Aerodinamica

MECÁNICA DE FLUIDOS

FLUJO:

Es el movimiento de un fluido (líquido ó gaseoso).

FLUJO LAMINAR

Cuando un fluido tiene un movimiento continuo y uniforme, en el que las partículas siguen trayectorias paralelas entre sí, debido a que los cambios de dirección son poco pronunciados se llama Flujo Laminar.

LÍNEA DE CORRIENTE

La trayectoria seguida por una partícula de un fluido se conoce como Línea de Corriente ó Filete Fluido.

FLUJO TURBULENTO

Si el flujo tiene que seguir una trayectoria con cambios de dirección muy marcados, las líneas de corriente no pueden seguir esta trayectoria, desorganizándose y formándose remolinos ó turbulencias. A este flujo desorganizado se le conoce como Flujo Turbulento.

Un Avión es un cuerpo tridimensional que se mueve en el espacio alrededor de tres ejes: Lateral, Longitudinal y Vertical. Por tanto posee tres grados de libertad, siendo conveniente en el estudio de la Aerodinámica del avión, el análisis de sus movimientos alrededor de cada uno de los ejes mencionados.

________________________________________

ELEMENTOS DE LA AERODINÁMICA

La Aerodinámica es la parte de la Física que trata los efectos producidos, por la acción del Aire (Atmósfera), sobre un Cuerpo (Avión).

________________________________________

ATMÓSFERA

Es la Capa Gaseosa que envuelve a la tierra y que se compone de una mezcla de gases.

La mezcla de gases es distinta en las capas atmosféricas cercanas a la superficie que en la alta atmósfera.

La composición de aire normal, puro y seco, cerca de la superficie es en tanto por ciento por volumen de los cuerpos siguientes:

______________________________________________________________________________________________

*Nitrógeno 78.48%

*Oxígeno 20.95%

*Argón 0.93% este es uno de los llamados gases raros.

*Bióxido de Carbono 0.3%

*Ozono (Variable)

*Neón 0.0018% este es uno de los llamados gases raros.

*Helio 0.0005% este es uno de los llamados gases raros.

*Criptón 0.0001% este es uno de los llamados gases raros.

*Hidrógeno 0.00005%

*Xenón 0.000008% este es uno de los llamados gases raros.

______________________________________________________________________________________________

Además el aire contiene Vapor de Agua en cantidades variables.

Como puede observarse por la enumeración anterior, el aire seco está compuesto principalmente de Nitrógeno y Oxígeno.

El Ozono y el Vapor de Agua se encuentra en cantidades variables en la Atmósfera.

Le siguen en importancia el Bióxido de Carbono, los Gases Raros y el Hidrógeno.

Si al Aire Seco se agrega vapor de agua se forma el aire húmedo.

Se calcula que en la atmósfera existen unos 13 millones de toneladas de vapor de agua.

Por último, en el aire existen pequeñas partículas de cuerpos sólidos que son conocidos corrientemente con el nombre de impurezas del aire.

Las Impurezas más importantes son las siguientes:

- Partículas de Sal.

- Polvo.

- Humo.

De las capas de la atmósfera la más importante es la Troposfera, ya que en ella se realiza la mayor parte de los vuelos y debido a la concentración de humedad, también la mayor parte de los Fenómenos Meteorológicos ó Atmosféricos.

Foto 1

LA ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA:

La Troposfera ó Esfera de Cambios, es la capa inmediata superior a la superficie, que alcanza una altura de 10 kilómetros en las regiones Ecuatoriales y de 8 kilómetros en las Polares.

La Tropopausa se llama al límite entre la Troposfera y la capa siguiente es decir la Estratosfera.

La Estratosfera ó Esfera de Estratos, se encuentra arriba de la troposfera y alcanza hasta 60 kilómetros de altura. Su composición química sigue siendo de Nitrógeno, Oxígeno y Argón. Hasta esta capa llega la Navegación Aérea Militar.

La Mesosfera se halla entre los 60 y 80 kilómetros desde la superficie, es decir encima de la Estratosfera. Su capa alta se caracteriza por la presencia de Ozono originado por la acción de los Rayos Ultravioleta provenientes del Sol. En la Mesosfera se observan las nubes luminiscentes nocturnas.

La Ionosfera es la capa siguiente, a partir de los 80 kilómetros, que se extiende hasta 650 kilómetros de altura. Esta esfera de iones se llama así porque en ella se producen fenómenos de carácter lumínico en los que intervienen activamente el Nitrógeno y el Oxígeno Ionizados. En la Ionosfera existen dos niveles eléctricos, a saber: 1) el Kennelly-Heaviside, en la capa "E", entre 110 y 130 kilómetros desde la superficie, donde son reflejadas las ondas largas de radio; y 2) el Appleton, entre las capas F1 y F2 que corresponde a una altura entre los 190 y 240 kilómetros desde la superficie, donde se reflejan las ondas cortas de radio. En la Mesosfera y en la Ionosfera, desde 60 a 160 kilómetros de la superficie, son visibles los Meteoritos ó Bólidos que caen a la Tierra.

La Exosfera ó Esfera Exterior, se extiende desde 1,000 a 1,650 kilómetros de la superficie y está compuesta de Hidrógeno, Oxígeno y poco Helio. La mayoría de los Satélites Artificiales giran al rededor de la Tierra en las capas "E" y "F" de la Ionosfera y en los límites de ésta con la Exosfera.

Las Auroras Polares son fenómenos luminiscentes de origen eléctrico. La altura de las Auroras oscila entre los 60 y 650 kilómetros desde la superficie; pero algunas han llegado a desarrollarse hasta 1,200 kilómetros desde la superficie misma. Las Auroras Polares sólo se observan cerca de los Polos y con menos frecuencia, en latitudes medias. En las latitudes cercanas al Ecuador son excepcionales.

La Temperatura de la Atmósfera asciende desde 10°C en la superficie de las regiones templadas hasta 1,650°C en la Exosfera, pero existen dos mínimos términos de -51°C en la baja Estratosfera y de -110°C en la Mesosfera.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LA ATMÓSFERA:

Las principales propiedades físicas de la atmósfera son:

1) La Movilidad, 2) La Compresibilidad y 3) La Capacidad de Expansión.

La Atmósfera se encuentra constantemente en movimiento, a cuya propiedad se llama movilidad.

Cuando la Atmósfera aumenta la presión, la cual es proporcional a la densidad y a la temperatura de la misma, se determina su compresibilidad.

Pero cuando en la Atmósfera disminuye la presión, se determina por el contrario, su expansión.

Es decir, la compresión y la expansión son, respectivamente resultado del aumento ó disminución de la Presión.

QUE ES UN METEORO...?:

Es un fenómeno atmosférico, como son las nubes, relámpagos, rayos, nieve, huracanes, niebla, bruma, lluvia, tormenta, aguaceros, granizo, etc...

PRESIÓN ATMOSFÉRICA:

Uno de los elementos atmosféricos, quizá el más importante desde el punto de vista meteorológico aplicado a la Aerodinámica, es el concepto de Presión Atmosférica, dado que está íntimamente relacionado con los movimientos del aire atmosférico y con las continuamente cambiantes condiciones del tiempo.

SIGNIFICADO DE PRESIÓN ATMOSFÉRICA:

Presión físicamente hablando, es la fuerza que se ejerce sobre una determinada área, por lo tanto la Presión Atmosférica será la FUERZA (Peso), que el aire atmosférico ejerce sobre toda la superficie de la tierra, esta presión que se ejerce se expresa en una cierta unidad de fuerza que se encuentra por áreas.

UNIDADES DE FUERZA Y DE ÁREA:

Como la Unidad de Fuerza absoluta es la "Dina" y la Unidad de Área es el "Centímetro cuadrado" (Cm2), pero como es una unidad demasiado pequeña, a un millón de Dinas sobre Centímetro cuadrado se le dio el nombre de BAR, sin embargo para fines meteorológicos esta unidad de medida es demasiado grande, por lo que se utiliza una unidad mil veces menor y que recibe el nombre de MILIBAR.

El Milibar no es la única unidad utilizada, para expresar la Presión Atmosférica, se utilizan también el Milímetro ó Centímetro de Mercurio y la Pulgada de Mercurio, que están relacionadas con el Milibar de acuerdo con las siguientes equivalencias:

*Una Pulgada de Mercurio = a 33.86 Milibares

( Ejemplo.: 1,013.25 Mb entre 33.86 = a 29.92 Pulg. Hg )

*Un Milímetro de Mercurio = a 1.33 Milibares

( Ejemplo.: 1,013.25 Mb entre 1.33 = a 760 mm Hg )

Estas Unidades de Milímetros, Centímetros y Pulgadas de Mercurio, son las que corresponden a la altura que tiene la Columna de Mercurio en un Barómetro de Mercurio.

ATMÓSFERA ESTÁNDAR:

Ya que la Atmósfera Real está en un constante cambio, no se puede considerar un mismo valor para una determinada situación, lo que ha hecho necesario establecer una serie de valores fijos para una altitud determinada.

A estas condiciones ideales de atmósfera, se le llama ó conoce como Atmósfera Estándar, Tipo ó Ficticia, con los siguientes valores:

1.- La Temperatura al Nivel Medio del Mar (M.S.L.), es de 15°C y tiene un gradiente de 0.0065° c/mto.

2.- La Aceleración por gravedad tiene un valor de 9,0665 m/seg2.

3.- La Presión al M.S.L. es de 76 cm Hg, 29.92 Pulg. Hg ó 1013.25 mb sin decrecer proporcionalmente con la altitud.

4.- El Peso Específico del Aire es de 1.2255 Kg./m3 al M.S.L. a 15°C y 76 cm Hg.

...