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¿PORQUE VUELA UN AVION?

PROYECTO AMATEUR
Figura nº 1: Borde de ataque, Extrados, Intrados,  Borde de Fuga

Esta es una especificación simple de los principios del vuelo, puede que haya muchas mas formas de explicación, pero considero que es la más acorde para comenzar los sueños de volar.
B. Lorenzo Lavalle: piloto.
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¿Porque vuela un avión?
Muchas veces nos preguntamos por que vuela un avión?. Un elemento mas pesado que el aire y que sea capaz de vencer la fuerza de gravedad, manteniéndose en vuelo.
 
Muchas son las causas, comencemos por la mágica palabra de ... "sustentación" definiciones del fenómeno físico que tendríamos que  explicar de manera sencilla y clara  viendo estudios de la función del ala   

El ala
, lo que llamaríamos largo, ancho, y alto, definiríamos en lenguaje aeronáutico como envergadura, cuerda y espesor

( figura N° 1 y 2).

Envergadura
es la distancia entre puntas de ala o bordes marginales  (ver dibujos).

Cuerda
es la distancia entre (el borde de ataque) parte delantera y (el borde de salida) parte posterior del ala.

Espesor
es la distancia entre la parte superior del ala (llamada extradós) y la parte inferior de la misma (llamada intradós).

Con estos parámetros básicos de un ala, le damos un corte en sentido perpendicular a la envergadura, es decir del borde de ataque al borde de salida y tendremos un sección que denominamos perfil . Este, con algunos cambio según el tipo de avión, tiene forma muy característica, como vemos en el dibujo N° 1 a tu izquierda .Es precisamente esa forma geométrica que da origen a la sustentación.

Haciendo desplazar un perfil plano dentro de un fluido laminar ( figura N°3), en este caso aire, pudiendo ver las moléculas alrededor del cuerpo, se observaría que la alteración producida sería mínima, y los filetes de aire permanecen prácticamente en paralelos .

Sin embargo, si ponemos un perfil alar en ese fluido, el comportamiento de los  imaginarios filetes de aire sería diferente. Naturalmente estos se ajustan a la forma del perfil, pero en la zona de contacto con el extradós, por su mayor curvatura, los filetes de aire se comprimen, lo cual obliga a las moléculas de aire a aumentar su velocidad de paso, creándose así una depresión o, lo que es igual, un efecto de succión en el extradós del ala.

Al contrario ocurre en el intradós, donde las líneas de corriente se separan y se produce una sobre presión.

Estos dos efectos contemplados en las leyes del movimiento de fluidos (ley de Bernuilli), hacen que nuestro perfil, y por lo tanto el del ala, sea sometido a una fuerza vertical ascendente llamada sustentación. En esta fuerza tiene mayor influencia la depresión que se produce en el extradós, que la sobre presión del intradós.

Vemos que el avión vuela gracias a la succión del extradós, es decir como suspendido del ala en lugar de apoyado sobre ella como generalmente se cree.

Entrada en pérdida
: en el perfil, la línea que pasa por el centro del borde de ataque y por el borde de salida se llama eje del perfil.

El ángulo
que forma este eje con la línea del sentido de avance, recibe el nombre de ángulo de ataque.   En la medida que ésta aumenta, se consigue mayor sustentación, ya que elevamos la sobre presión del intradós y la depresión del extradós. Pero este ángulo tiene un límite, a partir del cual, las líneas de corriente se deforman y se desprenden del extradós desapareciendo así el efecto de sustentación y, por lo tanto la capacidad de vuelo del avión, que caerá bruscamente.

El ángulo de ataque máximo, a partir del cual la sustentación empieza a bajar, se denomina ángulo perdida.  
En esta configuración de ángulo de ataque elevado, vemos que la superficie que presenta el ala al avance es mayor cuando es mas grande sea el ángulo, lo cual supone una resistencia que, o es compensada con un incremento de potencia en el motor, o se traduce en una disminución de la velocidad de vuelo. El efecto de la sustentación está basado, como decíamos, en el desplazamiento del ala a través del aire  y está en relación directa con la velocidad ( a mas velocidad, mayor sustentación ); luego, si perdemos velocidad por la resistencia de un excesivo ángulo de ataque, perderemos gradualmente  altura hasta llegar a una velocidad límite, por debajo de la cual no se produce la suficiente sustentación como para aguantar el peso del avión en el aire. Se produce, entonces, lo que se llama pérdida por falta de velocidad.

Configuración básica de un avión.


Aunque existe diversas configuraciones y diseño de un avión, tomaremos como referencia el mas convencional, con fin de identificar sus diferentes elementos básicos con un lenguaje propio y utilizarlos en estudio de aerodinámica elemental.

Un avión está compuesto de las siguientes partes:


Ala
. Es el plano sustentador principal, cuya misión consiste en generar la fuerza aerodinámica llamada "sustentación" que permite mantener un avión en vuelo. Su principal problema es la resistencia estructural, ya que ha de construirse con una determinada envergadura, poco espesor y poco peso, teniendo que soportar a cambio la mayor parte de los esfuerzos de flexión y compresión, que se produce en un avión en vuelo. En el ala van instalados los alerones, que son los mandos de vuelo; mediante su deflexión simultanea y opuesta, hacen que el avión se incline, girando sobre su eje longitudinal, este movimiento se llama alabeo y sirve para virar  o cambiar la ruta de vuelo. Los alerones intervienen también en la realización de varias figuras acrobáticas.

Estabilizador horizontal
. Es un plano que puede o no ser sustentador. Su misión principal es conseguir la estabilidad longitudinal del avión. Consta de un plano fijo y una superficie móvil, llamada timón de profundidad  empleada para obtener el balanceo sobre su eje transversal. Los movimientos que se producen reciben el nombre de picado (bajar la nariz) y encabritado (subir la nariz).

Estabilizador vertical
. Está compuesto por una superficie fija llamada deriva y otra móvil o timón de dirección.  Mediante la deflexión de esta última de derecha o izquierda se consigue que el avión gire en su eje vertical con un movimiento que en aviación es llama Guiñada . El conjunto de cola formado por el estabilizador horizontal y el vertical recibe el nombre de empenaje .

Fuselaje
. El fuselaje o cuerpo principal del avión, además de ser el elemento de unión de las alas y los estabilizadores, sirve para alojar en él los diversos mecanismos de control, carga, motor y tren de aterrizaje que en algunos casos puede ir sujeto en el ala.

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