FUERZAS AERODINAMICAS

INTRODUCCIÓN:

Desde la época en que el hombre se puso a observar el vuelo de las aves, y se pregunta porque no podría el también volar, el reto del vuelo se ha concentrado en cuatro fuerzas.
Nuestro propósito, es el de considerar las fuerzas que contribuyen a la sustentación y el control del avión.
Estas cuatro fuerzas tienen un efecto en un avión
Mientras esta en tierra, durante el despegue, durante el aterrizaje y durante el vuelo.
Estas cuatro fuerzas son:
1) La Gravedad o peso
2) El empuje o avance
3) El arrastre o resistencia al avance
4) Sustentación o fuerza ascensional

En la actualidad miles de técnicos adiestrados trabajan en mesas de dibujo, laboratorios y en fabricas para perfeccionar los medios de volar mas rápidamente por mayor tiempo y con mas cargas. Nosotros también vamos a ocuparnos de estas cuatro fuerzas, en un esfuerzo por saber por que el avión subió al espacio y que fuerzas lo mantienenvolando; básicamente analizaremos cada una de estas fuerzas.

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN AVIÓN EN VUELO

GRAVEDAD
Gravedad o peso es la fuerza que tiende a traer un objeto hacia la tierra o a mantenerlo en tierra.
Esta fuerza, entonces tiende el avión a llevarlo hacia tierra, la cantidad de atracción de esta fuerza es igual al peso del avión y su contenido. El peso del avión es considerado: Tripulación, Combustible y carga útil.

El peso o gravedad esta directamente opuesta a la fuerza de sustentación o ascensional, es decir mientras el peso tiende a devolver al avión hacia tierra, la sustentación trata de mantenerlo en lo alto.

EMPUJE O AVANCE:
La fuerza de empuje, es la fuerza hacia delante producida por el motor mediante la hélice o, en los aviones a chorro, por la reacción de los gases de escape.
Esta fuerza proporcionada por el motor o los motores del avión, vence a la resistencia al avance. Mientras más poderosos sean los motores, mayor será el empuje.
Se necesita mayor empuje durante el ascenso para alcanzar la altura de crucero (nivel de vuelo). Al alcanzar esta altura el poder del motor, que es la fuerza de empuje puede reducirse ya que requiere menos empuje para vencer la resistencia de avance y gravedad.
La fuerzadesarrollada por motores de acción alterna (reciproca) se llama empuje de hélices, los desarrollados por la retropropulsión (turbina) se llama empuje de reacción.
La fuerza de empuje, entonces, es la fuerza que pone un avión en movimiento y lo mantiene en movimiento contra la fuerza de la resistencia de avance. La fuerza de empuje puede contrarrestar la inercia de un avión y hacerlo mover, y puede contrarrestar la fuerza de la resistencia al avance para mantenerlo en movimiento.

RESISTENCIA AL AVANCE
La inercia es la propiedad de los cuerpos que hace que un objeto permanezca estacionario o en movimiento uniforme en una línea recta hasta que una fuerza actué sobre el y lo fuerce a cambiar de dirección.
En otras palabras, si el avión es puesto en movimiento por la aplicación de la fuerza de empuje, permanecerá en movimiento, en una línea recta, hasta que se le aplique una fuerza para detenerlo. Esta fuerza de detención esta presente en la resistencia del aire representa una fuerza que se llama resistencia al avance.
Entonces resistencia al avance, es la fuerza que tiende a detener un cuerpo, causado por la resistencia que ofrece el aire en movimiento; antes que pueda avanzar un avión debe vencer esta fuerza.
La resistencia total para su mejor estudio se divide en: Resistencia Parásita y Resistencia Inducida

Resistencia Parásita, Es la resistencia producida por el avión y sus componentes estructurales, pueden ser:
Parásita del Ala.- Son los que contribuyen a la sustentación(resistencia de perfil)
Parásita del resto del Avión.- Producidas por aquellas partes que no contribuyen a la sustentación (resistencia estructural)
A su vez estas resistencias se ven afectadas por:
Resistencia de Fricción.- Al moverse un ala, el aire tiende a pegarse a ella y retenerla. A veces también es llamado fricción de revestimiento. Para disminuir esta resistencia, las superficies se construyen lo mas liso posible, las cabezas de remaches van al ras de la superficie.
Resistencia de Forma Es la resistencia del aire al ala que trata de pasar a través de este, formando turbulencias y no se consigue el flujo Currentilineo Uniforme necesario.

Resistencia Inducida, resistencia producida por el flujo de aire que pasa a través de la superficie superior e inferior del ala














SUSTENTACIÓN O FUERZA ASCENSIONAL
Si las fuerzas anteriormente mencionadas actuaran por si solos en el avión, este se moviera a lo largo de la pista de aterrizaje hasta que se acabe la pista o el combustible. Se necesita otra fuerza que contrarreste la atracción de la gravedad, esta fuerza es llamada sustentación.

Esta fuerza actúa verticalmente hacia arriba por el centro de presión produciendo por el flujo de aire sobre un plano aerodinámico que tiende a contrarrestar la atracción de la gravedad. Es decir por una diferencia de presión entre el ladosuperior e inferior de una ala en movimiento.
La definición de fuerza ascensional es el resultado de presiones desiguales ocasionadas sobre las alas.
Si la presión sobre el ala y de bajo de estas es igual no habrá una fuerza ascensional.
Si la presión superior disminuye y la inferior aumenta si tendremos una fuerza ascensional.

PLANOS AERODINÁMICOS
Un plano aerodinámico es cualquier superficie del avión, que desarrolla una reacción dinámica (sustentación) útil de un flujo de aire sobre dicha superficie.
Desde el punto de vista del avión, cosas tales como las palas de la hélice, las superficies de control estacionarias y móviles y aun el fuselaje puede calificarse como planos aerodinámicos. El término se aplica por lo general a las alas de un avión.

CARACTERÍSTICAS DE UN PLANO AERODINÁMICO

Existen dos tipos específicos de plano aerodinámico:

1.- Planos aerodinámicos fijos.- Son los vistos en los aviones convencionales (conjunto de ala, cola, etc).
Planos aerodinámicos giratorios.- Son los utilizados en los helicópteros (palas del rotor).

Según su forma existen también dos tipos específicos de plano aerodinámico

1.- SIMÉTRICO.- Es aquel plano aerodinámico que tiene la misma curvatura en la parte superior y la inferior. Las palas de un rotor


2 ASIMÉTRICO.- Es aquel plano aerodinámico, con la superficie superior curva y la inferior con menos curvatura correcta.

Con respecto a los dos conceptos dados anteriormente, si el diseño produce unasuperficie convexa (curvatura hacia fuera), la curvatura se dice que es positiva; si es cóncava (curvatura hacia adentro) tiene una curvatura negativa.

La superficie superior de un plano aerodinámico siempre tiene una curvatura positiva; la superficie inferior por lo general tiene también una curvatura positiva, pero puede tener una curvatura negativa o no tener curvatura.

El borde delantero de un ala o plano aerodinámico se denomina borde de ataque y el posterior se denomina borde de salida.
La cuerda de un ala es la distancia desde el borde de ataque hasta el borde de salida si se presenta por una línea recta llamada la línea de cuerda.


Las alas de los aviones son planos aerodinámicos, también las hélices.

Los planos aerodinámicos en un helicóptero son los planos del rotor.

El ala de un avión normalmente es un contorno asimétrico, es decir, la superficie superior tiene más curvatura que la superficie inferior.


Las palas de un rotor de un helicóptero es un plano aerodinámico asimétrico, ya que tiene la misma curvatura en las superficies inferior y superior.
En un plano aerodinámico asimétrico el centro de presión es variable; a medida que aumenta el ángulo de ataque, el centro de presión se mueve hacia delante o a lo largo de la superficie del plano aerodinámico; a medida que el ángulo de ataque disminuye, el centro de presión se mueve hacia atrás.
En un plano aerodinámico simétrico, el movimiento del centro de presión es muy limitado. Las palas de un rotorrequieren un plano aerodinámico simétrico para mantener un centro de presión relativamente estable, de otro modo se introducirán fuerzas peligrosas.

VIENTO RELATIVO
Es la dirección del flujo de aire con relación al plano aerodinámico.
Si el plano aerodinámico se mueve horizontalmente hacia delante, el viento relativo se mueve hacia atrás.
Si este plano se mueve horizontalmente hacia atrás, el viento relativo se mueve horizontalmente hacia delante.
Si el plano aerodinámico se mueve hacia delante y hacia arriba, el viento relativo se mueve hacia atrás y hacia abajo, si el plano aerodinámico se mueve hacia atrás y hacia abajo, el viento relativo se mueve hacia delante y hacia arriba. Así la trayectoria de vuelo y el viento relativo son paralelos pero avanzan en direcciones opuestas.
El viento relativo es creado por el movimiento de un plano aerodinámico a través del aire, por el movimiento del aire al pasar por el plano aerodinámico o por una combinación de los dos casos.