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Flujo de aire en un ala


Qpassa

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Bueno, más concretamente el video desmitifica la típica afirmación de que "el aire se desplaza más rápido por extradós que por el intradós porque ambos tienen que llegar a la misma vez al borde de salida, y la curvatura del perfil hace que el recorrido por extradós sea más largo, por lo que, para tardar el mismo tiempo, el aire se desplaza más rápido". Eso es falso; si sólo fuera por eso la diferencia de velocidad sería tan pequeña que sería imposible que un avión se levantase de la tierra. De hecho, esa afirmación viene por una malísima interpretación del teorema de Kutta-Joukowsky, que dice que "en el borde de salida, la velocidad relativa de extradós e intradós tiene que ser 0, o exactamente igual", condición básica para que el problema matemático del cálculo de sustentación tenga sólo una solución en la simplificación de Euler, que se carga la viscosidad.

 

Saludos!!

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Bueno, más concretamente el video desmitifica la típica afirmación de que "el aire se desplaza más rápido por extradós que por el intradós porque ambos tienen que llegar a la misma vez al borde de salida, y la curvatura del perfil hace que el recorrido por extradós sea más largo, por lo que, para tardar el mismo tiempo, el aire se desplaza más rápido". Eso es falso; si sólo fuera por eso la diferencia de velocidad sería tan pequeña que sería imposible que un avión se levantase de la tierra. De hecho, esa afirmación viene por una malísima interpretación del teorema de Kutta-Joukowsky, que dice que "en el borde de salida, la velocidad relativa de extradós e intradós tiene que ser 0, o exactamente igual", condición básica para que el problema matemático del cálculo de sustentación tenga sólo una solución en la simplificación de Euler, que se carga la viscosidad.

 

Saludos!!

 

No me queda clara esta explicacion...¿puedes simplificar un poco esos conceptos para entenderlos por alguien que no sea ingeniero aeronautico?

Gracias

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Bueno, más concretamente el video desmitifica la típica afirmación de que "el aire se desplaza más rápido por extradós que por el intradós porque ambos tienen que llegar a la misma vez al borde de salida, y la curvatura del perfil hace que el recorrido por extradós sea más largo, por lo que, para tardar el mismo tiempo, el aire se desplaza más rápido". Eso es falso; si sólo fuera por eso la diferencia de velocidad sería tan pequeña que sería imposible que un avión se levantase de la tierra. De hecho, esa afirmación viene por una malísima interpretación del teorema de Kutta-Joukowsky, que dice que "en el borde de salida, la velocidad relativa de extradós e intradós tiene que ser 0, o exactamente igual", condición básica para que el problema matemático del cálculo de sustentación tenga sólo una solución en la simplificación de Euler, que se carga la viscosidad.

 

Saludos!!

 

No tienes ni puta idea chaval!. El aire irá mas rápido por donde yo quiero, capichi? :new_russian:

 

:P

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Tengo entendido por las clases de Física de la Uni, que la diferencia de velocidad del flujo determina que en la parte posterior la "presion" es mas alta que arriba, y esto hace que un avión pueda volar. Todo esto por Bernoulli. O sea, que el flujo rápido crea una zona de baja presión.

 

Y dejo de hablar de flujos, que me huelo alguna contestación warrilla :D

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Bueno, más concretamente el video desmitifica la típica afirmación de que "el aire se desplaza más rápido por extradós que por el intradós porque ambos tienen que llegar a la misma vez al borde de salida, y la curvatura del perfil hace que el recorrido por extradós sea más largo, por lo que, para tardar el mismo tiempo, el aire se desplaza más rápido". Eso es falso; si sólo fuera por eso la diferencia de velocidad sería tan pequeña que sería imposible que un avión se levantase de la tierra. De hecho, esa afirmación viene por una malísima interpretación del teorema de Kutta-Joukowsky, que dice que "en el borde de salida, la velocidad relativa de extradós e intradós tiene que ser 0, o exactamente igual", condición básica para que el problema matemático del cálculo de sustentación tenga sólo una solución en la simplificación de Euler, que se carga la viscosidad.

 

Saludos!!

 

No me queda clara esta explicacion...¿puedes simplificar un poco esos conceptos para entenderlos por alguien que no sea ingeniero aeronautico?

Gracias

 

A ver, la generación de sustentación en un perfil se basa en dos fenómenos. Bernouilli descubrio que, para una linea de corriente fluida:

 

403103907653aabfd6addc5e8bfeb370.png

 

ro*g*z se desprecia en aerodinamica, así que nos queda que V^2*ro/2+P=cte. Es decir -> fluido acelerando = disminución de presión y viceversa. Si en extradós la corriente va más rápida que en intradós, esto lleva a que en extradós la presión es menor que intradós, es decir, que el intradós "empuja" el perfil mientras que el extradós "succiona" hacia arriba.

 

Eso esta claro pero, ¿Cómo sabemos que la velocidad de extradós es mayor que en intradós? ¿Por qué es así y no al contrario?

 

La condición de Kutta es la hipótesis básica que da explicación a este hecho. En cierta manera, el enunciado es sencillo: Para un perfil normal, sin retroceso (clásico NACA), lo que viene a decir esta hipotesis es que, justo en el punto donde extradós e intradós se juntan, el borde de salida, la velocidad de ambas corrientes tiene que ser 0 con respecto al perfil (es decir, que en ese punto la velocidad sería la misma que la que lleva el avión, ni más rápido ni más lento). Este teorema es muy importante y aunque directamente no es fácil ver la relación con el hecho de que extradós la corriente vaya más rápida que en intradós, matematicamente define la solución de las ecuaciones aerodinámicas, que sin ese pequeño teorema tendrían infinitas soluciones para cada perfil y estado de vuelo.

 

Pero esta hipótesis no fuerza a que la corriente en extradós en intradós tarden el mismo tiempo en recorrer la cuerda del perfil. Eso es una interpretación muy errónea de la teoría, y que durante un tiempo se difundió mucho, pero afortunadamente tenemos videos como estos que nos hacen ver, muy graficamente, que lo que a veces dicen los libros no tiene por que ser verdad.

 

Me gustaría ponerlo más prosaico pero me es imposible. Las ecuaciones aerodinamicas se basan en el desarrollo de la solución exacta de una corriente alrededor de un cilindro, y luego aplicando artificies matemáticos para convertir el cilindro y su solución a un perfil (y su solución equivalente). Asi que los tochacos que quedan asustan a cualquiera, y no es nada fácil sacar conclusiones lógicas de ellos.

 

Saludos!!

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Bueno, más concretamente el video desmitifica la típica afirmación de que "el aire se desplaza más rápido por extradós que por el intradós porque ambos tienen que llegar a la misma vez al borde de salida, y la curvatura del perfil hace que el recorrido por extradós sea más largo, por lo que, para tardar el mismo tiempo, el aire se desplaza más rápido". Eso es falso; si sólo fuera por eso la diferencia de velocidad sería tan pequeña que sería imposible que un avión se levantase de la tierra. De hecho, esa afirmación viene por una malísima interpretación del teorema de Kutta-Joukowsky, que dice que "en el borde de salida, la velocidad relativa de extradós e intradós tiene que ser 0, o exactamente igual", condición básica para que el problema matemático del cálculo de sustentación tenga sólo una solución en la simplificación de Euler, que se carga la viscosidad.

 

Saludos!!

 

No me queda clara esta explicacion...¿puedes simplificar un poco esos conceptos para entenderlos por alguien que no sea ingeniero aeronautico?

Gracias

 

A ver, la generación de sustentación en un perfil se basa en dos fenómenos. Bernouilli descubrio que, para una linea de corriente fluida:

 

403103907653aabfd6addc5e8bfeb370.png

 

ro*g*z se desprecia en aerodinamica, así que nos queda que V^2*ro/2+P=cte. Es decir -> fluido acelerando = disminución de presión y viceversa. Si en extradós la corriente va más rápida que en intradós, esto lleva a que en extradós la presión es menor que intradós, es decir, que el intradós "empuja" el perfil mientras que el extradós "succiona" hacia arriba.

 

Eso esta claro pero, ¿Cómo sabemos que la velocidad de extradós es mayor que en intradós? ¿Por qué es así y no al contrario?

 

La condición de Kutta es la hipótesis básica que da explicación a este hecho. En cierta manera, el enunciado es sencillo: Para un perfil normal, sin retroceso (clásico NACA), lo que viene a decir esta hipotesis es que, justo en el punto donde extradós e intradós se juntan, el borde de salida, la velocidad de ambas corrientes tiene que ser 0 con respecto al perfil (es decir, que en ese punto la velocidad sería la misma que la que lleva el avión, ni más rápido ni más lento). Este teorema es muy importante y aunque directamente no es fácil ver la relación con el hecho de que extradós la corriente vaya más rápida que en intradós, matematicamente define la solución de las ecuaciones aerodinámicas, que sin ese pequeño teorema tendrían infinitas soluciones para cada perfil y estado de vuelo.

 

Pero esta hipótesis no fuerza a que la corriente en extradós en intradós tarden el mismo tiempo en recorrer la cuerda del perfil. Eso es una interpretación muy errónea de la teoría, y que durante un tiempo se difundió mucho, pero afortunadamente tenemos videos como estos que nos hacen ver, muy graficamente, que lo que a veces dicen los libros no tiene por que ser verdad.

 

Me gustaría ponerlo más prosaico pero me es imposible. Las ecuaciones aerodinamicas se basan en el desarrollo de la solución exacta de una corriente alrededor de un cilindro, y luego aplicando artificies matemáticos para convertir el cilindro y su solución a un perfil (y su solución equivalente). Asi que los tochacos que quedan asustan a cualquiera, y no es nada fácil sacar conclusiones lógicas de ellos.

 

Saludos!!

O sea,que aun no tenemos certeza de por qué el el ala genera sustentacion ¿no?

Esta explicacion se entiende mucho mejor,gracias.

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O sea,que aun no tenemos certeza de por qué el el ala genera sustentacion ¿no?

 

No, qué va. Sabemos que en el extrados hay menos presión que en el intradós, y que la diferencia de presiones resulta de la diferencia de velocidades relativas por ambos lados originada o bien por la curvatura del perfil o por el ángulo de ataque, o por ambas cosas. Pero quien sabe, tal vez haya un enano dentro que empuje el avión hacia arriba :lol:

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O sea,que aun no tenemos certeza de por qué el el ala genera sustentacion ¿no?

 

No, qué va. Sabemos que en el extrados hay menos presión que en el intradós, y que la diferencia de presiones resulta de la diferencia de velocidades relativas por ambos lados originada o bien por la curvatura del perfil o por el ángulo de ataque, o por ambas cosas. Pero quien sabe, tal vez haya un enano dentro que empuje el avión hacia arriba :lol:

 

El problema, Hijo del Arroz Con Pollo :D es que está claro que al pasar el aire más rápido por extradós hay diferencia de presión bla bla bla, pero cómo explicas que es realmente así? Por qué no es al contrario de modo que en extradós fuese más lento? Claro, sacando las ecuaciones del fluido alrededor de un cilindro con dependencia de la circulación (gamma) y luego aplicando la hipótesis de Kutta puedes, matematicamente, resolver el problema y ver que efectivamente el extradós el aire va más rápido (para aquellos AoA donde CL sea positivo claro), pero darle una explicación física al fenómeno bufff... yo soy incapaz.

 

Saludos!!

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Pues hombre, yo tengo dos formas de verlo:

a) Lo asumo como un axioma. ¿Se ha encontrado algún perfil con curvatura positiva a un alfa positivo en donde el aire en el extrados vaya más despacio que en el intradós en régimen subsónico? ¿No? Pues el aire va más rápido por arriba y punto :icon_mrgreen:

b ) Fijémonos en el video de antes, en cualquier otro, o en este mismo, que es el de arriba pero en version completa:

Yo siempre que tengo que explicar a algún hereje de la religión del Dios Bernoulli por qué vuelan los aviones digo lo mismo: Por la curvatura del ala (o por el ángulo de ataque en el caso de perfiles con curvatura nula) el aire tiene menos "espacio" para pasar que por debajo (en el video 0:54 en adelante puede verse con detalle que, como ya sabes, en el caso de un perfil simétrico, la "densidad" de líneas de humo aumenta desde el mismo momento en que alfa es distinto de 0). Eso, por tanto, se traduce en un aumento de la velocidad local y una disminución de la presión estática local.

A mí esta me parece una explicación lo suficientemente sencilla e intuitiva como para considerarla una "explicación física" para los profanos. Aunque siempre estará el gurú, como apunta raiko, que clame a Newton y a su puta madre. A esos les daba yo una hoja de papel para que soplaran justo por encima, a ver como iban a explicar la sustentación sobre la hoja por variación de cantidad de movimiento.

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Esa explicación puede estar bien para salir de paso pero tanto tú como yo sabemos que es errónea, o mejor dicho no es aplicable porque las condiciones de contorno del problema diferencial son de corriente libre, es decir, no existen "paredes", y es por eso por lo que todos los test en túnel necesitan de corrección y además, no son 100% representativos del vuelo real (además de por los problemas de escala, que el teorema de Buckingham también tiene flecos) y hace falta validar con ensayos en vuelo. Lo que sí es cierto es que el problema de perfil confinado tiende al de corriente libre conforme las paredes las vas poniendo más y más lejos, ya que el efecto del "perfil espejo" que usas para resolver se va desvaneciendo con la distancia.

 

Pero esto son nimiedades, lo que mola es pasar a supersónico y pasar de parabólico a elíptico, y que toda tu lógica se desintegre porque la aerodinámica se comporta de una manera totalmente diferente a cómo lo hace a baja velocidad :icon_mrgreen:

 

Saludos!!

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Ya bueno, pero a mí tampoco se me ocurre otra forma de explicarlo sin entrar en consideraciones demasiado técnicas, y sin caer en la opción, también inutil, axiomatica. De todas las maneras, todas esas nimiedades no son conocidas ampliamente por el público general, y aunque mi explicación no sea del todo exhaustiva y en el fondo sea falaz, puede servir para justificar, a un profano en la materia, la sustentación explicada como una diferencia de presiones y no por una variación de cantidad de movimiento. En todo caso, la incógnita conceptual es por qué en el extradós la corriente de aire se mueve más rápido que en el intradós, no por qué un ala sustenta, y el uso de un perfil con curvatura positiva o un alfa positivo para ello creo que da una clave intuitiva de que la diferencia de velocidad local se debe a la deformación asimétrica de las líneas de corriente.

 

Sí, la verdad es que sí. La vida sería mucho más emocionante si todo se moviera en supersónico :lol:

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Aunque siempre estará el gurú, como apunta raiko, que clame a Newton y a su puta madre. A esos les daba yo una hoja de papel para que soplaran justo por encima, a ver como iban a explicar la sustentación sobre la hoja por variación de cantidad de movimiento.

 

Pues como buenos profanos, los industriales tiramos de Newton con ejemplos sencillos.

 

¿qué porqué va mas rápido por el extradós?

¿porqué va más lento por el intradós?

Piensa en un coche que va en llano a una velocidad y de repente hay una cuesta hacia abajo y otro coche que se encuentra una cuesta hacia arriba.

Al cambiar la dirección, su velocidad se descompone.

En el primer caso y en el segundo, A, vale lo mismo. Y si en vez de haber gravedad, decimos que hay viscosidad, pues la B roja, frena el movimiento (contra la "pared") y la B verde no afecta, pero lo agarra a la superficie (hasta romper el equilibrio de viscosidad, capa límite o esas cosas que usan los aeronáuticos).

 

gallery_4395_409_20720.jpg

 

Y si ahora me das la hoja para soplar, soplo por arriba y se levanta por que la viscosidad del aire la "agarra" y si soplo por debajo, la empujo.

 

 

Seguro que hay mas cosas "dentro del cálculo" de un ala... pero a veces se contratan industriales en vez de aeronáuticos....

Y por ello la resultante 1 es mas rápida que la 2. O lo que es lo mismo, un extradós es más rápido que un intradós. O lo que es lo mismo, por abajo me encuentro una pared, me choco y continuo mi camino perdiendo velocidad y por arriba no me encuentro obstáculos y mantengo mi velocidad mucho mas alta que la que se va contra la pared.

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No sé a dónde quieres llegar, pero vamos la aerodinámica tiene poco que ver con un plano inclinado, para empezar porque la gravedad directamente ni aparece en las ecuaciones, se desprecia totalmente (número de Froude >> 1) y los efectos en la corriente que hace la viscosidad (si no hay desprendimiento) es tan pequeño que también se simplifica en primera aproximación (y de ahí nace las ecuaciones potenciales).

 

Y sí, se contratan industriales en tareas relacionadas con la fabricación, pero en los departamentos más hard-core de mecánica de vuelo y demás no hay ni uno (yo pertenezco a uno de ellos, sé de lo que hablo)

 

Saludos!!

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NACA 4415 http://commons.wikim...e:NACA_4415.svg

cp_7_95.png

http://www.symscape..../panel/naca4415

 

No hace falta decir, que a menos del 0.1 de la cuerda, el aire está subiendo. Según tu analogía, se ha encontrado con un obstáculo; y sin embargo, es en el borde de ataque donde se produce el mayor diferencial de presión. Puedes verlo en el vídeo de este mismo topic, que las líneas de corriente "suben" (upwash)

Ahora mismo estoy de examenes, y no tengo tiempo de buscar imagenes experimentales, pero conceptualmente está bastante clarito:

 

cp.gif

Edited by Hijo de Arroz con Pollo
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Y sí, se contratan industriales en tareas relacionadas con la fabricación, pero en los departamentos más hard-core de mecánica de vuelo y demás no hay ni uno (yo pertenezco a uno de ellos, sé de lo que hablo)

 

Saludos!!

 

Lo mío no es fabricación y aunque no es tan hard-core, es core. Sé de lo que hablo.

 

Me da igual donde acabe un aeronautico y un industrial. Solo sé que más de una vez han quedado en evidencia (y no digo aquí, donde algunos todavía están de exámenes, digo en sitios donde cobran mucho dinero por algo que se supone que tienen que hacer bien según el gremio)

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Solo sé que más de una vez han quedado en evidencia (y no digo aquí, donde algunos todavía están de exámenes, digo en sitios donde cobran mucho dinero por algo que se supone que tienen que hacer bien según el gremio)

 

Me parece estupendo pero no será en este post con tu teoría del perfil que se comporta como un plano inclinado :P

 

Saludos!!

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Solo sé que más de una vez han quedado en evidencia (y no digo aquí, donde algunos todavía están de exámenes, digo en sitios donde cobran mucho dinero por algo que se supone que tienen que hacer bien según el gremio)

 

Me parece estupendo pero no será en este post con tu teoría del perfil que se comporta como un plano inclinado :P

 

Saludos!!

 

Plano inclinado por donde va un coche, eeeeh! jajaja

 

No hace falta decir, que a menos del 0.1 de la cuerda, el aire está subiendo. Según tu analogía, se ha encontrado con un obstáculo; y sin embargo, es en el borde de ataque donde se produce el mayor diferencial de presión. Puedes verlo en el vídeo de este mismo topic, que las líneas de corriente "suben" (upwash)

Ahora mismo estoy de examenes, y no tengo tiempo de buscar imagenes experimentales, pero conceptualmente está bastante clarito:

 

Eso de que las líneas de corriente suben, es por lo de subsónico y que la información de las partículas aguas abajo se transmite a las particulas aguas arriba???

 

Explicalo para herejes que yo no me entiendo con la NASA.

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Lo de herejes y profanos lo digo cariñosamente, eh. Porque al fin y al cabo, yo no soy más que un estudiante de ingeniería técnica.

 

El upwash se ve y se entiende algo más claro en el caso de un cilindro circular en rotación al rededor de su eje (efecto Magnus). Cuando la rotación es nula, la deformación de las líneas de corriente es simétrica. Cuando la rotación lleva sentido horario, sucede esto (es flujo potencial y no tiene en cuenta la viscosidad):

Immagine.JPG

Es decir, que por la circulación al rededor del cilindro, el punto de remanso desciende por debajo de la mitad. En este caso, dado que el cilindro, en si mismo, es simétrico, el upwash será en tanto lo mismo que el downwash pero se producirá, al rededor de él por que está girando, una deformación de las líneas de corriente.

En el caso de un perfil, puede abstraerse (y de hecho, es lo que se hace) una circulación originada por la forma del perfil, según el teorema de Kutta-Joukovsky. Esto, evidentemente, es una abstracción, pero en cualquier túnel de viento puede verse cómo el perfil deforma la corriente tanto aguas arriba como aguas abajo aunque no simétricamente, y que el punto de remanso no está en el borde de ataque. En el caso del régimen supersónico, esto no ocurre, ya que no se transmite "información" aguas arriba de lo que la corriente se va a encontrar, y se encuentra directamente con el obstáculo o con una onda de choque sin variar, antes, su trayectoria.

 

Yo no digo que Newton no tenga que ver, ni que no se pueda calcular la sustentación por el downwash producido. Digo que no tiene sentido pensar en esos términos, o no es necesario, cuando está claro que la presión en el extradós es menor que en el intradós, y que esa diferencia de presiones produce sustentación. Tal vez cabría preguntarse si existiría downwash sin la diferencia de presiones o, mejor dicho, si el downwash no es en realidad un síntoma de la deformación que el perfil provoca, por su forma, sobre la corriente de aire. Porque está claro que en un cilindro que rota en un fluido no viscoso la variación de cantidad de movimiento aguas abajo debería ser la misma aguas abajo, y sin embargo se produce sustentación. Según las teorías de sustentación que abogan por la variación de cantidad de movimiento, para calcular la sustentación del cilindro no habría más que calcular la variación de cantidad de movimiento aguas abajo, pero se olvidaría, por completo, de que es exactamente igual y de sentido contrario que aguas arriba, invalidando, de hecho, su utilidad en el efecto Magnus.

Edited by Hijo de Arroz con Pollo
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Porque está claro que en un cilindro que rota en un fluido no viscoso la variación de cantidad de movimiento aguas abajo debería ser la misma aguas abajo, y sin embargo se produce sustentación. Según las teorías de sustentación que abogan por la variación de cantidad de movimiento, para calcular la sustentación del cilindro no habría más que calcular la variación de cantidad de movimiento aguas abajo, pero se olvidaría, por completo, de que es exactamente igual y de sentido contrario que aguas arriba, invalidando, de hecho, su utilidad en el efecto Magnus.

 

Al final, muy lejos del perfil o cilindro en este caso, la corriente aguas abajo vuelve a ser la misma que aguas arriba. Como el campo fluido es irrotacional (en la teoria potencial), la componente de rotacional que mete la sustentación de un perfil tiene que cancelarse de alguna manera, y esto se hace mediante un torbellino inicial, de igual magnitud y sentido opuesto, que se generaría en el punto inicial en el que el perfil comenzó a sustentar. Realmente las ecuaciones son atemporales y por lo tanto no hay manera de definir ese "torbellino inicial", pero se supone existente y suficientemente lejos del perfil como para que no afecte.

 

Saludos!!

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  • 3 weeks later...

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