¿Por Qué Vuela Un Avión?

¿Por Qué Vuela Un Avión?

Es una de las preguntas más comunes que nos hacemos antes de entrar al mundo de la aviación, y es el tema del post de hoy.

Definamos la Atmósfera.

Comencemos pensando, ¿en qué  o  a  través de qué, vuela un avión?, en el cielo ¿no?, a través del cielo ¿será? Un avión vuela en la atmósfera, a través de un fluido conocido como “aire”, si, el aire también es un fluido, aunque en nuestra vida diaria no lo percibimos como tal. El aire forma nuestra atmósfera terrestre y está compuesto de diversos gases en diferentes concentraciones, los gases principales en la atmósfera son: El nitrógeno 78%, el oxígeno 21%, gases nobles 1% y Dióxido de carbono 0,03%.

La mayor cantidad de oxígeno se concentra debajo de los 35000 pies (10606 metros) de altitud, a partir de los 10000 pies (3030 metros), la concentración de oxígeno deja de ser suficiente para que un ser humano pueda respirar naturalmente.

¿En cuál capa de la atmósfera vuela un avión?

La mayoría de las operaciones aeronáuticas (salvo por algunas excepciones,  aviones militares o experimentales) ocurren en la Troposfera la cual va desde el nivel medio del mar (MSL Mid Sea Level) hasta los 30000 pies, aproximadamente unos 10 kilómetros.

Ahora que sabemos en donde vuela un avión, podemos pasar a descubrir ¿Por qué vuela? La cusa del vuelo podemos atribuirla a los descubrimientos de dos grandes científicos Daniel Bernoulli  y Isaac Newton, veamos que descubrieron estos hombres que hace posible el vuelo.

 

        Daniel Bernoulli                             Isaac Newton

Teorema de Bernoulli.

Bernoulli en su investigación sobre el movimiento de los fluidos, llegó a la conclusión de que cualquier partícula en un fluido, al aumentar su velocidad, su presión disminuye.

 Esto se demuestra, al pasar un fluido a través de un conducto uniforme con un estrechamiento en el centro. En la parte uniforme del conducto  las partículas del fluido mantienen una baja velocidad y alta presión, y cuando alcanzan el estrechamiento alcanzan una alta velocidad y baja presión.

Un experimento muy popular para probar esta teoría, es el de tomar una tira de papel, poner un extremo cerca de nuestra boca y soplar la parte superior de la tira de papel. El aire que soplamos sobre la tira irá a mayor velocidad que el aire debajo que está en reposo. El aire sobre la tira al ir a mayor velocidad, tendrá una menor presión, causando que el aire con menor velocidad y mayor presión empuje hacia arriba la tira de papel.

En este video hay otros experimentos que demuestran el mismo principio de diferentes formas.

La Tercera Ley de Newton.

Para toda acción, hay una reacción igualmente opuesta. Debido a esta ley cuando las palas de la hélice de un avión desplazan el aire hacía atrás, crean una reacción igualmente opuesta, lo que hace avanzar al avión. Las turbinas en un avión comercial, Comprimen el aire y lo desplazan con enorme fuerza, lo que causa enormes toneladas de empuje para que el aparato genere suficiente flujo de aire alrededor de sus alas, y al alcanzar la velocidad correcta, la sustentación generada será mayor al peso del avión y este volara.

Aerodinámica Y El Perfil Aerodinámico.

La aerodinámica, es la ciencia que estudia el movimiento y comportamiento de cuerpos sólidos a través de los fluidos, y el movimiento de cuerpos sólidos a través del aire.

Perfil Aerodinámico.

En aviación, se denomina perfil aerodinámico al perfil de cualquier superficie alar, de control, o sustentadora. Comúnmente el perfil aerodinámico se utiliza para representar el ala de una aeronave.

Borde de ataque: Es la parte delantera del perfil alar. Se le denomina “borde de ataque” ya que es la primera parte que toma contacto con la corriente de aire, provocando que esta se bifurque hacia el intradós y el extradós.

Borde de fuga: Llamado también “borde de fuga”. Corresponde al punto en el que las corrientes de aire provenientes del intradós y extradós confluyen y abandonan el perfil.

Intradós: Término genérico que denota la parte interior de una estructura. En un perfil de superficies corresponde a la parte inferior del mismo.

Extradós: Llamado también “trasdós”, es un término genérico que denota la parte exterior de una estructura. En un perfil de superficies corresponde a la parte exterior del mismo.

Espesor: Corresponde al punto donde la curvatura del perfil alar alcanza su mayor espesor.

La Sustentación, Viento Relativo Y El Ángulo De Ataque.

Bueno, hasta ahora sabes que la diferencia de velocidades en un fluido cambia su presión de manera inversamente proporcional. También has aprendido que es un perfil aerodinámico y su nomenclatura, ahora veremos que ocurre cuando mueves un perfil aerodinámico a través de un fluido.

Como puedes ver en la imagen, el ala de un avión crea el mismo efecto de estrechamiento en un conducto pero a la mitad, la diferencia de velocidades crea una diferencia de presiones. Esto crea un vector de fuerza llamado “sustentación”, esta aumenta o disminuye variando el ángulo de ataque.

Sustentación: Es la fuerza generada sobre un cuerpo que se desplaza a través de un fluido, la dirección de esta fuerza es perpendicular al viento relativo. Cuando la fuerza de sustentación es mayor al peso del avión, este se eleva.

Viento Relativo: Es la corriente generada por el desplazamiento de un perfil aerodinámico a través del aire.

Ángulo De Ataque: Se denomina ángulo de ataque, al ángulo formado entre la cuerda aerodinámica y el viento relativo.

Las Cuatro Fuerzas Que Actúan En Un Avión.

Ya has aprendido que es lo que hace volar a un avión, veamos que fuerzas actúan en el avión, una vez que este está en vuelo.

Empuje: Es la fuerza resultante del desplazamiento de aire que crea la hélice del avión, movida o accionada por el motor.

Resistencia: Es la fuerza opuesta al empuje, y es el resultado de todas las superficies que enfrentan a la corriente del fluido o viento relativo. Toda la estructura del avión genera resistencia, fuselaje, alas, hélice, tren de aterrizaje, timón, elevadores, etc. Los fabricantes buscan reducir la resistencia del avión a través de pruebas que realizan en túneles de viento, cambiando el diseño y la forma del avión.

Sustentación: Es la fuerza resultante de la diferencia de presiones, causada por el desplazamiento de las alas a través del aire. Cuando la sustentación generada por las alas es mayor al vector de peso, el avión puede despegar y ascender.

Peso: Es la fuerza opuesta a la sustentación, causada por la fuerza de gravedad de la tierra (9,8m/s). La magnitud de esta fuerza depende del peso del avión incluyendo: Combustible, Aceite, Piloto, Pasajeros y Equipaje. Cuando el peso es mayor a la sustentación, el avión desciende. 

Aquí el final del post, en el siguiente post cubriremos las superficies de control y como el piloto puede maniobrar el avión en vuelo.