Sustentación en las alas.
Antes de tratar este tema es bueno hacer la siguiente aclaración. Comúnmente se explica la sustentación por la ley de Bernoulli, hoy discutida, muchos sostienen que ocurren otros efectos mucho mas complejos, siendo estos de consideración para la ingeniería en lo que respecta al calculo y diseño; superan el nivel de este curso. No obstante la Ley de Bernoulli sigue considerándose como fundamental en la explicación del funcionamiento de las alas.
Podemos decir a grandes rasgos que las alas poseen las siguientes partes:
1 Borde de ataque: Borde redondeado delantero del ala 2 Borde de fuga: Borde delgado posterior del ala 3 Extradós alar: Superficie convexa superior del ala 4 Intradós alar: Superficie cóncava inferior del ala 5 Cuerda alar: Linea que une el centro del borde de ataque con el borde de fuga
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La ley de Bernoulli sostiene que la energía total de un fluido en movimiento se mantiene constante; dicho de otra manera, la relación entre la presión y la velocidad del fluido es constante, entonces al aumentar una deberá disminuir la otra.
El ala o aspa de rotor en caso de los helicópteros comienza a sustentarse cuando circula viento de frente a ella en dirección paralela y opuesta, a este viento se lo denomina viento relativo. Al chocar con el borde de ataque se dividirá en dos flujos, uno circulara por el intradós que reducirá su velocidad con el consiguiente aumento de presión, y el otro fluirá por el extradós que aumentara su velocidad para alcanzar al flujo inferior en el borde de fuga disminuyendo su presión.
Cuando decimos que; los flujos se aceleran o deceleran, da la impresión que esto ocurre por arte de magia, en realidad esto se consigue por la forma del ala, pensada para provocar diha diferencia de velocidad.
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| Figura A: Presiones en las superficies de las alas |
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Las diferencias de presiones (que actúan como fuerzas) mas alta en el intradós y menor en el extradós da como resultante una fuerza de abajo hacia arriba, esta es la fuerza de sustentación (figura A).
La deflexión hacia abajo en la parte posterior del ala incrementa la fuerza de sustentación y esta pude variarse al cambiar la inclinación del ala respecto del viento relativo.
Al ángulo que se forma entre el ala o rotor y el viento relativo se lo denomina ángulo de ataque, si este se incrementa (elevando el morro) se lograra aumentar la sustentación (Figura B).
| Figura B: Incremento de la sustentación. |
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El aire al pasar por el ala también genera una resistencia, la que se incrementara al aumentar el ángulo de ataque; a esta se la denomina resistencia inducida.
Todo tiene un limite y el angulo de ataque puede incrementarse mientras no se alcance el ángulo critico de ataque. Una vez alcanzado, el flujo laminar sobre el ala no podrá seguir el contorno de la misma, despegándose de la superficie para generar turbulencias; reduciéndose rápidamente la sustentación (Figura C), a este fenómeno se lo conoce como "entrada en pérdida".
Para corregir esta situación basta con reducir el ángulo de ataque por debajo del critico, generalmente bajando el morro del avión.
| Figura C: Entrada en pérdida. |
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El ángulo critico de ataque es propio de cada ala y nada tienen que ver factores de carga, motores, condiciones climáticas, etc, la entrada en perdida por alcanzar dicho ángulo es netamente un fenómeno aerodinámico y siempre será el mismo independientemente de la velocidad u otros fenómenos típicos del vuelo.
Cuando hablamos de ángulo de ataque dijimos que es el que se forma entre el ala o rotor y el viento relativo. En este punto debemos diferenciar bien entre trayectoria de vuelo y la actitud del avión (posición de cabeceo) puesto que el viento relativo no proviene siempre desde donde apunta el morro de la nave.
Por ejemplo en una aproximación a baja velocidad con un ángulo cerrado el morro apuntara sobre el horizonte (actitud) aunque el avión en realidad esta descendiendo con un ángulo determinado (trayectoria de vuelo), desde allí provendrá el viento relativo (Figura D). En otras palabras el ángulo de ataque es el que esta formado por el ala y la trayectoria de vuelo.
| Figura D: Dirección del viento. |
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Con el fin de mejorar el control de vuelo en todas las condiciones a las alas se le agregaron aditamentos como ser, flaps, alerones, spoilers.