Teoria de Sustentacion

 

INTITUTO POLITECNICO NACIONAL N ACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica UP Tico!an

"iná!ica de #luidos

$o%erto Enri&ue 'arcía Oli(a

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Teoría Te oría de Sustent Sustentaci,n aci,n de una Aerona(e fuerza generada  generada sobre un cuerpo que se desplaza a través La sustentación es la fuerza de un fluido fluido,, de di dire recc cció ión n perpe perpend ndic icul ular ar a la de la velo veloci cida dad d de la corri corrien ente te incidente. El modelo matemático de matemático de la fuerza de sustentación es:

donde: L es

la fuerza de sustentación en  en  newtons. newtons.

densidad del  del fluido, en kgm!.  es la  la densidad  es la  la velocidad velocidad,, en ms. refe fere renc ncia ia del del cuer cuerpo po "t "tam ambi bién én ll llam amad ado o # superfi superficie cie ala alar  r #$, #$,  es el área  área de re representado por m%.  es el coeficiente de sustentación. Este coeficiente es adimensional:

E&isten dos teor'as acerca de la creación de la sustentación: la de (ernoulli ) la de *ewton.  

Teoría Te oría de -ernoulli +uando las part'culas pertenecientes a la masa de un fluo de aire c-ocan contra el borde de ataque de un plano aerodinámico en movimiento, cu)a superficie superior es curva ) la inferior plana "como es el caso del ala de un avión$, estas se separan.  partir del momento en que la masa de aire c-oca c-oca co cont ntra ra el borde borde de ataqu ataque e de la supe superf rfic icie ie aerod aerodin inám ámic ica, a, unas unas part'culas se mueven por encima del plano aerodinámico, mientras las otras lo -acen -acen por debao debao -asta, -asta, supues supuestam tament ente, e, reencon reencontra trarse rse en el borde borde opuesto o de salida.

 

/eóricamente para que las part'culas de aire que se mueven por la parte curva superior se reencuentren con las que se mueven en l'nea recta por  debao,, deberán recorrer un camino más largo debido debao debido a la curvatura, por lo que tendrán que desarrollar una velocidad ma)or para lograr reencontrarse. Esa diferencia de velocidad provoca que por encima del plano aerodinámico se origine un área de baa presión, mientras que por debao aparecerá, de form forma a si simu mult ltán ánea ea,, un ár área ea de al alta ta pres presió ión. n. +omo +omo resu result ltad ado, o, esta estas s diferencias de presiones por encima ) por debao de las superficies del plano aerodinámico provocan que la baa presión lo succione -acia arriba, creando una fuerza de levantamiento o sustentación.  

Teoría Te oría de Ne.ton 0lanteaba que las moléculas de aire actuaban de forma similar a como lo -acen otras part'culas. 1e a-' se desprende que, las part'culas de aire al golpear la parte inferior de una superficie aerodinámica deben producir el mismo efecto que si disparamos una carga de perdigones al fondo de un plato. 1e esa forma parte de su velocidad la transferir'an al plato, éste se elevar'a ) los perdigones rebotar'an después de -acer impacto.

En relación con el teorema de (ernoulli ) la teor'a de *ewton lo importante es comprender que la creación de la sustentación dentro de la atmósfera terrestre depende tanto de la superficie de arriba como la de abao del ala ) de las diferentes áreas de presiones que se crean.

E/es de una Aerona(e 2n avión es en s' un cuerpo tridimension tridimensional, al, por lo que para moverse en el aire se vale de tres ees o l'neas imaginarias. •

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E/e 012 o longitudinal3 +omienza en la nariz del avión ) se e&tiende a través de todo el fuselae -asta llegar a la cola. El movimiento del avión sobre el ee 345 se denomina 3alabeo o balanceo5 ) se controla por medio de los alerones. E/e 042 o lateral 3 6e e&tiende a todo lo largo de la envergadura de las alas. El movimiento sobre el ee 375 se denomina 3cabeceo5 ) para controlarlo se utiliza el timón de profundidad o elevadores. E/e 052 o (ertical3  (ertical3  traviesa   la mitad del fuselae. El movimiento sobre el ee vertical se denomina 3gui8ada5 ) se controla por medio del timón de cola o dirección.

 

Super6icies de Control y Mo(i!iento 9odifican la aerodinámica del avión provocando un desequilibrio de fuerzas. Este desequilibrio, es lo que -ace que el avión se mueva sobre uno o más de sus ees, incremente la sustentación, o aumente la resistencia. •

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Alerones3 6on unas superficies móviles, situadas en la parte posterior del Alerones3 6on e&tremo de cada ala, cu)o accionamiento provoca el movimiento de alabeo del avión sobre su ee longitudinal.

Ti!,n de pro6undidad3 Es pro6undidad3 Es la superficie o superficies móviles situadas en la parte posterior del empenae -orizontal de la cola del avión. unque su nombre podr'a sugerir que se encarga de -acer elevarse o descender al avión, en realidad su accionamiento provoca el movimiento de cabeceo del avión sobre su ee transversal.

Ti!,n de direcci,n3 Ti!,n direcci,n3 Es  Es la superficie móvil montada en la parte posterior  del empenae vertical de la cola del avión. 6u accionamiento provoca el movimiento de gui8ada del avión sobre su ee vertical. 6uele tener una defle&ión má&ima de !; a cada lado.

 

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#laps Los flaps son dispositivos -ipersustentadores, cu)a función es la de #laps Los aume au ment ntar ar la suste sustent ntac ació ión n del del av avió ión n cuand cuando o es este te vuel vuela a a velo veloci cida dade des s inferiores a aquellas para las cuales se -a dise8ado el ala. 6ituados en la part pa rte e inte interi rior or tr tras asera era de la las s al alas, as, se de defl flec ecta tan n -aci -acia a aba abao o de form forma a simétrica "ambos a la vez$, en uno o más ángulos, con lo cual cambian la curv curvat atur ura a del del perf perfil il del del al ala a "más "más pr pron onun unci ciad ada a en el e&tr e&trad ados os ) meno menos s pronunciada en el intrados$, la superficie alar "en algunos tipos de flap$ ) el ángulo de incidencia, todo lo cual aumenta la sustentación ") también la resistencia$.

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Slats3 6on superficies -ipersustentadoras que act