La aerodinámica es la ciencia que tiene por objeto el estudio de los efectos que se originan cuando un cuerpo se sitúa en una corriente de aire. Las partículas de aire de dicha corriente se ven alteradas por la presencia del objeto, dando lugar a un cambio en la presión y la velocidad de las mismas.
Las dos fuerzas principales que se originan se llaman:
- Sustentación (L, de Lift)
- Resistencia al avance (D, de Drag) o simplemente resistencia.
Antes de estudiar estas fuerzas fundamentales es necesario conocer dos principios de la aerodinámica.
Teorema de Bernoulli
La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, permaneciendo la energía de este constante a lo largo de su recorrido.
Este comportamiento se define matemáticamente mediante la siguiente fórmula:
Ps + Pd = cte= Pt
siendo Ps la Presión estática, Pd la Presión dinámica y Pt la Presión total:
- Presión estática: la presión atmosférica local.
- Presión dinámica: cuando el fluido se desplaza se produce un movimiento de moléculas. Estas moléculas, al impactar contra un objeto por causa de este movimiento, generan una presión en dicho objeto llamada presión dinámica.
Lo que se deduce de la ecuación de Bernoulli es que si un fluido aumenta su velocidad, debe ser a costa de disminuir su presión (estática, Ps), y viceversa, pero de modo que la suma de ambas sea siempre constante (Pt).
Efecto Venturi
Es la comprobación empírica del teorema de Bernoulli, llevada a cabo por el científico Giovanni Battista Venturi. Comprueba que efectivamente al hacer pasar una corriente de aire por un estrechamiento, esta aumentaba su velocidad a la vez que disminuía su presión estática.
Perfil aerodinámico
Una placa colocada con algo de inclinación hacia arriba puesto en una corriente de aire es capaz de producir una fuerza de sustentación. Un perfil aerodinámico no solo produce sustentación, sino que está diseñado de tal forma que, colocado en una corriente de aire, sea capaz de aprovechar al máximo las fuerzas que se originan en esta debido a los cambios de velocidad y presión.
Existen multitud de tipos diferentes de perfiles aerodinámicos, cada uno con una serie de características específicas diseñadas para un uso y condiciones concretas. Según el propósito que se persiga en el diseño, los perfiles pueden ser más finos o gruesos, curvos o poligonales, simétricos o no, e incluso el perfil puede ir variando a lo largo del ala.
Algunos ejemplos de perfil aerodinámico o perfil alar pueden ser el ala de un avión o las palas del rotor de una aeronave pilotada por control remoto (RPA).
- Extradós: superficie superior del ala.
- Intradós: superficie inferior del ala.
- Borde de ataque: frontal del perfil alar. Es el lugar donde incide la corriente de aire.
- Borde de salida: es el punto donde el extradós e intradós del perfil se unen en la parte posterior del mismo.
- Cuerda: es la línea recta imaginaria que une el BA con el BS.
- Línea de curvatura media: línea que une los puntos equidistantes entre el extradós y el intradós.
- Espesor máximo: lugar de máxima distancia entre el extradós e intradós.
- Radio de curvatura del borde de ataque: define la forma del borde de ataque.
- Espesor máximo de la línea de curvatura media: punto de máxima distancia entre la línea de curvatura media y la cuerda.
- Ángulo de ataque: ángulo entre la cuerda y el viento relativo (resultante de la velocidad de rotación de la hélice y de la velocidad del avión).
Es fundamental hacer hincapié en que el ángulo de ataque es independiente de la posición en la que se encuentre la aeronave con respecto al horizonte puesto que lo que se está midiendo es la diferencia en grados entre el viento relativo y la cuerda del perfil alar.