AERODINAMICA POTENCIAL

AERODINÁMICA POTENCIAL: INTRODUCCIÓN A LOS CONCEPTOS

Perfil Aerodinámico: en general es un objeto o estructura con características que le permiten reaccionar y crear fuerzas dinámicas al desplazarse en un fluido. Estos objetos o estructuras pueden ser aeronaves, coches, barcos, naves, etc.

Dentro del ámbito de la aviación, el perfil aerodinámico es el perfil (alas, hélices, alabes de turbinas y compresores…) que al desplazarse a través del aire genera una distribución de presiones capaces de crear una fuerza sustentadora.

[pic 1]

Partes de un perfil:

• Borde de ataque, la zona donde incide la corriente de aire
• Borde de salida, la zona donde el aire abandona el perfil del ala
• Extradós, la zona superior del perfil del ala entre el borde de ataque y el borde de salida
• Intradós, el contrario al intradós, es la zona inferior de nuevo entre el borde de ataque y el borde de salida
• Cuerda Aerodinámica, es una línea imaginaria entre el borde de ataque y el borde de salida que cruza por el centro del perfil
• Línea de curvatura media, también es una línea imaginaria que une los puntos equidistantes entre el intradós y el extradós, dando una idea de cual es la curvatura del perfil
• Espesor máximo, es el punto entre el intradós y el extradós más extenso del perfil, donde el espesor es máximo
• Ordena da máxima, punto en el cual la distancia entre la cuerda aerodinámica y la línea de curvatura media es máxima, se asemeja a al espesor máximo.

[pic 2]

Tipos de perfiles: Según las necesidades de la aeronave tienen un tipo de perfil u otro, sin embargo, los más utilizados son: el subsónico, transónico, supersónico (según la aparición de choque al acercarse a la velocidad del sonido). También se podrían clasificar según si son asimétricos (el intradós y extradós son diferentes) o simétricos (el intradós y e extradós son idénticos), suelen ofrecer menos resistencia al avance, pero no producen tanta sustentación como los perfiles asimétricos.

Cuerda aerodinámica media: Es el promedio de todas las cuerdas aerodinámicas de un perfil. La cuerda puede variar debido al estrechamiento del ala, por ejemplo, la raíz del ala es mucho más ancha que el pico.

¿COMO SE CALCULA? 

Cuerda aerodinámica media del borde de ataque es una línea imaginaria que se dibuja a partir de la cuerda media, representando la posición de ataque en el punto donde se encuentra la cuerda media.  

Cuerda aerodinámica media del borde de salida, es la recta contraria a la del borde de ataque por lo que se encuentra como una recta paralela, pero en el lado contrario.

LA FUERZA DE SUSTENTACIÓN

Conceptos:

Viento relativo: movimiento de la masa de aire en relación en a la trayectoria de vuelo, siendo el viento relativo siempre contrario a la trayectoria de vuelo y es independiente a la actitud del avión.

El ángulo de ataque es el ángulo formado entre la cuerda aerodinámica y el viento relativo, el ángulo con el que el perfil ataca el perfil.

El ángulo de incidencia es el ángulo que se forma entre la cuerda aerodinámica y el eje longitudinal del avión. [pic 3]

Las cuatro fuerzas que actúan sobre una aeronave en vuelo son: la sustentación, el peso, el empuje y la resistencia. Estas serán controladas para poder obtener la trayectoria y condiciones deseadas.

Sustentación (L(lift): Es aquella fuerza contraria al peso que permite que las aeronaves vuelen.

• Es la fuerza perpendicular al viento relativo que se crea por el flujo de aire a través de las alas, en otras palabras, la fuerza generada por el paso del aire a través de los perfiles aerodinámicos.
• Siempre perpendicular a la trayectoria de vuelo y por lo tanto también al viento relativo, además de al eje lateral de la aeronave

Teorías de generación de la sustentación

• El principio de Bernoulli

“El resultado de la presión y velocidad de un fluido ideal a través de un sistema cerrado dará como resultado una constante”

De manera sencilla, la fórmula sería C = P x V, siendo V la velocidad del fluido, P la presión del fluido y C la constante.

Dada la fórmula, cuando el valor de V incrementa el valor de P disminuye para así poder mantener el valor de C, al igual que si la P aumenta, la V disminuirá.

Para entender mejor este principio, usaremos un tubo Venturi, donde podemos observar el efecto del teorema en un fluido en circulación a través de un tubo con un punto de estrechamiento.[pic 4]

Donde V1, P1, hay una alta presión y baja velocidad, para así mantener la constante, una vez el fluido llega al estrechamiento en V2, P2, el fluido es forzado a fluir más rápido por lo que la velocidad es aumenta y la presión baja y de nuevo en V3, P3 cuando el fluido sale del estrechamiento V y P son iguales que en V1, P1.

...