Un cuerpo inmerso en un fluido cuenta con una serie de fuerzas las cuales actúan sobre él

Un cuerpo inmerso en un fluido cuenta con una serie de fuerzas las cuales actúan sobre él, unas van a favor y otras en contra del movimiento, siendo así la fuerza de sustentación la más importante, debido a que este parámetro es el encargado de mantener en vuelo al objeto, la sustentación es la fuerza desarrollada por un perfil aerodinámico que se mueve a través de un fluido, en este caso el aire y es la componente perpendicular a la corriente incidente, ejercida de abajo hacia arriba y que se genera por una diferencia de presiones sobre la superficie de un perfil aerodinámico.

Los estudios de la fuerza de sustentación surgieron a partir del Teorema desarrollado por Daniel Bernoulli que indica que al aumentar la velocidad de las partículas del aire su presión disminuirá y viceversa; sus estudios indican que cuando las partículas pertenecientes a la masa de un flujo de aire chocan contra el borde de ataque de un perfil aerodinámico en movimiento, unas partículas se mueven por encima del perfil, mientras las otras lo hacen por debajo hasta unirse en el borde opuesto o de salida. Para que las partículas de aire que se mueven por la parte curva superior se reencuentren con las que se mueven en línea recta por debajo, deberán recorrer una distancia más larga, por lo que tendrán que desarrollar una mayor velocidad, esta diferencia de velocidad provoca que se cree un área de baja presión, mientras que por debajo existirá un área de alta presión. Como resultado, estas diferencias de presiones por encima y por debajo de las superficies del perfil aerodinámico provocan que la baja presión lo succione hacia arriba, creando una fuerza de sustentación.

[pic 1]

Imagen 1 Sustentación en un perfil alar

Otros científicos han aplicado sus teorías sobre este principio complementándolo y lográndolo expresar a través de otros teoremas, como lo son Giovanni Battista Venturi, Newton y Reynolds; el avance de la tecnología ha logrado crear nuevas herramientas que permiten realizar estos estudios por medio de análisis computacional obteniendo diferentes datos a partir de simulaciones digitales; un ejemplo de estos avances es XFLR5.

Se toma como referencia principal el documento Summary of low speed airfoil data V2 el cual estudia y simula los diferentes perfiles aerodinámicos con bajo número de Reynolds obteniendo así sus principales características aerodinámicas, para este presente artículo se buscó información del perfil “Trainer 60” con todas sus características y estadísticas, además de esto todo lo relacionado con el programa utilizado para analizar el perfil (XFLR-5), el método que usa para realizar las simulaciones entre otros factores que ayudan a entender a profundidad este artículo.

XFLR5

Es una herramienta que permite analizar las superficies de sustentación, las alas y los aviones que operan bajo números de Reynolds, permitiendo visualizar gráficos en 3D así como la distribución de sustentación, resistencias, presiones y variaciones de flujo, también permite simular perfiles a distintas velocidades y ángulos de ataque. XFLR-5 se basa en el uso de dos principios, el Lifting line theory y el Vortex Lattice method, el primero es un modelo matemático que predice la distribución de lift sobre la superficie de una alá en tres dimensiones, en este modelo, la resistencia del vortex se reduce a lo largo de la envergadura, se hace uso del concepto de circulación y del teorema de Kutta-Joukowski; el segundo es una método numérico (CFD) usado principalmente en diseño de aeronaves o aeromodelos y como aerodinámica educativa, este modela la superficie de sustentación de una aeronave como una lámina infinitamente delgada de vórtices discretos para computar el Lift y el Drag inducidos.

...