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Teoria elemental de la sustentaciÓn



TEORIA ELEMENTAL DE LA SUSTENTACIÓN
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INTRODUCCIÓN

MOVIMIENTO DEL AIRE:
El aire puede estar inmóvil en un lugar durante un corto lapso de tiempo, pero por lo general permanece en movimiento.
Las diferencias de temperatura entre el ecuador y los polos, entre la atmósfera superior e inferior son el origen de energía que da movimiento al aire.
La fuerza de gravedad y la rotación de la tierra afectan almovimiento del aire.

PRINCIPIO DE BERNOULLI:
En el siglo XVIII un hombre llamado Daniel Bernoulli, mediante experimento descubrió que si la velocidad aumenta, la presión G en la superficie disminuye, es decir, Bernoulli en su teoría manifestó que: “La presión en cualquier fluido (el aire) es menor donde la velocidad (aceleración) es mayor, y la presión es mayor donde la velocidad es menor”.


El funcionamiento del tubo VENTURI, verifica esta ley.

EL TUBO VENTURI

El tubo venturi, es un pequeño tubo de aire con la parte central mas angosta que sus extremos, donde en varios puntos del tubo se han instalado manómetros para determinar la presión mientras el aire fluye a través de el.
A medida que el aire fluye a través de la garganta o cuello del tubo, su aceleración (velocidad) aumentan y los manómetros indican que la presión disminuye en esta sección del tubo.
El plano aerodinámico representa la mitad del tubo venturi. Al comparar la curva inferior del cuello del venturi con la superficie superior del ala se encuentra un gran parecido y en este aspecto se basa el principio del vuelo.
La sustentación se desarrolla por la corriente o flujo de aire que pasa por encima y debajo del ala.
El aire que pasa sobre la superficie superior (curva) debe recorrer una distancia mayor para llegar al borde posterior (borde de salida), al mismo tiempo que el aire que pasa por debajo del ala.


Para conseguirlo, el aire que pasa sobre el ala tiene que aumentar su velocidad, de acuerdocon el principio de BERNOULLI este aumento de velocidad ocasiona una menor presión encima del ala y esta diferencia de presiones da como resultado que exista una fuerza ascensional.







SUSTENTACIÓN O FUERZA ASCENCIONAL
Sabemos que la fuerza ascensional es el resultado de presiones desiguales accionados sobre las alas.

Por lo tanto la fuerza se produce por la forma del perfil de ala. Cortar el ala desde el borde de ataque al borde de salida se vera una sección de perfil con el borde de ataque de mayor espesor y una superficie superior convexa (curva).
Cuando comienza el movimiento; la masa de moléculas de aire en el borde de ataque del plano aerodinámico se divide pasando unas por encima y otros por debajo.
Como la distancia a lo largo de la superficie superior curvada es mayor que la distancia a lo largo de la superficie inferior relativamente plana las moléculas de aire que pasan sobre la parte superior deben moverse con mayor rapidez que las que van a lo largo de la parte inferior, a fin de que se encuentren al mismo tiempo a lo largo del borde de salida.
El paso de aire mas rápido a través del ala creara una presión mas baja arriba que abajo.

La presión mayor del ala tiende a empujarla hacia la presión inferior de arriba. Mientras pase aire sobre el plano aerodinámico existirá esta condición. Esta es la sustentación. Cuando el movimiento del aire es lo suficientemente grande, la sustentación se igualara al peso aerodinámico y todas las partes unidas a el, yentonces soportara todo el avión. A medida que aumenta mas aun la velocidad del aire a través del ala, la fuerza de sustentación excede el peso del avión y este se elevara.

FACTORES QUE DEPENDE LA SUSTENTACIÓN

No todo el aire encontrado por un plano aerodinámico se usa en la sustentación. Parte de la crea resistencia al avance e impide el movimiento hacia delante. La sustentación o fuerza ascensional y la resistencia del aire es convertida, depende

1) Del ángulo de ataque.
2) La velocidad del plano aerodinámico.
3) La densidad del aire.
4) La forma del plano aerodinámico. O del ala.


ANGULO DE ATAQUE

Este es el ángulo formado entre la línea central de la cuerda del ala y su dirección de movimiento en relación con el aire.
El movimiento en relación con el aire, o el paso del aire, es la dirección del aire en movimiento en relación con el ala o con el plano aerodinámico.
La sustentación y la resistencia al avance aumentan con un aumento en el ángulo de ataque, hasta cierto punto llamado el ángulo critico.







En este punto el ala pierde de repente sustentación, y como resultado el avión pierde velocidad. La resistencia al avance continua aumentando la causa de pérdida de velocidad es la turbulencia; la turbulencia es creada por remolinos de aire (turbulencia aerodinámica) que rompen el patrón del paso del aire en la superficie superior del ala.
En el ángulo crítico, el aire no se adhiere a la parte superior del ala y la turbulencia hace más lentala velocidad, el paso del aire y aumenta la presión sobre el ala. Con la perdida de la presión diferencial el ala pierde sustentación. En este punto el avión pierde velocidad.

VELOCIDAD DEL PLANO AERODINÁMICO

A medida que aumenta la velocidad del movimiento del plano aerodinámico a través del aire, aumenta la diferencia de presión entre las capas superior e inferior del paso de aire. Así pues, la sustentación aumenta con la velocidad, pero no en proporción directa.
Ejemplo: un avión volando a 100 mph. Tiene cuatro veces mas fuerza ascensional, que si estuviera volando a 50 mph, en condiciones de que el ángulo de ataque se mantenga igual.

DENSIDAD DEL AIRE
Las moléculas del aire se hacen menos densas a mayor altitud.
La densidad del aire a 18,000 pies es aproximadamente la mitad que la densidad del aire al nivel del mar.
El aire que circunda la tierra se enrarece gradualmente con el aumento de altitud. Un avión volando a esta altura debe aumentar su velocidad para mantener su vuelo horizontal. El vuelo del avión también es afectado por la temperatura, pues la densidad del aire disminuye al aumentar la temperatura, por lo tanto el avión debe moverse mas rápidamente en ambiente caluroso y húmedos para mantener su vuelo horizontal.

FORMA DEL PLANO AERODINAMICO
La forma del plano aerodinámico, afecta la sustentación de muchas maneras.
Mientras mayor sea la curvatura, hasta cierto punto, mayor será la sustentación.
Un plano AERODINÁMICO con la superficie lisatiene más sustentación, en relación con la resistencia al avance, que uno con una superficie áspera, una superficie áspera produce turbulencia, reduciendo la sustentación y aumentando la resistencia al avance.
Un ala de 200 pies2 tendrá una fuerza ascensional dos veces mayor que una de 100 pies2 siendo el ángulo de ataque, velocidad, densidad, y formas iguales.
Un ala larga y angosta tiene mayor fuerza ascensional por pie2 que una corta y gruesa. Esta es porque la punta del ala o tip de (cola) ala es la porción menos eficiente del plano aerodinámico y hay menos punto en un ala angosta que en una ancha.

RESUMEN
En resumen, la fuerza ascensional o sustentación:

1) Aumenta directamente con el ángulo de ataque hasta el ángulo de entrada en perdida (ángulo critico).
2) Varía directamente con la densidad del aire.
3) Aumenta igual al cuadrado de la velocidad.
4) Varía directamente con el área del plano aerodinámico.






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