aviacion basica

8/4/2019 aviacion basica

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casi todo el mundo de hoy ha volado en avin. Muchos se preguntan la simple

pregunta qu hace volar a un avin? la respuesta con frecuencia se induce a

error y, a menudo simplemente errnea. esperamos que la respuesta que aqu

se aclaran muchos conceptos errneos acerca del levantamiento y que va a

adoptar nuestra explicacin cuando explicativo de levantar a los demsvamos a

mostrar que la explicacin popular si empezamos por definir tres descripciones

de elevacin de uso comn en los libros de texto y manuales de capacitacin

el primero que vamos a llamar a la descripcin de la aerodinmica matemtico

que es utilizado por ingenieros aeronuticos. esta descripcin utiliza las

matemticas complejas y simulaciones por computadora para calcular la

sustentacin de un ala. estas son las herramientas de diseo que son de gran

alcance para la elevacin de la computacin, pero no se prestan a una

comprensin intuitiva de vuelo

the La segunda descripcin que se llame a la explicacin popular que se basa

en el principio de Bernoulli. La principal ventaja de esta descripcin es que es

fcil de entender y ha sido profesor durante muchos aos. Debido a su

simplicidad, se utiliza para describir a levantar en la mayora de los manuales de

vuelo de entrenamiento. La principal desventaja es que se basa en el "principio

de igualdad de los tiempos de trnsito", que est mal. Esta descripcin se

centra en la forma del ala e impide comprender un fenmeno tan importante


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como vuelo invertido, potencia, efecto suelo, y la dependencia de la elevacin

en el ngulo de ataque del ala.

La descripcin en tercer lugar, que estamos defendiendo aqu, vamos a llamar a

la descripcin fsica de la elevacin. Esta descripcin se basa principalmente en

las leyes de Newton. La descripcin fsica es til para la comprensin de vuelo,

y es accesible a todos los que son curiosos. Poco de matemticas que se

necesita para obtener una estimacin de muchos fenmenos relacionados con

el vuelo. Esta descripcin da una idea clara e intuitiva de los fenmenos tales

como la curva de potencia, efecto suelo, y los puestos de alta velocidad. Sin

embargo, a diferencia de la descripcin de la aerodinmica matemtica, la

descripcin fsica no tiene las capacidades de diseo y simulacin.

La explicacin popular de la elevacin

Los estudiantes de la fsica y la aerodinmica se les ensea que los aviones

vuelan, como resultado del principio de Bernoulli, que dice que si la velocidad

del aire hasta la presin es baja. As, un ala genera la elevacin debido a que el

aire pasa ms rpido en la parte superior para crear una regin de baja presin,

y levantar as. Esta explicacin por lo general cumple con el reto de curiosos y

algunos de las conclusiones. Algunos se preguntarn por qu el aire pasa ms

rpido sobre la parte superior del ala y es aqu donde la explicacin popular de

la elevacin se cae a pedazos.

Con el fin de explicar por qu el aire pasa ms rpido sobre la parte superior del

ala, muchos han recurrido al argumento geomtrico que la distancia que el aire


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debe viajar est directamente relacionada con su velocidad. El reclamo comn

es que cuando el aire se separa a la vanguardia, la parte que va en la parte

superior deben converger en el borde de salida con la parte que va en la parte

inferior. Este es el llamado "principio de igualdad de los tiempos de trnsito".

Como se discuti por Gale Craig (dejar de abusar de Bernoulli! Cmo los

aviones realmente vuelan., Regenerativa Press, Anderson, Indiana, 1997),

vamos a suponer que este argumento fuera cierto. La velocidad media del aire

sobre y bajo el ala se determina fcilmente, ya que podemos medir las

distancias y por lo tanto la velocidad se puede calcular. Desde el principio de

Bernoulli, podemos entonces determinar las fuerzas de presin y levantar as. Si

hacemos un clculo simple nos encontraramos con que el fin de generar la

sustentacin necesaria para un pequeo avin normal, la distancia a la parte

superior del ala debe ser aproximadamente un 50% ms que en el fondo. La

figura 1 muestra lo que tal una superficie de sustentacin se vera as. Ahora,

imagine lo que un ala de 747 Boeing tendra que parece!

Fig 1 Shape of wing predicted by principle of equal transit time

Forma del ala prevista por el principio de igualdad de tiempo de trnsito

Si nos fijamos en el ala de un avin de pequeas dimensiones, que tiene una

superficie superior que es de 1,5 - 2,5% ms que el fondo, descubrimos que un

Cessna 172 tendra que volar a ms de 400 millas por hora para generar


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suficiente sustentacin. Est claro que algo en esta descripcin de la elevacin

es errnea.

Pero, quin dice que el aire separado debe cumplir en el borde de salida, al

mismo tiempo? La figura 2 muestra el flujo de aire sobre un ala en un tnel de

viento simulado. En la simulacin, el humo de color se introduce de forma

peridica. Uno puede ver que el aire que pasa sobre la parte superior del ala

llega al borde de salida mucho antes de que el aire que pasa por debajo del ala.

De hecho, la inspeccin ms cuidadosa muestra que el aire que pasa bajo el ala

es ms lento de la "libre flujo" velocidad del aire. Tanto por el principio de

igualdad de los tiempos de trnsito.

del ingls al espaol

Fig. 2 Simulacin del flujo de aire sobre un ala en un tnel de viento, con el

color "humo" para mostrar la aceleracin y la desaceleracin del aire.

La explicacin popular implica tambin que el vuelo invertido es imposible. Sin

duda, no se ocupa de los aviones acrobticos, con alas simtricas (las

superficies superior e inferior tienen la misma forma), o como un ala se ajusta a

los grandes cambios en la carga como cuando se retiraba de una inmersin o

en un viraje pronunciado?

As que, por qu la explicacin popular prevalecido durante tanto tiempo? Una

respuesta es que el principio de Bernoulli es fcil de entender. No hay nada

malo con el principio de Bernoulli, o con la afirmacin de que el aire pasa ms

rpido en la parte superior del ala. Pero, como la discusin anterior sugiere,


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nuestro entendimiento no es completo con esta explicacin. El problema es que

nos falta una pieza vital cuando se aplica el principio de Bernoulli. Podemos

calcular las presiones alrededor del ala, si conocemos la velocidad del aire

sobre y bajo el ala, pero cmo podemos determinar la velocidad?

Otro defecto fundamental de la explicacin popular es que ignora el trabajo que

se realiza. Levante necesita energa (que es el trabajo por unidad de tiempo).

Como se ver ms adelante, una comprensin de la energa es clave para la

comprensin de muchos de los fenmenos interesantes de la elevacin.

fddc

Las leyes de Newton y de elevacin

Entonces, cmo generar un ala de levante? Para comenzar a entender

levantar debemos volver a la fsica de la escuela secundaria y las leyes primera

y la tercera revisin de Newton. (Vamos a introducir la segunda ley de Newton

es un poco ms adelante.) Primera ley de Newton establece un cuerpo en

reposo permanecer en reposo, o un cuerpo en movimiento continuar en

movimiento en lnea recta a menos sometido a una fuerza externa aplicada.

Esto significa que si uno ve una curva en el flujo de aire, o si el aire inicialmente

en reposo se acelera en el movimiento, hay una fuerza que acta sobre l.

Estados tercera ley de Newton que para cada accin hay una reaccin igual y

opuesta. A modo de ejemplo, un objeto sobre una mesa ejerce una fuerza sobre

la mesa (su peso) y la tabla pone una fuerza igual y opuesta sobre el objeto

para sostenerlo. Con el fin de generar la elevacin de un ala que hacer algo al

aire. Qu hace el ala en el aire es la accin, mientras que levantar es la


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reaccin.

Vamos a comparar dos cifras utilizadas para mostrar las corrientes de aire (ms

eficiente) a travs de un ala. En la figura 3, el aire entra directamente en el ala,

se inclina a su alrededor, y luego se va directamente detrs del ala. Todos

hemos visto imgenes similares, incluso en los manuales de vuelo. Sin

embargo, el aire sale del ala exactamente como aparece delante del ala. No hay

ninguna accin neta en el aire para que no se puede levantar! La Figura 4

muestra las lneas de corriente, ya que deben redactarse. El aire pasa sobre el

ala y se inclin. La flexin del aire es la accin. La reaccin es el ascensor en el

ala.

Fig. 3 descripcin comn de flujo de aire sobre un ala. Este ala no tiene

ascensor.

Fig. 4 verdadero flujo de aire sobre un ala, con ascensor, mostrando upwash y

descendente.

El ala como una bomba

Como las leyes de Newton indica, el ala tiene que cambiar algo en el aire para

conseguir levantar. Los cambios en el impulso del aire se traducir en fuerzas

en el ala. Para generar la elevacin de un ala debe desviar el aire hacia abajo,

un montn de aire.


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La sustentacin de un ala es igual al cambio en el momento en el aire se est

desviando hacia abajo. Momentum es el producto de la masa y la velocidad. La

sustentacin de un ala es proporcional a la cantidad de aire desviado hacia

abajo veces la velocidad de descenso de la que el aire. Es as de simple. (Aqu

hemos utilizado una forma alternativa de la segunda ley de Newton, que

relaciona la aceleracin de un objeto a su masa y la fuerza en l, F = ma) Para

ms levantar el ala puede desviar ms de aire (masa) o aumentar su baja

velocidad. Esta velocidad de descenso detrs del ala que se llama

"descendente". Figura 5 muestra cmo la corriente descendente que parece

que el piloto (o en un tnel de viento). La figura muestra tambin cmo la

corriente descendente aparece a un observador en el suelo mirando el ala

pasar. Para el piloto del aire que viene del ala ms o menos al ngulo de

ataque. Para el observador en el suelo, si l o ella pudo ver el aire, se sale de

las alas casi verticalmente. Cuanto mayor sea el ngulo de ataque, mayor es la

velocidad vertical. Del mismo modo, para el mismo ngulo de ataque, mayor

ser la velocidad del ala mayor es la velocidad vertical. Tanto el incremento en

la velocidad y el aumento del ngulo de ataque aumenta la longitud de la flecha

vertical. Esta es la velocidad vertical que da la elevacin de las alas.

Fig. 5 Cmo descendente parece un piloto y un observador en el suelo.

Como se ha dicho, un observador en el suelo se ve el aire que va casi en lnea

recta hacia abajo por detrs del plano. Esto se puede demostrar mediante la


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observacin de la columna de aire apretado detrs de una hlice, un ventilador

de casa, o en virtud de los rotores de un helicptero, todos los cuales estn

rotando las alas. Si el aire se sale de las hojas en un ngulo del aire se produce

un cono en lugar de una columna apretada. Si un avin iban a volar sobre una

escala muy grande, la escala se registra el peso del avin.

Si estimamos que el componente vertical media de la corriente descendente de

un Cessna 172 que viaja a 110 nudos a unos 9 nudos, para generar la

necesaria 2.300 libras de bombas de elevacin de la ala de una friolera de 2,5

ton / seg de aire! De hecho, como se ver ms adelante, esta estimacin puede

ser tanto como un factor de muy baja dos. La cantidad de aire bombea a travs

de un Boeing 747 para crear la elevacin de sus cerca de 800.000 libras de

peso de despegue es increble realmente.

Bombeo, o desviar, tanto aire hacia abajo es un fuerte argumento en contra de

levantar ser slo un efecto de superficie como se deduce de la explicacin

popular. De hecho, con el fin de la bomba de 2,5 ton / seg el ala de la Cessna

172 que acelerar todo el aire dentro de los 9 metros por encima del ala. (Air

pesa alrededor de 2 libras por yarda cbica a nivel del mar.) Figura 6 muestra el

efecto del aire se desve hacia abajo de un ala. Un enorme agujero se perfora a

travs de la niebla por la corriente descendente del avin que ha volado sobre

l.

Fig. 6 descendente del ala y vrtices en la niebla.


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(El fotgrafo Paul Bowen, cortesa de Cessna Aircraft, Co.)

Entonces, cmo un ala delgada desviar tanto aire? Cuando el aire se dobla

alrededor de la parte superior del ala, se tira en el aire por encima de lo que

acelera el aire hacia abajo, de lo contrario no habra huecos en el aire sobre el

ala izquierda. Aire es forzado desde arriba para evitar vacos. Esta tira hace que

la presin se baja sobre el ala. Es la aceleracin del aire sobre el ala en la

direccin descendente que da ascensor. (Por qu se dobla el ala del aire con

la fuerza suficiente para generar la elevacin ser discutido en la prxima

seccin.)

Como se ve en la figura 4, una complicacin en la imagen de un ala es el efecto

de "upwash" en el borde de ataque del ala. A medida que el ala se mueve a lo

largo, el aire no slo se desvan hacia abajo en la parte trasera del ala, pero el

aire se detuvo en el borde de ataque. Esta realidad contribuye a upwash

sustentacin negativa y ms aire se debe desviar hacia abajo para compensar.

Esto se discutir ms adelante si tenemos en cuenta el efecto suelo.

Normalmente, se considera el flujo de aire sobre el ala en el marco de

referencia de la vela. En otras palabras, para el piloto el aire se mueve y el ala

est parado. Ya hemos dicho que un observador en el suelo se ve el aire que

sale del ala en forma casi vertical. Pero, qu es el aire hacen por encima y por

debajo del ala? La figura 7 muestra una instantnea de cmo las molculas de

aire se mueven como un ala pasa. Recuerde que en esta cifra el aire est

inicialmente en reposo y es el movimiento de las alas. Por delante del borde de


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ataque, el aire se mueve hacia arriba (upwash). En el borde de salida, el aire se

desva hacia abajo (descendente). En la parte superior el aire se acelera hacia

el borde de salida. Por debajo, el aire se acelera un poco hacia adelante, en

todo caso.

Fig. 7 Direccin del movimiento del aire alrededor de un ala vista por un

observador en el suelo.

En la descripcin matemtica de la aerodinmica levantar la rotacin del aire

alrededor del ala da lugar a la "vorgine bound" o modelo de "circulacin". La

llegada de este modelo, y las manipulaciones complicadas matemticos

asociados con ella, lleva a la comprensin directa de las fuerzas en un ala. Sin

embargo, las matemticas requieren normalmente lleva a los estudiantes en la

aerodinmica cierto tiempo para dominar.

Una observacin que se puede hacer de la figura 7 es que la superficie superior

del ala hace mucho ms para mover el aire de la parte inferior. As que la parte

superior es la superficie ms crtica. Por lo tanto, los aviones pueden llevar a

almacenes externos, tales como tanques de combustible, bajo las alas, pero no

en la parte superior donde se pueda interferir con ascensor. Por eso tambin los

puntales del ala bajo el ala son frecuentes, pero los puntales en la parte

superior de las alas han sido histricamente poco frecuente. Un puntal, o

cualquier obstruccin, en la parte superior del ala podra interferir con el

ascensor.


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El aire tiene una viscosidad

La pregunta natural es "cmo el ala desviar el aire hacia abajo?" Cuando un

fluido en movimiento, como el aire o el agua, entra en contacto con una

superficie curva que se trata de seguir esa superficie. Para demostrar este

efecto, sostener un vaso de agua horizontal debajo de un grifo de modo que

una pequea corriente de agua que toque el lado del cristal. En lugar de fluir

hacia abajo, la presencia de la copa hace que el agua para envolver el cristal

como se muestra en la figura 8. Esta tendencia de los fluidos a seguir una

superficie curva que se conoce como el efecto Coanda. Desde la primera ley de

Newton sabemos que para que el fluido curva debe haber una fuerza que acta

sobre l. A partir de la tercera ley de Newton sabemos que el lquido debe poner

una fuerza igual y opuesta sobre el objeto que caus el lquido para doblar.

Fig. 8 efecto Coanda.

Por qu un lquido siga una superficie curva? La respuesta es la viscosidad, la

resistencia al flujo que tambin da el aire una especie de "pegamento".

Viscosidad en el aire es muy pequea, pero es suficiente para que las

molculas de aire que desee adherirse a la superficie. En la superficie la

velocidad relativa entre la superficie y las molculas de aire ms cercana es

exactamente cero. (Es por eso que uno no puede el polvo de la manguera de un

coche y por qu hay polvo en la parte posterior de los aficionados en un tnel

de viento.) Justo encima de la superficie del lquido tiene una cierta velocidad


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pequea. Cuanto ms se pasa de la superficie ms rpido que el fluido se

mueve hasta que la velocidad externa se alcanza (ntese que esto ocurre en

menos de una pulgada). Debido a que el lquido cerca de la superficie tiene un

cambio en la velocidad, el flujo de fluido se dobla hacia la superficie. A menos

que la curva est muy apretado, el lquido se siga la superficie. Este volumen de

aire alrededor del ala que parece estar parcialmente pegado a la banda que se

llama la "capa lmite".

Ascensor, en funcin del ngulo de ataque

Hay muchos tipos de ala: convencional, simtrica, convencional en vuelo

invertido, las alas del biplano principios que parecan tableros deformada, e

incluso la famosa "puerta de granero". En todos los casos, el ala est forzando

el aire hacia abajo, o ms exactamente, tirando aire hacia abajo desde arriba.

Lo que cada una de estas alas tienen en comn es un ngulo de ataque con

respecto al aire que se acerca. Este es el ngulo de ataque que es el parmetro

principal en la determinacin de levantar. El ala invertida puede ser explicado

por su ngulo de ataque, a pesar de la aparente contradiccin con la explicacin

popular que involucra el principio de Bernoulli. Un piloto ajusta el ngulo de

ataque para ajustar la elevacin de la velocidad y la carga. La explicacin

popular de la elevacin que se centra en la forma del ala da el nico piloto de la

velocidad de ajuste.

Para comprender mejor la funcin del ngulo de ataque es til para introducir un

sistema "eficaz" ngulo de ataque, que se define de tal manera que el ngulo de


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las alas en el aire que le da sentido contrario elevacin cero se define como

cero grados. Si uno se cambia el ngulo de ataque hacia arriba y hacia abajo ,

mse encuentra el ascensor que es proporcional al ngulo. La figura 9 muestra el

coeficiente de elevacin (elevacin normalizada para el tamao de las alas)

para un ala tpica como una funcin del ngulo efectivo de ataque. Un ascensor

similares en funcin del ngulo de ataque se encuentra la relacin de todas las

alas, con independencia de su diseo. Esto es cierto para el ala de un 747 o

una puerta de granero. El papel del ngulo de ataque es ms importante que los

detalles de la superficie de sustentacin de la forma en la comprensin de

ascensor.

Fig. 9 Coeficiente de elevacin en funcin del ngulo de ataque efectivo.

Por lo general, el ascensor comienza a disminuir en un ngulo de ataque de

unos 15 grados. Las fuerzas necesarias para doblar el aire a un ngulo agudo

es mayor que la viscosidad del aire apoyo, y el aire comienza a separarse del

ala. Esta separacin del flujo de aire desde la parte superior del ala es una

prdida de sustentacin.

El ala como el aire "scoop"

Ahora nos gustara introducir una nueva imagen mental de un ala. Uno est

acostumbrado a pensar de un ala como una hoja delgada que divide por el aire

y se desarrolla levantar algo por arte de magia. La nueva imagen que nos

gustara que la adopcin es el del ala como una primicia para desviar una cierta


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cantidad de aire desde la horizontal a aproximadamente el ngulo de ataque,

como se muestra en la figura 10. La pala se puede representar como una

estructura invisible puesto en el ala en la fbrica. La longitud de la pala es igual

a la longitud del ala y la altura es algo relacionado con la longitud de la cuerda

(distancia desde el borde de ataque del ala al borde de salida). La cantidad de

aire interceptado por esta primicia es proporcional a la velocidad del avin y la

densidad del aire, y nada ms.

Fig. 10 El ala como una primicia.

Como se dijo antes, la sustentacin de un ala es proporcional a la cantidad de

aire desviado hacia abajo veces la velocidad vertical del aire que. Como un

plano que aumenta la velocidad, la bola desviada ms aire. Dado que la carga

en el ala, que es el peso del avin, no aumenta la velocidad vertical del aire

desviado debe reducirse proporcionalmente. Por lo tanto, el ngulo de ataque

se reduce a mantener una elevacin constante. Cuando el avin sube, el aire se

vuelve menos denso por lo que la bola desva menos aire para la misma

velocidad. Por lo tanto, para compensar el ngulo de ataque debe ser

aumentada. Los conceptos de esta seccin se utilizar para levantar entender

de una manera no es posible con la explicacin popular.

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Diapo 3

parte superior de sustentacin tiene la forma de proporcionar ms camino que

el fondo

las molculas de aire tienen ms que ir en la parte superior

las molculas de aire que se mueven ms rpido en la parte superior para

satisfacer las molculas en el borde de fuga, que han pasado por debajo de

la velocidad de Bernoulli es la ecuacin ms alta produce a reducir la presin en

la parte superior

diferencia de presin produce elevacin

newton saltarse la teora de la piedra

levante es el resultado de una reaccin simple accin como las molculas de

aire inferior carambola de impartir el impulso aerodinmico a la lmina

venturi

superficie superior de la superficie de sustentacin se comporta como las

toberas venturi constriendo el flujo

a travs de la constriccin, las velocidades de flujo de la misma (zona de

velocidad tiempo es igual a una constante)

de Bernoulli es una acuacin, dar de alta velocidad a baja presin

drecreased presin en la superficie superior produce elevacin

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