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Posted by on Nov 27, 2012 in Aerodinámica, Blog | 2 comments

Teoría de la sustentación ¿Por qué vuela un avión?

Teoría de la sustentación ¿Por qué vuela un avión?

En el post de hoy vamos a hablar de la sustentación.

Responderemos a una pregunta muchas veces formulada.
¿Cómo puede mantenerse en vuelo un avión?

Un globo lleno de helio se eleva porque el helio pesa menos que el aire, pero un avión, que puede pesar 600.000 Kg, ¿Cómo puede mantenerse en el aire?
Pues la clave está en las alas, no en los motores como muchos piensan.
Si se parasen los motores el avión puede planear, pero si se queda sin  un ala… malo.

Perfil alar

Vamos a ver la forma “especial” de las alas.

La imagen que tenemos debajo es un ala a la que le hemos dado un corte para ver el perfil.
Nota: Hablaremos de las alas o los planos indistintamente, ya que significa lo mismo.

perfil alar

  • Extradós: Es la parte superior del ala (La parte que mira al cielo). Si os fijáis en la imagen esa parte está más curvada (veremos luego el motivo).
  • Intradós: Parte inferior del plano (La que mira al suelo). Esta parte tiene menos curvatura.
  • Borde de ataque: La parte delantera del plano. Donde primero impactan las partículas de aire.
  • Borde de salida o de fuga: Parte trasera del plano.
  • Cuerda: Línea imaginaria que se forma al unir el borde de ataque con el borde de salida.

Como acabamos de ver, el extradós tiene más curvatura que el intradós, por lo tanto es mayor  la distancia que tienen que recorrer las partículas de aire por arriba que por abajo que es mucho más plana.
Pues bien, si tenemos 2 partículas de aire que parten al mismo tiempo del borde de ataque, pero una pasa por arriba y otra por abajo, para que lleguen al mismo tiempo al borde de salida, la que va por arriba que recorre más distancia tendrá que ir más rápido.
Esto claro? Pues vamos a continuar con Bernoulli.

Teorema de Bernoulli

Este teorema nos dice que al aumentar la velocidad de las partículas de aire, su presión disminuye y viceversa.
Más velocidad del aire = Menos presión
Así que en el extradós el aire va más rápido y tiene menos presión, lo que crea una especie de succión que tira del ala hacia arriba.
Menos velocidad del aire= Más presión.
Y en el intradós el aire va más despacio, por lo que tiene más presión, esto crea una fuerza que empuja el ala hacia arriba,
Estas dos fuerzas son las responsables de que el avión vuele, también hay otras como la dirección del aire al salir del ala, pero de momento no nos meteremos con eso.

Este teorema se puede ver más fácilmente con un experimento.
En el vídeo podemos ver un folio doblado y una pistola de aire comprimido.
Al apretar el gatillo el aire sale con mucha velocidad, por lo que según el teorema visto, al aumentar la velocidad del aire disminuye la presión.
De esa manera al haber menos presión entre las 2 caras internas de la hoja, estas se juntan.

¿Cómo podemos tener más sustentación según Bernoulli?
Pues aumentando más la velocidad del aire, cuanto mayor sea la velocidad, menos presión en el extradós y eso nos genera más sustentación.
Por eso los aviones necesitan cierta velocidad para poder volar.

 

Perfiles Simétricos

Pero… ¿Qué pasa con los aviones con perfiles simétricos?
Hemos visto arriba un perfil asimétrico, el extradós estaba más curvado que el intradós, pero también existen perfiles que son simétricos como el que vemos en la imagen.
perfil simétrico alaEn este caso la velocidad de las partículas por el extradós e intradós sería la misma.
Entonces estos aviones no tendrían que poder volar.
Peeero es que nos falta por ver otra cosa. El ángulo de ataque.

 

Ángulo de ataque

El ángulo de ataque es el ángulo que se forma entre la línea de la cuerda del ala, y la dirección del viento relativo (o la dirección del avance del avión para que se entienda mejor)

En la imagen tenemos un F18 volando con un gran ángulo de ataque.
La cuerda del ala apunta hacia arriba, pero el viento relativo viene paralelo al suelo, o lo que es lo mismo el avión avanza sin ascender ni descender pero con una actitud de morro arriba.


En este vídeo lo podéis ver mejor.

 

¿Cómo afecta el ángulo de ataque en la sustentación?
Cuanto más ángulo de ataque más sustentación tiene el avión. Peeero hasta cierto punto, ya que si lo aumentamos demasiado podemos perder la sustentación (lo veremos más adelante en un post sobre la pérdida o Stall)

Por lo tanto si queremos volar muy despacio como el avión del vídeo, necesitamos ganar sustentación de alguna parte, ya que dijimos que la sustentación nos la da la velocidad, pero si quitamos velocidad, para que no se caiga el avión, esa sustentación la podemos obtener aumentando el ángulo de ataque.
Por eso mismo vemos los aviones comerciales que al aterrizar el morro no mira la pista, si no que va paralelo al suelo o mirando hacia arriba, ya que para poder aterrizar más despacio, gana esa sustentación aumentando el ángulo de ataque, entre otras cosas.
También veremos que hacen los flaps y slats, pero eso será en otro post más adelante.

 

En este vídeo vemos un 340 de Iberia aterrizando. (Fijaos en el ángulo de ataque que comentamos)

La mayoría de los aviones van a tener perfiles asimétricos, ya que nos dan más sustentación, pero en el caso de aviones acrobáticos, aviones de combate y algunos otros casos, ahí se utilizarán simétricos.
De cualquier manera el diseño del perfil está muy estudiado por los ingenieros que diseñan un avión, ya que influirá enormemente en las “performances” o características del mismo.

En otro post nos meteremos un poco con la fórmula de la sustentación, para entender mejor qué necesitamos para que vuele el avión.


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2 Comments

  1. Muy bueno el tema

    • Gracias Jose.

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