?Por qu¨¦ vuelan los aviones?

Los aviones vuelan gracias a la actuaci¨®n de una serie de fuerzas, tanto en el plano horizontal como en el plano vertical. Para que el aparato se eleve es imprescindible que la fuerza que se produce en el eje vertical (sustentaci¨®n en lenguaje aeron¨¢utico) supere al peso del avi¨®n. Por otra parte, en el eje horizontal y gracias a los motores que expulsan gases, tiene lugar el principio de acci¨®n-reacci¨®n que provoca una fuerza hacia adelante que vence la resistencia del aire. Cuando el avi¨®n asciende y llega a su altura de crucero y a una velocidad constante es porque se ha alcanzado el equilibrio de fuerzas tanto en el eje vertical, en el que la sustentaci¨®n se iguala al peso, como en el eje horizontal, en el que el empuje del motor es igual a la resistencia que nos ofrece el aire.

La magia se produce al conseguir esa fuerza de sustentaci¨®n. Ah¨ª tenemos que acudir a una serie de principios que lo explican. B¨¢sicamente, la sustentaci¨®n se consigue gracias a las alas del avi¨®n. Si las cort¨¢ramos tendr¨ªamos lo que se llama el perfil del ala, la secci¨®n que tiene el ala por dentro. Esta secci¨®n tiene una forma muy eficiente desde el punto de vista aerodin¨¢mico. El borde por donde entra el aire seg¨²n va volando el avi¨®n es redondeado y la parte de atr¨¢s del perfil es afilada y adem¨¢s est¨¢ curvada por la parte de arriba (en lenguaje aeron¨¢utico esta parte de arriba se llama extrad¨®s y la parte de abajo se llama intrad¨®s). Esa curvatura del perfil del ala hace que cuando la corriente de aire se encuentra con ella, se divida en dos caminos, una parte del flujo de aire se va por arriba del ala y otra parte, por abajo. Debido a la curvatura del ala, el camino que tiene que recorrer el flujo que va por arriba es m¨¢s largo que el que va por debajo. Existe un teorema, el de Bernouilli, que es b¨¢sicamente de conservaci¨®n de la energ¨ªa y que dice que para que esto ocurra, el flujo de aire que va por arriba tiene que ir a m¨¢s velocidad. Eso implica que haya menos presi¨®n que en la parte de abajo donde va a menor velocidad y ejerce m¨¢s presi¨®n. Esa diferencia de presi¨®n entre el flujo de aire por arriba y el de abajo genera una sustentaci¨®n. Aunque esta sustentaci¨®n debida al principio de Bernouilli no llega a explicar toda la que necesitamos para que el avi¨®n se eleve. Para explicar la elevaci¨®n hay que recurrir a otra serie de principios f¨ªsicos.

Uno de ellos es la tercera ley de Newton. Por la forma curvada que tiene el perfil, el aire que va por arriba en vez de seguir un camino recto, se dirige hacia abajo. Esta deflexi¨®n que provoca el perfil del ala en el flujo de aire hace que, debido a la tercera ley de Newton (principio de acci¨®n reacci¨®n), se produzca una reacci¨®n en sentido inverso, es decir, hacia arriba del ala, y eso nos va a dar m¨¢s sustentaci¨®n. Adem¨¢s, esa sustentaci¨®n se ve incrementada por un efecto llamado Coanda que se aplica a todos los fluidos viscosos. El efecto Coanda hace que los fluidos al encontrarse con una superficie en su camino tienden a pegarse en ella. Hay una capa l¨ªmite que se forma entre lo que es el perfil de ala y el flujo de aire que funciona como capitas laminares de flujo, la primera se pega al ala y va arrastrando al resto de capas que est¨¢n por arriba. Al pegarse el flujo de aire al perfil se incrementa a¨²n m¨¢s el efecto de la tercera ley de Newton, el aire se dirige hacia abajo porque se queda pegado al perfil.

Y todo ello se incrementa con la velocidad del aire. Al iniciar su carrera de despegue, el avi¨®n acelera progresivamente, por lo que la sustentaci¨®n aumenta seg¨²n gana velocidad. Puedes entenderlo mejor con un ejemplo. Si vamos en un coche y sacamos la mano por la ventanilla, seg¨²n va aumentando la velocidad notamos que la fuerza del aire tiende a subir la mano hacia arriba.

Pero lo que hace ya definitivamente que el avi¨®n ascienda es la elevaci¨®n de la nariz, lo que se llama aumentar el ¨¢ngulo de ataque. El ¨¢ngulo de ataque es el que forma la corriente que incide sobre el perfil del ala con respecto a este perfil. Una vez que se ha aumentado la sustentaci¨®n con el incremento de la curvatura del perfil del ala (extendiendo las superficies con las que cuenta: slats delanteros, y flaps traseros) se mueven los elevadores del estabilizador horizontal de la cola. Esta acci¨®n provoca que la nariz del avi¨®n se eleve. Con la nariz elevada aumentamos el ¨¢ngulo de ataque. Es el mismo efecto que tendr¨ªamos cuando sacamos la mano por la ventanilla del coche, si giramos la mano hacia arriba en el sentido de la marcha, la mano se ir¨¢ hacia arriba. Y todos estos efectos conjuntos consiguen que el avi¨®n se eleve.

Bel¨¦n del Cerro es ingeniera aeron¨¢utica, t¨¦cnica de la Direcci¨®n de Espacio, Grandes Instalaciones y Programas Duales del CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnol¨®gico e Industrial)

Pregunta enviada v¨ªa email por Estefan¨ªa Torres ?vila

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