CLASES DE AERODINÁMICA EN VIDEO

Estoy de vuelta en el blog, con una serie de videos donde explico y amplío los conceptos ya  expuestos con diapositivas y escritos.

Me movió a realizarlos, ver la gran cantidad de visitas al blog. También el interés de facilitar la comprensión de esos conceptos básicos de esta materia tan interesante. Recordando que somos los pilotos los que, actuando sobre los mandos de una aeronave en vuelo, generamos los cambios en las fuerzas que actúan en ella. De esta manera ser conscientes de lo que está sucediendo, y así disfrutar aun más de ese extraordinario placer que genera el vuelo.  

Las dudas o inquietudes pueden postearlas en el blog o en la página de Youtube, iré respondiendo en la manera de lo posible. 

Aquí la primera clase. Espero vuestros comentarios

Efecto Suelo

Cuando una aeronave se acerca al suelo, le suceden algunos cambios aerodinámicos simultáneos, especialmente en el ala.

Se  modifica la trayectoria del aire que pasa a través del ala que sustenta. En este caso, la cercanía del piso, disminuye los desplazamientos verticales del aire, hacia arriba, delante del ala y hacia abajo, detrás del borde de fuga. Esto, por falta de espacio para hacerlo, y  reduce los vórtices de punta de ala, como si aumentara su envergadura.

Con eso :  1) se reduce el ángulo de ataque inducido (diapositivas # 10 y 11 ) y así disminuye la resistencia inducida Di.

                  2)  con lo anterior, se reduce  la resistencia total D ( diapositiva # 13)

                  3) al disminuir la D total, la relación L/D máxima es mayor y con ello aumenta el     alcance.                

                  4) al reducirse el ángulo de ataque inducido, el mismo ángulo de ataque del ala produce  mayor CL.  Por lo que, si mantenemos la velocidad, la sustentación L será mayor al peso W. Para no ascender tendremos que bajar la nariz, y con eso se acelera el planeador.

                 Disminuye la resistencia inducida y no la resistencia parásita. Quiere decir que tendrá mayor efecto a velocidades del segundo régimen, debajo a la correspondiente a L/D máxima.

Al disminuir la D total necesitaremos menor empuje (menos energía) para equipararla y mantener el vuelo equilibrado (diapositiva # 5 ).

La reducción de resistencia inducida es proporcional al acercamiento al piso, y los porcentajes son medidos respecto a la envergadura. Como dato ilustrativo, para un ala ( en planta) recta: con altura igual a un cuarto de la envergadura, el porcentaje de reducción de Di es de un 24%, cuando la altura es igual a un décimo de la envergadura (para un 15 metros = 1,5 metros),  un  48 %. 

Diapositiva 5: Fuerzas en vuelo equilibrado

Para poder estudiar la actuación del planeador, debemos considerarlo en vuelo equilibrado. Esto quiere decir manteniendo una velocidad sin acelerarse ni desacelerarse. 
Las fuerzas que actúan sobre este son: 
Sustentación L, igual y opuesta al peso W.
Tracción o Empuje T, igual y opuesta a la Resistencia D. 
EL empuje se obtiene, en un planeador, de transformar la energía potencial lograda en una térmica al ganar altura, en energía cinética, expresada en velocidad. La energía potencial también aumenta con el peso. 

Diapositiva 6: Sustentación

De esas fuerzas, una de las más  buscadas es la sustentación. 
En la generación de la fuerza sustentadora L intervienen:

1. El coeficiente de sustentación CL, es una variable que representa la capacidad sustentadora del perfil, que cambia con la forma de este y con el ángulo de ataque α.
2. La presión dinámica q, que es la mitad de la densidad del aire ρ, por el cuadrado de la velocidad V
3. La superficie del ala. 

Diapositiva 7: CL en función de α

Dijimos que en vuelo equilibrado, consideramos la sustentación L siempre igual al peso W.

Si queremos modificar la velocidad, por ejemplo reducirla, debemos aumentar el CL. 

Al tirar palanca atrás para lograrlo, lo que hacemos es aumentar el ángulo de ataque  α, con lo que aumentamos el coeficiente de sustentación según muestra esta figura.

¿Cómo leemos esta curva?

Por ejemplo: para un valor de α 10 trazamos una línea vertical desde esa medida, paralela al eje  CL   hasta tocar la curva. Desde allí trazamos una línea horizontal hasta tocar el eje de CL, y leemos el valor generado por 10 de  α, que es aproximadamente 1,1.

Si seguimos aumentando el ángulo de ataque llegamos al valor de  CL máximo. Más allá de ese valor la aeronave entra en pérdida de sustentación. 

Cada perfil tiene una curva diferente de valores de CL en relación al ángulo de ataque α. 

Diapositiva 9: CD en función de α

El perfil modifica su coeficiente de sustentación al variar α, cuando interviene como factor para producir la sustentación. Pero también genera un coeficiente de resistencia CD  que del mismo modo se modifica en relación a la variación de α. 

Según vemos en la figura incrementa mucho su valor al aumentar el ángulo de ataque α.

En general podríamos decir que los perfiles muy sustentadores, también generan más resistencia al avance.

Diapositiva 10: Ángulo de ataque inducido

El ala que está sustentando, desplaza hacia abajo el aire que pasa a través de ella. Suman este efecto los torbellinos de puntas de alas.

Este desplazamiento, provoca un cambio de dirección del aire relativo, delante del ala. Reduce el ángulo de ataque α, en un valor llamado ángulo de ataque inducido αi. 

La fuerza generada por el perfil es F, de la que obtenemos la codiciada sustentación L. También produce otra fuerza contraria al avance, inevitable, llamada resistencia inducida Di

Diapositiva 15: Viraje

La figura representa al planeador virando y las fuerzas aplicadas sobre él.

Vemos el peso W , la fuerza centrífuga opuesta a la dirección hacia donde viramos, que sumadas ambas dan como resultado una superior.

Para contrarrestar esa fuerza, y  mantener el vuelo equilibrado, la sustentación debe ser igual y contraria, es decir que debe aumentar.

El planeador sufre el mismo efecto que si le aumentaran el peso, por lo que aumenta la velocidad de pérdida Vp.

A su vez, si debemos aumentar la sustentación L, manteniendo la velocidad, tendremos que aumentar el CL, por lo cual aumentará la resistencia inducida.

Diapositiva 16: Ángulo de planeo

En la figura vemos un planeador en descenso, manteniendo velocidad , con las fuerzas que actúan sobre él, equilibradas.

Al peso se opone una fuerza ( igual y contraria), llamada aquí, reacción total, que es la suma (vectorial) de la sustentación L y la resistencia D.

El ángulo formado por la reacción total y la sustentación L, es igual al ángulo de planeo formado por la trayectoria del planeador y el plano horizontal. También llamado ángulo de descenso.

Cuanto menor sea ese ángulo, mayor será la relación L/D, porque implica una disminución del valor de la resistencia D.

Con la velocidad en la que obtenemos el valor de L/D máxima, el ala brinda su mayor rendimiento en planeo, que es el máximo alcance.

Este concepto ya lo vimos en la curva de resistencia total, y a su vez que, la velocidad de L/D máxima coincide con la de mínima resistencia total.

Existe otra velocidad menor, que nos brinda la menor razón de descenso. Con ella descendemos menos en relación al tiempo (autonomía), pero no en relación a la distancia recorrida (alcance).  

Diapositiva 18: Actuación en pista

Supongamos que en el avión remolcador dispusiéramos de dos posiciones de flaps para despegar.

Hagamos un ejercicio con los conceptos conocidos hasta ahora.

1°) Contamos con una pista corta para despegar, remolcando el planeador de instrucción, sin obstáculos detrás de la cabecera opuesta.

2°) Tenemos una pista bien larga pero con obstáculos al final de la misma.

¿Que posición de flaps usaríamos en cada caso?

Para poder despegar, la sustentación deberá ser igual al peso.

La fórmula de la sustentación L nos da la solución. En esta hay dos factores que se compensan, cuando uno baja el otro debe subir y viceversa, y son el Cl y la velocidad.
Recordemos también la curva de D resistencia total. En estos dos ejemplos, estaremos volando debajo de la velocidad de mínima resistencia. Quiere decir, a menor velocidad mayor resistencia, y viceversa (segundo régimen).

En el primer caso usamos la posición 2, que nos da mayor Cl y permite mayor reducción de velocidad. Con eso logramos la menor distancia de despegue.

Pero el ascenso será mas chato, porque en ese rango de velocidades (debajo de la de mínima resistencia total), cuanto más lento volemos, mayor será la resistencia. Además a mayor deflexión de flaps, lo hace al perfil más sustentador, pero más resistente.

En el segundo caso nos convendría usar la posición 1 , porque al no tener limitación de largo de pista, nos permite un ascenso más pronunciado luego del despegue. Esa posición de flaps modifica el perfil y lo hace menos sustentador y  menos resistente y al ser la velocidad más alta, también hay menos resistencia.

Siempre se deben leer las indicaciones del manual de cada aeronave.

En pistas de elevación considerables y/o en casos de temperaturas altas, la disminución de la densidad del aire, afecta mucho las performances del avión.