronave estaen plataforma, o su fase de vuelo es crucero.

! Ace#eraci$n Din!%ica"*a aceleraci#n de un cuerpo es directamente proporcional a lafuerza que act3a sobre el e inversamente proporcional a su masa.1e da en virajes y despeues.

! Acci$n Reacci$n"Para toda fuerza siempre existir una fuerza iual y opuesta adicha fuerza. En todas las etapas del vuelo.


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'() )% V*-

1e entiende flotar y viajar de forma controlada por el aire sin estarapoyado en el suelo.

4n avi#n cuando est en una pista de rodaje en el aeropuerto estpeado al suelo porque hay una fuerza ravitatoria que le empujahacia abajo y el suelo equilibra esa fuerza. (s" que para que el avi#n

empiece a volar debe de haber una fuerza que sea mayor que laravitatoria y que empuje al avi#n hacia arriba. Esta fuerza es lasustentaci#n.


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*a fuerza de la sustentaci#n es proporcional a la velocidad, a la densidaddel aire y a una superficie de referencia llamada superficie alar.Por lo tanto, para que un avi#n se mantena en el aire, necesita ir muyrpido, para que as" su sustentaci#n sea lo suficientemente rande como

para vencer al peso 5a la ravedad6.Por eso, cuando un avi#n va despacio, ste entra en prdida y cae siendoincapaz de soportar su peso.

Pero... 7por qu aparece la sustentaci#n8

*a sustentaci#n aparece porque la presi#n en la cara superior del ala5extrad#s6 es inferior a la de la cara inferior 5intrad#s6.

Esa diferencia de presiones hace que aparezca dicha fuerza.Pero, 7por qu pasa eso8

Esto es debido a que la velocidad del aire que va por el extrad#s esmayor que la del intrad#s. (l ser la velocidad mayor, como %ernoulli

demostr# en su ecuaci#n, la presi#n disminuye. Esto se conoce comoefecto %ernoulli.


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&or 'ue (ue#an #os a(iones ?&or 'ue (ue#an #os a(iones ?Para que un objeto permanezca en vuelo, simplemente la

fuerza vertical que lo eleve tendr que ser iual o mayorque la fuerza de su peso.


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&or 'ue (ue#an #os a(iones ?&or 'ue (ue#an #os a(iones ?9#mo se crea esa fuerza vertical que sostendr al avi#n8

El ala tiene una forma de secci#n especial, el perfil alar, queal paso del aire crea la fuerza de sustentaci#n.

*a curvatura de este perfil oblia al aire pasar a mayor

velocidad por encima que por debajo causando unadiferencia de presiones, ms baja arriba que abajo, con locual el ala tender a subir.


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&or 'ue (ue#an #os a(iones ?&or 'ue (ue#an #os a(iones ?

4n perfil aerodinmico, es un cuerpo que tiene un dise:odeterminado para aprovechar al mximo las fuerzas que seoriinan por la variaci#n de velocidad y presi#n cuando esteperfil se sit3a en una corriente de aire.


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&or 'ue (ue#an #os a(iones ?&or 'ue (ue#an #os a(iones ?*a condici#n para que esto ocurra es que el aire pase a unacierta velocidad por el ala.9uanto mayor la velocidad mayor la sustentaci#n. (s" queser necesario impulsar el avi#n hacia delante con unafuerza de tracci#n, en contra de la resistencia al aire, paraque el ala pueda crear la fuerza de sustentaci#n necesaria

para vencer el peso del avi#n y pueda elevarse.*a fuerza de sustentaci#n siempre ser perpendicular alperfil alar.


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&or 'ue (ue#an #os a(iones ?&or 'ue (ue#an #os a(iones ?9uando la tracci#n, la resistencia al aire, la sustentaci#n y

el peso estn en equilibrio, el avi#n volar a una velocidad yaltura constante.

*a velocidad con la que pasa el aire por el ala, influye lasustentaci#n. ( su vez, para que el avi#n se eleve, la

sustentaci#n deber de ser mayor que el peso.


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&or 'ue (ue#an #os a(iones ?&or 'ue (ue#an #os a(iones ?;e este flujo de aire, el que discurre por la parte superiordel perfil tendr una velocidad mayor 5 efecto -enturi 6 queel que discurre por la parte inferior. Esa mayor velocidadimplica menor presi#n 5 teorema de %ernoulli.6

*a superficie superior del ala soporta menos presi#n que la

superficie inferior. Produce una fuerza aerodinmica queempuja al ala de 5abajo6 hacia 5arriba6, conforme a la


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> en un helic#ptero8%sicamente sucede lo mismo. *a diferencia reside en que

el paso del aire para crear sustentaci#n no se consiueimpulsando todo el aparato hacia delante, sino impulsandolas alas circularmente. Es por esto que ya no se habla delala, sino del rotor.

> ah" tambin est la raz#n por la cual un helic#ptero escapaz de elevarse verticalmente sin necesidad de una pistade despeue para anar velocidad previamente.


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RESUMENRESUMEN!1e3n %ernoulli, alta velocidad implica baja presi#n y viceversa.

! -enturi demostr# que un fluido al pasar por un estrechamiento esacelerado.

! ( una fuerza de acci#n se le opone otra de reacci#n de iual

intensidad pero en sentido contrario, se3n la


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RESUMENRESUMEN

!9ada porci#n de aire sufre un cambio temporal en su velocidad alser incidida por el ala. (l alcanzar el borde de salida tendera arecuperar la velocidad del aire libre.

!4n ala movindose a travs del aire produce un flujo circulatorio

proporcional al nulo de ataque y la velocidad con que incide sobreeste aire. Este flujo circulatorio es mas rpido por la parte superiorque por la inferior del ala. *a diferente velocidad produce diferentepresi#n y esta presi#n diferencial produce sustentaci#n.

!*a deflexi#n hacia abajo del flujo de aire en el borde de salida delala, produce una fuerza de reacci#n hacia arriba que tambin enerasustentaci#n.


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FUNDAMENTOS DE VUELOFUNDAMENTOS DE VUELO

Fueras /ue ac0an en *uelo.Fueras /ue ac0an en *uelo.

Facores /ue afecan la susenaci#n.Facores /ue afecan la susenaci#n.

'enro de presiones'enro de presiones

'enro de 1ra*edad.'enro de 1ra*edad.)esisencia.)esisencia.

Empu2e o racci#n.Empu2e o racci#n.

Sesi#n N$ %3Sesi#n N$ %3

'rl FAP ( Oscar )e*illa A.


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'OMPETEN'+A'OMPETEN'+A

'onoce e idenifica las fueras /ue ac0an so,re un a*i#n'onoce e idenifica las fueras /ue ac0an so,re un a*i#n

en *uelo.en *uelo.


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)UER*AS QUE AC+UAN EN VUELO)UER*AS QUE AC+UAN EN VUELO

;e todas las fuerzas que act3an sobre un aeroplano en vuelo, las bsicas yprincipales son $


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)UER*AS QUE AC+UAN EN VUELO)UER*AS QUE AC+UAN EN VUELO

4n aeroplano como cualquier otro objeto, se mantiene esttico en elsuelo debido a la acci#n de @ fuerzas $ su,eso, debido a la ravedad, quelo mantiene en el suelo y la inercia o resistencia al avance que lomantiene parado.Para que vuele ser necesario contrarrestar el efecto de estas @fuerzas neativas, peso y resistencia, mediante otras @ fuerzaspositivas de sentido contrario, sustentaci$n y e%,u-erespectivamente.


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SUS+EN+ACI.NSUS+EN+ACI.NLa sustentaci$n es #a fuer/a 0acia arri1a creada ,or un ,erfi#aerodin!%ico cuando se des,#a/a a tra(2s de# aire3

Es la fuerza desarrollada por un perfil aerodinmico movindose enel aire, ejercida de abajo arriba, y cuya direcci#n es perpendicular alviento relativo y a la enveradura del avi#n 5no necesariamenteperpendiculares al horizonte6. 1e suele representar con la letra *del inls *ift 1ustentaci#n.


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SUS+EN+ACI.NSUS+EN+ACI.NHay tres perfiles aerodinmicos principales en un avi#n$ las alas,hlice y las superficies horizontales del empenaje o cola.

El patr#n del flujo empleado depende de la forma del aeroplano y suactitud con respecto al flujo de aire relativo.


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Actitud de# a(i$n$Este trmino se refiere a la orientaci#n o referencia anular de los ejeslonitudinal y transversal del avi#n con respecto al horizonte, y se especificaen trminos de$ posici#n de la nariz 5pitch6 y posici#n de las alas 5banA6.

Viento re#ati(o$Es el flujo de aire que produce el avi#n al desplazarse. El viento relativo esparalelo a la trayectoria de vuelo y de direcci#n opuesta.

+rayectoria de (ue#o"Es la direcci#n seuida por el perfil aerodinmico durante su desplazamientoen el aire es decir es la trayectoria que siuen las alas y por tanto el avi#n.


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4n5u#o de incidencia"

Es el nulo audo formado por la cuerda del ala conrespecto al eje lonitudinal del avi#n.

Este nulo es fijo, pues responde a dise:o y no esmodificable por el piloto.


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4n5u#o de ata'ue"

Es el nulo formado por la cuerda del ala y la direcci#n delviento relativo.

Este nulo es variable, pues depende de la direcci#n delviento relativo y de la posici#n de las alas con respecto aeste, ambos extremos controlados por el piloto.


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)actores 'ue afectan a #a sustentaci$n)actores 'ue afectan a #a sustentaci$n! )or%a de# ,erfi# a#ar

! Su,erficie a#ar! Densidad de# aire! Ve#ocidad de# (iento re#ati(o! An5u#o de ata'ue

9* $ 9oeficiente de 1ustentaci#n


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La for%a de# ,erfi# de# a#a "Hasta cierto l"mite, a mayor curvatura del perfil mayordiferencia de velocidad entre las superficies superior einferior del ala y por tanto mayor diferencia de presi#n, o loque es iual mayor fuerza de sustentaci#n.

La su,erficie a#ar "9uanto ms randes sean las alas mayor ser la superficiesobre la que se ejerce la fuerza de sustentaci#n. Pero hay

que tener en cuenta que perfiles muy curvados o alas muyrandes incrementan la resistencia del avi#n al ofrecermayor superficie enfrentada a la corriente de aire.

)actores 'ue afectan a #a sustentaci$n)actores 'ue afectan a #a sustentaci$n


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La densidad de# aire:9uanto mayor sea la densidad del aire, mayor es el n3merode part"culas por unidad de volumen que cambian velocidadpor presi#n y producen sustentaci#n.

La (e#ocidad de# (iento re#ati(o"( mayor velocidad sobre el perfil, mayor es la sustentaci#n.

E# !n5u#o de ata'ue "1i se aumenta el nulo de ataque es como si se aumentarala curvatura de la parte superior del perfil, o sea elestrechamiento al flujo de aire, y por tanto la diferencia depresiones y en consecuencia la sustentaci#n.

)actores 'ue afectan a #a sustentaci$n)actores 'ue afectan a #a sustentaci$n


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Centro de &resionesCentro de &resiones

1e denomina centro de presiones al punto te#rico del ala donde se consideraaplicada toda la fuerza de sustentaci#n.( efectos te#ricos, aunque la presi#n act3a sobre todo el perfil, se consideraque toda la fuerza de sustentaci#n se ejerce sobre un punto en la l"nea de lacuerda 5resultante6.

*a posici#n del centro de presiones se suele dar en B de la cuerda del ala apartir del borde de ataque.

( medida que aumenta o disminuye el nulo de ataque se modifica ladistribuci#n de presiones alrededor del perfil, desplazandose el centro depresiones, dentro de unos l"mites, hacia adelante o atrs respectivamente


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&eso&esoEs la fuerza de atracci#n ravitatoria sobre un cuerpo, siendo sudirecci#n perpendicular a la superficie de la tierra, su sentido

hacia abajo, y su intensidad proporcional a la masa de dichocuerpo.

Esta fuerza es la que atrae al avi#n hacia la tierra y ha de sercontrarrestada por la fuerza de sustentaci#n para mantener alavi#n en el aire.


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Centro de 6ra(edadEs el punto donde se considera ejercida toda la fuerza de ravedad,

es decir el peso.

El 9./ es el punto de balance de manera que si se pudiera colar elavi#n por ese punto espec"fico este quedar"a en perfecto equilibrio.

El avi#n realiza todos sus movimientos pivotando sobre el 9./.*a situaci#n del centro de ravedad respecto al centro de presionestiene una importancia enorme en la estabilidad y controlabilidad delavi#n.


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ResistenciaResistencia*a resistencia fuerza que impide o retarda el movimiento de un aeroplano.

(ct3a de forma paralela y en la misma direcci#n que el viento relativo,podr"amos afirmar que la resistencia es paralela y de direcci#n opuestaa la trayectoria.

Existen @ tipos de resistencia $a6 Cesistencia Dnducida

b6 Cesistencia parsita


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Resistencia inducida3*a resistencia inducida, indeseada pero inevitable, es un producto de la

sustentaci#n, y se incrementa en proporci#n directa al incremento del

nulo de ataque.

(l encontrarse en la parte posterior del ala la corriente de aire que fluye

por arriba con la que fluye por debajo, la mayor velocidad de la primera

deflecta hacia abajo a la seunda haciendo variar lieramente el viento

relativo, y este efecto crea una resistencia.


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1e deduce que la resistencia inducida aumenta a medida que aumentael nulo de ataque. Pero si para mantener la misma sustentaci#nponemos ms velocidad y menos nulo de ataque, la resistencia

inducida ser menor, de lo cual deducimos que la resistencia inducidadisminuye con el aumento de velocidad.


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Resistencia ,ar!sita3Producida por las dems resistencias no relacionadas con lasustentaci#n, como son$

Cesistencia al avance de las partes del avi#n que sobresalen 5fuselaje,tren de aterrizaje no retrctil, antenas de radio, etc.6 interferenciadel flujo de aire a lo laro del fuselaje con el flujo de las alas 0ambin,la superficie total del ala y la forma de esta afecta a la resistenciaparsita.

Resu%iendo"( mayor velocidad menorresistencia inducida.

( mayor nulo de ataquemayor resistencia inducida.

( mayor velocidad mayorresistencia parsita.


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E%,u-e o +racci$nE%,u-e o +racci$nPara vencer la inercia del avi#n parado, acelerarlo en la carrera de

despeue o en vuelo, mantener un ascenso adecuado, vencer laresistencia al avance, etc... se necesita una fuerza$ el empuje otracci#n.

Esta fuerza se obtiene acelerando una masa de aire a una velocidadmayor que la del aeroplano. *a reacci#n, de iual intensidad pero de

sentido opuesto 5


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RESUMENRESUMEN!*as cuatro fuerzas que act3an en vuelo son sustentaci#n, peso,

empuje y resistencia. 1ustentaci#n y empuje son favorables yopuestas a las desfavorables peso y resistencia.

!/eneralizando, sustentaci#n y peso son de componente vertical entanto empuje y resistencia son de componente horizontal.

!*a sustentaci#n es perpendicular al viento relativo.

!(unque la sustentaci#n depende de varios factores, los primordialesson nulo de ataque y velocidad.

!El coeficiente de sustentaci#n es proporcional al nulo de ataquehasta el 9* mximo a partir del cual comienza a disminuir.


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RESUMENRESUMEN!0e#ricamente, el centro de presiones es el punto del ala donde se

supone ejercida la sustentaci#n, y el centro de ravedad es el puntodonde se concentra todo el peso del avi#n. *a posici#n de unorespecto del otro tiene una ran importancia.

! El peso es siempre perpendicular al centro de la 0ierra.!*a resistencia es paralela y de la misma direcci#n que el vientorelativo. (simismo es paralela y de direcci#n opuesta a la trayectoria.!*a tracci#n o empuje se ejerce en la misma direcci#n que el eje depropulsi#n.

!Potencia es ener"a por unidad de tiempo a mayor potencia mayorcapacidad de aceleraci#n.


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F+N

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