El tubo aerodinámico

a) ¿Cómo se orientan los aviones en el aire?

La física del vuelo está asociada con la dinámica de gases. Para ver aspectos puramente físicos sin referirse específicamente al vuelo véase dicho artículo.

Las leyes del movimiento de gases se estudian en un aparato conocido como tubo aerodinámico, hoy día más conocido como túnel de viento o túnel aerodinámico principalmente por el tamaño que tiene hoy día. El primer tubo aerodinámico fue construido por el inventor del motor cohete en 1897 Ziolkovsky. Para los detalles del funcionamiento del tubo y su utilización ver dicho artículo. Aquí referiremos exclusivamente un punto de vista elemental necesario para comprender otros aspectos en las siguientes secciones.

El tubo aerodinámico

El tubo aerodinámico se emplea como modelo de estudio del comportamiento de los fluidos.

• El tubo aerodinámico fue la base para comprender la física del vuelo primero y la dinámica de gases en general después. El mismo, en la forma en que lo elaboró Ziolkovsky es un tubo que forma un circuito cerrado, un motor por lo general eléctrico mueve uncompresor el cual impulsa el gas en el interior del tubo, el tubo tiene 2 zonas significativamente diferenciadas, la zona de trabajo y la zona de retorno por donde el aire retorna a ser impulsado por el compresor (éste como se ha aclarado es el tubo diseñado por Ziolkovxky, otros tubos pueden no utilizar un circuito cerrado y por tanto tener exclusivamente la zona de trabajo). En la zona de trabajo, en su longitud está dividido en cámaras cuya división se manifiesta por engrosamientos o estrechamiento del tubo. Cadacámara suele tener algún sensor para determinar la presión y/o la velocidad del fluido.

• Entender el funcionamiento del tubo se remite a entender que si el compresor transmite una presión está varía al llegar a una cámara cuya sección es diferente, observándose que si la sección se estrecha la velocidad aumenta y al revés, el caudal se mantiene constante, por tanto se mantiene en todo momento la ecuación que regula que varían la presión cuando varía la sección (la cantidad de flujo del fluido). Si se realiza una medida en el manómetro , se observa que la presión ha caído en el estrechamiento. Dado que la parte ancha tiene más presión, el fluído es empujado con mayor velocidad hacia la parte estrecha. el mismo principio observado en el terreno de la hidráulica se conoce como el principio de Bernoulli. La principal diferencia con los gases es que estos pueden comprimirse y dilatarse más fácilmente. Al disminuir la presión, el aire se dilata y la densidad baja, esto conlleva un cambio de velocidad. Colocando varios manómetros a los largo de las cámaras, puede observarse dicho comportamiento. La sección más estrecha del tubo es conocida como sección crítica y presión crítica a la presión que registra en dicha zona el manómetro.

Pérdida de sustentación

La pérdida es un fenómeno que consiste en la disminución de la corriente de aire sobre el perfil aerodinámico (el ala). En esta situación, el avión no logra la sustentación suficiente y tiende a caer. La pérdida acarrea una desaparición mayor o menor de la capacidad de control en el avión. Vamos a explicarlo desde un punto de vista físico y matemático. La sustentación se puede representar por medio de una ecuación:

L = 1/2 rV2SCL (L= sustentación, r= densidad del aire, V= velocidad, S= superficie del ala, CL= coeficiente de sustentación)

A la hora de entrada en pérdida también influye en ángulo de ataque (α). El ángulo de ataque es el ángulo que forma la cuerda del perfil alar con la dirección de incidencia del aire. La cuerda es la línea imaginaria que une el extremo delantero del ala con el trasero. Cuanto mayor es el ángulo, menor es la sustentación, aumentando el riesgo de pérdida. La sustentación aumenta

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