Lo prometido es deuda, y aquí está la segunda parte del artículo sobre el vuelo de los aviones. Recordemos la primera parte:
1. PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE UN PERFIL. COEFICIENTE DE SUSTENTACIÓN, Cl
Éstos son los parámetros geométricos que definen un perfil aerodiámico. Youkowski, que era un ingeniero ruso muy listo, tuvo en cuenta varios factores y tras comerse mucho la cabeza se llega (integrando y teniendo en cuenta algunos factores) a una ecuación para el coeficiente de sustentación tal que así:
Ésto nos da unos cuantos datos:
2. CAPA LÍMITE. NÚMERO DE REYNOLDS
Si bien es cierto que normalmente cuando hablamos de flujo de aire, lo suponemos todo muy bonito, uniforme, estacionario, todo muy ideal, pues de verdad esto no es así, obviamente. El fluido tiene una viscosidad, es decir, hay rozamiento. Veamos cómo afecta esto:
Un sólido rígido, que se desplaza por una superficie, existiendo rozamiento entre ambos, experimenta una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento:
Pero un fluído, que obviamente no es rígido, sufre un "corrimiento" de las capas que lo conforman, como si fuese una cebolla (o un ogro) compuesta de varias capas: si haces una fuerza tangencial en la cebolla,mueves, y ésta arrastra un poco a la siguiente, y ésta a la siguiente otro poquito, pero las capas interiores no se mueven. Pues eso es lo que pasa en un fluído:
Como veis en la imagen, la "lámina" más pegada a la superficie no tiene velocidad (por eso el polvo y la suciedad del coche no se quita aunque vayas muy rápido), pero según se separa de ella, la velocidad va aumentando, hasta que a una cierta distancia tenemos la velocidad de partida, es decir, el flujo que está muy separado no se ve influído por el contacto con la superficie.
Pues a la capa de fluído en la cual la velocidad experimenta una variación, se la llama CAPA LÍMITE.
Pero claro, estamos diciendo que el flujo está como en láminas, pero esto no siempre es así. Bueno, pues existe un número, llamado Número de REYNOLDS (Re), que atendiendo a diferentes variables te expresa si el flujo va a ser LAMINAR o TURBULENTO.
Aunque el flujo laminar es más ordenado y sencillo, no todo es perfección: como todo se mueve muy sencillito, minimiza la resistencia de fricción, pero contiene menor energía, y es fácil que el aire se desprenda del objeto, esto es, que su curso no siga la geometría del objeto en cuestión, lo que en un perfil no nos interesa para nada. Sin embargo, el flujo turbulento aumenta la resistencia de fricción, pero es más difícil desprenderlo. Mirad qué imagen, por eso las bolas de golf se hacen con agujeros:
Entonces, según el número de Reynolds, varía el comportamiento del fluido, y esto, en un perfil, condiciona la separación del flujo, y por tanto la sustentación que produce.
3. DESPRENDIMIENTO DE LA CAPA LÍMITE: ENTRADA EN PÉRDIDA
Como ya hemos dicho, la capa límite puede desprenderse, es decir, deja de fluir rodeando perfectamente al perfil, tomando otras direcciones. Y sabemos que cuando esto pasa, la sustentación se va a pique. Cuando esto pasa, se dice que el perfil entra en PÉRDIDA.
En la gráfica de Cl se ve el ángulo de entrada en pérdida (donde deja de ser una recta). Hay varios tipos, asociados al espesor del perfil, pero vamos, lo que viene a pasar es esto:
Luego también puede pasar que si la velocidad es baja, no se genere la sustentación necesaria para vencer al peso. Pero claro, ¿qué pasa por ejemplo al aterrizar o al despegar? Que la velocidad es baja. Entonces la sustentación es pequeñita. Pero los aviones despegan y aterrizan, ¿verdad? Esto es gracias a unos dispositivos, llamados HIPERSUSTENTADORES que, o bien modifican la geometría del perfil para que genere más sustentación (por ejemplo aumentando la cuerda o la curvatura), o bien modifican la capa límite para que se adhiera mejor (por ejemplo haciendo una succión del flujo, o haciendo que sea turbulenta, que como recordaréis, se pega mejor).
He aquí unos cuantos tipos de hipersustentadores, y cómo modifican el Cl.
4. RESUMEN
Con esto hemos terminado la parte de perfiles. Para la próxima semana, "¿Por qué vuelan los aviones? (III)" hablará sobre las alas, extendiendo los conocimientos de perfiles a la tercera dimensión. Espero no haberos aburrido demasiado, sólo un pelín.
- Velocidad AUMENTA -> Presión DISMINUYE
- Perfil aerodinámico: separa el flujo de aire de tal forma que por arriba (extradós) va más rápido que por abajo (intradós)
- Sustentación aerodinámica: Debido a la diferencia de presiones entre extradós e intradós, se genera una fuerza, de la alta presión (intradós) a la baja (extradós)
1. PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE UN PERFIL. COEFICIENTE DE SUSTENTACIÓN, Cl
Éstos son los parámetros geométricos que definen un perfil aerodiámico. Youkowski, que era un ingeniero ruso muy listo, tuvo en cuenta varios factores y tras comerse mucho la cabeza se llega (integrando y teniendo en cuenta algunos factores) a una ecuación para el coeficiente de sustentación tal que así:
Ésto nos da unos cuantos datos:- La sustentación depende del espesor, la curvatura y el ángulo de ataque. Bueno, y de la cuerda, pero se adimensionaliza, así que la cuerda es 1, y el resto de parámetros se expresan en porcentaje de cuerda
- Si el perfil es simétrico (sin curvatura: f=0), y el ángulo de ataque es nulo, el perfil no sustenta.
2. CAPA LÍMITE. NÚMERO DE REYNOLDS
Si bien es cierto que normalmente cuando hablamos de flujo de aire, lo suponemos todo muy bonito, uniforme, estacionario, todo muy ideal, pues de verdad esto no es así, obviamente. El fluido tiene una viscosidad, es decir, hay rozamiento. Veamos cómo afecta esto:
Un sólido rígido, que se desplaza por una superficie, existiendo rozamiento entre ambos, experimenta una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento:
Pero un fluído, que obviamente no es rígido, sufre un "corrimiento" de las capas que lo conforman, como si fuese una cebolla (o un ogro) compuesta de varias capas: si haces una fuerza tangencial en la cebolla,mueves, y ésta arrastra un poco a la siguiente, y ésta a la siguiente otro poquito, pero las capas interiores no se mueven. Pues eso es lo que pasa en un fluído:
Como veis en la imagen, la "lámina" más pegada a la superficie no tiene velocidad (por eso el polvo y la suciedad del coche no se quita aunque vayas muy rápido), pero según se separa de ella, la velocidad va aumentando, hasta que a una cierta distancia tenemos la velocidad de partida, es decir, el flujo que está muy separado no se ve influído por el contacto con la superficie.
Pues a la capa de fluído en la cual la velocidad experimenta una variación, se la llama CAPA LÍMITE.
Pero claro, estamos diciendo que el flujo está como en láminas, pero esto no siempre es así. Bueno, pues existe un número, llamado Número de REYNOLDS (Re), que atendiendo a diferentes variables te expresa si el flujo va a ser LAMINAR o TURBULENTO.
Aunque el flujo laminar es más ordenado y sencillo, no todo es perfección: como todo se mueve muy sencillito, minimiza la resistencia de fricción, pero contiene menor energía, y es fácil que el aire se desprenda del objeto, esto es, que su curso no siga la geometría del objeto en cuestión, lo que en un perfil no nos interesa para nada. Sin embargo, el flujo turbulento aumenta la resistencia de fricción, pero es más difícil desprenderlo. Mirad qué imagen, por eso las bolas de golf se hacen con agujeros:
Entonces, según el número de Reynolds, varía el comportamiento del fluido, y esto, en un perfil, condiciona la separación del flujo, y por tanto la sustentación que produce.
3. DESPRENDIMIENTO DE LA CAPA LÍMITE: ENTRADA EN PÉRDIDA
Como ya hemos dicho, la capa límite puede desprenderse, es decir, deja de fluir rodeando perfectamente al perfil, tomando otras direcciones. Y sabemos que cuando esto pasa, la sustentación se va a pique. Cuando esto pasa, se dice que el perfil entra en PÉRDIDA.
En la gráfica de Cl se ve el ángulo de entrada en pérdida (donde deja de ser una recta). Hay varios tipos, asociados al espesor del perfil, pero vamos, lo que viene a pasar es esto:
Luego también puede pasar que si la velocidad es baja, no se genere la sustentación necesaria para vencer al peso. Pero claro, ¿qué pasa por ejemplo al aterrizar o al despegar? Que la velocidad es baja. Entonces la sustentación es pequeñita. Pero los aviones despegan y aterrizan, ¿verdad? Esto es gracias a unos dispositivos, llamados HIPERSUSTENTADORES que, o bien modifican la geometría del perfil para que genere más sustentación (por ejemplo aumentando la cuerda o la curvatura), o bien modifican la capa límite para que se adhiera mejor (por ejemplo haciendo una succión del flujo, o haciendo que sea turbulenta, que como recordaréis, se pega mejor).
He aquí unos cuantos tipos de hipersustentadores, y cómo modifican el Cl.
4. RESUMEN
- La sustentación depende de la geometría del perfil: cuerda, espesor, curvatura y ángulo de ataque
- También depende de otros factores, no geométricos, como por ejemplo el tipo de capa límite: recordemos el número de Reynolds
- Los parámetros geométricos se pueden cambiar con dispositivos móviles para cambiar la sustentación que produce el perfil. También se puede alterar la capa límite para que no se desprenda, consiguiendo más sustentación.
Con esto hemos terminado la parte de perfiles. Para la próxima semana, "¿Por qué vuelan los aviones? (III)" hablará sobre las alas, extendiendo los conocimientos de perfiles a la tercera dimensión. Espero no haberos aburrido demasiado, sólo un pelín.
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