La Aerodinámica

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La aerodinámica es el estudio del flujo de aire y otros gases y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven a través de los gases. Es una rama de la mecánica de los fluidos, en la que los mismos principios se aplican también al estudio de los líquidos. La aerodinámica se emplea principalmente para estudiar el vuelo de las naves más pesadas que el aire y así se discute aquí. También se utiliza para describir el movimiento de las naves más ligeras que el aire, como los dirigibles, y para determinar las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre las estructuras terrestres. Los túneles de viento son herramientas básicas de la investigación aerodinámica.

Subyacentes a la aerodinámica y a todas las demás ramas de la mecánica teórica están las leyes del movimiento desarrolladas por Isaac Newton en el siglo XVII. Estas leyes establecen los efectos de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos en movimiento o en reposo. Newton también desarrolló el concepto de fricción de fluidos, o viscosidad – la resistencia del aire o de cualquier otro fluido al movimiento, ya sea el suyo propio o el de un cuerpo que se mueve a través de él. Un contemporáneo más joven, Daniel Bernoulli, aplicó las leyes del movimiento de Newton al estudio de los fluidos en particular. Desarrolló el principio de que la velocidad de un fluido está relacionada con la presión dentro de él: cuanto más rápido el flujo del fluido, más baja es la presión. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). (Véase la ley de Bernoulli.) Estos conceptos formaron la base de futuros estudios.

Vuelo en avión
Tales conceptos eran esenciales antes de que los humanos pudieran realizar el antiguo sueño de poder volar por el aire. Ya en el siglo XVI, Leonardo da Vinci había dibujado dispositivos parecidos al helicóptero moderno, pero sin una comprensión de las fuerzas aerodinámicas involucradas en el vuelo, los intentos prácticos estaban condenados al fracaso.

Cuatro fuerzas principales actúan en una aeronave: el empuje, la gravedad y las fuerzas aerodinámicas de arrastre y elevación. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). El empuje y la resistencia trabajan una contra la otra, al igual que la gravedad y la sustentación.

Una aeronave se mueve hacia adelante debido al empuje suministrado por sus hélices o motores a reacción. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). El movimiento hacia adelante continúa mientras las fuerzas de empuje sean mayores que las fuerzas de arrastre, que resultan de la viscosidad del aire.

Una Conclusión

Por lo tanto, los aviones están diseñados para reducir al máximo las fuerzas de arrastre que actúan en las diferentes partes de la nave.

Para superar la gravedad de la Tierra y elevarse en el aire, una aeronave debe ser accionada por una fuerza de elevación. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). Esta es suministrada principalmente por las alas de la nave. Un ala u otra superficie diseñada para producir un efecto deseado cuando se actúa sobre el aire que fluye se llama perfil de aire. La ley de Bernoulli forma la base de la teoría de la elevación ejercida sobre un perfil de aire como un ala. La sección transversal de un ala está diseñada de tal manera que el ángulo en el que el ala se encuentra con el aire hace que el aire fluya más rápidamente a través de la superficie superior del ala que la inferior. Como resultado, la presión del aire es más baja sobre el ala, lo que resulta en una elevación.

Diseño aerodinámico moderno
Al hacer un análisis aerodinámico de una aeronave, es necesario considerar las partes componentes del vehículo y calcular el flujo de aire sobre cada una de ellas por separado. Los resultados se combinan para obtener las fuerzas que actúan sobre el vehículo en su conjunto. Así, se analizan el ala y la cola, y luego se incluye el paso de aire alrededor del fuselaje como una perturbación del flujo sobre las dos primeras.Entre las Líneas En el diseño aerodinámico moderno, la disponibilidad de computadoras ha hecho posible el estudio de la configuración completa del ala, el cuerpo y la cola.

Los diseñadores de aeronaves de alta velocidad también deben tener en cuenta otros conceptos aerodinámicos como la capa límite. Esta es la capa de aire más cercana a la piel de la nave donde se exhiben con mayor fuerza los efectos de la turbulencia causada por la resistencia del aire. Para reducir al mínimo esta turbulencia, las aeronaves están diseñadas para mantener la corriente de aire que fluye alrededor de la nave lo menos perturbada posible; de ahí el término aerodinámica.

Vuelo supersónico
Tales consideraciones se vuelven especialmente importantes a velocidades muy altas.

Pormenores

Las altas velocidades de las aeronaves se describen en términos de número Mach, siendo este número la relación entre la velocidad de una aeronave determinada y la velocidad del sonido en un aire de esa densidad. Cuando las dos velocidades son iguales, el número Mach es 1. Las velocidades inferiores a Mach 1 se denominan subsónicas, las superiores a Mach 1 son supersónicas y las superiores a cerca de Mach 5 se denominan hipersónicas.

En la región de Mach 1 y superior, surgen problemas aerodinámicos especiales. A velocidades más bajas, el aire que fluye alrededor de una nave puede considerarse un fluido incompresible, es decir, un fluido cuya densidad no cambia.

Puntualización

Sin embargo, a altas velocidades, la densidad del aire aumenta bruscamente, al igual que su presión y temperatura. Para compensar este efecto, los aviones supersónicos vuelan a una altitud considerablemente mayor que las naves subsónicas, para pasar a través de un aire más fino. A medida que la aeronave se acerca a la velocidad del sonido, se forman ondas de choque en su cuerpo donde el número local de Mach supera el 1. A medida que la velocidad de la nave aumenta más, estas ondas de choque producen un estampido sónico.

El aumento de la velocidad desde justo por debajo hasta justo por encima de la velocidad del sonido se denomina rango de velocidad transónico. Los pilotos de caza de la Segunda Guerra Mundial (véase aviones, militares) se refirieron a ella como “romper la barrera del sonido” cuando, en vuelo, su nave entró en esta región transónica, desarrollando ondas de choque que golpearon la nave (véase barrera del sonido). Este choque se produjo por la inestabilidad de las ondas de choque en puntos locales de las alas en el flujo transónico. A velocidades supersónicas, las ondas de choque se vuelven estables y permanecen firmemente adheridas a toda la aeronave.

El ala trasera fue diseñada para retrasar la formación de las ondas de choque en todas las aeronaves hechas para volar a altas velocidades subsónicas. Para volar a velocidades supersónicas más altas, el barrido se incrementa aún más para formar un ala delta. Tal ala fue vista en el Concorde, que voló a un número Mach de alrededor de 2 (ver transporte supersónico). Sólo se han diseñado naves experimentales para volar a velocidades aún mayores, en la región hipersónica. Por ejemplo, el Transbordador Espacial pasa a través de esta región de vuelo mientras reingresa a la atmósfera de la Tierra desde la órbita, disminuye la velocidad y hace un aterrizaje convencional. Los vehículos espaciales que regresaron del espacio exterior antes del transbordador no volaron, sino que simplemente hicieron un llamado aterrizaje balístico. (Ver balística).

Un rasgo característico de todo vuelo supersónico, y un fenómeno aún más característico del vuelo hipersónico, es la generación de calor intenso. Esto es causado por la fricción entre el vehículo y la atmósfera. Toda la energía cinética de estos cuerpos de movimiento rápido se convierte en calor, que a su vez se disipa en la atmósfera. Para evitar que las naves espaciales que regresan se quemen como lo hacen los meteoritos cuando entran en la atmósfera, se han desarrollado escudos térmicos. Estos escudos están aislados y recubiertos con un material especial que se derrite y se quema a una velocidad cuidadosamente controlada (ver exploración espacial).

Pruebas aerodinámicas
Las pruebas aerodinámicas se llevan a cabo de forma extensiva, junto con la investigación teórica, con el fin de obtener una mejor comprensión de los problemas aerodinámicos. La mayoría de las pruebas se realizan en túneles de viento. Existen alrededor de 400 en el mundo, aproximadamente la mitad en los Estados Unidos. Algunos túneles de viento son altamente especializados. Pueden generar flujos de aire de corta duración o de forma intermitente, como en los grandes tubos de choque.

Los túneles de viento suelen clasificarse como subsónicos, transónicos, supersónicos o hipersónicos, según su capacidad de número de Mach-. Es importante simular la fricción del aire del vehículo de vuelo de tamaño completo, pero esto es a menudo difícil y extremadamente caro. Se requiere un túnel muy grande y, en consecuencia, modelos grandes o un túnel presurizado para lograr una baja fricción del aire. Todavía no se ha construido ningún túnel para funcionar con un flujo de baja fricción en la región supersónica. La modelización por ordenador también se utiliza en conjunción con las pruebas de los túneles de viento, y tales modelos están ahora disponibles para las velocidades transónicas.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Datos verificados por: Chris

Visualización Jerárquica de Aerodinámica

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Aerodinámica

A continuación se examinará el significado.

¿Cómo se define? Concepto de Aerodinámica

Véase la definición de Aerodinámica en el diccionario.

Características de Aerodinámica

Recursos

Traducción de Aerodinámica

Inglés: Aerodynamics
Francés: Aérodynamique
Alemán: Aerodynamik
Italiano: Aerodinamica
Portugués: Aerodinâmica
Polaco: Aerodynamika

Tesauro de Aerodinámica

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Véase También

• Industria aeroespacial

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