AERODINAMICA

PRINCIPIOSPRINCIPIOS DE DE

AERODINAMICAAERODINAMICA

CAPITAN PA. SALVADOR ENRIQUE RIVAS ALFARO

FLUIDOS.FLUIDOS.Fluido es aquella sustancia que debido a su Fluido es aquella sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene.contiene.Los fluidos se clasifican en líquidos y gases.Los fluidos se clasifican en líquidos y gases.

Los líquidos a una Temperatura (T) y Presión Los líquidos a una Temperatura (T) y Presión (P) determinadas ocupan un volumen (P) determinadas ocupan un volumen determinado.determinado.

Los gases también ocupan un volumen Los gases también ocupan un volumen determinada al tener T y P., pero si se deja en determinada al tener T y P., pero si se deja en libertad, se expansionan hasta ocupar el libertad, se expansionan hasta ocupar el volumen completo del recipiente que los volumen completo del recipiente que los contiene y no presentan superficie libre.contiene y no presentan superficie libre.

FLUIDOS.FLUIDOS.En resumen:En resumen:- Los sólidos ofrecen gran resistencia al cambio - Los sólidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y volumen.de forma y volumen.- Los líquidos ofrecen gran resistencia al cambio - Los líquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen pero no de forma.de volumen pero no de forma.- Los gases ofrecen poca resistencia al cambio de - Los gases ofrecen poca resistencia al cambio de forma y de volumen.forma y de volumen.

Por lo tanto, el comportamiento de los líquidos y Por lo tanto, el comportamiento de los líquidos y gases es similar en conductos cerrados.gases es similar en conductos cerrados.En general los gases son muy compresibles y En general los gases son muy compresibles y aunque el fluido incompresible no existe en aunque el fluido incompresible no existe en realidad, muchos problemas en ingeniería se realidad, muchos problemas en ingeniería se resuelven suponiendo fluidos incompresibles.resuelven suponiendo fluidos incompresibles.

DENSIDAD ESPECIFICA O ABSOLUTA.DENSIDAD ESPECIFICA O ABSOLUTA.La densidad es la masa por unidad de volumenLa densidad es la masa por unidad de volumen

Donde Donde mm es masa en kg. es masa en kg.

VV es volumen en m es volumen en m33 . .

La densidad absoluta es función de la temperatura La densidad absoluta es función de la temperatura y de la presióny de la presión

m ρ = V

PESO ESPECIFICO.PESO ESPECIFICO.Es el peso por unidad de volumenEs el peso por unidad de volumen

Donde Donde WW es peso en N. es peso en N.

VV es volumen en m es volumen en m33 . .

El peso específico es función de la temperatura y El peso específico es función de la temperatura y de la presión (en los líquidos no varía con esta de la presión (en los líquidos no varía con esta última)última)

W γ = V

VOLUMEN ESPECIFICO.VOLUMEN ESPECIFICO.Es el recíproco de la densidad absolutaEs el recíproco de la densidad absoluta

O sea, el volumen que ocupa 1 kg de masa de la O sea, el volumen que ocupa 1 kg de masa de la sustanciasustancia

Para el caso del aire, a presión atmosférica y a 4Para el caso del aire, a presión atmosférica y a 4°° C, su densidad aproximada es de 1.3 kg/mC, su densidad aproximada es de 1.3 kg/m33 . .

Y su volumen específico es de 1/1.3 mY su volumen específico es de 1/1.3 m33 /kg /kg

1 v = ρ

COMPRESIBILIDAD.COMPRESIBILIDAD.

En los fluidos al igual que en los sólidos, se En los fluidos al igual que en los sólidos, se veverifica la ley fundamental de la elasticidad:ifica la ley fundamental de la elasticidad:

El esfuerzo unitario es igual a la deformación El esfuerzo unitario es igual a la deformación unitaria.unitaria.

Consideraremos el esfuerzo unitario como el Consideraremos el esfuerzo unitario como el esfuerzo de compresión y la deformación esfuerzo de compresión y la deformación unitaria como una deformación en el volumenunitaria como una deformación en el volumen

VISCOSIDAD.VISCOSIDAD.

Entre las moléculas de un fluido existen fuerzas que se Entre las moléculas de un fluido existen fuerzas que se denominan fuerzas de denominan fuerzas de cohesióncohesión. .

Al desplazarse unas moléculas con relación a otras se Al desplazarse unas moléculas con relación a otras se produce una fricción entre ellas.produce una fricción entre ellas.

Entre las moléculas de un fluido en contacto con un Entre las moléculas de un fluido en contacto con un sólido y las moléculas de este cuerpo sólido existen sólido y las moléculas de este cuerpo sólido existen fuerzas moleculares denominadas fuerzas de fuerzas moleculares denominadas fuerzas de adherenciaadherencia..

El coeficiente de fricción interna del fluido se El coeficiente de fricción interna del fluido se denomina denomina viscosidadviscosidad y se designa con la letra y se designa con la letra ηη (etta) (etta)

VISCOSIDAD.VISCOSIDAD.En un fluido ideal la En un fluido ideal la ηη = 0, = 0, y por lo tanto no existirá resistencia alguna al movimiento de las moléculas o resistencia a la deformación.La viscosidad, como cualquier otra propiedad del fluido, depende del estado del fluido caracterizado por al presión y la temperatura.

VISCOSIDAD CINEMATICA.VISCOSIDAD CINEMATICA.En aerodinámica, además de las fuerzas debidas a la En aerodinámica, además de las fuerzas debidas a la viscosidad, intervienen otras fuerzas debidas a la densidad: viscosidad, intervienen otras fuerzas debidas a la densidad: Fuerzas de Inercia.Fuerzas de Inercia.

Por ello, se relaciona la viscosidad dinámica referida a la Por ello, se relaciona la viscosidad dinámica referida a la densidad, o sea la relación entre viscosidad dinámica (densidad, o sea la relación entre viscosidad dinámica (ηη) y la ) y la densidad (densidad (ρ), que se denomina viscosidad cinemática.

La viscosidad cinemática del aire varía mucho con la presión y con la temperatura

η v = ρ

FLUIDO IDEAL.FLUIDO IDEAL.En la realidad es imposible encontrar un fluido ideal. En En la realidad es imposible encontrar un fluido ideal. En mecánica de fluidos se utiliza como una hipótesis para mecánica de fluidos se utiliza como una hipótesis para simplificar las ecuaciones matemáticas en el estudio de la simplificar las ecuaciones matemáticas en el estudio de la aerodinámica.aerodinámica.

Fluido ideal es aquel cuya viscosidad es nula y se puede Fluido ideal es aquel cuya viscosidad es nula y se puede expresar por expresar por ηη = 0 = 0.En ningún fluido real la viscosidad será nula, así un avión volando en aire ideal no experimentaría resistencia alguna.

PRESION.PRESION.Un cuerpo sólido de peso Un cuerpo sólido de peso WW, se encuentra en equilibrio , se encuentra en equilibrio sobre una superficie plana, siendo sobre una superficie plana, siendo AA el área de contacto. el área de contacto.

Se denomina presión del cuerpo (Se denomina presión del cuerpo (PP) sobre la superficie ) sobre la superficie horizontal, debida a la fuerza vertical (horizontal, debida a la fuerza vertical (WW)a la relación:)a la relación:

P = W/AP = W/A

El cuerpo está en equilibrio gracias a otra fuerza W y de sentido contrario que la superficie plana ejerce sobre el cuerpo y que se denomina reacción R, la cual es normal a la superficie

PRESION.PRESION.PROPIEDADESPROPIEDADES

1. La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas las direcciones.

P1

P1

P2P2


2. la presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal, en el seno de un fluido en reposo es la misma.

P1

P1

P2P2

P3 P3


3. En un fluido en reposo, la fuerza de contacto que ejerce en el interior del fluido una parte del fluido sobre otra contigua, tiene la dirección normal a la superficie de contacto.

F

F1


4. La fuerza de presión en un fluido en reposo, se dirige siempre hacia el interior del fluido, es decir es una compresión y jamás una tracción.

P

P


5. La superficie libre de un líquido en reposo es siempre horizontal

P

UNIDADES DE PRESIONUNIDADES DE PRESION

En el Sistema Internacional:En el Sistema Internacional:

1P = 1 N/ m1P = 1 N/ m22. (Pascal). (Pascal)En la práctica se utilizan pulgadas de mercurio En la práctica se utilizan pulgadas de mercurio o mm de mercurio.o mm de mercurio.

Podemos deducir una ecuación para pasar Podemos deducir una ecuación para pasar unidades de longitud de columna a unidades de unidades de longitud de columna a unidades de presión:presión:

Consideremos un recipiente de base horizontal Consideremos un recipiente de base horizontal A, lleno de líquido con densidad A, lleno de líquido con densidad ρρ hasta una hasta una alturaaltura h. h. SegúnSegún la definición de presión: la definición de presión:P = P = WW /A = /A = V V ρρ g / A = g / A = A hA h ρρ g / A = g / A = hh ρρ gg

P = P = ρρ g h g h

PRESION ATMOSFERICAPRESION ATMOSFERICA

Sobre la superficie libre de un líquido actúa la Sobre la superficie libre de un líquido actúa la presión del aire o gas que sobre ella existe. presión del aire o gas que sobre ella existe. Esta presión puede adquirir un valor Esta presión puede adquirir un valor cualquiera en un recipiente cerrado; pero si el cualquiera en un recipiente cerrado; pero si el recipiente está abierto, el valor corresponde a recipiente está abierto, el valor corresponde a la presión atmosférica existente y es igual al la presión atmosférica existente y es igual al peso de la columna de aire sobre el punto del peso de la columna de aire sobre el punto del fluido.fluido.

La presión atmosférica varía con la La presión atmosférica varía con la temperatura y la altitud. La presión media temperatura y la altitud. La presión media normal a 0normal a 0° y al nivel del mar es de 760 mm ° y al nivel del mar es de 760 mm Hg = 1.01396 barHg = 1.01396 bar

ECUACION FUNDAMENTAL DE LA ECUACION FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA DE UN FLUIDO HIDROSTATICA DE UN FLUIDO

INCOMPRESIBLEINCOMPRESIBLE

Si aislamos una porción de fluido de base Si aislamos una porción de fluido de base AA y altura y altura dhdh. . la presión en la base de la porción es la presión en la base de la porción es p. p. la presión en la presión en la parte superior de la porción esla parte superior de la porción es p + dp. p + dp. La ecuación La ecuación de equilibrio esta determinada porde equilibrio esta determinada por

pA – (p + dp)A – pA – (p + dp)A – ρρg A dh = 0g A dh = 0

dpdp ------- = - g dh------- = - g dh ρρ

si si ρρ es ctte. es ctte. p p11 - p - p22 --------- = g ( h--------- = g ( h22 – h – h11 ) )

ρρ

ECUACION FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA DE UN ECUACION FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA DE UN FLUIDO INCOMPRESIBLEFLUIDO INCOMPRESIBLE

pA – (p + dp)A – pA – (p + dp)A – ρρg A dh = 0g A dh = 0

dpdp ------- = - g dh------- = - g dh ρρ

si si ρρ es ctte. es ctte. p p11 - p - p22 --------- = g ( h--------- = g ( h22 – h – h11 ) )

ρρ

pp11 p p22 --- + h--- + h11 g = --- + h g = --- + h22 g g

ρ ρ ρρ

como 1 y 2 son dos puntos en el seno de un fluidocomo 1 y 2 son dos puntos en el seno de un fluido p p --- + h g = C --- + h g = C

ρ ρ

ECUACION FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA DE UN ECUACION FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA DE UN FLUIDO INCOMPRESIBLEFLUIDO INCOMPRESIBLE

p p --- + h g = C --- + h g = C

ρ ρ

p+ p+ ρρgh = C gh = C

Trabajando esta ecuación y considerando un Trabajando esta ecuación y considerando un fluido en movimiento (energía cinética) se llega fluido en movimiento (energía cinética) se llega a la ecuación de Bernoulli para una línea de a la ecuación de Bernoulli para una línea de corriente:corriente:

ρρ v v2 2

p + p + ρρgh + ------- = Cgh + ------- = C 22

LINEAS DE CORRIENTELINEAS DE CORRIENTE

TRAYECORIA DE LA PARTICULATRAYECORIA DE LA PARTICULA

Se define como el camino que recorre una partícula Se define como el camino que recorre una partícula de fluido en su movimiento.de fluido en su movimiento.

LINEA DE CORRIENTE LINEA DE CORRIENTE

Se define a la curva tangente a los vectores Se define a la curva tangente a los vectores velocidad en cada punto del fluido.velocidad en cada punto del fluido.

en régimen permanente, la trayectoria coincide con en régimen permanente, la trayectoria coincide con la línea de corriente, es decir que las velocidades la línea de corriente, es decir que las velocidades en puntos 1, 2 y 3 serán siempre ven puntos 1, 2 y 3 serán siempre v11, v, v22 y v y v33 y la y la partícula sigue una trayectoria que coincide con la partícula sigue una trayectoria que coincide con la línea de corrientelínea de corriente

REGIMENES DE REGIMENES DE CORRIENTECORRIENTE

CORRIENTE PERMANENTE Y CORRIENTE CORRIENTE PERMANENTE Y CORRIENTE VARIABLEVARIABLE

PERMANENTE si en cualquier punto del espacio PERMANENTE si en cualquier punto del espacio por donde circula el fluido, no varían con el tiempo por donde circula el fluido, no varían con el tiempo las características de este. (aunque varíen de un las características de este. (aunque varíen de un punto a otro). En particular su velocidad y su punto a otro). En particular su velocidad y su presión.presión.

ejemplo: corriente de agua continua en un canal ejemplo: corriente de agua continua en un canal de pendiente uniformede pendiente uniforme

VARIABLE si sucede lo contrario. VARIABLE si sucede lo contrario.

ejemplo: vaciado de un depósito por un orificio de ejemplo: vaciado de un depósito por un orificio de fondo.fondo.


CORRIENTE UNIFORME Y NO UNIFORMECORRIENTE UNIFORME Y NO UNIFORME

UNIFORME. Si en cualquier sección transversal UNIFORME. Si en cualquier sección transversal a la corriente, la velocidad en puntos homólogos a la corriente, la velocidad en puntos homólogos es igual en magnitud y dirección. es igual en magnitud y dirección.

ejemplo: flujo de un fluido en un tubo de ejemplo: flujo de un fluido en un tubo de diámetro constante.diámetro constante.

NO UNIFORME . En caso contrario.NO UNIFORME . En caso contrario.

ejemplo: cono divergente a la salida de una ejemplo: cono divergente a la salida de una bomba. La velocidad disminuye a medida que la bomba. La velocidad disminuye a medida que la sección aumenta.sección aumenta.


CORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTACORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTA

LAMINAR, si es perfectamente ordenada, de LAMINAR, si es perfectamente ordenada, de manera que el fluido se mueve en láminas manera que el fluido se mueve en láminas paralelas que no se mezclan entre sí, es decir paralelas que no se mezclan entre sí, es decir con movimiento estratificado.con movimiento estratificado.

Aceite desplazándose en una tubería circular de diámetro constante.


CORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTACORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTA

TURBULENTA, si es desordenada y el fluido se TURBULENTA, si es desordenada y el fluido se desplaza con líneas de corriente entrecruzadas, desplaza con líneas de corriente entrecruzadas, formando pequeños remolinos aperiódicos.formando pequeños remolinos aperiódicos.

En el régimen turbulento se da mayor disipación En el régimen turbulento se da mayor disipación de energía.de energía.

Segmentos de trayectorias de diversas partículas en un mismo espacio de tiempo

Trayectoria de una sóla partícula


Flujo laminar de un fluido perfecto entorno al perfil de un objeto

CAUDALCAUDAL El caudal El caudal QQ es el volumen de fluido por es el volumen de fluido por

unidad de tiempo que pasa a través de unidad de tiempo que pasa a través de una sección transversal a la corrienteuna sección transversal a la corriente

VVQ = -----Q = ----- tt

Si queremos expresar el caudal en relación a la sección transversal que cruza:

V A dx V A dx Q = ----- = ------- = Q = ----- = ------- = AvAv t t t t

Q = Q = Av Av

el caudal es igual a la sección que el caudal es igual a la sección que atraviesa por la velocidad en esa atraviesa por la velocidad en esa secciónsección

ECUACION DE ECUACION DE CONTINUIDADCONTINUIDAD

Consideramos para un hilo de corriente en régimen Consideramos para un hilo de corriente en régimen permanente, donde:permanente, donde: No entra ni sale fluido lateralmente porque la No entra ni sale fluido lateralmente porque la

velocidad es tangencial al hilo de corrientevelocidad es tangencial al hilo de corriente El hilo de corriente se considera estacionarioEl hilo de corriente se considera estacionario No se crea ni se destruye masa, por lo que la masa No se crea ni se destruye masa, por lo que la masa

que entra es la misma masa que sale por una que entra es la misma masa que sale por una sección transversal determinadasección transversal determinada

m m ρρV A dx V A dx

----- = Constante = ------- = --------------- = Constante = ------- = ---------- t t tt t t

Q = Av Q = Av

s

s,

V

V’

ECUACION DE CONTINUIDAD

S V = S’ V’

CAUDAL: AREA x VELOCIDAD

S x V

Generalidades:

Donde hay flujo lento en un fluido, encontrará la presión (estática) aumentada.

Donde hay un aumento de flujo en un fluido, encontrará la presión (estática) disminuida.

En un fluido estacionario el valor total de la presión se mantiene constante.

La presión total está constituida por la presión estática y por la presión dinámica.

Si la presión dinámica aumenta, la presión estática disminuye,

Si la presión dinámica disminuye, la presión estática aumenta.

ECUACION DE BERNOULLIECUACION DE BERNOULLI La ecuación de Bernoulli se deduce a partir de la La ecuación de Bernoulli se deduce a partir de la

ecuación fundamental de la hidrostática considerando ecuación fundamental de la hidrostática considerando un fluido en movimiento.un fluido en movimiento.

Esta ecuación se aplica sólo a fluidos ideales e Esta ecuación se aplica sólo a fluidos ideales e incompresibles que se mueven a régimen permanente.incompresibles que se mueven a régimen permanente.

Los puntos que se consideran para la deducción están Los puntos que se consideran para la deducción están situados en la misma línea de corriente.situados en la misma línea de corriente.

• En un fluido ideal no hay viscosidad ni rozamiento, por lo que no se transforma energía hidráulica en térmica.• Aunque la energía se puede transformar de una a otra, por el principio de conservación de la energía, la suma total de la energía que posee la partícula debe permanecer constante

ECUACION DE BERNOULLIECUACION DE BERNOULLI Considerando energías específicas, la suma de estas Considerando energías específicas, la suma de estas

en un fluido ideal e incompresible se compone de:en un fluido ideal e incompresible se compone de:

Energía geodésicaEnergía geodésica hghg

Energía de presión Energía de presión p/p/ρρ

Energía de velocidadEnergía de velocidad v v 22 /2 /2 La suma de estas energías debe permanecer La suma de estas energías debe permanecer

constanteconstante P v 2 ------ + hg + ----- = Constante ρ 2

ρ v 2 P + ρhg + ----- = Constante

2

TUBO DE VENTURITUBO DE VENTURI

Un tubo de venturi es usado para medir la velocidad del flujo de un fluido. En la garganta, el área es reducida de A1 a A2 y su velocidad se incrementa de V1 a V2. En el punto 2, donde la velocidad es máxima, la presión es mínima. Esto lo sabemos de la ecuación de Bernoulli.

ECUACION DE CONTINUIDAD APLICADA A UN PERFIL ALAR.

“Si las líneas de corriente se juntan al pasar sobre cualquier superficie del avión, la velocidad del flujo del aire ha aumentado, si se separan , la velocidad ha disminuido.

AERODINAMICA AERODINAMICA BASICABASICA

CAP. PA SALVADOR ENRIQUE RIVAS ALFAROCAP. PA SALVADOR ENRIQUE RIVAS ALFARO

VIENTO RELATIVO

Es el flujo de aire que pasa sobre un objeto en virtud de la velocidad relativa entre el aire y el objeto.

El viento que se crea contrario a la dirección del movimiento del avión

Borde de ataque. Parte frontal del ala y la primera que entra en contacto con el flujo de aire

Borde de fuga. Sección delgada posterior donde el flujo de aire se reencuentra

línea de cuerda. La línea uniendo el borde de ataque y el borde de salida ángulo de ataque. El ángulo entre la línea de cuerda y el viento que viene de frente.

PARTES DE UN PERFIL ALAR

Angulo de ataque

Borde de ataque

Borde de fuga

Línea de cuerdaFLUJO

Ángulo de incidencia. es el ángulo agudo formado por la cuerda del ala con respecto al eje longitudinal del avión. Este ángulo es fijo, pues responde a consideraciones de diseño y no es modificable por el piloto

ANGULO DE INCIDENCIA

ANGULO DE ATAQUE.

El ángulo que forma el viento relativo con la cuerda de ala

El A. de ataque. Aumenta o disminuye al operar el control de profundidad.

Al aumentar el A. de Ataque, la sustentación aumenta hasta cierto límite, que también depende del aumento de potencia.

El límite ocurre cuando se forma turbulencia, el aire entonces ya no puede seguir la forma del ala, el flujo se desorganiza, se pierde la sustentación y el avión se desploma.

CAPA LIMITECAPA LIMITE CAPA LIMITECAPA LIMITE

Cuando un fluido fluye sobre una superficie, debido a la fricción, la capa más cercana a la superficie se detiene completamente. Encima de esta capa se forman otras, cada una de las cuales tiene menos fricción que la anterior y por tanto mayor velocidad. Así hasta que a partir de una capa concreta no hay fricción y las capas tienen la velocidad libre del fluido.

CAPA LIMITECAPA LIMITE

Al conjunto de capas que van desde la que tiene velocidad cero (la más cercana al ala) hasta la que tiene velocidad libre se le llama capa límite, y a la distancia entre la primera y la última espesor de la capa límite.

CORRIENTE LAMINAR Y CORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTATURBULENTA

CAPA LIMITECAPA LIMITE

Capa límite laminar: Considerado el perfil de un plano, cuando el movimiento del aire se realiza de manera ordenada, en capas paralelas, obtenemos una circulación laminar y por tanto una capa límite laminar. Capa límite turbulenta: En ella el movimiento de las partículas no es en forma de capas paralelas, siendo de forma caótica, pasando las moléculas de aire de una capa a otra moviéndose en todas direcciones.

CAPA LIMITECAPA LIMITE CORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTACORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTA

Fuerza generada por un cuerpo que se Fuerza generada por un cuerpo que se desplaza por un fluido, de dirección desplaza por un fluido, de dirección perpendicular a la de la velocidad de la perpendicular a la de la velocidad de la corriente incidente.corriente incidente.

Como con otras fuerzas aerodinámicas, en Como con otras fuerzas aerodinámicas, en la práctica, en lugar de fuerzas se utilizan la práctica, en lugar de fuerzas se utilizan coeficientes adimensionales, que coeficientes adimensionales, que representan la efectividad de la forma de representan la efectividad de la forma de un cuerpo para producir sustentación y un cuerpo para producir sustentación y cuyo uso es más cómodo que el de fuerzas.cuyo uso es más cómodo que el de fuerzas.

SUSTENTACIONSUSTENTACION

Es la principal fuerza que permite que una Es la principal fuerza que permite que una aeronave con alas se mantenga en vuelo.aeronave con alas se mantenga en vuelo.

Para la sustentación se utiliza la notación Para la sustentación se utiliza la notación LL, , del término inglés del término inglés liftlift, y C, y CLL para el coeficiente para el coeficiente de sustentación, el cual siempre se busca sea de sustentación, el cual siempre se busca sea lo mayor posible.lo mayor posible.

Además, la sustentación y en consecuencia, su Además, la sustentación y en consecuencia, su coeficiente, dependen directamente del ángulo coeficiente, dependen directamente del ángulo de ataque, aumentando según aumenta éste de ataque, aumentando según aumenta éste hasta llegar a un punto máximo después del hasta llegar a un punto máximo después del cual se entra en pérdida.cual se entra en pérdida.


Una aeronave se sustenta en el aire como consecuencia de la diferencia de presión que se origina al incidir la corriente de aire en una superficie aerodinámica como es el ala.

.


• forma del corte transversal del ala,

• su área,

• de las características de su superficie,

• su inclinación respecto al flujo del aire y

• de la velocidad del mismo

En la parte superior la presión es menor que en la inferior, y esa diferencia produce un efecto de empuje hacia arriba llamado sustentación. La magnitud del empuje depende de:

FLUJO DE AIRE A TRAVES DEL FLUJO DE AIRE A TRAVES DEL PERFILPERFIL

CARACTERISTICAS DEL FLUJOCARACTERISTICAS DEL FLUJO Antes de llegar al borde de ataque, las líneas de Antes de llegar al borde de ataque, las líneas de

corriente toman una dirección ascendente, corriente toman una dirección ascendente, preparándose para fluir a través del ala. Esto se preparándose para fluir a través del ala. Esto se debe al movimiento ondulatorio que se genera debe al movimiento ondulatorio que se genera por el paso del ala a través del airepor el paso del ala a través del aire

Al dejar el borde de fuga, las líneas de corriente Al dejar el borde de fuga, las líneas de corriente llevan una trayectoria descendente en ángulo llevan una trayectoria descendente en ángulo εε (epsilon) con respecto al viento relativo. Este (epsilon) con respecto al viento relativo. Este ángulo se denomina como ángulo se denomina como ángulo de deflexiónángulo de deflexión. . ..


CARACTERISTICAS DEL FLUJOCARACTERISTICAS DEL FLUJO Al llegar al borde de ataque el viento relativo lleva Al llegar al borde de ataque el viento relativo lleva

trayectoria ascendente; al dejar el borde de fuga, trayectoria ascendente; al dejar el borde de fuga, lleva trayectoria descendente. Se infiere que el lleva trayectoria descendente. Se infiere que el viento relativo cambia a través del perfil alar, por viento relativo cambia a través del perfil alar, por lo que se toma como referencia un lo que se toma como referencia un viento relativo viento relativo mediomedio para realizar cálculos. para realizar cálculos.

εVR


CARACTERISTICAS DEL FLUJOCARACTERISTICAS DEL FLUJO El viento relativo medio es el que forma un ángulo El viento relativo medio es el que forma un ángulo

εε/2 con el viento relativo/2 con el viento relativo

ε/2VR

VRm


La fuerza aerodinámica neta (conocida como La fuerza aerodinámica neta (conocida como sustentación) se produce perpendicular al viento sustentación) se produce perpendicular al viento relativo mediorelativo medio

La sustentación útil o efectiva se produce La sustentación útil o efectiva se produce perpendicular al viento relativoperpendicular al viento relativo

ε/2VR

VRm

SUSTENTACIÓN

SUSTENTACIÓNEFECTIVA

FLUJO DE AIRE A TRAVES DEL FLUJO DE AIRE A TRAVES DEL PERFILPERFIL La sustentación se descompone en dos: La sustentación se descompone en dos: Sustentación Sustentación

efectiva y Resistencia inducidaefectiva y Resistencia inducida. . La segunda es inevitable ya que se crea a partir de la La segunda es inevitable ya que se crea a partir de la

sustentaciónsustentación

ε/2VR

VRm

SUSTENTACIÓN

SUSTENTACIÓNEFECTIVA

la resistencia inducida aumenta a medida que aumenta el ángulo de ataque. la resistencia inducida disminuye con el aumento de velocidad.


La diferencia de presiones entre la curvatura superior e La diferencia de presiones entre la curvatura superior e inferior del ala produce un flujo de aire que pasa por las inferior del ala produce un flujo de aire que pasa por las puntas de las alas desde la superficie inferior a la superior.puntas de las alas desde la superficie inferior a la superior.

Este flujo, al combinarse con el viento relativo, forma Este flujo, al combinarse con el viento relativo, forma torbellinos de aire que se definen como vórticestorbellinos de aire que se definen como vórtices


Como consecuencia de los vórtices se Como consecuencia de los vórtices se produce una tendencia del flujo de aire produce una tendencia del flujo de aire sobre el ala a desviarse hacia las raíces y sobre el ala a desviarse hacia las raíces y bajo el ala a desviarse hacia las puntasbajo el ala a desviarse hacia las puntas

Un efecto de los Un efecto de los vórtices es la desviación vórtices es la desviación del flujo de aire hacia del flujo de aire hacia abajo al dejar el borde abajo al dejar el borde de fuga, con lo que se de fuga, con lo que se aumenta la aumenta la RiRi

CENTRO DE PRESIONESCENTRO DE PRESIONES Se denomina centro de presiones al punto teórico del ala donde Se denomina centro de presiones al punto teórico del ala donde

se considera aplicada toda la fuerza de sustentación. A efectos se considera aplicada toda la fuerza de sustentación. A efectos teóricos, aunque la presión actúa sobre todo el perfil, se teóricos, aunque la presión actúa sobre todo el perfil, se considera que toda la fuerza de sustentación se ejerce sobre un considera que toda la fuerza de sustentación se ejerce sobre un punto en la línea de la cuerda (resultante).punto en la línea de la cuerda (resultante).

CENTRO DE PRESIONESCENTRO DE PRESIONES La posición del centro de presiones se suele dar en % de la cuerda del ala a partir del borde de ataque.La posición del centro de presiones se suele dar en % de la cuerda del ala a partir del borde de ataque. A medida que aumenta o disminuye el ángulo de ataque se modifica la distribución de presiones alrededor A medida que aumenta o disminuye el ángulo de ataque se modifica la distribución de presiones alrededor

del perfil, desplazándose el centro de presiones, dentro de unos límites, hacia adelante o atrás del perfil, desplazándose el centro de presiones, dentro de unos límites, hacia adelante o atrás respectivamente.respectivamente.

El margen de El margen de desplazamiento desplazamiento suele estar entre el suele estar entre el 25% y el 60% de la 25% y el 60% de la cuerda, y puesto cuerda, y puesto que afecta a la que afecta a la estabilidad de la estabilidad de la aeronave es aeronave es conveniente que conveniente que sea el menor sea el menor posible.posible.

Perdida (Stall)

Para ángulos superiores a 14 grados, la sustentación cambia con rapidez hasta llegar a la pérdida total cuando, por efecto de esos valores, el aire se mueve produciendo torbellinos en la superficie de las alas..

En ésta situación se dice que el perfil aerodinámico ha entrado en pérdida

ANGULO DE ATAQUE ANGULO DE ATAQUE CRITICOCRITICO

Perdida (Stall)

Pérdida de sustentación que resulta en el desplome del avión. Puede ocurrir por

-Excesivo ángulo de ataque y consiguiente baja velocidad

-maniobras extremadamente violentas, en cuyo caso se denomina stall de alta velocidad.

- en corrientes de aire verticales muy fuertes, como las que ocurren en la turbulencia severa de tempestades

la pérdida que se debe a un excesivo ángulo de ataque y puede ocurrir con cualquier velocidad, cualquier actitud y cualquier potencia.

PERDIDA DE SUSTENTACION EN EL PERDIDA DE SUSTENTACION EN EL PERFILPERFIL

FACTORES QUE INTERVIENEN EN FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA VELOCIDAD D EPERDIDALA VELOCIDAD D EPERDIDA

RESISTENCIARESISTENCIA

• Se denomina resistencia aerodinámica, o simplemente resistencia, a la componente de la fuerza que sufre un cuerpo al moverse a través del aire en la dirección de la velocidad relativa entre el aire y el cuerpo. La resistencia es siempre de sentido opuesto a dicha velocidad, por lo que habitualmente se dice de ella que es la fuerza que se opone al avance de un cuerpo a través del aire.

Es la fuerza que retarda el avance del avión a través del aire.

•Normalmente es desventaja:

•Disminuye alcance.

•Consumo alto de combustible.

•Disminuye velocidad del avión.

Es ventajosa en los aterrizajes para disminuir velocidad.

La resistencia puede ser inducida y parásita

RESISTENCIARESISTENCIA

RESISTENCIARESISTENCIA Resistencia parásita.Resistencia parásita. Se denomina así toda resistencia Se denomina así toda resistencia

que no es función de la sustentación. Está compuesta por:que no es función de la sustentación. Está compuesta por: Resistencia de perfil: se puede descomponer a su vez en Resistencia de perfil: se puede descomponer a su vez en

otras dos: otras dos: Resistencia de presión: Debida a la forma de la estela. Resistencia de presión: Debida a la forma de la estela. Resistencia de fricción: Debida a la viscosidad del fluido. Resistencia de fricción: Debida a la viscosidad del fluido.

Resistencia adicional: Es la resistencia provocada los Resistencia adicional: Es la resistencia provocada los componentes de un avión que no producen sustentación, componentes de un avión que no producen sustentación, como por ejemplo el fuselaje o las góndolas subalares. como por ejemplo el fuselaje o las góndolas subalares.

Resistencia de interferencia: Cada elemento exterior de Resistencia de interferencia: Cada elemento exterior de un avión en vuelo posee su capas límite, pero por su un avión en vuelo posee su capas límite, pero por su proximidad éstas pueden llegar a interferir entre sí, lo proximidad éstas pueden llegar a interferir entre sí, lo que conduce a la aparición de esta resistencia. que conduce a la aparición de esta resistencia.

Resistencia inducida. La que se origina por la producción de la sustentación. Se producen juntas si cesa la sustentación también cesa la R. I.

La resistencia inducida es paralela al viento relativo

La resistencia inducida no se puede eliminar

Viento relativo medio

Fuerza aerodinámica

RESISTENCIA INDUCIDARESISTENCIA INDUCIDA

RESISTENCIA INDUCIDARESISTENCIA INDUCIDA

En la resistencia inducida también tiene influencia la En la resistencia inducida también tiene influencia la forma de las alas; un ala alargada y estrecha tiene forma de las alas; un ala alargada y estrecha tiene menos resistencia inducida que un ala corta y ancha menos resistencia inducida que un ala corta y ancha

CONTROL DE LA CONTROL DE LA RESISTENCIARESISTENCIA

La resistencia inducida depende del La resistencia inducida depende del ángulo de ataque. El piloto puede reducir ángulo de ataque. El piloto puede reducir la resistencia inducida si para lograr más la resistencia inducida si para lograr más sustentación incrementa la velocidad en sustentación incrementa la velocidad en vez de incrementar el ángulo de ataque. A vez de incrementar el ángulo de ataque. A mayor velocidad menor resistencia mayor velocidad menor resistencia inducida. El peso influye de forma inducida. El peso influye de forma indirecta en esta resistencia, puesto que a indirecta en esta resistencia, puesto que a más peso más sustentación se necesita y más peso más sustentación se necesita y por tanto mayor ángulo de ataque para por tanto mayor ángulo de ataque para mantener la misma velocidad. mantener la misma velocidad. Disminuyendo el peso disminuye la Disminuyendo el peso disminuye la resistencia inducida.resistencia inducida.

CONTROL DE LA CONTROL DE LA RESISTENCIARESISTENCIA

La resistencia parásita se incrementa con la La resistencia parásita se incrementa con la velocidad del avión. La única forma que tiene el velocidad del avión. La única forma que tiene el piloto para disminuirla es aminorar la velocidad piloto para disminuirla es aminorar la velocidad

Si con el aumento de Si con el aumento de velocidad disminuye la velocidad disminuye la resistencia inducida y se resistencia inducida y se incrementa la resistencia incrementa la resistencia parásita, tiene que haber parásita, tiene que haber un punto en que la suma un punto en que la suma de ambas (resistencia de ambas (resistencia total) sea el menor total) sea el menor posible. Este punto de posible. Este punto de velocidad viene tabulado velocidad viene tabulado por el fabricante en el por el fabricante en el manual del avión.manual del avión.

SUSTENTACION vs SUSTENTACION vs RESISTENCIARESISTENCIA

VELOCIDAD DEL VELOCIDAD DEL SONIDOSONIDO

Una Una onda mecánicaonda mecánica es una perturbación que se propaga es una perturbación que se propaga a través de un medio elástico y transporta energía sin un a través de un medio elástico y transporta energía sin un transporte neto de materia. Por medio elástico se transporte neto de materia. Por medio elástico se entiende aquel que luego de que la perturbación ha entiende aquel que luego de que la perturbación ha pasado es capaz de retomar su forma inicial.pasado es capaz de retomar su forma inicial.

Para que se produzca una onda mecánica son necesarias Para que se produzca una onda mecánica son necesarias las siguientes condiciones:las siguientes condiciones:

Una fuente de perturbación. Una fuente de perturbación. Un medio a través del cual se propague la Un medio a través del cual se propague la

perturbación. perturbación. Un mecanismo por medio del cual las Un mecanismo por medio del cual las

partículas del medio interactúen entre sí para partículas del medio interactúen entre sí para intercambiar energía. intercambiar energía.

Las ondas mecánicas, debido a su mecanismo de Las ondas mecánicas, debido a su mecanismo de expansión cuentan con las siguientes expansión cuentan con las siguientes características:características:

La onda se propaga desde la fuente en La onda se propaga desde la fuente en todas las direcciones en que le sea todas las direcciones en que le sea posible. posible.

Dos ondas pueden entrecruzarse en el Dos ondas pueden entrecruzarse en el mismo punto del medio sin modificarse mismo punto del medio sin modificarse una a la otra. una a la otra.

La velocidad de la onda es una propiedad La velocidad de la onda es una propiedad dependiente dependiente únicamente de las únicamente de las características físicas del mediocaracterísticas físicas del medio. .


La La velocidad del sonidovelocidad del sonido es la velocidad de es la velocidad de propagación de las ondas mecánicas propagación de las ondas mecánicas longitudinales, producidas por variaciones de longitudinales, producidas por variaciones de presión del medio. Estas variaciones de presión presión del medio. Estas variaciones de presión generan en el cerebro la sensación del sonidogeneran en el cerebro la sensación del sonido

La velocidad de propagación de la onda sonora La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la características de la onda o de la fuerza que la genera.genera.

La velocidad del sonido en el aire (a una La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es de 340 m/s. temperatura de 20 ºC) es de 340 m/s.

En el agua es de 1.6 m/s. En el agua es de 1.6 m/s.


El El Número MachNúmero Mach, conocido como , conocido como machmach (pronúnciese "mac"), se define como el cociente (pronúnciese "mac"), se define como el cociente entre la velocidad de un objeto y la velocidad del entre la velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve dicho sonido en el medio en que se mueve dicho objeto. Dicha relación puede expresarse según la objeto. Dicha relación puede expresarse según la ecuación:ecuación:

Ma = V / VMa = V / Vss

Es una magnitud adimensional, típicamente Es una magnitud adimensional, típicamente usada para describir la velocidad de los aviones. usada para describir la velocidad de los aviones. Mach 1 equivale a la velocidad del sonido, Mach Mach 1 equivale a la velocidad del sonido, Mach 2 es dos veces la velocidad del sonido, etc.2 es dos veces la velocidad del sonido, etc.


la velocidad del sonido cambia dependiendo de la velocidad del sonido cambia dependiendo de las condiciones de la atmósfera. Por ejemplo, las condiciones de la atmósfera. Por ejemplo, cuanto mayor sea la altura sobre el nivel del mar cuanto mayor sea la altura sobre el nivel del mar o la temperatura de la atmósfera, menor es la o la temperatura de la atmósfera, menor es la velocidad del sonido. velocidad del sonido.

Normalmente, las velocidades de vuelo se Normalmente, las velocidades de vuelo se clasifican según su número de Mach en:clasifican según su número de Mach en: Subsónico M < 0,7 Subsónico M < 0,7 Transónico 0,7 < M < 1,2 Transónico 0,7 < M < 1,2 Supersónico 1,2 < M < 5 Supersónico 1,2 < M < 5 Hipersónico M > 5 Hipersónico M > 5



En aerodinámica, la En aerodinámica, la barrera del sonidobarrera del sonido es un supuesto límite físico que impediría es un supuesto límite físico que impediría que objetos de gran tamaño se que objetos de gran tamaño se desplazaran a velocidad supersónica. desplazaran a velocidad supersónica.

AERODINAMICA

Documents

Transcript of AERODINAMICA