Efecto de la forma en la sustentación

Dibujo informático de un perfil aéreo simétrico y de un perfil aéreo con peralte. Mayor giro = mayor sustentación.

La cantidad de sustentación generada por un objeto depende del giro del flujo, que depende de la forma del objeto.En general, la sustentación es una función muy compleja de la forma. Los aerodinamistas modelan el efecto de la forma mediante un coeficiente de sustentación que normalmente se determina mediante pruebas en el túnel de viento. Para algunas formas sencillas, podemos desarrollar ecuaciones matemáticas para determinar el coeficiente de sustentación. El modelo más sencillo, la lámina de aire bidimensional de Kutta-Joukows, es estudiado por estudiantes universitarios. El programa informático FoilSim proporciona los resultados de este análisis en una forma fácilmente utilizable por los estudiantes. Un resultado del análisis muestra que cuanto mayor es el giro del flujo, mayor es la sustentación generada por un perfil aerodinámico.

Esta diapositiva muestra los campos de flujo para dos perfiles aerodinámicos diferentes.El perfil aerodinámico de la izquierda es un perfil aerodinámico simétrico; las formas por encima y por debajo de la línea central blanca son las mismas. El perfil de la derecha está curvado cerca del borde de salida. Las líneas amarillas en cada figura muestran las líneas de flujo de izquierda a derecha; la figura de la izquierda no muestra ningún giro neto del flujo y no produce sustentación; la figura de la derecha muestra una gran cantidad de giro y genera una gran cantidad de sustentación. Las partes delanteras de ambos perfiles son casi idénticas. La porción de popa del perfil derecho genera el mayor giro.

El ejemplo anterior explica por qué la porción de popa de las alas tiene secciones abatibles para controlar y maniobrar un avión. Si se desvía la sección de popa hacia abajo, se produce una geometría similar a la de la figura de la derecha y se obtiene más sustentación. Del mismo modo, si la sección de popa se desvía hacia arriba, crea menos sustentación (o incluso sustentación negativa). La capacidad de variar la cantidad de sustentación en una parte del ala proporciona al piloto la capacidad de maniobrar un avión. Las siguientes diapositivas muestran la deflexión de las superficies de control y el movimiento resultante de la aeronave:

El elevador controla el movimiento de cabeceo.
El timón controla el movimiento de guiñada.
Los alerones controlan el movimiento de balanceo.

Investiguemos la dependencia de la sustentación con respecto a la forma del perfil aerodinámico utilizando un simulador Javas.

Debido a problemas de seguridad informática, muchos usuarios están experimentando actualmente problemas para ejecutar los applets educativos de la NASA Glenn. Los applets se están actualizando lentamente, pero es un proceso largo. Si está familiarizado con los entornos de ejecución de Java (JRE), puede intentar descargar el applet y ejecutarlo en un entorno de desarrollo integrado (IDE) como Netbeans o Eclipse. Los siguientes son tutoriales para ejecutar applets de Java en cualquiera de los dos IDE:
Netbeans
Eclipse

Puede variar la forma de la lámina utilizando el deslizador situado debajo de la ventana de visualización o retrocediendo sobre el cuadro de entrada, escribiendo su nuevo valor y pulsando la tecla Enter del teclado. A la derecha hay un gráfico de la cámara de sustentación. La curvatura es una medida de la cantidad de curvatura de la hoja de aire. El punto rojo muestra sus condiciones. Debajo del gráfico está el valor numérico de la sustentación. Puede mostrar el valor de la sustentación (en unidades inglesas o métricas) o el coeficiente de sustentación utilizando los botones de elección que rodean el cuadro de salida. Haga clic en el botón de elección y seleccione desde el menú desplegable.

Como experimento, establezca el camber a 0,0 por ciento de la cuerda y anote la cantidad de elevación. Ahora aumente la curvatura al 5%. ¿Aumenta o disminuye la elevación? ¿Qué valor de sustentación tiene este perfil aerodinámico?

Puede descargar su propia copia del programa para ejecutarlo fuera de línea haciendo clic en este botón:

Puede seguir investigando el efecto de la forma del perfil aerodinámico y los demás factores que afectan a la sustentación utilizando el Applet Java de FoilSim III.También puede descargar su propia copia de FoilSim para jugar gratis.

Actividades:

Visitas Guiadas