sábado, 21 de noviembre de 2015

Pregunta tonta: ¿Por qué vuela un avión? mitos y leyendas Parte II

Terminábamos nuestro anterior post sobre este tema diciendo que en realidad la sustentación se consigue deflectando aire hacia abajo. No hacíamos referencia a las teorías populares, pues introducen elementos ciertos que luego se combinan con otros falsos. Entonces ¿Como hace el ala para redireccionar el flujo de aire? Para explicar esto echemos un vistazo a la imagen. Aquí es fácil aceptar que la parte baja del flujo debe por fuerza ir hacia abajo ¿No? 


En realidad cuando el aire choca con la parte del intradós no tienen otro sitio a donde ir. Esto es parecido al argumento esgrimido por, los que consideran que la sustentación se debe precisamente a la deflexión de partículas, pero no es lo mismo. Aquí lo que se dice es que se ha cambiado la dirección del flujo hacia abajo. Pero ¿Que ocurre en la parte alta (el extradós)? Por que el flujo sigue la línea de la flecha azul (hacia abajo), en vez de seguir recto, como en la línea roja?




Esto en cambio no es fácil de aceptar porque a simple vista no nos parece intuitivo. La realidad es que de hecho el flujo de aire si que puede ir recto, como en la línea roja. No tiene por qué pegarse al perfil alar. Este concepto es bien conocido por los ingenieros aeronáuticos y se llama "separación", tal cual ocurre en una situación de pérdida. Tal como se puede ver en esta extraordinaria fotografía, la parte que pasa por debajo del perfil alar si que cambia de dirección, pero en la parte alta es flujo se separa.



Esto es un ejemplo de que en realidad puede pasar. Pero lo que decimos nosotros es también cierto. En condiciones normales el flujo se pega a la parte superior del ala y esta hace que el flujo cambie de dirección, tal como se puede ver en esta otra (igualmente impresionante) fotografía computerizada que se muestra a continuación.

Aquí se puede ver el flujo sobre un perfila alar muy curvado. Este perfil alar en realidad está usando Slats y Flaps, que es la configuración típica para un aterrizaje. Curvatura máxima. Como se puede ver la mayor parte del flujo permanece "pegado" al ala. Se puede apreciar la parte trasera donde empieza la separación, con algo de turbulencia, pero la gran mayoría del flujo permanece pegado en su camino hacia la parte trasera del ala. Los ingenieros aeronáuticos precisamente lo que hacen es diseñar este tipo de perfiles para que el aire se pegue lo más posible al ala. Estos son los perfiles más eficientes que existen en la actualidad. Hablamos de perfiles alares de la familia E-Jet, el C-Series de Bombardier, el A-350 y el Boeing 787 por poner unos ejemplos. Apenas ofrecen separación en un amplio rango de maniobras, tienen grandes características aerodinámicas y poca resistencia al avance. Así que ¿Cómo se curva el fluido? 

Posibilidades

¿Es posible que exista un espacio vacío entre el aire que pasa por debajo y el que pasa por arriba? Respuesta: no.


Efectivamente, en realidad al aire (como a la mayoría de fluidos) no les gustan los espacios vacíos... por eso mismo el agua adopta la forma de su contenedor. 

Hay otras explicaciones que dicen que lo que se produce es una succión. Pues algo debe de haber... si no puede existir el vacío. Respuesta: no.

Si existiera una succión eso explicaría que el flujo se pegara. También podría ser por culpa de la viscosidad del aire. Pero no. Nada de eso es así. ¿Recirculación quizás? Si existiera en esta región una recirculación del aire este efectuaría círculos o corrientes circulares. Haciendo estos círculos se podría llegar a explicar cómo y por qué se pega el flujo al ala. Pero no, esto tampoco es así.

Mucha gente cree que es por la viscosidad del fluido (nos vamos acercando), pero en realidad el aire no es tan viscoso como para mantener sus partículas pegadas a una superficie. No es como la miel ni mucho menos. De hecho, los ingenieros aeronáuticos muchas veces asumen en sus cálculos que el aire tiene viscosidad cero y más tarde lo que hacen es introducir una serie de correcciones. ¡Suena igual que ser programador! Jajaja... lo siento no he podido resistirme :)

El efecto Coanda

Sí, ya sé que has oído hablar de él. Tal cual explicamos a los niños cuando soplamos encima de una hoja de papel y ellos ven como esta se levanta. O cuando dejamos correr el agua del grifo por encima de una cucharilla y vemos que la corriente de agua cambia de dirección. Esto sí ocurre en la realidad. Es lo que llamamos arrastre o entrainment en inglés. Es el efecto de unas partículas del fluido que ejercen su influencia en otras. Es muy intuitivo y se puede ver en la vida real en muchas situaciones. Cuando se sopla o se produce una corriente de aire por encima de un perfila alar esto también ocurre. 

Pero darle un nombre a las cosas no explica el por qué, así que debemos de dar más explicaciones intuitivas. Vamos a tratar de simplificar las cosas al máximo, pero aun así se requiere un poco de abstracción para entender alguna de estas explicaciones. Un poco de paciencia.

Supongamos que tenemos un fluido invisible y que este fluido no tiene ninguna viscosidad así que la única forma de que este fluido cambie de dirección es que se ejerza alguna forma de presión. La presión es algo que consideramos como isotrópico, es decir  uniforme y que actúa normalmente (ortogonalmente) en el elemento inmerso en el fluido. Esta presión por lo tanto no puede causar por ejemplo que un elemento rote porque actúa en todas direcciones.




Ahora bien sabemos que en un perfil alar no puede haber una zona de remanso detrás del ala (stagnation) porque precisamente Bernouilli nos dice que las presiones deben de ser diferentes. 

Tampoco puede haber recirculación, porque como hemos visto antes, la presión actúa normalmente de forma isotrópica impidiendo la rotación.
Tampoco puede haber succión, ¿Por qué? Pues sencillamente porque existen las llamadas cizalladuras o cortes en las corrientes de aire. El fluido aéreo se comporta de esta forma. Se producen cortes o cizalladuras que impiden la recirculación o cualquiera de las otras posibilidades discutidas anteriormente.

Entonces, lo que ocurre es esto. El aire se divide a la entrada y se vuelve a juntar a la salida. Pero no lo vemos porque como hemos dicho anteriormente el fluido es invisible... por eso mismo lo vamos pintar con las flechas azules. Bien, ahora lo vemos en la ilustración.

...no, no tan rápido ¿Podría ser también algo así? 


...pues si, realmente también podría ser así. Podría suceder. Una vez que especulas con la posibilidad de que no exista la viscosidad, entras en un mundo de gran diversidad de opciones para el flujo. ¿Cuántas opciones o soluciones? pues en realidad habría infinitas soluciones. No nos vamos a meter ahora con esto, pero si le preguntamos a un matemático este nos dirá que sí, que en realidad existen infinitas soluciones para este caso. Aquí vemos tres de ellas y todas igualmente válidas.


Cada una de estas soluciones es igualmente ingeniosa y atractiva, pero lo que es peor... puede ser correcta e invalidar nuestra explicación. Esto es lo que pasa cuando haces asunciones con respecto a que no exista viscosidad (...o cualquier otra cosa que en realidad sí que existe). Sin embargo, y aquí viene lo interesante, se puede demostrar también que el aire puede curvarse en cualquier dirección, excepto en los puntos de remanso. Solo hay dos puntos de remanso o "stagnation points" en el ala. Donde el aire impacta con la superficie y a la salida. Así pues es necesario tener en cuenta que un cierto grado de viscosidad si que existe o debe de existir por pequeño que este sea. De hecho esta y no otra es la clave para encontrar la solución correcta. 

¿Como? ¿Que has oído hablar del efecto Coanda y no has oído hablar de la condición de Kutta? ¡No me lo puedo creer! 



Martin Wilhelm Kutta.jpgEl borde de salida (trailing edge) del ala es un ángulo agudo "muy afilado", si el aire siguiera la parte inferior del ala, realmente sería un giro muy brusco, incluso excesivo para el flujo como el aire dar la vuelta en ese punto. De hecho el aire no hace el giro. El nombre de esta situación o condición se debe al matemático alemán  Martin Wilhelm Kutta, que descubrió que: "A body with a sharp trailing edge which is moving through a fluid will create about itself a circulation of sufficient strength to hold the rear stagnation point at the trailing edge." y que traducido podría ser algo así como: cualquier cuerpo con un borde de salida afilado que se desplaza por un fluido, crea alrededor del mismo cuerpo una circulación lo suficientemente fuerte como para mantener un punto de remanso en el borde de salida.

Por ello las flechas azules de la ilustración superior son reales (es lo que ocurre en la naturaleza "physical"), las rojas no lo pueden ser (son "non-physical" o soluciones no válidas). Este Kutta nos ha resuelto el problema. El flujo de aire no puede efectuar giros muy cerrados porque existe algo llamado capa límite (boundary layer) y la famosa separación. Por todo esto y tal como vimos más arriba en esta ilustración...


La única solución posible sería el ejemplo de en medio o algo parecido. Ya no tenemos un número infinito de soluciones. Entonces vemos que la viscosidad aunque sea muy poca, si juega un papel muy importante.

Tal como se puede ver en las ilustraciones de abajo. Un fluido poco viscoso como el aire, tiene un efecto limitado y localizado en lo que se conoce como la capa límite alrededor del perfil alar. En estas regiones muy cercanas a la estructura, la velocidad del aire llega a ser cero en contacto con la superficie del ala. Esta es la razón por la que algunas gotitas de lluvia en las ventanillas y parabrisas de los coches (y también en los aviones) no son barridas por el aire. Fuera de estas delgadas regiones el fluido aéreo si se comporta como si no fuera viscoso y evoluciona tal cual hemos dicho anteriormente en nuestro modelo teórico (no viscoso).



La "verdadera" distribución de presiones

En la imagen inferior se muestra una solución computarizada de la distribución de presiones alrededor de un perfila alar NACA 2412. Esta imagen ilustra muy bien todo lo que hemos venido comentando hasta ahora. Las áreas de altas presiones son las de color rojizo, cambiando hacia el azulado cuanta menos presión haya. La presión está medida en atmósferas y también se pueden ver los gradientes y los giros del flujo. 


Tal como se puede ver, lo que hace la presión en la realidad es bastante diferente a lo que se suele contar en las academias de vuelo. En cualquier clase para pilotos se suele decir eso de que tenemos menos presión en la parte del extradós y más presión en el intradós, lo cual genera la sustentación. Bueno, pues aquí se puede ver que en realidad eso no es como se cuenta. De hecho en la imagen se pueden ver los contornos de la presión y como estos son máximos justo debajo del borde de ataque (rojizo). También son muy elevados en el borde de salida (el segundo punto con más presión con colores anaranjados). Esta imagen explica bastante bien el por qué tenemos mayor presión en la parte frontal del perfil. El cómputo de todas estas presiones nos da como resultado el famoso centro de presiones del ala, que como en casi todos los casos se encuentra situado en un punto cercano a 1/4 de la cuerda.

En la parte superior junto al borde de ataque se puede ver el área de más bajas presiones de todo el perfil alar (azulado). !Sorpresa! !Solo en la misma punta! Después la presión crece considerablemente. En realidad esto no es un problema en absoluto, al contrario, pues tener esa diferencia de presiones al comienzo facilita el giro del aire por encima del borde de ataque. Esto es lo que se denomina un "gradiente de presión favorable". Pero una vez que el flujo de aire se encuentra ya por encima, esta zona se convierte en un área o "gradiente de presión adverso" (la presión aumenta según nos acercamos a la salida). Esto quiere decir que es más fácil que tengamos separación en este área antes que en otras. Este área superior del ala es por lo tanto donde se suele producir la separación del flujo causando la pérdida de sustentación.

Como vemos el gradiente de presión adverso en la parte superior del perfil puede causar la separación del flujo, pero la capa límite (debido a esa viscosidad) no se llega a separar inmediatamente en el primer punto donde encuentra gradiente de presión adverso. En vez de eso la capa límite adelgaza en grosor (cercano a la separación) según el flujo se mueve hacia el borde de salida. Finalmente ocurre la separación justo un poco antes de alcanzar el borde de salida. Solo en el caso de  que el borde de ataque sea muy estrecho generando un giro del aire muy brusco y que el ángulo de ataque sea muy alto, tendríamos una separación en ese punto. Pero eso no es lo típico precisamente por lo que comentamos anteriormente de que la capa límite mantiene su velocidad sobre el perfil después del gradiente de presión favorable.  

Resumiendo

El ala simplemente crea sustentación porque deflecta el aire hacia abajo. En concreto se puede decir que existe un gradiente (flujo potencial) y 

el flujo potencial + el efecto Kutta = flujo del aire hacia abajo. 

Las teorías populares como: las partículas que transitan tiempos iguales, la teoría cinética (3a Ley de Newton), la teoría del efecto Venturi, etc. no son ciertas (son falacias) e inducen a la confusión. Si metemos encima la ecuación de Bernouilli por medio la vamos a acabar de liar, pues la ecuación es verdadera, pero lo que tratamos de explicar con ella no lo es.

Si queremos explicar un poco más el flujo curvado, podemos hacer referencia o teorizar con la existencia de un fluido no viscoso para ver como este puede seguir una curvatura determinada. Para que no existan soluciones ambiguas (matemáticamente posibles) se debe de volver a introducir el concepto de la ligera viscosidad del aire para poder explicar cómo actúa la capa límite y por qué esta no acaba separándose en el primer punto del ala. Si un lego en la materia nos pregunta y nos pide una explicación rápida de por qué vuela un avión yo me inclinaría por este tipo de explicación:

Un avión vuela porque posee una herramienta llamada ala que está especialmente diseñada para cambiar la dirección de la corriente de aire. Cuando el aire sale hacia abajo el ala se ve impulsada hacia arriba.

Ojo, esto que aquí se dice solo funciona en vuelo subsónico. El vuelo supersónico es otra historia. 

Actualización (13-01-2016): Muy buena entrada de Wicho en Microsiervos (ver el PDF)


28 comentarios:

  1. Impresionante.
    Y yo me pregunto: ¿por que demonios no explican esto en las escuelas de vuelo en lugar de una cosa que no es cierta?
    Carlos

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Carlos, muchas gracias por tu comentario.
      Ese es uno de los problemas con el que nos encontramos todos los días. Ayer mismo un piloto con muchas horas de vuelo se quedó agradablemente sorprendido cuando le expliqué todo esto. Creo que es muy difícil intentar dar explicaciones sencillas y comprensibles sobre fenómenos complicados, tal cual es la mecánica de fluidos. Solemos caer en el error de querer saber mucho sobre algo que en si mismo es todo un mundo. Por otra parte no queda bien que un piloto o un ingeniero no sepan decir "algo" aparentemente congruente sobre el vuelo. Creo que debemos ser humildes en ese sentido y asumir que simplemente no sabemos todo sobre un fenómeno determinado. Por poner un ejemplo... la electricidad. Si me preguntas la razón última y su naturaleza íntima yo todavía no tengo ni idea de lo que es, ...pero si sé sus efectos y la manejo todos los días :)

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
    2. Hola Manolo.
      Una cosa que me asalta: Entonces la diferencia de presiones intrados/extrados no produce "nada" de sustentación (al margen de su contribucion a la creacion de la corriente que luego desciende por detras del borde de fuga)? O participa al menos un poquito?
      Saludos
      Carlos

      Eliminar
    3. Hola Carlos,
      Si, la diferencia de presiones produce "algo" de sustentación, por supuesto. Todo influye. Pero es una contribución mucho menor de lo que normalmente se nos explica. De hecho, solo esta diferencia de presiones por si misma no podría levantar tanto peso como uno pueda imaginarse en un principio. Parece ser (según la gente a la que he preguntado) que lo que realmente cuenta es la capacidad del ala de desplazar aire hacia abajo. Según me cuentan es mucho más importante la conservación del momento que las diferencias de presión. Estoy preparando algún que otro post para poder desarrollar esto un poco más, pues es algo poco intuitivo.

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
    4. Entendido. Muchas gracias Manolo.
      Carlos

      Eliminar
    5. Hola Manolo y Carlos.
      Una matización, todos los perfiles alares asimétricos (chambered) como son las alas de todos los aviones, prudecen sustentación cuando el ángulo de ataque es cero, es decir cuando el ángulo del perfil con respecto al flujo del aire es cero. Esto se explica por la diferencia de presiones entre el extradós y el intradós. Puede suponer hasta un 20% de la sustentación total. En cambio los perfiles simétricos, como ocurre en las alas del los estabilizadores horizontales, no hay diferencia de presiones entre ambas superficies y, por tanto, con 0º de angulo de ataque, no hay sustentación. Como dice Carlos, el origen de la mayor parte de la sustentación es debida a la conservación del movimiento.

      Un saludo.
      Javier

      Eliminar
    6. Hola Javier,

      Muchas gracias por tu comentario, en efecto, tal como se dice en el post. Existe una diferencia de presiones que podemos decir "contribuye" al monto total, pero que efectivamente sería menor de lo que se suele explicar en las clases para pilotos. Esa es la razón por al que mucha gente se encuentra un poco perdida en este tema. Como bien dices en los perfiles simétricos necesitas un pequeño ángulo de ataque para empezar a producir sustentación.

      Esto me recuerda a un antiguo compañero sudafricano que conocí cuando trabajabamos en los Emiratos. En aquella época yo trabajaba como instructor de helicópteros. Después de muchos años de experiencia volando, este hombre todavía no entendía muy bien como uno de estos "cacharros" (los Bell 206) podían volar. A lo más que llegaba era a decir aquello de "Helicopters don't fly. They are so ugly that the earth repels them". "Usease" que son tan feos que es la tierra la que los repele. Todo venía del hecho de que las palas de estos helicópteros tenían perfiles simétricos y eso no le cabía en la cabeza. Intenté explicarle todas estas cosas de la conservación del momento... pero fue inútil :)

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
    7. Hola Manolo.
      Me pregunto por qué el perfil de las palas de lo helis son simétricos.

      Un cordial saludo
      Javier

      Eliminar
    8. Hola Javier, Es una pregunta muy interesante, porque también depende del helicóptero que se trate. Los modernos helicópteros de combate (y los civiles que son muy pesados) tienen diseños muy complejos y cuentan con un cierto perfil, pero los clásicos de toda la vida y los más ligeros suelen tener un perfil simétrico o cuasi simétrico.

      La razón principal reside en la forma que se genera la sustentación en los rotores (es algo parecido al perfil de las hélices). La pala que avanza y la que se retira generan situaciones aerodinámicas muy diferentes, esto unido al mecanismo que controla el colectivo (el famoso Swashplate) hacen que el principio de vuelo sea muy diferente al de un avión (ala fija). No hay espacio aquí para hablar de todos los detalles, pero cuando tenga tiempo pondré un post (... o varios) dedicado a este tema que propones.

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
    9. Estaré encantado de leer ese post, como todos los que haces.
      Saludos.
      Javier

      Eliminar
  2. Ahora y después de tantos años me ha quedado medirianamente claro. Conservación del momento aderezado con unas gotitas de viscosidad. Gracias.

    ResponderEliminar
  3. Hola GS2008, muchas gracias por tu comentario. Efectivamente tan sencillo (...o complicado) como queramos explicarlo :)

    Un cordial saludo
    Manolo

    ResponderEliminar
  4. Hola de nuevo Manolo.
    He estado leyendo mucho sobre esto y viendo un video muy interesante:
    https://www.youtube.com/watch?v=XWdNEGr53Gw
    Lo he comentado con compañeros y uno me ha planteado una duda que no se responder: Dado que la mayor parte de sustentacion (alrededor del 80 % como dice Javier) proviene del efecto de desplazar aire hacia abajo, ¿que papel juega la superficie alar? No se podria conseguir ese efecto con perfiles mas estrechos?. No se si me explico.
    Tambien otra reflexion: en la primera parte del articulo comentas que en la teoria de particulas con energia cinetica hay un flujo de aire que no impacta con el ala y no afecta a la mism, sin embargo, dado que hay un flujo que al impactar si se deriva hacia abajo, esta corriente si afectaria a la corriente libre impulsandola tambien hacia abajo y produciendo cierta sustentacion. ¿es asi?.
    Gracias
    Carlos

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Carlos,

      Muchas gracias por el vídeo que me mandas y por tus reflexiones siempre interesantes. El vídeo es muy ilustrativo y viene a decir lo mismo que en post. Una pena que el que hace el vídeo se centra en el profe casi todo el tiempo y no enseña más que brevemente lo que este proyecta. De todas formas se trata de eso, de entender que la explicación que siempre hemos escuchado es incorrecta y que lo verdaderamente interesante es ver que la sustentación en su mayor parte (no sabría decir si es un 80%, pero por ahí debe de andar la cosa) es producida por la capacidad del ala de curvar el flujo de aire.

      Con respecto a tu pregunta, la respuesta corta es si. Se puede hacer lo mismo con muchos tipos de perfiles alares. Lo complicado aquí es escoger el más apropiado para los propósitos que se quieren obtener. Hay un libro fenomenal que se llama Aircraft Design Synthesis and Analysis que explica como se escogen estas cosas según sean los fines a los que vayamos a dedicar nuestro avión. Se deben de considerar muchas cosas, la velocidad, el peso total del avión que debe soportar el ala, la altura de vuelo, etc, etc. Es muy complejo, pero como veo que estas interesado en el tema iré poniendo artículos simplificados sobre todo esto.

      Piensa por ejemplo, que el F-104 del que estoy hablando en los últimos posts es un avión de Mach 2,2 ...y no tiene ala en flecha! ¿Como es posible? pues porque hay tantos tipos de alas como quieras imaginar y unos son más efectivos que otros para la tarea requerida. Por otra parte, en este mundo de la aerodinámica no hay nada gratis... lo que ganas por un lado lo pierdes por otro (ver el post de la carga alar). ¿Se puede volar con menor superficie alar? Si. ¿Es efectivo? Depende... Si al F-104 no le pones los flaps soplados lo tienes que hacer aterrizar casi en supersónico!!!

      Con respecto a lo que comentas al final, tal como yo lo entiendo pienso que todo influye. El fluido aéreo es un sistema muy complejo donde cada partícula se ve afectada en cierta medida por sus vecinas (hasta una cierta distancia). Por todo ello pienso que el aire que impacta y sale hacia abajo también influye en el arrastre de las moléculas de los alrededores... lo que no podría decir es precisamente hasta que punto esto ocurre y que porcentaje podría ser el que ayudaría al cómputo general de sustentación.

      Como te digo, voy a ir poniendo posts relacionados para intentar clarificarlo :)

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
  5. Hola
    Como ya te dije la última vez ¡¡Guau!!

    Hoy he comprendido mejor (creo) el vuelo.

    Cuando inicie este comentario tenía preguntas, pero conforme las intentaba plasmar para que me las contestaras se han ido resolviendo por si solas.

    Pero tengo en mente unas ideas que de seguro tienen errores que me gustaría corrigieras, lo siento por ti con este blog has abierto una caja de pandora (los aerotrastornados preguntones).

    Que de esas cosas la más influyente es el ángulo que forma la cuerda del ala con el avance, que el perfil es un refinamiento para mejorar la sustentación, por ello es posible el vuelo invertido, aunque en esa posición el efecto positivo de la forma desaparece convirtiéndose en negativo, con lo cual deduzco que para volar invertido hay que aumentar la potencia para mantener la misma velocidad de avance que en posición normal, esto es mas bien una pregunta.

    Lo anterior me lleva a pensar lo importante de la densidad del fluido y la velocidad con la que se viaja en él, los hidroalas necesitan menos velocidad para "volar" pues el agua es mil veces más densa.

    Y todo esto a su vez me lleva a pensar otra vez en la 3ª ley de Newton. Todas las moléculas juntas al chocar con el intradós provocan ….

    Y al final me quedo con: En el vuelo de un ala influyen muchas "cosas". Muy genérica, cierto, pero todas esas "cosas" juntas permiten el vuelo, y además pueden haber "cosas" que ni siguiera imaginamos solo intuimos, como fuerzas moleculares.

    En fin divagaciones para aprender.

    Un Saludo a ti y a los demás.

    PD: no puedo picar en los enlaces que ponéis en los comentarios, ni siquiera puedo seleccionarlos para copiar-pegar.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Juan Antonio, muchísimas gracias por tus comentarios y por las aportaciones al Blog. Encantado de poder charlar contigo de estos temas. La mayoría de los comentarios o reflexiones que haces entiendo que son correctas. La mecánica de fluidos es un tema muy complejo que no domino y solo intento dar aquí en este Blog una explicación muy sencilla (como dice el subtítulo del blog: muy alejada de los textos académicos).

      Como muy bien dices en el ala influyen muchas cosas y la combinación de todas ellas es el resultado final que llamamos sustentación. Como ves en los comentarios hay personas que piensan que el 80% de la sustentación es precisamente el resultado de deflectar el aire hacia abajo y el resto es el ángulo de ataque, etc. etc. ¿Qué es más importante? ...depende, como digo en uno de los comentarios, las palas de los helicópteros son en su mayoría perfiles simétricos... y vuelan porque generan sustentación simplemente con el ángulo de ataque :)

      Depende de lo que quieras conseguir. ¿Se puede volar boca abajo? Si, sin duda, todo a base de ángulo de taque (...y como bien apuntas potencia). En realidad la mayor limitación de tiempo en vuelo invertido es la lubricación del motor (en un F-18 por ejemplo son unos 30 segundos, no más).

      Como veo que es un tema que interessa mucho, lo que intentaré es ir poniendo algún post más detallado para ir clarificando todas estas cosas :)

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
  6. Curiosas las carambolas... esa entrada que enlazas de microsiervos con ese pdf es el resultado de una charla con Wicho y pasarle el pdf para que se lo leyera, y ahora soy yo el que re voy a mangar un par de imágenes porque tras una discusión con varios amigos estoy intentando explicarles por qué genera sustentación un ala... (ya te enlazaré y te pasaré el enlace de mi texto)

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola JM, muchas gracias por el comentario. Este humilde blog está a tu entera disposición para que uses lo que creas conveniente :)

      Un cordial daludo
      Manolo

      Eliminar
    2. Aqui es donde he usado tus imágenes
      http://blog.sandglasspatrol.com/index.php/articulos/35-general/1625-ipor-que-vuelan-los-aviones?utm_source=dlvr.it&utm_medium=facebook

      Eliminar
  7. Hola. Lo primero felicitarte por este maravilloso blog, lo descubrí ayer buscando información sobre difusores pitot, y vaya qué descubrimiento.

    Simplemente quería comentar que te he leído decir un poco más arriba en esta sección de comentarios que hay parte de sustentación que se debe a la presión y parte que se debe a otros efectos. Esto es un error común. La sustentación sobre un perfil (tomemos el caso bidimensional para no complicar la cosa) se debe exclusivamente a la distribución de presiones y esfuerzos cortantes con origen viscoso sobre el contorno del ala. Como la dirección de estos esfuerzos cortantes es bastante paralela a la dirección del flujo (y por tanto casi colineal con la resistencia aerodinámica) podemos simplificar con bastante precisión que la sustentación es debida a la distribución de presiones sobre el perfil, y por tanto TODA la sustentación se debe a esta distribución. La pregunta ahora sería, ¿y cómo se establece esa distribución particular? Ahí justamente es donde radica el quid de la cuestión, no conozco a nadie que lo sepa. Todo lo demás (el porqué la velocidad es mayor en el extradós que en el intradós, porqué el flujo se deflecta, etc.) es función de la distribución de presiones sobre el perfil.

    También decir que las leyes de Newton no dicen porqué sucede algo, si no que nos dicen que si algo sucede tiene que estar sujeto a esas leyes. Te pongo un ejemplo: imagina que tengo un lapiz en la mesa y lo empujo. Si alguien me pregunta que por qué se mueve el lapiz y yo le digo que se mueve porque sobre el actúa una resultante externa en la dirección del movimiento no le estoy diciendo la naturaleza del movimiento (que soy yo) sino una condición necesaria para que exista tal movimiento.

    Como último comentario decir que la condición de Kutta es algo artificial que usamos para introducir implícitamente el efecto de la viscosidad en los análisis en flujos potenciales. De no obligar al flujo a comportarse así tendríamos sustentación nula, es decir, que la condición de Kutta es solo una forma de modelar el flujo para que se comporte como queremos, no tiene una naturaleza física.

    Un saludo y a seguir así con el blog :)

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola David,

      Muchas gracias por tu experto comentario, por tus aclaraciones sobre el tema y por los ánimos que me mandas para continuar con el Blog, la verdad es que me quita mucho tiempo.

      Por como te expresas entiendo que tienes conocimientos profundos sobre el tema y seguramente lo que escribo y como lo escribo te sabrá a poco :) Desde aquí quedas invitado a "postear" lo que tu quieras y de la forma que tu quieras. Si te apetece hacer algún artículo me lo envías y yo te lo publico con tu nombre cuando tu quieras y con mucho gusto. Si le damos nivel a la cosa seguramente muchos ingenieros que nos leen nos lo agradecerán jajaja :)

      Volviendo al tema, cuando hablas de la distribución de presiones te refieres siempre a un perfil. Lo curioso del caso es que una lámina o plancha absolutamente plana y delgada también crea sustentación sin tener ningún perfil. Como tu sabes perfectamente todo depende del ángulo de ataque. Si la plancha adopta el ángulo de ataque correcto (aún siendo muy ineficiente en comparación con un perfil) generará sustentación porque deflectará el aire hacia abajo. ¿Estamos originando una diferencia de presiones solamente o existen otras fuerzas contributivas? Este tipo de pregunta es el que hago constantemente a muchos amigos ingenieros aeronáuticos y siempre acabamos dándole vueltas a lo mismo. Ellos convencidos de lo que dicen y yo cada vez más confundido Jajaja. Yo siempre he sostenido que la reacción al aire desplazado hacia abajo por la plancha es lo que genera la sustentación y que efectivamente ello es debido que también se genera una diferencia de presiones entre las dos caras de la plancha. Te agradecería tu opinión sobre el caso de la plancha.

      Muchas gracias por leerme y un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
    2. Perdona que haya tardado en contestar, pero como puse el comentario sin correo ni nada no supe de tu mensaje hasta ahora que me dio por entrar de nuevo.

      1) Al fin y al cabo no importa cómo sea nuestro perfil, ya sea plano, con espesor, con espesor y curvatura, etc., que el resultado de su geometría en el flujo será la perturbación de este imponiendo una distribución de presiones sobre el perfil, que es el fin último de que exista sustentación.

      2) Como bien dices el ángulo de ataque si es pequeño deflectará la corriente. Digamos que el que se deflecte la corriente es condición necesaria para que exista sustentación, ya que si no estaríamos violando la segunda ley de Newton ya que no estaríamos variando la cantidad de movimiento lineal del aire.

      Ahora la pregunta(s) es:

      -> ¿cómo hace el perfil para deflectar la corriente (ya sea por su curvatura, ángulo de ataque o una combinación de ambas)?

      -> Esa deflexión del flujo, ¿produce la sustentación o es causa de que exista esta?


      Ambas preguntas las he hecho a profesores míos y lo único que he sacado en claro es que no sabemos la naturaleza última del vuelo, es decir, no sabemos cómo vuela un avión. Aquí queda muy bien la famosa ley del escritor Clarke "toda tecnología lo suficientemente avanzada es indistinguible de la magia".

      Un saludo.

      Eliminar
    3. Hola David,

      Muchas gracias por tus aclaraciones. Es un placer tenerte en el Blog y te agradezco enormemente que me corrijas cuando veas algún error. Verás, en el post se habla de la diferencia de presiones entre dos puntos del ala. Esto es expresado como gradiente (favorable o desfavorable). Como tu dices toda la sustentación se basa en la distribución de presiones y ese viene a ser el significado.

      Estás en lo cierto cuando te refieres a la cuestión fundamental y dices lo de la magia :) para mi modo de ver la razón última nunca ha estado clara (...me sigue pasando con muchas cosas como la electricidad).

      Mira he estado visitando esta página que seguramente conocerás:
      https://secretofflight.wordpress.com/

      En esta página, que parece seria y bastante sesuda, se dice que existe desde hace un año una "Nueva Teoría del vuelo" que han desarrollado estos matemáticos especialistas en fluidos:

      Our New Theory of Flight (together with Johan Hoffman and Johan Jansson) has now been published in Journal of Mathematical Fluid Mechanics (online behind paywall and free originally submitted (2012) preprint) .

      New Theory of Flight springs from our resolution of d’Alembert’s paradox formulated in 1755, published in JMFM 2008, and shows for the first time that both simulation and understanding of the miracle of flight is possible with present computer and brain power. As such it has every chance of becoming a landmark article.

      New Theory of Flight is published by JMFM with a special Editors Foreword inviting scientists, mathematicians and engineers to scrutiny and discussion.

      Aquí echan por tierra todo lo conocido. hasta la condición Kutta. ¿Estamos ante un nuevo paradigma o es pura charlatanería? Me gustaría que me indicaras si estás de acuerdo con ella y en caso afirmativo te ruego una explicación sencilla y entendible para personas como yo :)

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
  8. Otra cosilla, cuando dices "[...] se puede decir que existe un gradiente (flujo potencial) [...]", ¿a qué re refieres aquí con "gradiente"?

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. David, queda explicado en la anterior respuesta.

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
  9. Excelente post. Apenas estoy introduciéndome en el tema de la aerodinámica y con el post (y las consecuentes y ricas discusiones) me ha quedado bastante claro parte de la "naturaleza" del vuelo. Por supuesto, más que solamente las respuestas, también salgo con muchas más preguntas. Una de ellas (que también se hizo con anterioridad pero no fue contestada) es, ¿los hidroalas necesitan menos velocidad para "volar"? Sabiendo que la densidad y viscosidad del agua es mil veces mayor o de nuevo ¿esto depende del ángulo de ataque y la dirección de deflección?

    Un cordial saludo.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Carlos y muchas gracias por tu comentario. El caso de las hidroalas es un parecido al de las alas de los aviones, pero existen varias diferencias esenciales que influyen mucho. Para empezar el agua es un fluido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases; se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento; se supone que el flujo de los líquidos es un régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo. Además, como bien apuntas la viscosidad y densidad son muy diferentes a las del aire. Por ello, el hidroala no solo necesita menos velocidad, sino que además le cuesta mucho más avanzar en el medio que un ala de avión, pero el principio es exactamente el mismo. La diferencia total de presiones, como apunta en su comentario David, es lo que origina el levantamiento del hidroala.

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar