LA SUSTENTACIÓN NO ES UNA CHUPONAN. del T. en esta versión EN el editor de texto del foro, je ne sais pas pourquoi, las pocas imágenes que tiene el artículo se han "evaporado" al pegar-copiar, aún así se puede seguir el texto. Si alguien quisiera, me lo diga y mando un correo con el archivo adjunto.
N. del A. (Administrador), como me parece un artículo muy interesante, voy a "pegar" las imágenes que le faltan. No obstante haciendo clic en el Título Original se os abrirá directamente el archivo original. LIFT DOESN’T SUCK (
AVWEB - Roger Long 28/09/1999)
¿POR QUÉ PRODUCE SUSTENTACIÓN EL ALA DE UN AVIÓN? No es ni la curvatura del perfil, ni la diferencia del camino recorrido por el aire que pasa por encima respecto al que pasa por debajo. Y al margen de lo que te puedan haber enseñado, tiene mucho menos que ver con Bernoulli y con cierta succión que con Newton y el movimiento. Con la ayuda de descripciones muy gráficas que incluyen al puré de patatas, motitas de polvo, las olas del mar, grúas, cierrapuertas y gomas de desatascar—junto con gráficos animados—Roger Long desmitifica la sustentación, incluso explica nociones tan “esotéricas” como el efecto suelo y la teoría de la capa límite.
Pocos principios físicos se han explicado tan malamente como el fenómeno de la sustentación. Para cuando estés terminando de leer esto, entenderás de que va. Pero tendrás que olvidarte de todo aquello que te dijeron o estudiaste. (N. del T.: ¡.... ya estamos...! Los que aún se tengan que examinar, que no sigan leyendo)
Antes de nada decir que la sustentación no tiene nada que ver con la curvatura del perfil superior del ala. Cualquiera que haya llevado una tabla de contrachapado por la calle en un día ventoso, sabrá que una superficie plana, como esa, produce sustentación. Incluso una forma ridícula como la que sigue sustentará:
¿Que no te lo crees? Saca la mano por la ventanilla del coche a 100 km/h y gírala arriba y abajo. Casi cualquier forma puede crear algo de sustentación. Su sección transversal es la que determinará la eficiencia del fenómeno y su comportamiento a diferentes ángulos respecto al flujo de aire.
Al siguiente que tienes que olvidar es a Bernoulli. Al menos de momento. Los aviones, los pájaros o lo que sea no son “chupados hacia arriba” excepto durante los tornados.
Los aviones se mantienen en el aire porque las alas desplazan aire hacia abajo. (POR FAVOR, LÉASE DOS VECES). Después de pasar un avión, hay más aire más cerca del suelo del que había antes de pasar. La reacción a mover ese peso de aire hacia abajo contrarresta el efecto de la gravedad. Infla un globo, apunta con la salida hacia abajo y suéltalo. El aire que estaba dentro estará ahora más cerca del suelo. Y el globo se desplaza en sentido contrario. Las alas hacen lo mismo, solo que mueven el aire por desvío del mismo por deflexión más bien que por echarlo en chorro por un orificio.
BAJO LAS ALAS Perfiles alares, puertas de establo, trozos de contrachapado, manos por la ventana del coche, todo puede crear sustentación pero solo cuando el aire incide a ciertos ángulos de ataque. Extiende la mano frente a ti y barre con ella de un lado a otro a un ángulo de unos 30º. Imagínate que lo haces dentro de puré de patatas. ¿qué hace el puré? Se desplaza hacia abajo y hacia delante. Pues el aire hace igual. Este desplazamiento del aire crea una zona de presión alta debajo y delante del ala. Al desplazarse el aire hacia abajo no es díficil darse cuenta como el ala resulta impulsada hacia arriba. Mover el aire hacia abajo es la función principal del ala.
El aire bajo una superficie sustentadora también se desplaza hacia delante ligeramente ( como en el puré de patatas). La velocidad de ese movimiento se resta de la velocidad del aire. Por ello, el aire pasa por debajo del ala a una velocidad inferior a la velocidad del avión.
¿Estás hecho un lío? ¿Acaso todo lo leído siempre no muestra al aire moviéndose de la parte frontal del ala hacia el borde de salida?. Vayamos despacio en esto porque es la clave para entender todo este negocio.
Hay que mantener las referencias en mente. Si fueses montado en la punta del ala verías aire pasando hacia atrás tanto por arriba como por debajo del ala. Pero en cambio, imagínate sentado en lo alto de un tejado viendo pasar el avión por delante. Más aún, imagina una mota de polvo en aire quieto... y que tienes muy buena vista. Según pasa el ala por allí, la motita se desplazará hacia delante y hacia abajo de su posición original. Pasada el ala, la mota quedará flotando de nuevo.
Si el piloto maniobrara de forma que el ala pasará sobre la mota de polvo con ángulo de ataque cero (y cero G’s), la parte inferior del ala no desplazaría al aire, y la mota no se movería.
Para entender la sustentación es más ilustrativo pensar en el movimiento de las partículas respecto a la masa de aire original que mirar al flujo sobre las alas.
SOBRE LAS ALAS Puesto que el ala lleva un ángulo de ataque, su movimiento también barre un espacio a su paso. La inercia del aire que pasa por encima del perfil intenta mantener una trayectoria rectilínea, mientras que la presión atmosférica intenta empujarle hacia la superficie del ala. La inercia evita que la presión atmosférica “empaquete” las partículas de aire tanto como lo haría en caso de estar el ala quieta. El resultado es una zona de baja presión sobre el ala. El aire corre desde las zonas de alta a zonas de baja presión, desde las zonas de presión alta de delante y de debajo del ala hacia el espacio de baja presión que resulta barrido, encima y detrás del ala.
La dirección de este movimiento es hacia el borde de salida, la misma dirección que el flujo creado por el movimiento del ala. Como consecuencia, el aire va más rápido por encima del ala , que la velocidad del propio avión.
Si estuvieras en lo alto de un tejado, una mota de polvo estática en el aire se movería rápidamente hacia atrás según pasase el ala bajo ella. También acabaría en una posición más baja de lo que estaba antes.
CIRCULACIONHemos visto que el aire bajo el ala es empujado hacia delante , y sobre el perfil del ala se acelera, , hacia atrás. La combinación de estos dos movimientos también produce que el aire, frente al ala, se mueva hacia arriba. Este comportamiento se llama circulación.
¡Eh, eh, un momento!, estarás pensando a estas alturas, “¡Sé muy bien que el aire no fluye en torno al ala de esa forma!”. Pues.... tienes razón, pero no tires la toalla todavía. Aquí es cuando la cuestión empieza a ser interesante.
Recuerda, cuando hablamos de circulación, no hablamos de flujo sobre el ala. Estamos mirando al breve movimiento de las, otrora estáticas, partículas de aire al paso fugaz del ala. Ninguna partícula individual hace el recorrido descrito antes. Al paso del avión, cada partícula de aire se mueve ligeramente como se muestra en el gráfico siguiente. Después, el ala desaparece.
Las trayectorias son más complicadas de hecho que lo dibujado, pero ya volveremos sobre ellas. Fijate que todas las partículas terminan en una posición inferior a la inicial.
En la masa real de aire, las innumerables partículas se dan bofetadas entre sí, y cada una resulta afectada por sus vecinas. El movimiento completo es como una ola en el agua.
Si todavía tienes dificultades en visualizar como afecta el ala al aire según se mueve en su seno, quizás la siguiente animación pueda ayudar:
¿Veis como el aire sobre el ala se deflecta para abajo y para atrás, mientras el de debajo lo hace hacia abajo y adelante?
ANALOGIA MARINA Imagina que estas sentado en un barquito pequeño viendo pasar una ola. Claramente la ola tiene una forma y una organización identificable que parece que se mueve por encima del agua. Sin embargo, según pasa, el barco sube y baja, y, avanza y retrocede pero termina más o menos en el mismo sitio en que estaba antes de la ola. La propia agua hace lo mismo.... no se desplaza siguiendo a la ola. A lo largo del tiempo, una determinada parte de la ola está formada por partículas distintas. La energía que da forma a la ola se transfiere de partícula a partícula, y cada partícula se mueve muy poco en comparación con el movimiento general de la ola por la superficie del agua.
La “circulación” de aire alrededor de un ala es como una ola que se moviera con ella, de forma similar a las olas que genera un barco al desplazarse. Hay un movimiento claramente organizado pero las partículas individuales que intervienen se van renovando constantemente con el avance de la perturbación en el fluido.
Bueno, y ¿qué pasa con los tirabuzoncillos ascendentes del gráfico anterior? La aceleración del aire hacia la derecha sobre el ala y hacia la izquierda bajo ella provoca que el aire ascienda por delante del ala a una distancia considerable, pues la gravedad tiende a igualar las presiones. El aire intenta moverse desde las altas a las bajas presiones y, para cuando ha llegado el ala, se ha establecido una considerable corriente ascendente. Incluso las partículas de aire presentes inmediatamente debajo del ala ocupan una posición más alta de la que tenían antes de llegar el ala. Sin embargo, cuando el ala ha pasado , todo el aire interviniente ocupa una posición más baja que la previa. Este movimiento hacia abajo es el mecanismo esencial de la sustentación.
Bernoulli de nuevo Entonces, ¿ por qué sigue todo el mundo hablando de un varón blanco ya muerto llamado Bernouilli? R.- Porque a este hombre se le ocurrieron algunas cosas muy interesantes sobre lo que ocurre justo en donde el aire se encuentra con el ala. Pero esto es solo una pequeña parte de la historia de la sustentación.
El movimiento del aire alrededor del ala es un sistema. (N. del T. :¿debiera decir : los movimientos?). Una grúa es un sistema. Tiene un gancho, un cable, un carrete, y un motor. La mayoría de las discusiones de hangar sobre la sustentación del ala equivalen a discutir sobre si la grúa levanta con el gancho o con el cable. Cuando hablamos de sustentación, Bernouilli es solo el gancho. No tiene mucho sentido a menos que también conozcas el cable y el resto del sistema.
Hemos visto antes que, como resultado de la “circulación”, el aire sobre el ala se mueve hacia atrás más rápido que la propia velocidad del avión, mientras que el de debajo lo hace más lento que idem. ¿Y que importancia tiene esto?. R.- El aire tiene una presión creada por la gravedad. Si le liberamos de esa presión se expandirá, como un muelle. Pero solo lo hace con una cierta rapidez, parecido a un resorte cierrapuertas (N. del T. :de los buenos). Si abres la puerta y la sueltas un cuarto de segundo recorrerá la mitad que si la sueltas medio segundo.
Cuando el aire se mueve rápido sobre una superficie, tiene menos tiempo para expandirse y presionarla que si se moviera despacio. Así pues, el aire que se mueve más rápido sobre la superficie superior del ala no presiona hacia abajo tanto como lo haría si no hubiese sido acelerada por el proceso de la “circulación”.
Tened presente, no obstante, que ESTO NO ES SUCCIÓN. El aire sobre el ala sigue empujándola hacia abajo, simplemente ocurre que no lo hace con tanta presión. La “succión” no es una fuerza. Es solo una manera de decir que la presión en un sitio es menor que en otro. En el interior de una goma de desatascar pegada en un cristal existe presión, pero en menor grado que fuera.
El aire bajo el ala se mueve más lentamente que si la rotásemos a ángulo de ataque cero, parando así el proceso de “circulación”. Al moverse más lentamente ejerce una mayor presión sobre la superficie inferior. Sobre la superficie superior del ala la presión es menor. La diferencia de presiones ejerce una fuerza hacia arriba sobre las alas. A esto se le llama normalmente “sustentación”, pero llamarle así es tan tonto como llamar “grúa” a un gancho.
¿Dónde se crea la sustentación, encima o debajo? La magnitud de la diferencia de presiones entre el ambiente y la cara superior del ala es normalmente superior que entre el ambiente y la cara inferior. Muchos escritores han dicho que eso significa que la sustentación se crea en la cara superior. También eso es una bobada. La presión a un lado del ala carece de sentido si no se compara con la del otro lado. Las presiones en ambos lados están relacionadas por la “circulación” y sin “ella” no habrá diferencia de presiones.
Quizás hayas pensado que, puesto que la misión primordial del ala es mover aire hacia abajo, la circulación ascendente creada por delante del ala esta reduciendo la sustentación. Es verdad. Un fenómeno interesante se produce cuando el ala se acerca al suelo. La pista (de aterrizaje) impide subir al aire y también desplazarse hacia delante, y por lo tanto aumenta la presión debajo del ala. El resultado es un aumento de sustentación y una disminución de la resistencia inducida. ¿Puedes deletrear E-F-E-C-T-O S-U-E-L-O ?
Para evitar gastos de franqueo en “Cartas al editor”, voy a comentar un caso especial de flujo alar. Si un perfil alar del tipo “Clark Y”, , con una superficie inferior plana se opera con un ángulo de ataque en que la dicha sup. inferior se alinea con el flujo de aire, habrá muy poca perturbación del aire bajo el ala. El incremento de presión se deberá al provocado por la penetración de un objeto grueso. La parte superior, con su borde de fuga más bajo que el borde de ataque, todavía barrerá un volumen de aire al que afluirá el mismo tras su paso, creando una aceleración de aire sobre el perfil y una modesta cantidad de “circulación”. Aunque la presión en la cara inferior será muy similar a la ambiente, todavía existirá una diferencia de presión entre arriba y abajo del ala.
Esta es la situación más próxima a la habitualmente descrita en los libros de texto, donde muy poco ocurre bajo el ala. Las avionetas motorizadas modestamente muy raramente operan de este modo, y solo en situaciones próximas al máximo de velocidad debido a la poca sustentación que produce. El ala en esta disposición tiene de hecho un poco de ángulo de ataque debido a su forma asimétrica. “Angulo de ataque cero” es aquel que no produce desplazamiento de aire ni para arriba ni para abajo. En el caso clásico de perfil plano por abajo, sería con el borde de fuga ligeramente más alto que la parte delantera del “plano” inferior.
La capa límite Si Bernoulilli es el gancho, entonces la anilla en la que engancha es otro concepto misterioso llamado la capa límite. Habrás notado que el viento en las proximidades del suelo es más flojo que más arriba. La fricción con el suelo aminora su velocidad. Incluso una superficie alar muy pulida hace lo mismo. La velocidad del flujo sobre y bajo el ala se va reduciendo según nos aproximamos más y más a la superficie. La fina capa de aire que está en contacto con el ala no se mueve relativamente, pero se mueve con el ala. La región adyacente en que la velocidad del flujo se ve disminuida por la fricción superficial se llama capa límite.
Las presiones en la parte de aire que no se mueve, en contacto con la superficie , varían en función de la energía que le transmiten las partículas de aire en movimiento por encima, o debajo según lado. Las diferencias de presiones empujan al ala. El proceso de circulación controla la velocidad del flujo general. La energía para la circulación viene del motor, o de la gravedad en los planeadores.
Todo es un sistema interconectado. A menos que el resultado total del sistema sea el de que las partículas de aire acaben en una posición inferior a la que tenían antes de que pasara el avión, no habrá sustentación. Las alas mueven el aire hacia abajo, y como reacción se sostiene. Eso es lo que crea sustentación. Todo lo demás son detalles interesantes.
El autor es Roger Long (
rwlong@ctel.net) . Piloto privado con 100 horas que vive en Cape Elisabeth, Maine y vuela en Cessna 172. Se paga las horas diseñando pequeños barcos comerciales (menores de 200 pies)
El traductor, Javier Rodríguez, espera que hayáis pasado un buen rato. Hasta otro. Felices vuelos hermanos!!. ¿Palabra de dios?... Alabeamos , señor.
