Conceptos de Aerodinámica
El nombre aerodinámica está relacionado al estudio de la dinámica de los cuerpos que se mueven dentro de fluidos como el propio aire y otros gases, siendo una rama importante de la mecánica de los fluidos.
Como ejemplos de aplicaciones de la aerodinámica, podemos citar la creación del cuerpo de los aviones, formato de proyectiles, entre otros.
La base del estudio de la aerodinámica es determinada a través de la ley: Principio de Bernoulli. Este principio relaciona la velocidad del flujo de aire y la presión correspondiente, de esta forma tenemos que, para mayores velocidades de flujo, corresponden menores valores de presión, así como para aumentos de presión, corresponden disminuciones en la velocidad de flujo.
Basándose en este principio, la ingeniería logró diseñar las alas de un avión de forma que la velocidad del flujo del aire fuese mejor en la parte de debajo del ala, causando entonces una diferencia de presión entre la parte inferior y la superior del avión y esta diferencia de presión es la responsable por mantener el avión en suspensión en el aire durante el viaje.
A través del movimiento de parte de las alas, existe la posibilidad de aumentar o disminuir la velocidad del flujo de aire bajo el ala, lo que permite ganar o perder altitud, o mismo alterar la dirección del vuelo.
Así como se estudia el movimiento de partículas en un fluido viscoso como el aceite, tenemos que entender que estamos sumergidos en un fluido también, el aire. El aire es responsable por gran parte del rozamiento que disminuye la velocidad de los coches. Asimismo cuerpos celestes son desintegrados cuando entran en contacto con la atmósfera terrestre, pues el rozamiento con el aire es tan intenso que incendia los cuerpos.
Podemos percibir aquí, que uno de los intereses de la aerodinámica reside también en encontrar formatos aerodinámicos, o sea, formas que permitan el menor rozamiento posible con el aire. El mayor interés en este caso está en la industria automovilística.
Podemos observar que aquellos coches más aerodinámicos son aquellos cuya base se encuentra más cercana al suelo, evitando de esta forma el flujo de aire por debajo del vehículo y esta característica se lleva a su extremo cuando se trata de coches de Fórmula 1.
Otro ramo estudiado dentro de la aerodinámica es el de velocidades supersónicas. Son aquellas que superan la velocidad de propagación del sonido en el aire, la cual es variable sin embargo puede ser considerada con el valor de 340m/s.
La aplicación básica de velocidades supersónicas está en el estudio de balística y en el estudio de aviones supersónicos. La velocidad del sonido está representada por el número de Mach, nombre dado en homenaje al físico austríaco Ernst Mach.
Curvatura:
En este caso, los proyectistas diseñan las alas rectas por debajo y curvadas encima. Cuando el aire pasa por el ala, el recorre la parte de arriba al mismo tiempo que por la parte de abajo
Como la trayectoria que el aire tiene por encima es mayor, esto significa que la velocidad en que el aire pasa encima del ala es mayor que la que pasa debajo. Esa diferencia de velocidad, causa la diferencia de presión que sustenta el avión en el aire.
Deflexión
Es casi igual al concepto de curvatura, la diferencia es que utiliza todo el cuerpo del avión y no solo las alas. Es utilizada en aeronaves más rápidas ya que la velocidad no permite el uso de alas curvadas.
También funciona como la punta de la aeronave, empujando el aire hacia abajo y la fuerza de reacción ayuda a sustentar el avión en el aire.
Flaps:
Es un dispositivo de alta sustentación, sirve en las maniobras de decolado y aterrizaje, donde el avión necesita sustentación a baja velocidad. Cuando es accionado causa una curvatura mayor en las alas. Obviamente, esto hace que la sustentación aumente. También sirve para levantar la trompa del avión, proporcionando un mejor ángulo de aterrizaje.
Fuerzas que actúan durante un vuelo:
Tracción:
Es la fuerza generada por las turbinas, que empuja el avión hacia adelante
Arrastre:
Es la resistencia del aire, que aparece bajo la forma de torbellinos de aire y vacío detrás de la aeronave. Se opone a la tracción, disminuyendo la velocidad del avión.
Peso:
Es la resultante entre la masa de la aeronave y la gravedad.
Sustentación:
Es la fuerza generada por las alas, que se opone a la gravedad, anulando el peso de la aeronave.
Ángulo de Ataque e Incidencia
Puede ser definida como el ángulo formado por la cuerda del ala y la dirección de su movimiento relativa al aire, o mejor, en relación al viento aparente. Son varios los factores que pueden influir en la modificación del ángulo de ataque.
Algunos son controlados por el piloto y otros ocurren automáticamente debido al diseño del sistema rotor. El piloto puede controlar el ángulo de ataque con el control de cíclico y con el colectivo
El ángulo de ataque es uno de los principales factores que determinan la cantidad de sustentación (lift) y de rozamiento (drag) producido por el ala.
Ángulo de Incidencia
El ángulo de ataque no puede ser confundido con el de incidencia que es un ángulo de paso. Es el ángulo entre la línea de cuerda y el plano de rotación del sistema rotor. El ángulo de incidencia es un ángulo mecánico, en tanto que el ángulo de ataque es un ángulo aerodinámico.
