Fundamentos de la Aerodinámica en la Aviación

La aerodinámica en la aviación es fundamental para el diseño y funcionamiento de las aeronaves. Estudia cómo el movimiento del aire interactúa con los aviones, generando fuerzas como la sustentación y la resistencia. La forma de las alas y su perfil alar son cruciales para la eficiencia en vuelo, mientras que los dispositivos como flaps y slats mejoran la sustentación en condiciones de baja velocidad. Los coeficientes de sustentación y resistencia son parámetros clave para evaluar el rendimiento aerodinámico, y los winglets ayudan a reducir los vórtices de las puntas de las alas.

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Los gases como el ______, ______ y ______ de carbono componen el aire y sus propiedades varían con la ______, ______ y ______.

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oxígeno nitrógeno dióxido presión volumen temperatura

2

La ley de los gases ideales se representa con la fórmula ______=nRT, donde P es la ______, V el ______, n el número de ______, R la constante de los gases y T la ______ en Kelvin.

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PV presión volumen moles temperatura

3

Temperatura y presión al nivel del mar según OACI

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15 ºC y 101325 Pa, condiciones de referencia para estudios aeronáuticos.

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Variación de temperatura con la altitud hasta 11000 metros

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Disminuye 6.5 ºC cada 1000 m, luego se mantiene constante.

5

Relación entre Kelvin y Celsius

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0 K es igual a -273.15 ºC, base para medir temperaturas en aviación.

6

El perfil ______ de las alas genera una diferencia de presiones que facilita la sustentación.

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alar

7

Según el principio de ______, hay una relación inversa entre la velocidad del aire y la presión que este ejerce.

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Bernoulli

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La superficie superior del ala se llama ______, mientras que la inferior se conoce como ______.

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extradós intradós

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La fuerza de ______ es lo que permite que un avión contrarreste la gravedad y ascienda.

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sustentación

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Entrada en pérdida o 'stall'

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Ocurre cuando el ángulo de ataque supera un valor crítico, interrumpiendo el flujo de aire y causando pérdida de sustentación.

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Dispositivos para mejorar sustentación

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Flaps y slats se utilizan en despegues y aterrizajes para aumentar la fuerza de sustentación a bajas velocidades.

12

Importancia de la capa límite

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Es una capa de aire viscoso en la superficie del ala que ayuda a controlar el flujo de aire y prevenir la separación prematura del flujo.

13

El coeficiente de ______ está vinculado con la habilidad del ala para producir ______ y cambia según el ángulo de ______ y la configuración del ala.

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sustentación sustentación ataque

14

El coeficiente de ______ mide la oposición al movimiento que un avión debe vencer con el ______ de sus motores.

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resistencia empuje

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Estos coeficientes son útiles para evaluar y comparar la eficiencia ______ de distintas aeronaves, sin importar su ______ o ______ de vuelo.

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aerodinámica tamaño velocidad

16

Elementos del perfil aerodinámico de un ala

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Borde de ataque, borde de salida, línea media de curvatura.

17

Objetivo de la optimización del ala

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Maximizar sustentación, minimizar resistencia.

18

Centro aerodinámico y su variabilidad

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Punto de acción de fuerzas aerodinámicas, cambia con ángulo de ataque y velocidad.

19

Los ______ son fenómenos que ocurren por la diferencia de presión en las extremidades de las alas de un avión.

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torbellinos de punta de ala

20

Los ______ son dispositivos que se añaden a las alas para mejorar el control aerodinámico durante el vuelo.

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alerones, flaps y slats

21

Los aviones utilizan dispositivos como ______ para cambiar la forma del ala y facilitar acciones como el despegue o el aterrizaje.

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alerones, flaps y slats

Preguntas y respuestas

Aquí tienes una lista de las preguntas más frecuentes sobre este tema

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El Principio de Sustentación en las Alas de los Aviones

Las alas son elementos esenciales de una aeronave, ya que son las responsables de generar la fuerza de sustentación que permite el vuelo. La forma aerodinámica de las alas, con su perfil alar, provoca una diferencia de presiones entre la superficie superior (extradós) e inferior (intradós). Según el principio de Bernoulli, existe una relación inversa entre la velocidad del flujo de aire y la presión que ejerce; por lo tanto, el aire que fluye más rápido sobre el extradós produce una presión menor que en el intradós. Esta diferencia de presión crea la fuerza de sustentación que contrarresta la gravedad y permite que el avión se eleve.

Ángulo de Ataque y Capa Límite en la Aerodinámica del Ala

El ángulo de ataque es el ángulo formado entre la cuerda del ala y la dirección del viento relativo. Es un parámetro crítico en la generación de sustentación, ya que un ángulo de ataque adecuado puede aumentar significativamente esta fuerza. Sin embargo, si el ángulo de ataque supera un valor crítico, el flujo de aire sobre el ala se separa, causando una pérdida de sustentación conocida como entrada en pérdida o "stall". Para mejorar la sustentación en condiciones de vuelo a baja velocidad, como durante el despegue y el aterrizaje, se emplean dispositivos como flaps y slats. La capa límite, una capa de aire viscoso que se adhiere a la superficie del ala, es fundamental para el control del flujo de aire y para prevenir la separación prematura del flujo que puede llevar a la pérdida.

Coeficientes de Sustentación y Resistencia

Los coeficientes de sustentación (C_L) y de resistencia (C_D) son parámetros adimensionales que describen la eficiencia aerodinámica de una aeronave. El coeficiente de sustentación se relaciona con la capacidad del ala para generar sustentación y varía con el ángulo de ataque y la forma del ala. El coeficiente de resistencia cuantifica la resistencia al avance que el avión debe superar mediante el empuje de sus motores. Estos coeficientes permiten comparar el rendimiento aerodinámico de diferentes aeronaves independientemente de su tamaño o velocidad de vuelo.

Diseño Aerodinámico y Componentes del Ala

El diseño del perfil aerodinámico del ala, que es su sección transversal, incluye elementos como el borde de ataque, el borde de salida, la línea media de curvatura, la envergadura y la cuerda. Estos elementos se optimizan para maximizar la sustentación y minimizar la resistencia. El centro aerodinámico es el punto donde se considera que actúan todas las fuerzas aerodinámicas y puede cambiar de posición con el ángulo de ataque y la velocidad del avión. Los perfiles de ala se clasifican a menudo según la serie NACA, que proporciona un sistema de codificación para las características aerodinámicas del ala, esencial en el diseño de aeronaves para diferentes propósitos y condiciones de vuelo.

Torbellinos de Punta de Ala y Dispositivos de Control Aerodinámico

Los torbellinos de punta de ala son vórtices que se forman debido a la diferencia de presión entre el extradós y el intradós en las extremidades de las alas. Estos vórtices pueden aumentar la resistencia aerodinámica y representar un peligro para otras aeronaves. Para mitigarlos, se utilizan dispositivos como los winglets, que son extensiones verticales en las puntas de las alas. Los aviones también están equipados con dispositivos de control aerodinámico como alerones, flaps y slats, que modifican la forma del ala para aumentar la sustentación o la resistencia según sea necesario, facilitando maniobras como el despegue, el aterrizaje o el vuelo a baja velocidad.