Taller Aeronutico

Taller Aeronuticorea Fluidodinmica y Aerodinmica

Tema: Aerodinmica de las Aeronaves

Dr. Julio Maran Di LeoCtedras Aerodinmica General I y II

Asignaturas del rea Fluidodinmica y AerodinmicaContenidos analticos.

Unidad 1: Propiedades de los Fludos. PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS. LIQUIDOS Y GASES. REOLOGIA, FUERZAS DE VOLUMEN Y DE SUPERFICIE, HIPOTESIS DE CONTINUO. EQUILIBRIO MECANICO DE UN FLUIDO. REVISIN DE TERMODINAMICA CLASICA.

Unidad 2: Procesos de transporte. FENOMENOS DE TRANSPORTE. FENOMENOS DE INTERFASE. FLUJO DE GASES Y LIQUIDOS. FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS. FLUIDOS TIXOTROPICOS, PSEUDOPLASTICOS, REOPECTICOS Y DILATANTES.

Unidad 3: Cinemtica de Fludos. CINEMATICA DEL CAMPO FLUIDODINAMICO. MOVIMIENTO DE UN FLUIDO EN LAS CERCANIAS DE UN PUNTO. DISTRIBUCION ESPACIAL DE CAMPOS DE VELOCIDADES. DISTRIBUCION DE VELOCIDADES CON VORTICIDAD Y EXPANSION. FUENTES Y SUMIDEROS. BIOT Y SAVART. HILO VORTICOSO.

Unidad 4: Ecuaciones de conservacin. ECUACION DE CONSERVACION DE MASA, DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO, DE ENERGIA, DE ESPECIES, ECUACION DE ESTADO. ACOPLE DE ECUACIONES EN PROBLEMAS CONCRETOS. APLICACION DEL SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA.

Unidad 5: Planteo de modelos. SIMPLIFICACION DE LAS ECUACIONES. MODELOS MATEMATICOS. MODELOS FISICOS. ECUACION DE DIFUSION DE VORTICIDAD. ECUACION DE BERNOULLI. TEOREMA DE BJERKNESS.

Unidad 6: Grupos adimensionales. SEMEJANZA DINAMICA. NUMEROS DE REYNOLDS, DE PRANDTL, DE FROUDE, DE NUSSELT Y OTROS. CRITERIOS PARA CONSTRUIR EXPERIMENTOS. TUNEL DE VIENTO. TIPOS. DISEO DE MODELOS PARA ENSAYO EN TUNEL DE VIENTO. CONCEPTO DE ENSAYOS A ESCALA COMPLETA.

Unidad 7: Flujos vorticosos, incompresibles e irrotacionales. CONDICIONES QUE DEBE REUNIR UN FLUJO PARA PODER SER CONSIDERADO INCOMPRESIBLE. CONDICIONES PARA PODER SER CONSIDERADO POTENCIAL. CRITERIO DE SIMPLIFICACION Y PLANTEO DE MODELOS. DETERMINACION DE ZONAS Y CAPAS DONDE PREDOMINAN CIERTOS TIPOS DE FLUJO. FLUJO DE FLUIDO VISCOSO E INCOMPRESIBLE. FLUJO ESTACIONARIO UNIDIRECCIONAL. FLUJO NO ESTACIONARIO. FLUJO A MUY BAJO NUMERO DE REYNOLDS. VARIACION DE LA CONFORMACION FLUIDODINAMICA CON EL NUMERO DE REYNOLDS.

Unidad 8: Flujos potenciales. FLUJO POTENCIAL. APLICACIONES DE LAS FUNCIONES DE VARIABLES COMPLEJA A LOS CAMPOS POTENCIALES. TEOREMA DE BLASIUS. FUENTES,SUMIDEROS, DOBLETES. CILINDRO EMBESTIDO POR UNA CORRIENTE. CIRCULACION. PARADOJA DE D'ALAMBERT. PERFILES BIDIMENSIONALES SUBSONICOS. PERFIL JOUKOWSKY.

A011 - MECNICA DE LOS FLUDOS IA015 - MECNICA DE LOS FLUDOS IIContenidos analticos.

Unidad 1.Turbulencia: Conformaciones fluidodinamicas laminares y turbulentas. Ecuaciones de conservacion para flujo turbulento: conservacion de masa, de cantidad demovimiento y de energia.

Unidad 2. Ecuaciones generales de conservacin: analisis de las ecuaciones de conservacion para flujo turbulento. Correlaciones. Tensiones de reynolds. Funciones de correlacion doble de velocidades. Teorias semiempiricas: longitud de mezcla de prandtl. Escalas: integral, microescala. Turbulencia homogenea e isotropa. Espectro turbulento unidimensional. Flujos turbulentos de pared.

Unidad 3: la capa lmite. Ecuaciones de conservacion para la capa limite laminar. Ecuaciones de la capa limite turbulenta. Ecuaciones para la capa plana sin y con gradiente de presion. Ecuacion integral para la capa limite.

Unidad 4:formacin de capas lmites. Capas limites sobre cuerpos de diferentes formas. Fenomenos de transicion, despegue y relaminarizacion. Burbujas de recirculacion. Representacion de conformaciones con fenomenos laminares, turbulentos, con recirculacion, remolinos aislados, zonas de generacion, crecimiento y emision de remolinos, interacciones del flujo. Tnel de viento de capa lmite. Experiencias en tnel de viento de capa lmite.

Unidad 5. Flujos compresibles. Introduccion al flujo compresible. Flujo isoentropico unidimensional de gases perfectos. Conceptos de flujo supersonico. Analisis unidimensionales. Ecuaciones de balance. Curvas de fanno y rayleigh. Unidad 6: flujos isoentrpicos. Flujo isoentropico bidimensional. Subsonico, transonico y supersonico de gases perfectos. Tobera de laval. Difusores supersonicos unidimensionales. Ondas de mach. Compresiones suaves. Expansion de prandtl meyer. Interaccion de ondas. Unidad 7: flujos adiabticos. Flujo adiabatico no isoentropico. Ondas de choque normales. Ondas de choque oblicuas. Ondas fuertes y debiles. Polar de choque. Interaccion y rebotes de ondas. Unidad 8. Flujos unidimensionales. Flujo unidimensional de area constante. Ecuaciones de rankine - hugoniot. Flujo isotermico y flujo adiabatico. Flujo unidimensional de area constante con calentamiento y enfriamiento. Unidad 9: flujos supersnicos bidimensionales. Flujo supersonico bidimensional plano y con simetria axial. Odografa. Flujo con ondas de dos familias. Expansion de una corriente supersonica. Teoria de caracteristicas. Perfil diamante. Tobera sub y sobre expandida. Chorros supersonicos. Conjuntos de perfiles que interaccionan entre si. Contenidos analticos.

Unidad 1: Concepto de fuerzas y momentos aerodinmicos: Conceptos generales acerca de las leyes aerodinmicas. Parmetros que gobiernan las fuerzas y momentos aerodinmicos. Sistema de ejes del aeroplano. Momentos de cabeceo, guiada y rolido. Conceptos de vrtice de arranque y sistema de vrtices del ala de envergadura infinita.

Unidad 2: Sustentacin y resistencia como componentes de la fuerza aerodinmica. Sustentacin y resistencia en alas de envergadura infinita en bajas velocidades. Circulacin y sustentacin: Teorema de Kutta-Joukwosky. Resistencia de piel y de presiones.Unidad 3: Familias de perfiles aerodinmicos: El perfil aerodinmico como seccin de un ala de envergadura infinita. Geometra de los perfiles. Radio de curvatura del borde de ataque. Angulo del borde de fuga. Cuerda. Lneas de curvatura media. Mximo espesor y distribucin del mismo segn la cuerda. Familias de perfiles (NACA ; SELIG; SELIG-DONOVAN; WORTMANN; EPPLER; ETC).Unidad 4: Teora de perfiles delgados: Teora de perfiles delgados. Coeficientes de sustentacin y momentos. Perfiles delgados simtricos. Perfiles con curvatura. Aplicacin de la teora a perfiles NACA de 4 dgitos.

Unidad 5: Transformacin conforme y perfiles aerodinmicos: La transformacin de Joukowski. Condicin de Kutta-Joukowski. Teora generalizada de la transformacin conforme. Teora del Dr. Theodorsen. Transformacin de un perfil aerodinmico en un crculo perfecto. Clculo de la distribucin de presiones en el intrados y extrados del perfil. Aplicaciones.Unidad 6: Alas subsnicas de envergadura finita en bajas velocidades: Diferencias bsicas entre un ala de envergadura infinita y una real de envergadura finita. Relacin entre potencia consumida para bombear aire hacia abajo y resistencia inducida. Desarrollo de la ecuacin del ala (Glauert). Caso de la distribucin elptica de sustentacin. Distribucin general de sustentacin (series de Fourier). Mtodo de paneles para alas bidimensionales. Mtodo de Multhopp para clculo de alas. Mtodo de red de vrtices (VLM). Aplicaciones. Unidad 7: Teora y clculo de dispositivos de hipersustentacin: Concepto de dispositivos de hipersustentacin. Flaps de borde de fuga. Flap sin ranura. Flaps ranurados. Split flaps. Flaps Fowler (simples y mltiples). Flaps de borde de ataque (slots y slats). Soplado de capa lmite. Clculo del aumento del Cl, Cm y Cd con los distintos sistemas de hipersustentacin. Aplicaciones.Unidad 8: Teora general de la hlice: Teora bsica del disco rotante. Balances macroscpicos entre flujos de aire entrante y saliente. Potencia entregada y absorbida. Rendimiento de la hlice. Teora de la pala elemento. Hlices bipala y multipala. Fuerza y torque. Curvas de eficiencia de la hlice. Coeficientes de empuje, torque y potencia. Razones de solidez y avance. Aplicaciones.Unidad 9: Aspectos bsicos de performance. Estabilidad esttica. Conceptos de performance del avin en vuelo no-acelerado. Curvas de potencia requerida y potencia disponible. Mxima velocidad de trepada. Mximo ngulo de trepada. Techo de servicio. Aplicaciones.:

A018 AERODINMICA GENERAL IContenidos analticos.

Unidad 1:Teora y clculo de la resistencia aerodinmica en cuerpos en rgimen laminar y turbulento: Ecuacin integral de la capa lmite, regmenes laminares y turbulentos, sin gradiente de presiones y con gradiente de presiones en fuselajes, alas, planos de cola y otros componentes de aeronaves. Soluciones aproximadas para el clculo de la resistencia aerodinmica. AplicacionesUnidad 2: Estabilidad dinmica del avin: Estabilidad Lateral. Estabilidad dinmica positiva, negativa y neutra. Modos de estabilidad (perodos largos y cortos). Estabilidad de alas volantes. Mtodos de clculo de estabilidad. AplicacionesUnidad 3: Alas en rgimen subsnico alto y transnico: Conceptos generales del flujo subsnico compresible y transnico en alas y fuselajes. Flujos potenciales compresibles. Ecuacin general del flujo potencial compresible. Aplicaciones.Unidad 4: Teora de pequeas perturbaciones: Pequeas perturbaciones en flujos subsnicos compresibles. Teora lineal de Ackeret. Conceptos generales de flujos transnicos. Alas en flecha en flujos subsnicos compresibles y transnicos. Alas delta. Ejemplos y aplicaciones.Unidad 5: Teoras de 2do. orden: Teora de Busemann. Ondas de choque normales y oblcuas en alas de envergadura finita. Onda de choque posterior. Interaccin de ondas de choque oblcuas en alas, fuselajes y planos de cola. Clculo de la resistencia de onda.

Unidad 6: Flujo supersnico en alas de envergadura infinita. Los coeficientes de presin crtico y lmite. Relacin general de los coeficientes aerodinmicos y el Nro. de Mach. Clculo numrico en flujos compresibles subsnicos, transnicos y supersnicos en alas y dems partes del avin. Ejemplos y aplicaciones.

Unidad 7: Flujo supersnico en alas de envergadura finita: Alas en rgimen transnico y supersnico. Ondas de expansin. Conos de Mach. Mtodos exactos y aproximados de clculo. Cuerpos esbeltos en rgimen transnico y supersnico. Regla de las reas. Perfiles supercrticos. Plantas alares rectas, en flechas positiva y negativa. Alas delta y romboidales. Bordes de ataque y/o fuga subsnicos y supersnicos. Criterios generales de diseo. Ejemplos y aplicaciones.

A021 AERODINMICA GENERAL II6

Tema: Aerodinmica de las Aeronaves Indice temticoBreve y sinttica resea de la Historia de la Aerodinmica de las Aeronaves.

Conceptos bsicos de Aerodinmica.

Desarrollo temtico de las asignaturas.

Anteproyecto Aerodinmico de Aeronaves

La Historia de la Aerodinmica de las AeronavesVolar ha sido, desde los tiempos ms remotos, un sueo perseguido por el hombre.

Las ms antiguas leyendas de todas las culturas relatan cmo sus hroes conseguan elevarse por los aires:

Pegaso, el caballo alado;

Hermes, el mensajero de los dioses con alas en sus pies;

Ddalo, que construy para l y su hijo caro unas alas para escapar del laberinto de Creta;

El rey persa Kabus, que lo hizo en una barquilla arrastrada por guilas;

La Escuela Pitagrica hizo muchas tentativas aritmticas para resolver la aplicacin del movimiento alado al hombre. Archytas de Torento (428-327 a.C.) construy un modelo de un pjaro que volaba gracias a la propulsin del vapor al escapar de unos agujeros hechos en la cola.

En el ao 62 d.C., Hern de Alejandra construye un juguete consistente en una esfera que giraba gracias a la accin del vapor de agua tras escapar por una serie de agujeros situados en la superficie.

8En el ao 500 a.C., descubrimos el primer antecedente del helicptero, tcnicos chinos disean un trompo volador, juguete que consista en un palo con una hlice acoplada a un extremo que, al girar entre las manos, sala volando. La civilizacin china era ya especialista en utilizar barriletes para sus comunicaciones.

El primer vuelo con xito fue precedido de siglos de sueos, estudio, especulacin y experimentacin. Existan viejas leyendas con numerosas referencias a la posibilidad de movimiento a travs del aire.

Ciertos sabios antiguos crean que para volar sera necesario imitar el movimiento de las alas de los pjaros o el empleo de un medio como el humo u otro ms ligero que el aire.

Hacia el siglo V de nuestra era se dise el primer aparato volador: el barrilete.

En el siglo XIII el monje ingls Roger Bacon tras aos de estudio, lleg a la conclusin de que el aire podra soportar un ingenio de la misma manera que el agua soporta un barco.

Mencin especial merece el pintor, escultor, matemtico, fsico e ingeniero renacentista Leonardo Da Vinci (1452-1519) que dedic gran parte de su vida a estudiar el movimiento de las aves y a disear mquinas capaces de imitarlo. Entre sus importantes contribuciones al desarrollo de la aviacin se encuentra el tornillo areo o hlice y el paracadas.

Concibi tres tipos diferentes de ingenios ms pesados que el aire:

a) el ornitptero, mquina con alas como las de un pjaro que se podan mover mecnicamente

b) el helicptero diseado para elevarse mediante el giro de un rotor situado en el eje vertical

c) el planeador en el que el piloto se sujetaba a una estructura rgida a la que iban fijadas las alas diseadas a imagen de las grandes aves.

En sus cuadernos encontramos ms de 500 dibujos y notas referidas a sus dispositivos u "ornitpteros" como a l le gustaba llamarlos.

Da Vinci introdujo una nueva dimensin en las tcnicas areas, investigando los fundamentos fsicos del empuje y resistencia aerodinmica generados durante el vuelo.

Otra contribucin de Leonardo fue su defensa sobre el "Principio del Tnel del Viento", tal fue la magnitud de su descubrimiento que en su "Cdex Atlanticus" encontramos la siguiente afirmacin: "La fuerza ejercida por un objeto contra el aire, es la misma que la que el aire ejerce contra el objeto".

Leonardo crea que la fuerza muscular del hombre podra permitir el vuelo de sus diseos. La experiencia demostr que eso no era posible?.

Por desgracia, gran parte de las investigaciones de Leonardo Da Vinci sobre la aeronutica fue eclipsada por otras muchas de sus aportaciones artsticas, adems, sus teoras quedaban demasiado avanzadas para su tiempo por lo que hubo que esperar muchos aos para que las bases de la ingeniera aeronutica se asentaran definitivamente.La revolucin cientfica abarc los siglos XVI y XVII. Durante este perodo, cientficos como; Coprnico, Gilbert, Galileo y Descartes postularon leyes que posteriormente han sido nuestra base cientfica.

El mayor impulsor de esta poca fue Isaac Newton (1642 - 1727), el cul marcara las pautas que se han mantenido vigentes.

Para el diseo de una mquina voladora, uno de los principios bsicos es conocer cmo la fuerza aerodinmica de la mquina vara con la velocidad de vuelo. Sin este conocimiento es imposible disear una aeronave viable.

Dos experimentos independientes, uno por Edme Mariotte (1673) y otro Christian Huygens (1690), basados en las teoras fundamentales postuladas por Isaac Newton, establecan claramente que la fuerza sobre un objeto vara como el cuadrado de la velocidad del fluido.

En comparacin con los siglos anteriores, donde el progreso en aerodinmica fue mnimo, de pronto la realizacin de la ley del cuadrado de la velocidad para la fuerza aerodinmica represent el mayor descubrimiento cientfico en la evolucin de la historia de la aerodinmica.

A finales del siglo XVII, Newton , basndose en Mariotte y Huygens, desarroll por primera vez en la historia que la fuerza aerodinmica era proporcional al producto de la densidad del fluido, superficie frontal del cuerpo y velocidad relativa al cuadrado.

De forma indirecta, Newton aport la primera contribucin tcnica hacia el anlisis de los efectos del ngulo de ataque sobre la fuerza aerodinmica. Fue simplemente una hiptesis que ayud a desarrollos posteriores, aunque inicialmente era un modelo pesimista y retrgrado.

Durante el siglo XVIII, Benjamin Robins desarroll dos mecanismos; el pndulo balstico y el brazo giratorio, demostrando experimentalmente las caractersticas aerodinmicas de los cuerpos a bajas y altas velocidades.

Reforz los primeros resultados obtenidos por Mariotte y Huygens. Fue el primero en demostrar que dos cuerpos aerodinmicos con diferentes formas, pero el mismo rea frontal proyectada, tenan distintos valores de resistencia.

Fue una gran contribucin para el desarrollo de los tneles aerodinmicos que comenz a finales del siglo XIX.

No olvidemos que las aeronaves se mueven a travs del aire, que es un fluido. As para poder desarrollar una mquina que pudiese volar sera necesario tener conocimiento de la parte de la Fsica que estudia el movimiento de los fluidos: la Dinmica de Fluidos, y en concreto, de la Aerodinmica , que se encarga de estudiar el movimiento del aire.

La Aerodinmica es el estudio de las fuerzas ejercidas por un gas sobre un objeto. Estas fuerzas se vuelven activas cuando un objeto se mueve a travs del aire (u otros gases). Es importante conocer estas fuerzas para poder disear aviones, barcos de vela, coches, y otros objetos que se mueven rpidamente a travs del aire. Los edificios, puentes, y molinos de viento tambin son afectados por el viento que pasa junto a ellos. De esta forma, en los siglos XVIII y XIX, se establecieron las bases de tales ciencias. De todos los descubrimientos realizados en esa poca, es necesario destacar tres, por su gran relevancia:

1) Daniel Bernoulli, en el siglo XVIII, estudi la relacin entre la velocidad de un fluido y la presin del mismo, llegando a la conclusin de que a medida que se aumenta la velocidad disminuye la presin y viceversa. Esto hizo que estableciese su famosa ecuacin:

donde p denota la presin, la densidad del fluido, h la altura y V la velocidad. 14

Con esta ecuacin se puede entender cmo se genera la sustentacin en una aeronave: en el ala, el aire que circula por debajo de la misma (por el intrads) tiene una velocidad menor que el que circula por encima de la misma (por el extrads), por lo que, el aire del intrads tiene mayor presin que el del extrads, producindose, debido a esta diferencia de presiones, una fuerza "hacia arriba" que se llama sustentacin y que es la responsable de mantener a una aeronave en vuelo.

2) Claude Navier y Sir George Stokes, en el siglo XIX, establecieron las ecuaciones generales que rigen el movimiento de los fluidos (denominadas ecuaciones de Navier-Stokes) Son tres:

la ecuacin de conservacin de la masa,

la ecuacin de cantidad de movimiento y

la ecuacin de conservacin de la energa.

La primera y tercera, como su nombre indica, establecen que la masa y la energa, ni se crean ni se destruyen,

mientras que la segunda es la aplicacin de la segunda ley de Newton a los fluidos, aquella que dice que la fuerza es igual a la masa por la aceleracin.

3) Osborne Reynolds, tambin en el siglo XIX, hizo estudios sobre la friccin producida por un fluido sobre los cuerpos que se mueven en su seno, es decir, la fuerza que frena el movimiento de cualquier objeto que fluya en l. As, descubri, que el fluido puede moverse segn dos posibles flujos: el flujo laminar, en el que el fluido se mueve de forma ordenada y regular, y el turbulento, en el que el fluido se mueve de forma catica e irregular. La resistencia es mucho mayor cuando el flujo alrededor de un cuerpo es turbulento que cuando es laminar, por lo que, el paso de uno a otro es fundamental en el estudio de la friccin producida por un fluido.

La primera gran contribucin al diseo de las aeronaves fue gracias al ingls Sir George Cayley, quien fue el primero en proponer una configuracin para una mquina ms pesada que el aire consistente en un ala fija, un fuselaje y una cola, con estabilizadores horizontal y vertical.

Adems estableci la idea de separar los elementos que producen las dos fuerzas fundamentales necesarias para volar: la sustentacin, y el empuje, necesario para vencer la resistencia del aire.

Para obtener la primera, introdujo el concepto de ala fijay para la segunda, propuso utilizar un motor.

En cuanto a esto ltimo, en aquella poca slo existan los motoresde vapor, pero tenan el problema de tener un peso demasiado elevado para poder ser utilizado en una aeronave. Por esto, Cayley invent el motor de aire-caliente, precursor de los motores de gasolina, aunqueno consigui obtener una relacin empuje/peso lo suficientemente elevada para resultar til en el vuelo. Aunque Cayley slo tuvo xito con el diseo de planeadores, es decir, no consigui que una mquina ms pesada que el aire alzase el vuelo por sus propios medios por el problema del motor antes comentado,su contribucin a la aeronutica fue fundamental.

El siglo XIX fue testigo, tambin, de grandes avances como el tnel de viento, los perfiles curvos y nuevos sistemas de divulgacin cientfica, pero su ultima dcada vio como casi simultneamente en Europa y Estados Unidos cuatro soadores continuaban la tradicin de intentar despegar del suelo.

Hiram Maxim, norteamericano, logr el 31 de julio de 1894 en Inglaterra, donde realiz todos los desarrollos aeronuticos, un nuevo record de vuelo con un aparato de 8000 libras de peso durante 400 pies y a una altura de 2. Previamente haba comprobado entre 1889 y 1891, tras numerosos ensayos en su tnel de viento, que la sustentacin era directamente proporcional al ngulo de ataque. El peso de la aeronave rondo las 8000 libras y sus propulsores proporcionaban 22 libras por caballo de vapor. El mayor logro fue que era la aeronave ms grande y potente que haba logrado volar hasta la fecha.

Clement Ader, francs, no sigui ninguna serie organizada de experimentos para la obtencin de datos sobre los que basar sus pruebas, sino que las bas en la forma y vuelo de pjaros y murcilagos. En 1872 construyo un ornitptero con una envergadura de 26 pies y un peso de 53 libras pero no tuvo xito. Tras continuar estudiando aves finaliz, en 1890, un monoplano con una envergadura de 50 pies propulsado por una hlice conectada a un motor de vapor con una potencia de 20 caballos. Este aparato, al que llamo Eolo, se elev tras una rodadura de 90 pies durante otros 165, el 9 de Octubre en 1890, con Ader como piloto. As, fue el primer aeroplano propulsado pilotado que volaba, aunque la gran aportacin del mismo fue su motor de vapor.

Otto Lilienthal, alemn, prob tras 22 aos de ensayos aerodinmicos la superioridad de las superficies sustentadoras curvas frente a las planas. La otra gran aportacin fue la utilizacin de coeficientes aerodinmicos para trabajar con la fuerza aerodinmica medida en sus modelos. Completados sus experimentos, intent llevar a cabo la idea del vuelo sin motor, con superficies movidas por el piloto. Su primer invento fue una gran superficie alar, con espacio en medio para manejarla, en 1889 que no lleg a usar, pero en 1891 se convirti en el primer humano en lograrlo. Basado en el vuelo aviar dise un motor de un cilindro para batir las alas de un ornitptero que comenz a probar en 1893, y hasta 1896 lleg a vender varias unidades. Dado que sus diseos no llegaron a sustentarse, pas a la historia en mayor medida por sus ensayos y conclusiones aerodinmicas.

Por desgracia muri en 1896 al perder el control de su aparato y estrellarse contra el suelo desde 20 metros de altura.Samuel Langley, norteamericano, era un distinguido fsico y astrnomo antes de dedicarse a la investigacin aerodinmica con la construccin de aeronaves de alas curvas. Termin la primera en Septiembre de 1887 y realiz experimentos con ella durante 4 aos, en 1891 public sus resultados en el libro Experiments in Aerodinamics. La conclusin mas controvertida y famosa que hizo fue la llamada "Ley Langley": "...para mantener dichas aeronaves en vuelo horizontal a altas velocidades, es necesaria menos potencia que para bajas".

Tras los descubrimientos de estos soadores no caba esperar mucho para la definitiva conquista del aire por el hombre.

Entre 1890 y 1901 se realizaron numerosos experimentos con prototipos provistos de motor. El ms importante fue el de Langley que en 1901 y 1903 prob e hizo volar sin piloto un aeroplano a un cuarto de escala de su tamao real. Le llam Aerodrome y fue la primera aeronave ms pesada que el aire provista de un motor de gasolina que consigui volar. El modelo a escala real se termin en 1903 y realiz dos pruebas que acabaron en desgraciados accidentes.

El aviador alemn Karl Jatho intent en 1903, tambin sin xito, volar un modelo motorizado de tamao real.

Los logros conseguidos a lo largo del siglo XIX aportaron los fundamentos necesarios para el xito de los hermanos Wright, pero los mayores avances se debieron a los esfuerzos de Chanute, Lilienthal y Langley a partir de 1885. En 1903 an no se haban conseguido la estabilidad y el control necesarios para un vuelo prolongado, pero los conocimientos aerodinmicos y sobre todo el xito de los motores de gasolina, que sustituyeron a los ms pesados de vapor, permitiran que la aviacin evolucionase con rapidez.

Kitty Hawk El da 17 de diciembre de 1903, cerca de Kitty Hawk, en el estado de Carolina del Norte, los hermanos estadounidenses Wilbur y Orville Wright realizaron el primer vuelo pilotado de una aeronave ms pesada que el aire propulsada por motor. El avin fue diseado, construido y volado por ambos hermanos, quienes realizaron dos vuelos cada uno. El ms largo fue el de Wilbur con 260 metros recorridos en 59 segundos. Al ao siguiente continuaronmejorando el diseo del avin y su experiencia como pilotos a lo largo de 105 vuelos, algunos de ms de 5 minutos. En 1905 llegaron a recorrer 38,9 kilmetros en 38 minutos y 3 segundos.Todos los vuelos se realizaron en campo abierto, regresando casi siempre cerca del punto de despegue.

El primer vuelo oficialmente registrado en Europa lo hizo en Francia el brasileo Alberto Santos Dumont y su trayecto ms largo lo logr el 12 de noviembre de 1906 cubriendo una distancia de 220 metros en 22,5 segundos. El aeroplano, registrado como 14-bis, haba sido diseado por l y construido en la primera fbrica de aviones del mundo, la de los hermanos Voisin en Pars. Su forma era la de un gran barrilete en forma de caja en la parte trasera y otra pequea en la delantera, unidas por la estructura cubierta de tela. El motor era un Levavasseur Antoinette de 40 CV y estaba ubicado junto con la hlice en la parte posterior. El piloto iba de pie en una cesta situada delante del ala principal. En Europa nadie consigui volar ms de un minuto hasta finales de 1907, en que lo logr Henri Farman en un avin construido tambin por Voisin.

Una figura importante entre los diseadores, fabricantes y pilotos estadounidenses fue Glenn Hammond Curtiss. En 1907 realiz en solitario un vuelo en el dirigible construido por Thomas Baldwin, propulsado por un motor de motocicleta de la fbrica de Curtiss que l mismo haba modificado. En mayo siguiente Curtiss vol, tambin en solitario, el aeroplano diseado y fabricado por un grupo conocido como la Asociacin de Experimentos Areos, organizada por Alexander Graham Bell. Curtiss era uno de sus cinco miembros. Con su tercer avin, el June Bug, el 4 de julio de 1908 Curtiss cubri la distancia de 1.552 metros en 42,5 segundos y gan el Trofeo Cientfico Americano, primer premio estadounidense concedido al vuelo de un avin.

El pionero en cruzar el Canal de la Mancha fue el ingeniero y piloto francs Louis Blriot. El da 25 de julio de 1909, durante 35,5 minutos recorri 37 kilmetros, desde Calais, Francia, a Dover, Inglaterra, en un avin monoplano diseado y fabricado por l mismo.

Durante la I Guerra Mundial se usaron como armas tanto los aeroplanos como las aeronaves ms ligeras que el aire. Las urgentes necesidades de la guerra estimularon a los diseadores para construir modelos especiales para reconocimiento, ataque y bombardeo.

Como consecuencia de la presin de la guerra fueron entrenados ms pilotos y construidos ms aviones en los 4 aos de conflicto que en los 13 aos transcurridos desde el primer vuelo.

Gran parte de los excedentes militares vendidos despus de la guerra fueron adquiridos por aviadores formados y entrenados durante la misma, dispuestos a realizar con ellos cualquier actividad que les produjera ingresos econmicos: transporte de pasajeros, fotografa area, propaganda (por lo general escribiendo los nombres de los productos en sus aviones), vuelos de instruccin, carreras areas y exhibiciones acrobticas.

Durante los aos posteriores a la IGuerra Mundial se realizaron grandes progresos tanto en el diseo de los aeroplanos como de los motores. Los aviones de dos alas con los motores y las hlices situadas en la parte posterior pronto fueron sustituidos por aviones con los motores situados en la parte delantera. Haba muy pocos modelos de monoplanos, pero en cambio durante la guerra ambos contendientes fabricaron enormes biplanos con dos, tres y hasta cuatro motores que en Europa fueron al principio del tipo rotativo, aunque pronto se sustituyeron por los modelos radiales.

I Guerra Mundial y posguerraEntre el 20 y el 21 de mayo de 1927 se complet el primer vuelo cruzando el ocano Atlntico en solitario. Lo llev a cabo el aviador estadounidense Charles A. Lindbergh desde la ciudad de Nueva York hasta Pars, recorriendo una distancia de 5.810 kilmetros en 33,5 horas. Lindbergh se convirti con esta hazaa en uno de los pilotos ms famosos de la historia de la aviacin.

En el ao 1920 se crearon las primeras lneas areas para correo y pasajeros. Entre 1930 y 1940 el transporte areo creci rpidamente y se acometieron frecuentes vuelos transocenicos y de larga distancia.

Las exigencias de la guerra aceleraron el desarrollo de los aviones y se consiguieron importantes avances en los de bombardeo y combate, as como en el transporte areo de tropas paracaidistas, tanques y equipo pesado. De esta forma y por primera vez en la historia, la aviacin se convirti en el factor ms decisivo en el desarrollo de la guerra. Tambin se extendi con rapidez la fabricacin de pequeos aviones.

Los aviones diseados para uso privado encontraron tambin un amplio uso militar en todo el mundo. Hacia el final de la guerra las batallas areas crecieron en intensidad y extensin y la produccin de aviones alcanz un mximo. Por otra parte las lneas areas nacionales tambin establecieron nuevas plusmarcas tanto en el transporte de pasaje como de carga.

En 1944 Alemania pona en combate dos ingenios completamente nuevos en el mundo de la aviacin: el primer avin reactor y el primer proyectil volante.

II Guerra Mundial

En el ao 1945 la produccin de aeroplanos militares en Estados Unidos se redujo drsticamente, pero los pedidos de aviones civiles se incrementaron considerablemente. Al finalizar el ao, los fabricantes tenan contratos para construir 40.000 aviones en contraste con la produccin mxima de 1941 que fue de 6.844.

De nuevo las lneas areas nacionales e internacionales norteamericanas rompieron las plusmarcas anteriores en todos los tipos de trfico y consiguieron sustanciales mejoras con respecto a 1941. Se redujeron las tarifas tanto de pasaje como de carga y en 1945 volvieron a operar todos los servicios comerciales internacionales. La experiencia obtenida en la fabricacin de aviones militares durante la guerra fue utilizada en la construccin de aviones civiles nada ms terminar las hostilidades.

Las compaas areas dispusieron de aviones ms grandes y mas rpidos con adelantos como las cabinas presurizadas. Se mejoraron los aeropuertos, los pronsticos meteorolgicos y las ayudas a la navegacin fueron ms eficientes y aument la demanda pblica de transporte areo de pasaje y carga, que creci a niveles desconocidos hasta entonces gracias a la repentina prosperidad de la posguerra.

Despus de la II Guerra Mundial Los experimentos en el campo del diseo aerodinmico, de los nuevos metales y materiales, nuevas plantas de potencia y avances electrnicos trajeron el desarrollo de los aviones turborreactores de alta velocidad, diseados para vuelos transocenicos, vuelos supersnicos, aviones cohete experimentales, aviones de despegue corto o vertical (STOL, VTOL) y cohetes espaciales.

En diciembre de 1986 el avin ligero experimental Voyager complet con xito el primer vuelo alrededor del mundo sin escalas y sin repostar. Fue diseado por Burt Rutan, que lo dot de lneas muy poco ortodoxas que recuerdan en algunos aspectos a un catamarn. El avin iba provisto de dos motores, el delantero para despegar maniobrar y aterrizar y el posterior para el vuelo de crucero. Su peso al despegar era tan solo de 4.420 kilogramos y cargaba 4.500 litros de combustible distribuidos en 17 depsitos. Una vez consumidos, su peso al aterrizar era de 840 kilogramos. Los pilotos fueron Dick Rutan (hermano de Burt) y Jeanna Yeager, y volaron 40.254 kilmetros en 9 das, 3 minutos y 44 segundos, a una velocidad media de 186,3 km/h. Este vuelo estableci una nueva plusmarca de distancia y tiempo en el aire, duplicando el de distancia que permaneca desde 1962 en 20.169 kilmetros.

Desarrollos de Aeronaves en ArgentinaDesde un principio, es decir a partir de los primeros vuelos de los hermanos Wright, en nuestro pas los entusiastas por el vuelo comenzaron a desarrollar actividades, en un principio basadas en los globos aerostticos y luego con maquinas mas pesadas que el aire. Se puede destacar de los primeros pasos nombres como Jorge Newbery, Teodoro Fels, Mario Casale......

Posterior a esa poca inicial aparece el impulso de la aeronutica por intereses militares estratgicos y se creo lo que fue durante mucho tiempo la fabrica militar de aeronaves. Desde el inicio se desarrollaron diseos propios y se construyeron, bajo licencia otras aeronaves. Durante la poca posterior a la segunda guerra mundial, se imprime a la fabricacin nacional un nuevo impulso, con la llegada de diseadores alemanes y franceses. De aqu surgen diseos novedosos para la poca, que luego por distintos motivos no son continuados lamentablemente.

Durante esa poca floreciente del desarrollo aeronutico nacional, llegan al pasdiseadores como Tank, Hoerten y otros que desarrollan novedosos diseos como los que se muestran aqu

Horten XV y XVI

Conceptos bsicos de AerodinmicaComo ya se ha mencionado las fuerzas aerodinmicas generadas por la distribucin de presiones en el entorno de un objeto sometido a una corriente de fluido, en nuestro caso particular el aire, son las causante de la aparicin de la fuerza necesaria para mantener una aeronave volando.

Esta fuerza es la denominada sustentacin (L, lift = sustentacin), que es la encargada de mantener la aeronave en vuelo en cada situacin.

El elemento principal en un avin responsable de suministrar dicha fuerza necesaria para volar es el ala.

La generacin de esa fuerza por el ala, trae como consecuencia la aparicin de una fuerza en la direccin del movimiento pero contraria en sentido al mismo que contribuye a la resistencia que tiene un objeto al moverse en un fluido, esta parte de la resistencia es la denominada resistencia inducida, la cual es generada en cualquier objeto que produzca sustentacin y es debida a la tridimensionalidad del flujo que circula alrededor del objeto.Para poder comparar resultados, es comn utilizar los denominados coeficientes aerodinmicos que nos indicarn las caractersticas que posee un ala o un perfil aerodinmico

Conceptualmente el primer paso para establecer las condiciones que debe satisfacer una aeronave para volar en condiciones de vuelo estacionario y a nivel son que le peso de la misma sea soportado por sus elementos sustentadores, es decir que la sustentacin sea igual al peso.

En estas condiciones podremos establecer el primer y fundamental dato a tener en cuenta para nuestro diseo:

el coeficiente de sustentacin que debe brindarnos nuestra ala para lograr dicho objetivo

De aqu obtendremos, dada una altura de vuelo (densidad correspondiente),velocidad de vuelo, superficie de referencia (superficie del ala), el valor necesariode Cl para lograr el objetivo buscado.

Por lo tanto, a partir de esta condicin deberemos determinar cual es el perfil aerodinmico que deber utilizarse en la construccin del ala en cuestin con elfin de satisfacer el requerimiento.3. Desarrollo temtico de las asignaturasAerodinmica General I

Concepto de fuerzas y momentos aerodinmicos.Sustentacin y resistencia en alas de envergadura infinita en bajas velocidades. Familias de perfiles aerodinmicos. Teora de perfiles delgados. Perfiles de bajo nmero de Reynolds. Transformacin conforme y perfiles aerodinmicos. Aspectos bsicos de performance. Alas subsnicas de envergadura finita en bajas velocidades.Teoras para clculo de alas y simulacin numrica. Resistencia inducida. Teora y clculo de dispositivos de hipersustentacin. Teora general de la hlice. Prcticas de laboratorio. Aerodinmica General II

Teora y clculo de la resistencia aerodinmica en cuerpos en rgimen laminar y turbulento.Estabilidad dinmica del avin. Alas en rgimen subsnico alto, transnico y supersnico. Teora de pequeas perturbaciones en flujos subsnicos y supersnicos. Teora lineal de Ackeret, de segundo orden de Busemann y mtodo exacto expansin-choque. Mtodos de clculo en flujo compresible. Flujo supersnico en alas de envergadura finita correspondientes a diferentes plantas alares. Prcticas de laboratorio. 4. Anteproyecto Aerodinmico de AeronavesTemas estudiados durante el desarrollo

Eleccin del avin a desarrollar. Determinacin de los criterios de seleccin. Clculos bsicos a partir de los datos iniciales.Eleccin de los perfiles aerodinmicos a utilizar en el ala.Clculo de las caractersticas del ala. Curvas caractersticas.Evaluacin de la performance bsica del avin. Determinacin del peso y balanceo del avin. Envolvente del CG.Estudio de la Estabilidad Esttica Longitudinal a mandos fijos y libres. Determinacin del punto neutro, margen de estabilidad y ngulos de incidencia.Ergonoma de cabina.Estudio de la Estabilidad Esttica Lateral-Direccional a comandos fijos y libres.Determinacin de las carreras de despegue y aterrizaje.Determinacin de los grficos de rfaga y maniobra.Realizacin de las vistas lateral, frontal y en planta del avin.

Objetivos del AnteproyectoEstablecer un concepto global del sistema que define la aerodinmica del avin.

Determinar los principales parmetros aerodinmicos que definen las caractersticas de vuelo del avin.

Generar la geometra del avin que resuelve los fines que se buscan en el diseo particular que se considera.

Sintetizar los conocimientos aerodinmicos adquiridos durante la cursada de ambas asignaturas mencionadas.