Teoria Del Vuelo

¿Cómo y por qué vuelan los aviones?

Siguiendo las leyes de la física, y en especial las leyes de Newton, sabemos que hay cuatro fuerzas que mantienen un avión (u objeto) suspendido en el aire recorriendo un trayecto. Estas fuerzas son:

Fuerza de gravedad o peso: la masa por gravedad, la fuerza que atrae a un objeto determinado al centro de la Tierra.

Fuerza de resistencia: producida por la fricción del aire sobre el objeto, generalmente se dice que es la resistencia del aire a fluir, o en este caso podría decirse que es la resistencia que impone el aire al desplazamiento del objeto.

Fuerza de elevación o sustentación: la fuerza que eleva el objeto, que actúa sobre las alas y vence la fuerza de gravedad o peso.

Fuerza de propulsión: la potencia que mueve el objeto hacia delante, venciendo la resistencia del aire. Esta fuerza la dan los reactores, turbinas, motores, o como quieran ser llamados, que generan la potencia necesaria para que el avión venza la resistencia del aire y además mueva el avión hacia delante.

Fuerzas que actúan en el vuelo de un avión

Cuando estas fuerzas están en equilibrio, el avión se sustentará y se moverá a una velocidad constante a una altura dada. Aquí aplica la tercera ley de Newton, conocida como el principio de acción y reacción, que establece que cuando se aplica una fuerza a un objeto se producirá una fuerza opuesta y de igual magnitud a la fuerza aplicada.

¿Cómo explicar la fuerza de elevación que actúa sobre las alas? ¿Por qué se produce la sustentación de las alas?

La respuesta a esta pregunta tiene dos teorías que la intentan explicar: el teorema de Bernoulli y la tercera ley de Newton-efecto Coanda.

Teorema de Bernoulli

El teorema de Bernoulli establece que cuando aumenta la velocidad de un fluido, en este caso el aire, disminuye su presión. Cuando la corriente de aire choca con el ala, se divide en dos corrientes de aire, una pasando por debajo del ala y otra por encima del ala. El diseño del ala permite que la velocidad del aire que pasa por debajo sea menor a la velocidad del aire que pasa por encima, por lo que la presión debajo del ala será mayor y la presión por encima del ala será menor. Este gradiente de presiones en el ala produce una fuerza resultante hacia arriba que es la responsable de mantener el objeto sustentado en el aire. La fuerza resultante debe vencer la fuerza gravitatoria. Esta es la teoría más aceptada y que se explica en las escuelas de aeronáutica.

Este teorema se lleva a la práctica con el diseño de las alas, las cuales regularmente tienen un ángulo de inclinación y superficie curveada que modifican el perfil de flujo de aire a través de ellas.

Tercera ley de Newton y efecto Coanda

Sin embargo, hay quienes refutan el teorema de Bernoulli para explicar porqué se produce la sustentación de las alas, ya que este teorema no explica del todo la sustentación de un objeto. Se consideran avionetas usadas en maniobras de acrobacia, que pueden girar y volar al revés. Entonces surge nuevamente la tercera ley de Newton y se recurre al efecto Coanda para explicar cómo se produce la fuerza de elevación o sustentación.

Debido a la forma del ala, curveada, el aire es desviado hacia abajo (efecto Coanda) y al dejar el ala, empuja el avión hacia el aire, dándole impulso. A su vez, se producen fuerzas de acción y reacción que explican la sustentación, aun cuando un avión vuele al revés.

La verdad que intentar explicar la elevación y sustentación de un avión mediante la tercera ley de Newton es algo complicado.

La idea es dejar este planteamiento a ver que opinan, ya que muchos de ustedes han de tener nociones básicas sobre aeronáutica y manejan mejor estas teorías que yo, y tratar de llegar a un consenso respecto a la siguiente interrogante respecto a la sustentación:

¿Bernoulli o Newton?

En la medida que vayamos avanzando en lo básico, podemos irnos adentrando en temas más complejos y que expliquen otros procesos del vuelo, como los momentos de despegue y aterrizaje, y temas que expliquen el funcionamiento de todas las partes o elementos de una aeronave, inclusive tipos de aeronaves y sus sistemas de propulsión.

Tipos y Usos

Los aeroplanos se pueden clasificar en tres tipos según su función y el ámbito de operación: comerciales, incluyendo los de transporte de pasajeros y carga, ya sea en líneas regulares o chárter, militares y aeroplanos de la aviación general, que son los no comprendidos en los otros dos. Las particulares características de cada avión están determinadas por la naturaleza de los servicios a realizar. El aumento de la especialización en su uso ha traído como consecuencia una amplia variación en los requerimientos de diseño.

Aeroplanos Comerciales

En Europa el avión fue utilizado para transporte de pasajeros en el año 1919, mientras que en Estados Unidos los primeros vuelos de la aviación comercial se dedicaron principalmente al correo. Los vuelos de pasajeros aumentaron en rutas como la de Londres a París, se introdujeron en Estados Unidos a partir de 1927 y crecieron más deprisa gracias a la aparición de aviones seguros y confortables como el Douglas DC-3. Este avión iba propulsado por dos motores de hélice y podía transportar 21 pasajeros a una velocidad de crucero de 300 km/h. Todavía se puede ver volando por los cielos de muchos países. Poco después aparecieron los aviones cuatrimotores, que podían volar aún a mayor velocidad, subir más alto y llegar más lejos. El siguiente paso se dio en 1950, con el Vickers Viscount británico, primer avión impulsado por hélice movida por turbina de gas.

Los aviones para cubrir un servicio se eligen en función de dos factores: el volumen de tráfico y la distancia entre los aeropuertos a los que sirve. La distancia entre aeropuertos se conoce como recorrido y hay un elevado número de aviones que pueden operar entre 400 y 11.000 kilómetros.

Los reactores comerciales de pasajeros se usaron al principio para recorridos de larga distancia. El avión británico De Havilland Comet inició su servicio en 1952, y el Boeing 707 en 1958. También a finales de la década de 1950 apareció el Douglas DC-8 y los Convair 880 y 990. Estos aviones desarrollaban una velocidad de crucero aproximada de 900 km/h y transportaban más de 100 pasajeros.

El avión supersónico comercial, o SST, constituye la cima en el desarrollo de la tecnología aeronáutica y permite cruzar el Atlántico norte y regresar de nuevo en menos tiempo de lo que un reactor subsónico tarda en hacer

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