Sustentación de Aviones

Sustentación de Aviones, expliaciones erróneas Jean Pierre Pazos April 19, 2015

El problema de explicar el por qué un avión logra sustentación se deben a que la gente aplica de manera errónea las ecuaciones de Bernoulli y de Newton y porque tienden a simplicar exageradamente la descripción del problema de sustentación aerodinámica. La teoría incorrecta más popular de elevación se debe a una mala aplicación de la ecuación de Bernoulli. Esta teoría se conoce como el "tiempo de tránsito igual" o teoría de la "trayectoria más larga", la cual indica que las alas están diseñadas de manera que la supercie superior sea más larga que la inferior. Esto con el objetivo de generar velocidades más altas en la supercie superior debido a que las moléculas de gas en dicha supercie tienen que alcanzar el borde de fuga al mismo tiempo que las moléculas en la supercie inferior. La teoría invoca entonces la ecuación de Bernoulli para explicar la presión más baja en la supercie superior y mayor presión en la supercie inferior, lo cual resulta en una fuerza de sustentación. El error en esta teoría está en la especicación de la velocidad en la supercie superior. En realidad, la velocidad en la supercie superior de un ala que produce elevación es mucho mayor que la velocidad que produce un tiempo de tránsito igual. Si conocemos la distribución de la velocidad correcta, podemos usar la ecuación de Bernoulli para obtener la presión y luego utilizar la presión para determinar la fuerza; sin embargo, la velocidad de tránsito igual no es la velocidad correcta. Existe una descripción más acertada de la sustentación de los aviones que se basa en las leyes de Newton y argumenta que las del avión son forzadas hacia arriba, ya que se tienen cierta inclinación llamada ángulo de ataque (en términos prácticos, el valor óptimo de este ángulo para la mayoría de casos es de 15º), el cual obliga a que el viento se desvíe. De esta manera, el aire detrás del ala empieza a uir hacia abajo, mientras que el aire muy por delante del ala no uye en esta dirección. El borde de salida del ala debe ser fuerte, y debe además estar dirigido en diagonal hacia abajo para crear la elevación. Tanto las supercies superior e inferior del ala actúan para desviar el aire. La supercie superior desvía el aire hacia abajo, porque el ujo de aire se "pega" a la supercie del ala y sigue la forma inclinada de la misma (este fenómeno se llama "efecto Coanda" y se produce principalmente por la viscosidad existente en los uidos, la cual permite que las moléculas se adhieran a la supercie). La inercia 1

del aire es crítica: después de que el ala ha pasado a través de la corriente, el aire debe permanecer uyendo hacia abajo. La fuerza de elevación no se presenta en uidos muy viscosos, ya que la cantidad impulsada hacia abajo no uiría con la velocidad adecuada y por ende la fuerza generada no sería suciente para elevar un cuerpo de más de 300 toneldas como un avión. Para que se pueda generar la fuerza de sustentación, es necesario que el avión obtenga impulso. Esta potencia es generada por los motores del avión, la cual depende del peso y de la velocidad del mismo. A mayor velocidad, mayor es la cantidad de aire impulsado hacia abajo y por ende la reacción hacia arriba se produce con mayor fuerza. Ahora, la potencia generada no sólo debe proveer la velocidad suciente al avión, sino que debe contrarrestar ciertas resistencias parasitarias producidas por el resto de componentes del avión como el tren de aterrizaje. La potencia también tiene relación de proporcionalidad con el ángulo de ataque. Mientras mayor sea la potencia, menor será el angúlo de ataque y viceversa. La geometría del ala se relaciona con la potencia de sustentación. Mientras más larga sea el ala, menor será la potencia requerida para elevar el avión. Sin embargo, cuando el aeroplano gira, su peso aumento de acuerdo al incremento de la aceleración gravitacional. Si esto sucede, la potencia debe aumentarse para compensar este peso y causa un descenso en el nivel de combustible.

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