Aerodinámica

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El paso del ala de un avión crea un vórtice identificable por el humo coloreado.

La aerodinámica es la rama de la mecánica de fluidos que estudia las acciones que aparecen sobre los cuerpos sólidos cuando existe un movimiento relativo entre éstos y el fluido que los baña, siendo éste último un gas y no un líquido, caso éste que se estudia en hidrodinámica.

Introducción[editar]

La aerodinámica se desarrolla a partir de las ecuaciones de Newton . Con las ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento y energía se pueden obtener modelos que describen el movimiento de los fluidos. Un caso particular ocurre cuando el movimiento del fluido es estacionario, es decir, las propiedades del fluido sólo cambian con la posición en el campo fluido pero no con el tiempo, y cuando además se puede despreciar la viscosidad del fluido. Con estas dos características, movimiento estacionario y no viscoso, se puede obtener una función potencial que al ser derivada se obtenga la velocidad del fluido en cada punto del campo. Una vez hayamos obtenido la velocidad del fluido, podremos hallar otras magnitudes importantes. La aerodinámica clásica que explica cómo se genera la sustentación en los perfiles aerodinámicos se basa en movimientos potenciales. Este tipo de movimiento es ideal, ya que la viscosidad nula nunca se consigue.

Modelando el campo del fluido es posible calcular, en casi todos los casos de manera aproximada, las fuerzas y los momentos que actúan sobre el cuerpo o cuerpos sumergidos en el campo fluido. La relación entre fuerzas sobre un cuerpo moviéndose en el seno de un fluido y las velocidades viene dada por los coeficientes aerodinámicos. Existen coeficientes que relacionan la velocidad con las fuerzas y coeficientes que relacionan la velocidad con el momento. Conceptualmente los más sencillos son los primeros, que dan la fuerza de sustentación {L}, la resistencia aerodinámica {D} y fuerza lateral {Y} en términos del cuadrado de la velocidad (V2), la densidad del fluido (ρ) y el área transversal (St):

  • Coeficiente de sustentación {C_L}=\frac{L}{\frac {1}{2}\rho V^2 S_t}
  • Coeficiente de resistencia {C_D}=\frac{D}{\frac {1}{2}\rho V^2 S_t}
  • Coeficiente de fuerza lateral {C_Y}=\frac{Y} {\frac{1}{2}\rho V^2 S_t}

Debido a la complejidad de los fenómenos que ocurren y de las ecuaciones que los describen, son de enorme utilidad tanto los ensayos prácticos (por ejemplo ensayos en túnel de viento) como los cálculos numéricos de la aerodinámica numérica.

Problemas aerodinámicos[editar]

Se han establecido varias clasificaciones, entre las cuales hay que destacar:

  • según su aplicación: aerodinámica aeronáutica (o simplemente aerodinámica) y aerodinámica civil
  • según la naturaleza del fluido: compresible e incompresible
  • según el número de Mach característico del problema:
    • subsónico (M<1: subsónico incompresible M<0,3y subsónico compresible M<0,8)
    • transónico (M cercano a 1)
    • supersónico (M>1)
    • hipersónico (M>6).[1]

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. En sentido estricto, la frontera entre supersónico e hipersónico no depende de la velocidad: se llama régimen hipersónico cuando se produce disociación de los elementos que forman el aire, aunque normalmente este fenómeno ocurre a altos números de Mach.
  • Theodore von Kármán: 'Aerodynamics. Selected topics in the light if their historical development'; Ed Dover, NY, 2004. Reimpresión de la de 1957. ISBN 0-486-43485-0

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