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La Semana De... Las Pérdidas Y Barrenas


Guest Darkness

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Los posts "La semana de..." que empezarán a aparecer en el foro de la Academia pretenden enseñar de forma amena, pero requieren un esfuerzo intelectual por parte de los interesados. Estos posts se hablaron desde el principio como una herramienta para que todos podamos participar, sea como redactores, lectores, y por supuesto críticos, sobre temas importantes de aviación. La clave: explicar las cosas de modo sencillo y de forma introductoria para novatos.

 

Es evidente que uno de los aspectos principales de cualquier piloto es disponer de unos conocimientos básicos sobre aeronáutica. Lamentablemente, es bastante la gente que empieza a volar con poca o ninguna información sobre las leyes físicas básicas que intervienen en el vuelo. Que al principio sea así puede ser normal, pero que una persona pretenda mejorar y convertirse en un experto piloto virtual (y por supuesto uno real) sin unos conocimientos básicos de aeronáutica es una forma de quedarse atascado eternamente y pasar a engrosar la larga lista de pilotos sin posibilidades de mejorar sus aptitudes.

 

La Academia AVE-69 tiene como finalidad romper ese estilo de vuelo de muchos pilotos. Y pretende hacerlo de forma amena y con la ayuda de instructores cuyo interés es enseñar a volar y combatir en simuladores civiles y militares.

 

Para ello se van a crear los post "La semana de..." en la que se tocarán temas diversos importantes, para discutirlos y hablarlos, siempre sin entrar en muchos tecnicismos. Recordemos: somos pilotos (la mayoría virtuales), no ingenieros. Quien quiera profundizar hace muy bien, pero la intención de estos posts no es llenar el foro de fórmulas de física, sino explicar de forma clara y sencilla los principios del vuelo.

 

Los posts "la semana de..." no tienen por qué durar una semana, es simplemente un indicativo.

 

CUALQUIERA puede si lo desea abrir un post "La semana de..." pero ha de ser de forma coherente con la Academia, es decir, abrir un debate sobre temas importantes de aviación contados de forma amena y básica, que los entienda cualquier persona con estudios de nivel secundario pre-universitario o equivalente.

 

Los posts "la semana de..." se escriben como posts y no como artículos totalmente a propósito, porque buscan la participación de todos.

 

Y aquí estamos, con el primer "La semana de..." en la que vamos a hablar de algo totalmente recurrente en aviación de combate: por qué vuelan los aviones.

 

Nota para expertos en aeronáutica y expertos pilotos: en estos textos "la semana de" se tomarán ciertas licencias y se explicarán aspectos de aeronáutica de forma resumida para mejor comprensión del lector. No se pretende que sea un texto científico, ni riguroso. Naturalmente, si existe alguna incorrección grave puede y debe ser comentada, pero estos son textos de nivel básico para introducir al lector a conceptos que, explicados de una manera menos elemental, pueden a veces ser confusos. La línea entre la sencillez y la confusión es muy delgada, pero precisamente ese es el reto de la enseñanza de calidad.

 

Nota 2: en general se puede hablar de entre 15 y 20 grados como máximo ángulo de ataque (AoA) en aeronaves, aunque esto difiere en realidad de unos aviones a otros. Algunos Aviones de combate modernos vuelan muy bien con AoA de 30 grados. También nos referimos de momento a aeronaves de ala fija, las alas rotatorias (helos) siguen naturalmente los mismos principios de la física pero requieren otras explicaciones más concretas con la compleja fenomenología de las fuerzas generadas por rotores.

 

Nota 3: esta es la tercera reescritura de este tema. Explicar este asunto tiene tantos matices que se hace más difícil de lo que pensé. Si al lector no le gusta el texto, que sepa que yo tampoco estoy demasiado satisfecho. Por cierto, agradecer a Gadget de Aviadores Virtuales los consejos para la redacción de este documento. Algunas imágenes se han tomado de la versión 2.06 del manual del simulador Battle of Britain 2: Wings of Victory.

 

Por qué vuelan los aviones.

 

Aunque pueda parecer una pregunta sencilla, mucha gente, incluidos muchos pilotos virtuales, no saben contestar a esta pregunta, o tienen importantes lagunas. No se trata de que escriban un tratado de física aeronáutica (yo tampoco sabría lamentablemente), pero sí tener en cuenta los conceptos básicos. Estos conceptos se tratan en multitud de libros, webs, y en general en cualquier manual sobre aeronáutica básica. Aquí vamos a tratar de resumir esas ideas, no queremos complicarlo más de lo necesario. Pero eso sí: un esfuerzo mental mínimo siempre será necesario. No se puede pretender ser un buen piloto sin leer ni una sola línea. La intuición sólo sirve para coger vicios en el vuelo y en el combate aéreo, vicios que luego son extremadamente difíciles de eliminar.

 

Por supuesto, nadie está obligado a estudiar este tipo de cosas, pero luego no debe quejarse si es derribado cada dos por tres o si de cada diez aterrizajes rompe el tren en siete y en dos se sale de la pista o se queda corto. Unos cuantos conceptos básicos son suficientes, nadie pide a un piloto que haga un doctorado en aeronáutica, sólo un poco de trabajo y comprensión son suficientes.

 

Pérdidas (stall) y barrenas (spin).

 

Uno de los primeros elementos que confunden a un piloto son las pérdidas y las barrenas. De ahí que la primera "semana de" de la Academia trate este asunto. Los aviones se mueven a través de un fluído (el aire, que por cierto es bastante más denso de lo que podría parecer) mediante el uso de un fenómeno que permite crear sustentación, y que se explica en el Teorema de Bernoulli. La sustentación es una fuerza que tira del avión hacia arriba (cuando el avión vuela nivelado), mientras la gravedad tira del avión hacia abajo. Además, el avión dispone de un motor que crea empuje, y al avance se opone una fuerza llamada resistencia (drag). En un coche estas cuatro fuerzas también existen: resistencia (al avanzar el coche choca contra el aire), empuje (del motor a las ruedas), gravedad (que tira del coche hacia abajo) y sustentación, que en el caso de un coche es igual a cero. De hecho, algunos coches llevan alerones que tiran del coche hacia abajo, como pasa en la Fórmula 1.

 

Haciendo un símil, las alas de los aviones son en cierto modo similares a los alerones de los coches de Fórmula 1, y siguen los mismos principios físicos. Lo que ocurre es que están puestos al revés. En lugar de generar una fuerza hacia abajo para que el coche se mantenga en el suelo a gran velocidad, en las alas la fuerza (sustentación) es generada hacia arriba. Esa fuerza tira del avión, y cuando esa fuerza es mayor que el peso, el avión se eleva. Naturalmente, de la misma forma que el alerón de un coche no hace nada si el coche está parado, el ala de un avión no hace nada si el avión está detenido. Sólo cuando se mueven, coche y avión, el alerón y el ala tienen una utilidad: generar sustentación, más cuanta mayor es la velocidad (de hecho, doblar la velocidad supone cuadruplicar la sustentación).

 

semana_de03.jpg

 

Las famosas cuatro fuerzas que intervienen en el vuelo.

 

Aquí podemos ver nuestra versión del diagrama probablemente más usado en cualquier manual básico de aeronáutica. Las cuatro fuerzas que intervienen en el vuelo. Hay una quinta fuerza, el torque, producida por el giro de la hélice (y también por el giro de una turbina aunque de efecto menor), pero ya hablaremos de ella otro día. Lo que no se suele comentar es que en un coche, en un tren, en un misil, estas cuatro fuerzas están también presentes. En un Fórmula 1, si no fuese por los alerones (alas invertidas) el coche terminaría despegando del suelo. Estas cuatro fuerzas están equilibradas exactamente cuando el avión vuela recto y nivelado. Cualquier cambio en cualquiera de las cuatro fuerzas (o en una combinación de ellas) modificará el comportamiento del avión. Normalmente a estas fuerzas se les llama vectores, son esas flechas que hemos dibujado. Un vector indica el sentido de una fuerza. Aunque la palabra es técnica, basta saber que vector es dicha fuerza, y que cuanto más fuerte es esa fuerza, el vector se dibuja con la flecha más larga. Así pues, si el vector sustentación es el doble de largo que el vector Peso, queremos decir que se genera el doble de sustentación que peso tiene la aeronave, por lo que ésta asciende. Suele ser útil recordar estos pequeños detalles cuando se leen manuales que tratan estos asuntos.

 

Podemos deducir que un avión empezará a volar cuando tenga una velocidad mínima, en la que el aire que pasa por el ala genera suficiente sustentación para mantenerlo volando. El ala corta el aire, y éste pasa a través del ala creando un efecto curioso: por encima del ala, el aire pasa más rápido que por debajo (debido a la forma del ala). Esta diferencia hace que el aire de la parte de arriba sea menos denso (el mismo aire se reparte por una distancia superior que por abajo, debido a que el ala en la parte de arriba tiene una forma curva y por debajo lisa). Es decir, mientras pase el aire por el ala a una velocidad adecuada, el avión vuela. Si el avión se va decelerando, el aire deja de pasar, ya no se crea sustentación, y el avión cae. Normalmente, el avión cuando cae toma velocidad, y esa velocidad hace que el aire vuelva a pasar por el ala restableciéndose la sustentación. Cuando el avión cae, se dice que ha entrado en pérdida (stall en inglés). Ahora entraremos en detalles.

 

A la velocidad en la que el avión deja de tener el flujo de aire suficiente para mantenerlo en vuelo, se le llama velocidad de pérdida. Esa velocidad depende principalmente de: la densidad del aire (menos cuanto más alto, también menos cuanto más calor hace). También depende principalmente de la forma del ala (según el tamaño y forma unas alas generan más sustentación que otras). Del peso (cuanto más peso, más sustentación habrá que crear para que el avión se mantenga en el aire), y de la carga del avión (si un avión lleva 20 pasajeros pesa más que si lleva 10 naturalmente).

 

Ángulo de ataque (AoA).

 

Otro aspecto fundamental a tener en cuenta para comprender el fenómeno de la pérdida es el ángulo de ataque (en inglés, Angle of Attack o simplemente AoA). Este concepto es un poco más raro, pero se explica rápidamente. Sencillamente, el ángulo de ataque el aquel que forma el ala con respecto al aire que la atraviesa (técnicamente se dice que es ángulo que forma el sentido del vuelo (flight path) con la cuerda del ala, una línea que va de un extremo al otro del centro del ala, pero no es necesario para esta explicación). Cuando el avión se mueve, el aire pasa a través del ala. Si el ala está completamente orientada al flujo del aire que pasa, el ángulo de ataque es de cero grados. Pero si el ala comienza a "mirar hacia arriba", el ángulo se hace mayor. Si el aire atraviesa el ala de forma horizontal pero el ala está "girada" 10 grados hacia arriba, el aire y el ala están en un ángulo de 10 grados. Cuando un ala está "girada" con respecto al aire que la atraviesa, dicha ala genera más sustentación. Esto es fantástico, porque la misma ala, al generar más sustentación, permite que el avión vuele mejor. Más sustentación es mejores prestaciones para el avión. Vamos a verlo gráficamente, que es cuando mejor se suelen ver estas cosas.

 

semana_de04.jpg

 

Podemos ver en esta imagen que el ala forma un ángulo con la dirección de vuelo (Flight Path) del avión, en este caso el avión vuela horizontalmente pero el ala se encuentra en ángulo con dicha dirección, formando un ángulo. Veámoslo más gráficamente.

 

semana_de05.jpg

 

En esta imagen vemos un formato ampliado de la misma situación, con un avión Spitfire en el que el piloto sostiene un fuerte ángulo de ataque mientras sigue volando horizontalmente. En esta situación, las alas difícilmente van a seguir generando suficiente sustentación. Si tiramos demasiado de la palanca hacia atrás, simplemente el flujo del aire sobre las alas se romperá, las alas dejarán de generar sustentación y sí generarán mucha resistencia, y el avión entrará en pérdida.

 

El morro del avión "mira" arriba, pero el avión sigue volando horizontalmente. Si la velocidad baja, podremos aumentar el AoA, pero llegará un punto, distinto en cada avión, en el que el flujo del aire, representado por la flecha azul, se romperá, y las alas dejarán de crear sustentación. El avión entrará en pérdida y caerá, normalmente acompañado de una vibración y una caída del morro hacia adelante. En aviones modernos suena una "chicharra", una alarma poco antes de que suceda la pérdida, y en otros puede incluso haber una voz que informe de algo así como "maximum angle of attack" o "stall", indicando en el primer caso que estamos justo entrando en el máximo ángulo de ataque, y en el segundo que vamos a entrar en pérdida.

 

En todos estos casos estamos siempre hablando de las alas como un todo, pero las alas disponen de "flaps", y a veces "slats" que modifican la forma del ala y permiten mayores sustentaciones (y resistencias). Pero no importa, al final el ala genera una sustentación con o sin flaps o slats, por lo que aquí de momento no vamos a tenerlas en cuenta. Baste decir que los flaps permiten crear más sustentación y por lo tanto que el avión pueda volar más lentamente (y generando mayor resistencia, toda superficie sustentadora adicional siempre crea resistencia adicional como "precio" a la sustentación).

 

Recordemos: el avión puede moverse horizontalmente, pero el morro del avión puede estar mirando arriba (o abajo). Si mira hacia arriba, el ángulo de ataque es positivo, por ejemplo 10 grados, y esto crea sustentación. Si el avión se mueve horizontalmente y mira hacia abajo, el ángulo de ataque es negativo, lo que provoca menor sustentación. Podríamos pensar que un ángulo de 20 grados genera más sustentación que uno de 15, y uno de 15 más sustentación que uno de 10, y así es en realidad. Pero que nadie piense que se puede ir elevando el ángulo indefinidamente. A partir de un ángulo determinado, el aire, que atraviesa el ala de forma suave y genera sustentación, deja de hacerlo. El aire, por encima de un AoA máximo (máximo ángulo de ataque) simplemente golpea el ala y crea una zona de turbulencias, lo cual provoca que el aire deje de generar sustentación. Normalmente a ángulos mayores de unos 15-25 grados (cifra muy general) las alas ya no crean sustentación, y el avión entra en pérdida de forma repentina.

 

¿Cuándo ocurre esto? Si vamos volando cada vez más lentamente, el avión se irá inclinando "mirando hacia arriba" ("nose up", nariz arriba en inglés), es decir, levantando el morro. Como volamos rectos, mientras desciende la velocidad, si levantamos el morro conseguimos más sustentación. Así pues, gracias al mayor ángulo de ataque, podemos volar lentamente levantando más y más el morro. Muy bien. Pero si seguimos volando más y más lento, llegará un momento que levantaremos tanto el morro que atravesaremos el máximo ángulo de ataque del avión, el ala ya no generará sustentación, y entraremos en pérdida. Por lo tanto, el ángulo de ataque nos habrá servido para volar lentamente, pero hasta cierto punto, o mejor dicho, hasta cierto ángulo de ataque. Por encima del máximo ángulo de ataque, el flujo del aire se vuelve desordenado y no genera sustentación, y el avión cae. Veámoslo gráficamente:

 

semana_de06.jpg

Ángulo de ataque de cero grados.

 

En esta imagen podemos ver, en forma de puntos, cómo el aire atraviesa un ala que forma un AoA de cero grados con el flujo del aire. Como se puede comprobar, los puntos se encuentran unidos al Ala. No vamos a entrar en detalles, basta saber que ese aire atravesando limpiamente el ala genera una sustentación según el comentado Teorema de Bernoulli. El aire se encuentra "pegado" al Ala, y genera sustentación. La parte exterior de la capa de aire que atraviesa el Ala se llama "capa límite", y mientras sea así, mientras la capa límite se encuentre sujeta al ala, dicha ala realizará correctamente su función de crear una fuerza de sustentación.

 

semana_de07.jpg

Ángulo de ataque mayor de cero grados.

 

En esta imagen tenemos la misma ala pero con un AoA mayor. El aire atraviesa todavía de forma suave el Ala, y se produce mayor sustentación (la capa límite en la parte exterior final del ala sigue estando sujeta al Ala y es más gruesa, por lo que genera más sustentación). También se produce algo más de turbulencia detrás del Ala. Vamos a seguir elevando el AoA, a ver qué ocurre.

 

semana_de08.jpg

Ángulo de ataque excesivo, superior al que permite el ala.

 

En este punto, el AoA es excesivo. Podemos ver cómo el aire, representado por los puntos, se ha despegado de la zona superior del ala, y por ello no genera nada de sustentación. Para empeorar las cosas, además este aire, completamente turbulento, genera una resistencia (drag) muy grande. El ala ha dejado de cumplir su función ya que hemos excedido el AoA máximo de la aeronave. Todo ese aire arremolinado en la zona superior implica que la capa límite se ha separado totalmente del ala. En esta situación, que si no se controla es muy peligrosa, el avión entra en pérdida y cae. Mientras no se restablezca el flujo de aire a través del ala no habrá sustentación, y sin sustentación no hay vuelo naturalmente.

 

Resuelto un enigma, queda otro.

 

Ok, ya sabemos por qué el avión se cae cuando vuela lento. El vuelo lento produce un AoA elevado hasta que la capa límite de aire sobre el ala se separa de ésta, se produce una zona de turbulencias, y el avión cae por falta de sustentación. Parece lógico, y lo es ciertamente.

 

Pero de todo lo dicho, hay otro efecto que confunde muchísimo a los pilotos noveles: la pérdida a cualquier velocidad superior a la velocidad de pérdida. Cómo es posible que volando a 500 km por hora mi avión entre en pérdida? Es una pregunta muy típica en pilotos noveles. ¿No habíamos quedado que la pérdida se produce cuando el avión va lento?

 

La pérdida se produce cuando el ángulo de ataque es superior a la máxima por encima de la cual la capa límite se separa del ala y deja de crear sustentación. Esto quiere decir, cuando el ángulo entre el ala y el flujo del aire que la atraviesa es superior a un ángulo máximo. Entonces ¿qué ocurre a por ejemplo 500 km por hora para entrar en pérdida, una velocidad muy superior a la mínima para el vuelo?

 

El secreto está en el flujo del aire.

 

Imaginemos que estamos volando a 500 km por hora.. La sustentación es fantástica, porque el aire atraviesa el ala a gran velocidad. Ok. Ahora, viramos el avión a la derecha o izquierda de forma brusca, y tiramos de la palanca totalmente hacia atrás. ¿Qué ocurre? El avión se inclina, y toda la sustentación, que era vertical (porque el avión volaba horizontal) se convierte en sustentación horizontal. Además, y lo más importante, al tirar fuerte, el avión gira de una forma tremenda. ¿Qué ocurre con el flujo del aire? El ala gira de forma tan pronunciada que el aire pasa formando un ángulo de ataque superior al máximo que permite el avión. O sea, que el aire pasa por el ala, pero como el ala está virando, resulta que el ángulo entre el flujo de aire y el ala es superior al ángulo de ataque máximo. Pero ¿no habíamos quedado que si el ángulo de ataque es superior se entra en pérdida? NATURALMENTE. Por lo tanto, el avión ENTRA en pérdida, y, posiblemente, en barrena.

 

Ahí reside el pequeño gran secreto del viraje de un avión. Si viramos, las alas entran en ángulo de ataque con el aire que está atravesando las alas. Además hemos perdido toda sustentación vertical si la sustentación se convierte en una fuerza horizontal al haber realizado un giro sobre el eje horizontal de 90 grados (giro sobre el eje Y). El avión no genera sustentación cuando ese ángulo de ataque se supera, y el avión cae.

 

Ejemplo: un piloto de combate norteamericano está volando en su P-47 Thunderbolt en los peligrosos cielos de Francia durante 1943. De repente, ve detrás suyo a un caza alemán Bf-109 que tiene la intención de derribarlo rápidamente y apuntarse un buen tanto. Este sería un ejemplo típico de lo que se ve cada día en los cielos virtuales de los simuladores de la saga IL2 y otros simuladores. Bien, el piloto del Mustang decide, mientras vuela a 500 km por hora, girar el avión y tirar de la palanca a tope. Entonces, el aire que pasaba por las alas deja de crear sustentación, formando un ángulo superior al máximo AoA con respecto a las alas de su Thunderbolt. Como hemos dicho una y otra vez, a un ángulosuperior a un máximo el aire deja de pasar limpiamente por las alas, y ya no se genera sustentación. Conclusión: el avión entra en pérdida y cae. El piloto del P-47 ha perdido cualquier posibilidad de entrar en combate de forma clara, y probablemente ha perdido ya el combate si el piloto del 109 sabe aprovechar la oportunidad. De hecho, esto les ocurre a muchos pilotos noveles cada día en los cielos virtuales, y constantemente revisan su joystick y el calibrado del mismo porque creen tener problemas, o achacan la caída a un bug del simulador. Evidentemente, no están comprendiendo los efectos de un viraje brusco, la pérdida de sustentación, y la entrada en pérdida o barrena. Es importante por ello conocer los límites de cada avión y no superarlos, o acabaremos estrellados contra el suelo o llenos del plomo de un adversario.

 

Este principio es válido para cualquier avión, naturalmente. En aviones modernos como el F-22 o el Eurofighter o el Su-27 este problema sigue existiendo, pero sus diseños permiten maniobras muy bruscas sin perder el control, porque la computadora de vuelo y los sistemas Fly By Wire gestionan que no se atraviese el máximo ángulo de ataque y que el avión no se salga de lo que se conoce como la envolvente de vuelo. Naturalmente, en un simulador civil si estamos volando cualquier aeronave de ala fija ocurrirá exactamente lo mismo si superamos el AoA. La física se aplica a todos los aviones sin excepción, no hay ventajas para nadie, la ventaja está en los pilotos que conocen cuándo y cómo sacar el mejor provecho de sus aviones.

 

Barrenas.

 

En realidad, las barrenas son pérdidas. Pero las barrenas tienen una característica general: mientras en una pérdida ambas alas pierden sustentación a la vez, en una barrena, un ala sigue manteniendo algo de sustentación mientras que el otro ala la ha perdido completamente. La situación es que el avión vuela con un ala, lo cual evidentemente tiene efectos muy peligrosos. En general, un avión en barrena caerá girando con respecto al centro de gravedad del avión, y el piloto tendrá que conseguir que el avión se recupere de la barrena actuando sobre la barra de control (el joystick), el mando de gases, y los pedales (depende del tipo de avión habrá que actuar de una forma u otra, aunque en general se siguen los mismos principios).

 

¿Cuándo se produce una barrena? Cuando el ángulo de ataque es inferior al máximo en un ala y superior en la otra. Del mismo modo, un ala suele entrar en pérdida en la zona exterior del ala antes que en la parte interior (en alas con flecha negativa ocurre al revés, un tema interesante para otro capítulo). En cualquier caso, la barrena crea una fuerza en forma de giro alrededor del avión que provoca que éste caiga de forma totalmente descontrolada. Aunque hay varios tipos de barrena, la llamada barrena plana es la peor, ya que el avión cae girando sobre su eje vertical y salir de esta situación es bastante complejo sino imposible. El F-104 Starfighter por ejemplo era un experto avión entrando en barrena plana por su singular aerodinámica.

 

Un regalo al artículo: giros de tiempo mínimo.

 

Al final, todos los pilotos que pierden el control en combate aéreo lo hacen porque "se salen" de la "envolvente de vuelo". La envolvente es el área en el que un avión se comporta dentro de los patrones para los que fue diseñado. Un P-47 Thunderbolt, P-51 Mustang o un Bf-109 no son un F-22 o un Su-27, por mucho que nos esforcemos. Sin duda en sus tiempos fueron grandes aviones, pero requerían del piloto que los volara con el conocimiento necesario para que el avión no pierda el control. Quizás eso es lo que atrae a muchos pilotos, esos aviones los vuela el piloto, no las computadoras. Por ejemplo, picar a demasiada velocidad puede provocar daños estructurales, un giro demasiado brusco provocará una pérdida y probablemente una barrena, y este tipo de cosas. Los pilotos virtuales suelen ignorarlas completamente, dañando a su avión y perdiendo la capacidad de combate (siempre que vuelen con máximo realismo, cosa que aconsejamos totalmente). Naturalmente, el piloto ha de saber girar y ha de conocer las maniobras más adecuadas para su avión, que varían de uno a otro. Tirar de la palanca a tope no es una buena idea, una maniobra de Gs negativos nos puede crear problemas, una maniobra de altos Gs puede destrozar un avión (hoy en día los cazas soportan más presión que el piloto, pero en los años cuarenta esto naturalmente no era así). Vemos términos como "envolvente de vuelo", "Gs", "Gs negativos", que iremos comentando en sucesivas secciones "la semana de".

 

Por ahora, voy a recomendar un ejercicio de estudio. Se trata de una herramienta llamada "IL-2 Compare", gratuita y accesible en este enlace. Muchos la conoceréis, pero, ¿cuántos habéis dedicado el tiempo necesario a entender lo que muestra? IL-2 Compare no es una herramienta exacta, pero eso no importa; para lo que nos interesa, puede ser una utilidad muy importante. La razón es que muestra datos sobre el comportamiento de los aviones, en este caso de los simuladores de la saga IL-2. Eso es lo de menos, lo importante es que cualquier avión, desde un Camel de la Primera Guerra Mundial hasta el Eurofighter y el F-22, tienen envolventes de vuelo y capacidades que han de ser conocidas por los pilotos. Eso sí, en un caza moderno podemos "tirar de la palanca" ya que las computadoras se encargan del trabajo sucio, pero eso no quita que los aviones modernos puedan soslayar las leyes físicas, ni mucho menos.

 

En esta primera "semana de" simplemente, y a modo de punto de entrada, vamos a ver la ficha de IL-2 Compare que indica cuál es el tiempo de giro de dos aviones, el P-51D Mustang y el Bf-109, concretamente el G10, uno de los que más producción tuvo de la serie 109, a una altura de 1000 metros sobre el nivel del mar (la densidad del aire es un elemento importantísimo, y es menor cuanto más alto se vuela, como saben los alpinistas muy bien cuando suben una montaña).

 

semana_de_stall.jpg

 

Hablaremos enseguida de este diagrama, baste ahora saber que las flechas indican la velocidad más adecuada (llamada en inglés "corner speed") para que estos aviones giren en el mejor tiempo posible. En el caso del Mustang, 360 km/h, en el caso del 109, 330 km/h. Siempre a una altura de 1000 metros y en condiciones de peso ideales. Cualquier intento de girar más rápido nos provocará una pérdida o barrena. Otro dato importante: que un avión gire en menos tiempo no significa que su círculo de giro sea menor, ni mucho menos. Hablaremos de todo ello con calma. De momento, no estaría mal ir reflexionando sobre todo ello.

 

Resumen.

 

Como hemos podido ver, la velocidad no tiene nada que ver con las pérdidas (y las barrenas). El elemento fundamental es el ángulo de ataque, es decir, el ángulo que forma el flujo del aire con respecto a la posición del ala, así como cualquier turbulencia que provoque que la capa límite se separe del ala. Un avión cuyo AoA sea superior al ángulo de ataque máximo para ese diseñoentrará en pérdida. Si un ala supera el ángulo de ataque pero no la otra (que sigue generando sustentación), un ala cae y la otra vuela, con lo que el avión comienza a girar entrando en barrena. Esto, naturalmente, es un resumen muy breve, se podría escribir un libro y existen multitud de elementos a tener en cuenta. Pero, como he comentado, no somos ingenieros, somos pilotos, no hay necesidad de entender cada pequeño detalle, cada fórmula implicada.

 

Muchos pilotos desconocen estos elementos básicos, y se quejan de que sus aviones vuelan mal (o de que el simulador es muy malo porque con los Ace Combat de la PS2 esto no ocurre). Los Ace Combat son estupendos juegos, pero son arcades de aviones, no simuladores. Los simuladores intentan reflejar el comportamiento físico real de los aviones, por lo que simulan todos estos efectos (con mejor o peor fortuna dependiendo del simulador). Por ello, muchos pilotos noveles se frustran cuando están volando, especialmente en combate, que es donde se fuerza el avión al máximo. Nuestro consejo: analiza estos datos y muchos otros que hay en Internet sobre estos fenómenos. Busca en google el Teorema de Bernoulli que explica por qué las alas generan sustentación (un tema muy interesante e importante), también si quieres algo sobre el efecto Venturi, y aprende a conocer cuándo y cómo el avión que estás volando entra en pérdida y barrena (cada avión es distinto). Todo ello te permitirá tener un mejor conocimiento del vuelo y te dará más oportunidades de disfrutar de tu simulador favorito, y, sobre todo, te permitirá ser mejor piloto, sea en vuelo civil o militar.

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Cojonudo Darkness, pero me surge una duda que ya se me planteó durante la visita al museo del aeropuerto de Málaga. ¿El Teorema de Bernoulli no está ya superado? Quiero decir, está bien para empezar a comprender "como vuela un avión", pero no lo explica todo.

 

Es una duda que tengo hace tiempo y ya que lo mencionas...

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Cojonudo Darkness, pero me surge una duda que ya se me planteó durante la visita al museo del aeropuerto de Málaga. ¿El Teorema de Bernoulli no está ya superado? Quiero decir, está bien para empezar a comprender "como vuela un avión", pero no lo explica todo.

 

Es una duda que tengo hace tiempo y ya que lo mencionas...

 

Para explicar el fundamento físico de por qué un avión vuela, es lo que se usa. También se usa en el cálculo de la sustentación de alas complejas. Ten en cunta que Bernoulli sólo te permite pasar de un campo de velocidades al de fuerzas, pero aún tienes que obtener ese campo de velocidades (que se obtiene de mil maneras, a cada cual más compleja). Pero una vez obtenido el campo de velocidades, bernoulli directamente y ya tienes la preciada fuerza sustentadora. El margen de aplicacion de Bernoulli es lo bastante general como para que sea de aplicacion en toda la envolvente de vuelo de un avión.

 

Saludos!!!!

 

P.D--> Por cierto dark, muy bueno el artículo!!!!

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Guest Darkness

Ciertamente, el teorema de Bernoulli es una base para explicar el vuelo, pero hay mucha controversia sobre este tema a nivel de física de fluídos. Básicamente una aeronave es un objeto que atraviesa un fluído y por lo tanto los conceptos generales sobre mecánica de fluídos e hidrodinámica son en muchos aspectos extrapolables a la aviación. También se considera por parte de una tendencia en física que el Teorema de Bernoulli sencillamente no aplica al vuelo, sino que la explicación sobre el fenómeno del vuelo se ha de explicar en base a la física newtoniana.

 

Hay dos "escuelas" digamos en este sentido, la más conocida del teorema de Bernoulli por la cual el avión vuela porque se crea una capa de baja presión en la parte superior del ala, y otra "escuela" basada en física newtoniana que dice que lo que ocurre es que el aire es deflectado por el ala hacia abajo cuando pasa a través del ala creando un vector de sustentación. Curiosamente, existen tres explicaciones más menos conocidas, pero esas dos son las típicas.

 

Yo en la explicación he usado la teoría, si no más aceptada, sí la más explicada, del teorema de Bernoulli, y que es con la que estoy más de acuerdo. Claro que yo no soy físico, aunque muchos físicos discrepan también. Una cosa ha de quedar clara: las matemáticas completas para entender la física del vuelo requieren un nivel muy alto de matemáticas, a nivel de licenciatura cuando menos. Por eso, se trabaja con explicaciones sencillas que, a grandes rasgos, son ciertas, pero que en un nivel más profundo requerirían muchísimos matices y unas cuantas pizarras de formulación.

 

La controversia Bernoulli-Newton viene dada porque ambas teorías sobre el vuelo son correctas, pero cada "escuela" reclama su explicación como la correcta y la otra como incorrecta. De hecho, en ciencia, y en física, se dan situaciones similares. Por ejemplo y hablando de Newton, las leyes de la gravedad de Newton explican el movimiento de los planetas. La teoría general de la relatividad también. ¿Cuál de las dos es mejor? Bueno, un físico te dirá que la relatividad, pero para mecánica celeste y para lanzar satélites y sondas al espacio se usa la física newtoniana porque es suficiente en la mayoría de los casos (hay excepciones como los sistemas GPS pero no entraremos en detalles ahora).

 

Así pues, el teorema de Bernoulli en realidad no está superado, pero es la explicación "clásica" del fenómeno del vuelo, por lo que los que prefieren la explicación newtoniana suelen criticarla como incompatible o irreal, cosa que no es cierta, o al menos no lo es tanto como la otra explicación. De hecho, incluso a Bernoulli se le interpreta de varias formas.

 

Es absurdo que después de 100 años volando siga habiendo estas cosas. Pero bueno, los físicos gustan de sacar teorías nuevas cada cierto tiempo para todo. Acabo de leer "El paisaje cósmico. Teoría de cuerdas y el mito del diseño inteligente" de Leonard Susskind, el padre de la teoría de cuerdas, un libro sobre la estructura del universo según las últimas investigaciones, y si algo se aprende de los físicos es que tienen una capacidad para reinventar el universo verdaderamente sorprendente :D:D (lo digo con todo el cariño Leonard) ;)

 

Aquí tienes dos enlaces bastante interesantes sobre este tema, por supuesto en inglés:

 

http://www.amasci.com/wing/airfoil.html

 

http://www.howstuffworks.com/airplane5.htm

 

Coñe Amalahama hemos respondido a la vez :xd:

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Guest Horten

Muy buen artículo, Darkness. El siguiente podría ser "Por qué vuela un avión?". El teorema de Bernoulli no lo explica todo, solo una aproximación. Un ejemplo:

 

Representa que las aeronaves de ala giratoria vuelan creando sustentación al mover sus alas (rotándolas), como es el caso de los helicópteros. Pues bien, según el teorema de Bernoulli, la sustentación es la misma independientemente de la distancia del suelo (teniendo en cuenta la viscosidad del aire, claro). En la realidad, si un heli está en estacionario sobre un terreno elevado y traza una línea recta hacia un terreno menos elevado, perderá altura.

 

Saludos y felicidades! ;)

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Bueno, supongo que a lo que te refieres Dark es a la visión Eulerian Vs visión Langrangiana del problema de mecanica de fluidos. Es decir, la diferencia entre una visión "de campo", donde cada punto del espacio tiene una serie de magnitudes escalares y vectoriales, versus la versión "de partícula", en la cual básicamente te fijas en cada partícula, el recorrido que hace y demás.

 

Las dos son igual de válidas y exactas, con la diferencia de que con la visión Euleriana llegas a alguna parte, meintras que con la lagrangiana te ves con sistemas de billones ecuaciones diferenciales en derivadas parciales no lineales, con lo que, directamente, es desechada. Es de aplicación para microchorros y aerodinámica en la alta atmósfera y cosas así que realmente tienen poca repercusión en la vida cotidiana.

 

A partir de la visión Euleriana del problema llegas a las ecuaciones de Navier-Stokes, que serian "Dios" si éste fuese un fluido :xd: . Son una serie de ecuaciones en derivadas parciales, altamente no lineales (5 creo, más las ecuaciones de ligaduras, que son 3 o 4 más, no me acuerdo ahora mismo) que actualmente son inabordables y, excepto los pocos casos analíticos de poco interés práctico, no se ha llegado muy lejos con ellas, aunque hay algunos solver que para ciertos problemas te permiten llegar a la soución completa. Es lo más completo que existe y su solución se puede considerar "exacta", aunque actualmente son muy desconocidas y queda todavía la demostración de que esto es así.

 

A partir de ellas se puede derivar las ecuaciones de Euler, o potenciales, donde se hace la suposición de que el aire NO es viscoso y que por tanto NO hay capa límite ni vorticidad. A pesar de que pueda parecer un supuesto bastante duro, la verdad es que funciona y se llega muy lejos con la teoria potencial. Pero no funciona en las pérdidas, ya que aquí la capa límite juega un papel fundamental; para tener en cuenta este efecto hay otra teoria, la teoria de la capa límite, que se "acopla" para hacer el cálculo del avión completo.

 

Pues aún así, las ecuaciones de la teoría potencial hay que simplificarlas, linealizarlas para hacer calculos en alas y demás. Y sí, funciona. Y con errores de menos del 10%. Para que veáis que con imaginación y sabiendo tratar bien las ecuaciones se puede llegar muy lejos.

 

Bernoulli se saca a partir de las ecuaciones potenciales. Una teoria más detallada para obtener la sustentación en un ala a partir del campo de velocidades es posible, pero teniendo en cuenta que las tecnicas para obtener el campo de velocidades no tienen en cuenta la viscosidad o demás, es tonteria. Además, dentro del contexto "potencial", las ecs. de bernoulli son exactas.

 

Saludos!!!

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Representa que las aeronaves de ala giratoria vuelan creando sustentación al mover sus alas (rotándolas), como es el caso de los helicópteros. Pues bien, según el teorema de Bernoulli, la sustentación es la misma independientemente de la distancia del suelo (teniendo en cuenta la viscosidad del aire, claro). En la realidad, si un heli está en estacionario sobre un terreno elevado y traza una línea recta hacia un terreno menos elevado, perderá altura.

 

Eso es un ejemplo de no tener ni puta idea de para qué sirve el teorema de bernoulli, ni de lo que es :xd: :xd:

 

Saludos!!!

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Guest Darkness

Va por ahí Amalahama, aunque insisto que no soy físico y no puedo naturalmente hablar en detalle; pero de hecho las dos visiones que comentas me recuerdan claramente a la controversia sobre onda-partícula de la luz que se dio a principios del siglo XX y que dio lugar a toda la mecánica cuántica, especialmente cuando se habla de magnitudes escalares versus partículas. Como es sabido, la luz es onda y es partícula, es la medida la que permite que se manifieste de una forma u otra. Bueno, de nuevo, a grosso modo y salvando las distancias por supuesto, pero en mi mente retorcida me lo ha recordado, sorry :P

 

yo es que creo que en física podemos estar creando modelos matemáticos explicativos de la realidad, pero chico, cuando llegamos a la aplicación en ingeniería, lo mejor es dejarse de historias y adaptar el modelo simplificado con el mínimo cálculo que permita una eficiencia consecuente con el resultado que se desea obtener. Es como querer realizar un simple círculo de un metro y usar Pi con tres mil decimales, totalmente absurdo. En este sentido, siempre he creído que esta bien que los físicos se lo pasen en grande llenando pizarras, por supuesto, pero a la hora de aplicaciones prácticas necesitamos un ordenador estándar para resolver las ecuaciones generales que permiten unos cálculos coherentes y suficientes, no un ordenador cuántico universal donde se tienen en cuenta hasta los gluones que están uniendo los quarks dentro de un protón o un neutrón, por exagerarlo un poco :D

 

En todo caso, creo que la explicación que he dado en el texto cumple, al menos en líneas generales, el objetivo de explicar el fenómeno del vuelo. Tal como comento, lo he reescrito tres veces entero, y es que explicar algunas cosas de forma amena y entretenida para comprensión general se hace bastante difícil, enseguida aparecen términos y conceptos que se deben evitar para no liar el asunto. En el objetivo de la Academia, si el alumno capta la idea, yo me doy por más que satisfecho, que esto no es una academia de física, aunque a este paso podríamos montar una :D:D

 

 

 

 

Representa que las aeronaves de ala giratoria vuelan creando sustentación al mover sus alas (rotándolas), como es el caso de los helicópteros. Pues bien, según el teorema de Bernoulli, la sustentación es la misma independientemente de la distancia del suelo (teniendo en cuenta la viscosidad del aire, claro). En la realidad, si un heli está en estacionario sobre un terreno elevado y traza una línea recta hacia un terreno menos elevado, perderá altura.

 

Eso es un ejemplo de no tener ni puta idea de para qué sirve el teorema de bernoulli, ni de lo que es :xd::xd:

 

Saludos!!!

 

Pero qué cruel que eres :lol: Horten no le hagas caso, rómpele las piennas te doy permiso :xd:

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A ver, que me expliquen con bernouilli como vuelan los aviones en invertido o a cuchillo, y como vuelan los aviones con perfil simetrico :P

 

Lo siento, pero bernuilli murio hace tiempo, pero si quieres te lo esplico con stifen jaukins.

 

No vi a leer quien ha sido el que ha escrito UN Sanglas, cuando todo el mundo sabe que es UNA Sanglas, pero vamos , que vaya incultura que hay en el mundo. Muy mal Mazur

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Cuando dije Bernuilli murio, queria decir al del teorema este de la fisica, porque , como nota curiosa , os dire que Bernuilli era una familia de cientificos, en los que el descubridor del teorema, no era el mismo que , por ejemplo el que encontro la solucion de unas ecuaciones diferenciales, y que en su honor se puso el nombre de Ecuaciones resolubles de bernulli (o similar)

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Aver que Bernoulli es una ecuación joder, no el nuevo paradigma de la aerodinamica aérea

 

bernou1.gif

 

Es la última de todas (las anteriores es la demostración a partir de la eq de Euler potencial). Lo unico que hace es relacionar las velocidades con las presiones (velocidades con fuerzas), tan simple como eso. Si demuestras que a cuchillo el aire va mas rápido por arriba que por abajo, entonces la eq de bernoulli te saldrá como resultado que tienes una fuerza hacia arriba. Sólo es una ecuación, no es una explicación.

 

La explicación de que las alas sustente es porque "suponemos" que el aire va más rapido por arriba que por abajo, ENTONCES el teorma de bernoulli nos dice que habrá por tanto una cierta fuerza sustentadora.

 

No se si me explico

 

Saludos!!!!

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Si demuestras que a cuchillo el aire va mas rápido por arriba que por abajo, entonces la eq de bernoulli te saldrá como resultado que tienes una fuerza hacia arriba. Sólo es una ecuación, no es una explicación.

 

La explicación de que las alas sustente es porque "suponemos" que el aire va más rapido por arriba que por abajo, ENTONCES el teorma de bernoulli nos dice que habrá por tanto una cierta fuerza sustentadora.

 

No se si me explico

 

Saludos!!!!

 

El problema es que no se me ocurre como explicar que el aire va mas rapido arriba que por abajo en un ala simetrica :P. ¿y como se explican las superficies hipersustentadoras?¿y por qué los spoiler ,a pesar de hacer mas largo el camino sobre el ala y segun bernouilli aumentarian la velocidad, reducen la sustentación del ala en vez de aumentarla?

 

P.D:tampoco niego que en un ala determinada se produzca el efecto bernouilli, cualquier aeromodelista sabe que un ala plano convexa tiene una velocidad de perdida mas baja y mas suave que una simetrica.

Pero ¿sabeis que con un ala plano-convexa tambien se puede volar en invertido? ortopedicamente eso si :P

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Si demuestras que a cuchillo el aire va mas rápido por arriba que por abajo, entonces la eq de bernoulli te saldrá como resultado que tienes una fuerza hacia arriba. Sólo es una ecuación, no es una explicación.

 

La explicación de que las alas sustente es porque "suponemos" que el aire va más rapido por arriba que por abajo, ENTONCES el teorma de bernoulli nos dice que habrá por tanto una cierta fuerza sustentadora.

 

No se si me explico

 

Saludos!!!!

 

El problema es que no se me ocurre como explicar que el aire va mas rapido arriba que por abajo en un ala simetrica :P. ¿y como se explican las superficies hipersustentadoras?¿y por qué los spoiler ,a pesar de hacer mas largo el camino sobre el ala y segun bernouilli aumentarian la velocidad, reducen la sustentación del ala en vez de aumentarla?

 

P.D:tampoco niego que en un ala determinada se produzca el efecto bernouilli, cualquier aeromodelista sabe que un ala plano convexa tiene una velocidad de perdida mas baja y mas suave que una simetrica.

Pero ¿sabeis que con un ala plano-convexa tambien se puede volar en invertido? ortopedicamente eso si :P

 

1. Un perfil simetrico a angulo de ataque nulo no produce sustentación. ¿Te lo demuestro?

 

2. En el vuelo a cuchillo usas el avión como una pequeña tabla a un ligero angulo de ataque (el cual controlas con el timon de cola, que hace de "aleron"). Con lo cual volvemos al punto 1

 

3. Los Spoilers disminuyen la sustentación porque rompen la corriente. Al romperla se desprende la capa limite. Al romper la capa limite desaceleras la corriente. Por tanto, aumentas la resistencia y disminuyes la sustentacion. Si tienes un buen metodo numerico que sea capaz de caluclar la velocidad en extradós con la capa limite desprendida, bernoulli te dará la perdida de sustentacion [Aqui sin embargo Bernoulli no sería exacto porque el fluido tendria vorticidad. Como tiene vorticidad, el termino que va multiplicado por la viscosidad en las navier stokes en derivadas parciales de segundo orden no es despreciable, ya que el campo deja de ser irrotacional. No se podria usar las ecuaciones de euler y por tanto ya bernoulli no sería exacto. Pero seria una buena aproximación . De hecho es lo que se hace]

 

Saludos!!!

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1. Un perfil simetrico a angulo de ataque nulo no produce sustentación. ¿Te lo demuestro?

 

2. En el vuelo a cuchillo usas el avión como una pequeña tabla a un ligero angulo de ataque (el cual controlas con el timon de cola, que hace de "aleron"). Con lo cual volvemos al punto 1

 

3. Los Spoilers disminuyen la sustentación porque rompen la corriente. Al romperla se desprende la capa limite. Al romper la capa limite desaceleras la corriente. Por tanto, aumentas la resistencia y disminuyes la sustentacion. Si tienes un buen metodo numerico que sea capaz de caluclar la velocidad en extradós con la capa limite desprendida, bernoulli te dará la perdida de sustentacion [Aqui sin embargo Bernoulli no sería exacto porque el fluido tendria vorticidad. Como tiene vorticidad, el termino que va multiplicado por la viscosidad en las navier stokes en derivadas parciales de segundo orden no es despreciable, ya que el campo deja de ser irrotacional. No se podria usar las ecuaciones de euler y por tanto ya bernoulli no sería exacto. Pero seria una buena aproximación . De hecho es lo que se hace]

 

Saludos!!!

 

1-Es obvio, lo que refuerza mas la tesis newtoniana frente a la bernouilliana, o explica como el angulo de ataque hace que el aire por encima vaya mas rapido.

 

2-si, se comporta como una tabla con angulo, como aque F-15 que aterrizó sin un ala.

 

3-exacto.

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Aquí un recorte de las pruebas en tunel de viento de un NACA 0009 (perfil simétrico)

 

491762367_460967fae8_o.jpg

 

Ahí teneis la gráfica de Cl con respecto a alfa, y como cuando alfa es 0, el Cl también es nulo. Cuando el angulo de ataque aumenta la velocidad por el extradós y disminuye por el intradós y bernoulli lo caza a la perfección... no sé que problema hay en ello.

 

Por cierto a quien le interese puede bajarse una gran cantidad de graficas para muchos perfiles NACA en

 

http://hdl.handle.net/2060/19930090976

 

El documento en cuestión se llama "NACA 824, summary of airfoil data", data de 1945 y está extraído de la base de datos de la NASA (como no... :rolleyes: )

 

El tema del F-15 está ultra machacado. Primero que lo que yo dije, o mi argumento, para defender que era un fake, era por el gran momento que se produce al volar con un solo ala. Es decir, si me hubieran dicho que aterrizó sin ninguna, me parecería mas creible.

 

Saludos!!!

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...Ahí teneis la gráfica de Cl con respecto a alfa, y como cuando alfa es 0, el Cl también es nulo. Cuando el angulo de ataque aumenta la velocidad por el extradós y disminuye por el intradós y bernoulli lo caza a la perfección...

 

Bueno me cito. Siendo precisos es la teoría potencial linealizada de perfiles en régimen incompresible (la más básica) la que caza a la perfección la diferencia de velocidades en este caso. Luego bernoulli se encarga de proporcionarnos la sustentación correspondiente

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...Ahí teneis la gráfica de Cl con respecto a alfa, y como cuando alfa es 0, el Cl también es nulo. Cuando el angulo de ataque aumenta la velocidad por el extradós y disminuye por el intradós y bernoulli lo caza a la perfección...

 

Bueno me cito. Siendo precisos es la teoría potencial linealizada de perfiles en régimen incompresible (la más básica) la que caza a la perfección la diferencia de velocidades en este caso. Luego bernoulli se encarga de proporcionarnos la sustentación correspondiente

 

Porfi, explica la teoria esa que en las graficas no se vé realmente nada.

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Me voy a meter aunque no me han llamado, jajaja. Ya que no parece que no se entiende eso de los perfiles simétricos.

 

 

A ver, un perfil simétrico con ángulo de ataque 0º (recordemos que el ángulo de ataque es el ángulo entre la dirección del flujo de aire y la cuerda del perfil) no produce sustentación resultante, como ya se ha dicho. Esto es porque produce la misma fuerza hacia arriba que hacia abajo.

 

200px-Grafica_CL-alfa.png

(Es una pena que en esta gráfica no esté también pintado el lado de las X negativas, pero bueno, en la de amalahama se ve igual).

 

Si ese perfil lo movemos un poquito y le damos un ángulo de ataque positivo o negativo (¿Qué mas da?, el perfil no sabe cual es el ángulo positivo o negativo...) pues resulta que la fuerza en uno de los lados del perfil es mayor que la otra, con lo que aparece una sustentación, sea dirigida hacia arriba o hacia abajo.

 

Por tanto, la gráfica de ángulo de ataque vs. coeficiente de sustentación pasa por el origen (porque para ángulo 0, CL = 0) y es impar, vamos que es igual por el lado de los ángulos positivos que negativos dando coeficientes negativos a la izquierda del 0. Mirad la gráfica que puso amalahama.

 

Lo que ocurre es que se suelen usar perfiles asimétricos porque los aviones suelen tener definidas una parte de arriba y una parte de abajo, salvo que sea un avión acrobático que si puede que vuele a menudo en invertido. Entonces diseñamos un perfil un poco más adecuado y es uno asimétrico. Este tipo de perfiles, con un ángulo de ataque 0º (osea que está horizontal "del todo") ya nos da un cierto CL. Esto equivale a desplazar la gráfica del CL-AOA a la izquierda, porque para un ángulo de ataque de 0º, tenemos ya un valor de CL, así:

 

clcurve.gif

 

Si queremos que un perfil asimétrico no nos de sustentación, necesitamos un ángulo de ataque negativo. En esa gráfica que he puesto necesitaríamos -1.8º más o menos.

 

 

De todos modos, no os liéis tanto:

 

¿Por qué un perfil simétrico produce sustentación al aumentar el ángulo de ataque? Pues exactamente igual que un perfil asimétrico produce más sustentación si el ángulo de ataque es mayor. Con lo cual si alguien se está preguntando eso, que se haga las dos preguntas a la vez (para un perfil simétrico y asimétrico).

 

La respuesta yo no la conozco, quizá amalahama podría darnos una explicación detallada de eso, aunque a fin de cuentas posiblemente no llegáramos a nada, sólo pasaríamos por un montón de ecuaciones que DESCRIBEN ese efecto, pero ninguna lo explica. A mi lo primero que me enseñaron en Física es que LA CIENCIA DESCRIBE LOS SUCESOS QUE SE PRODUCEN EN LA NATURALEZA, NO LOS EXPLICA.

 

Es decir, que podemos decir que se produce ese efecto llamado sustentación, ya sea por que el aire va mas rápido por el extradós, que si explicación newtoniana, bla bla bla... pero a fin de cuentas no daremos con un motivo real, convincente o lógico para convencernos plenamente de ese suceso... después de todo ¿Por qué la manzana cae hacia la tierra? Porque la tierra atrae a la manzana. ¿Y por qué la tierra atrae a la manzana? Porque tiene una masa brutal y genera un campo gravitatorio. ¿Y por qué genera un campo gravitatorio? .... ¿Y YO QUE SÉ? Al final creo que no hay una última respuesta que sea definitiva, y si la hay, será mas cosa de filosofía.

 

¿Por qué la velocidad de la luz va a 299.792.458 m/seg en el vacio y no a 10 m/seg? ...

 

 

Un saludo,

Marcos Domínguez.

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Me voy a meter aunque no me han llamado, jajaja. Ya que no parece que no se entiende eso de los perfiles simétricos.

 

 

A ver, un perfil simétrico con ángulo de ataque 0º (recordemos que el ángulo de ataque es el ángulo entre la dirección del flujo de aire y la cuerda del perfil) no produce sustentación resultante, como ya se ha dicho. Esto es porque produce la misma fuerza hacia arriba que hacia abajo.

 

200px-Grafica_CL-alfa.png

(Es una pena que en esta gráfica no esté también pintado el lado de las X negativas, pero bueno, en la de amalahama se ve igual).

 

Si ese perfil lo movemos un poquito y le damos un ángulo de ataque positivo o negativo (¿Qué mas da?, el perfil no sabe cual es el ángulo positivo o negativo...) pues resulta que la fuerza en uno de los lados del perfil es mayor que la otra, con lo que aparece una sustentación, sea dirigida hacia arriba o hacia abajo.

 

Por tanto, la gráfica de ángulo de ataque vs. coeficiente de sustentación pasa por el origen (porque para ángulo 0, CL = 0) y es impar, vamos que es igual por el lado de los ángulos positivos que negativos dando coeficientes negativos a la izquierda del 0. Mirad la gráfica que puso amalahama.

 

Lo que ocurre es que se suelen usar perfiles asimétricos porque los aviones suelen tener definidas una parte de arriba y una parte de abajo, salvo que sea un avión acrobático que si puede que vuele a menudo en invertido. Entonces diseñamos un perfil un poco más adecuado y es uno asimétrico. Este tipo de perfiles, con un ángulo de ataque 0º (osea que está horizontal "del todo") ya nos da un cierto CL. Esto equivale a desplazar la gráfica del CL-AOA a la izquierda, porque para un ángulo de ataque de 0º, tenemos ya un valor de CL, así:

 

clcurve.gif

 

Si queremos que un perfil asimétrico no nos de sustentación, necesitamos un ángulo de ataque negativo. En esa gráfica que he puesto necesitaríamos -1.8º más o menos.

 

 

De todos modos, no os liéis tanto:

 

¿Por qué un perfil simétrico produce sustentación al aumentar el ángulo de ataque? Pues exactamente igual que un perfil asimétrico produce más sustentación si el ángulo de ataque es mayor. Con lo cual si alguien se está preguntando eso, que se haga las dos preguntas a la vez (para un perfil simétrico y asimétrico).

 

La respuesta yo no la conozco, quizá amalahama podría darnos una explicación detallada de eso, aunque a fin de cuentas posiblemente no llegáramos a nada, sólo pasaríamos por un montón de ecuaciones que DESCRIBEN ese efecto, pero ninguna lo explica. A mi lo primero que me enseñaron en Física es que LA CIENCIA DESCRIBE LOS SUCESOS QUE SE PRODUCEN EN LA NATURALEZA, NO LOS EXPLICA.

 

Es decir, que podemos decir que se produce ese efecto llamado sustentación, ya sea por que el aire va mas rápido por el extradós, que si explicación newtoniana, bla bla bla... pero a fin de cuentas no daremos con un motivo real, convincente o lógico para convencernos plenamente de ese suceso... después de todo ¿Por qué la manzana cae hacia la tierra? Porque la tierra atrae a la manzana. ¿Y por qué la tierra atrae a la manzana? Porque tiene una masa brutal y genera un campo gravitatorio. ¿Y por qué genera un campo gravitatorio? .... ¿Y YO QUE SÉ? Al final creo que no hay una última respuesta que sea definitiva, y si la hay, será mas cosa de filosofía.

 

¿Por qué la velocidad de la luz va a 299.792.458 m/seg en el vacio y no a 10 m/seg? ...

 

 

Un saludo,

Marcos Domínguez.

 

jajaja muy buena explicación y reflexión!!! La verdad es que el sentido físico de las cosas solo se las ve los que crean las teorias y los catedraticos que llevan 50 años manipulando las ecuaciones y que los pobres intentan explicar a un monton de pringaos con caras de horror pensando en qué masacre se va a convertir los proximos exámenes :xd: jajaja.

 

Con los perfiles simétricos bueno, la unica explicación física que veo es la típica de por qué el AoA de un perfil cualquiera produce sustentación. Más o menos todo el mundo que si una bola gira sobre si misma es capaz de producir fuerzas sobre ella misma que hacen que por ejemplo la trayectoria de un balonazo de Zidane pille ese efecto guapísimo aunque el jugador lo lance en otra dirección :xd: . Si en vez de una bola, es un cilindro girando, más o menos es de intuir el mismo efecto no? :xd: . Bueno pues el invento está en que hay un teorema, el de Yukovski, que tras 3 o 4 paginas de demostracion te lleva a que la solución de un cilindro girando es la misma que la de una placa plana a un cierto angulo de ataque que es proporcional a la velocidad de giro del cilindro inicial. Y luego pues supones que un perfil simétrico se comporta más o menos como una placa plana (De hecho el espesor de un perfil no influye en la sustentación, al menos en primera aproximación) y ahí lo tienes.

 

Porfi, explica la teoria esa que en las graficas no se vé realmente nada.

 

Las gráficas son simplemente resultados experimentales. Un análisis más profundo lo acaba de hacer muy bien winglet. Si quieres que explique la teoria potencial lineal de perfiles en régimen incompresible aqui así, sin anestesia ni nada... :xd: :xd: Bueno si quieres lo cuento un poco así en general pero más tarde que tenga algo de tiempo!!!!

 

Saludos!!!!

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Ups, ya me lio del todo, supongo que lo de que el espesor del perfil no influye en la sustentación será para los simetricos solo. Porque por la simple ley de bernouilli diria que cuanto mas abombao el perfil, mas diferencia de velocidad :P

 

Y lo de los cilindros ya me ha matado, recuerdo esos barcos con velas cilindricas (el ultimo calypso las llevaba ¿no?) , pero lo de asimilarlo a un perfil simetrico ya me recuerda al chiste del fisico que tiene que calcular el volumen de una vaca y dice "supongamos una vaca ideal esferica".

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Ups, ya me lio del todo, supongo que lo de que el espesor del perfil no influye en la sustentación será para los simetricos solo. Porque por la simple ley de bernouilli diria que cuanto mas abombao el perfil, mas diferencia de velocidad :P

 

Y lo de los cilindros ya me ha matado, recuerdo esos barcos con velas cilindricas (el ultimo calypso las llevaba ¿no?) , pero lo de asimilarlo a un perfil simetrico ya me recuerda al chiste del fisico que tiene que calcular el volumen de una vaca y dice "supongamos una vaca ideal esferica".

 

No no, a ver... no es que cojas el cilindro y digas...ale, está es la solución de un perfil simetrico porque me sale de los huevos :xd: . Es que la solución alrededor de un cilindro se puede calcular "exactamente", entonces hay un método matemático puro y duro que te permite aplicar esa solución (siguiendo exacta) al problema de una placa plana a un cierto angulo de ataque. Una vez ahí, ya se supone que el perfil en general es delgado y que la solución de la placa plana vale para un perfil simétrico.

 

Y no, el espesor no influye en la sustentación pero sí en la resistencia y también en la entrada en pérdida. Lo primero es obvio, lo segundo n tanto, pero en general los perfiles con más espesor hasta cierto punto tienen mejores comportamientos en entrada en pérdida, y además aguantan mayores AoA. De hecho, si te bajas el documento de los NACA, se ve como las curvas de sustentación del NACA 0009 y 0003 (que solo se diferencian en el espesor) son praticamente un calco, excepto que el 0009 aguanta un AoA más alto que el 0003 y además la caída es más suave. También es así para los no simétricos, para hacer el cálculo de un perfil cualquiera se divide el problema en 3: un problema solo con espesor (y simétrico), otro sólo con curvatura (siendo una placa sin espesor) y otro con sólo angulo de ataque (tb placa plana), y la sustentación solo dan la suma de los dos ultimos.

 

Saludos!!!!

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Guest Darkness
¿Por qué la velocidad de la luz va a 299.792.458 m/seg en el vacio y no a 10 m/seg? ...

 

Léete "El Paisaje Cósmico: Teoría de Cuerdas y el mito del Diseño Inteligente", libro recién publicado de Leonard Susskind, el padre de la teoría de cuerdas y actualmente la evolucionada Teoría M. Se explica con mucho detalle por qué las constantes de la naturaleza tienen los valores arbitrarios que muestran, como la velocidad de la luz, la relación de peso y masa del electrón, protón y neutrón, y otras constantes básicas de la naturaleza. Es un libro genial y de lo mejor que he leído en años. Por cierto, la respuesta a tu pregunta te sorprenderá, puedes estar seguro ;)

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  • 1 year later...

Vamos a ver si me ha quedado algo claro :lol:

 

Parece ser que hay dos maneras de generar sustentacion:

 

1-Con un ala asimetrica (convexa en su parte superior) que hace que al cortar el aire la parte superior al tener mas longitud obligue a este a hacer un mayor recorrido mayor por su parte superior aumentando su velocidad.

 

Como sabemos por bernoulli que un fluido a mayor velocidad pierde presion, tenemos que la presion en la parte superior es inferior a la de la parte inferior.luego la mayor presion inferior ejerce una fuerza sobre la zona de menor presion superior empujando hacia arriba el ala y con ella al avion.

 

2.En un ala simetrica podemos generar sustentacion si le damos un cierto angulo de ataque (angulo respecto al avance del avion) de manera que al desplazarse el avion esta desvie el aire hacia abajo,entonces provocamos una accion (desplazar el aire que viene frete al ala hacia abajo) y obtenemos una reaccion ,una fuerza contraria al desplazamiento hacia abajo del aire que empuja el ala hacia arriba.

 

Entonces para volar invertido las alas del avion generan un empuje hacia al suelo que se debe de compensar cambiando el angulo de ataque de los alerones pàra compensar esa fuerza.

 

El vuelo a cuchillo ,entiendo que debe de ser volar de lado respecto al suelo, imagino que se compensara unicamente con un determinado angulo de ataque del timon de cola,pero es suficiente para no perder altura?

 

Son correctas mis explicaciones o tengo que volver a presentarme en septiembre? :lol:

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El vuelo a cuchillo ,entiendo que debe de ser volar de lado respecto al suelo, imagino que se compensara unicamente con un determinado angulo de ataque del timon de cola,pero es suficiente para no perder altura?

 

Son correctas mis explicaciones o tengo que volver a presentarme en septiembre? :lol:

Depende de la velocidad, ten en cuenta que la superficie del timón no es la misma que la de las alas.

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