El Ala y
el Perfil, definiciones previas
Por
Gizmo
El Perfil aerodinámico
Imagen del Naca Report Summary
of airfoil data de I.H. Abott y A.E. von Doenhoff (NACA
Report 824 NACA-ACR-L5C05 NACA-WR-L-560, 270 pp. , 1945 )
- Definiciones
- Extradós: parte superior del
perfil
- Intradós: parte inferior del
perfil
- Borde de ataque del ala (Trailing
Edge): Borde delantero del perfil
- Borde de salida: Borde trasero
del perfil.
- Cuerda Geométrica o Cuerda (Chord):
línea recta que une el borde de ataque con el borde de salida.
- Línea de Curvatura Media o cuerda
Media (Curvature): Lugar geométrico de los puntos que equidistan
de la curva que define el extradós y el intradós. Si la línea de
curvatura media queda sobre la cuerda geométrica se dice que la curvatura
es positiva, si es por debajo, negativa, y de doble curvatura si un tramo
va por encima y otro por debajo.
- Ordenada máxima de la línea de
curvatura media: es la distancia máxima entre la línea de curvatura media
y la cuerda; Es decir, si tenemos la función matemática que define la
línea media, será un punto de derivada cero...; El valor de la ordenada
máxima y su posición (medida desde el borde de ataque y sobre la cuerda
geométrica, en % de esta misma) ayudan a definir la forma de la
curvatura.
- Radio de curvatura del B.A.:
Radio del círculo tangente a las curvas de intradós y extradós y con su
centro situado en la cuerda media.
- Ángulo de ataque: ángulo que
forma la velocidad de la corriente incidente con la cuerda geométrica.
- Algunas familias de perfiles
(perfiles NACA)
- La NACA (National Advisory
Comimitee for Aeronautics), ahora NASA, llevó a cabo investigaciones
sistemáticas de diferentes perfiles, y los clasificó en familias. Son los
conocidos perfiles NACA. Otros países y otras instituciones similares
hicieron estudios que dieron tipo a otros perfiles, como los Clark Y,
Götingen o R.A.F. Sobre los perfiles NACA podéis descargar de su servidor
un informe del año 1945 (link)
- NACA cuatro cifras:
- 1ª cifra: expresa la ordenada
máxima (Y) de la línea de curvatura, expresada en % de la cuerda, y
medida a partir del borde de ataque.
- 2ª cifra: multiplicada por 10
expresa la posición (X) de dicha ordenada máxima en % de la cuerda
- 3ª y 4ª cifras: espesor máximo
del perfil en % de la cuerda.
NACA4412; (4) la ordenada
máxima es del 4% de la cuerda; (4) posición de dicha ordenada: 4x10=40%
de la cuerda; (12) 12% de la cuerda de espesor máximo
Los perfiles simétricos son
00XY,y aún son bastante usados en las superficies de control de algunos
aparatos
- NACA cinco cifras:
- 1ª cifra: 20/3 del coeficiente
de sustentación ideal (cli)
- 2ª y 3ª: designan el doble de la
posición de la ordenada máxima de la línea de curvatura, en % de la
cuerda).
- 4ª y 5ª: espesor máximo en % de
la cuerda.
NACA 23012: (2) cli=
2·3/20=0.3; (30) posición de la ordenada máxima de la línea de
curvatura en 30/2=15% de la cuerda; (12) 12% de la cuerda espesor máximo
- Existen perfiles de 4 y 5 cifras
modificados, para obtener mejores características en él. Además,
perfiles más modernos, los laminares, que buscan obtener coeficientes de
resistencia muy bajos y Mach críticos muy altos. Reciben este nombre por
ser en ellos la capa límite laminar en la mayor parte del perfil. Tratan de conseguir perfiles para
vuelo a altas velocidades, subsónicas, pero próximas a Mach=1, sin
sobrepasar las condiciones críticas. Este tipo de perfil es también
conocido como supercrítico, y las compañías han desarrollado sus propios
perfiles (por ejemplo el que usa Cesna en su 750 Citation X).
Naca desarrolló 3 series fundamentales, la 1, la 6 y la 7.
- Serie 1: La línea media se
calcula para conseguir una distribución de presiones uniforme sobre la
cuerda.
- Serie 6: La línea media se
calcula para conseguir que la distribución de presiones sea uniforme
hasta un punto de la cuerda, y a partir de ese punto varíe linealmente
hasta cero.
- Serie 7: La línea media tiene
las mismas características que las de la serie 6, pero el mínimo de
presión tiene distintas posiciones en intradós y extradós.
Distribución
de presiones de varios perfiles laminares NACA de la serie 6, y curvas de la
polar y el coeficiente de momentos de uno de ellos.
El Ala
Una vez
descrito el perfil alar, cuya forma aerodinámica permite que los pájaros (¡bien
sean reales o metálicos!) vuelen, vamos a ver la terminología que se usa para
describir un ala, aerodinámicamente hablando, pues la terminología para
describir la estructura puede verse en Conceptos básicos (largueros, costillas,
recubrimiento, alerones, flaps...).
Así como
las propiedades aerodinámicas de un perfil se basan en la geometría que tiene
el mismo, las del ala se basa en el perfil (o perfiles, pues éste puede variar
a lo largo del ala entero, tanto en espesor, como en cuerda o en curvatura), la
longitud, la forma en planta, su área.... Términos que acaban apareciendo a la
hora de describir el comportamiento del ala. Veamos cuáles son:
- Envergadura (Span). Se
representa con la letra b, es la distancia existente entre punta y
punta de ala.
- Superficie alar (wing surface). Se
representa como S. Cuando se habla de superficie alar se hace
referencia a la superficie en planta del ala, incluyendo la ocupada por el
fuselaje o por los motores. También se puede hacer referencia a la
“superficie mojada”, entonces es el área de las superficies del extradós
más la del intradós.
- Cuerda media (mean chord):
es la cuerda que tendría un ala rectangular de igual envergadura que la
que estemos estudiando. (es decir, Salar=cmedia·b)
- Cuerda media aerodinámica (Mean
Aerodinamic Chord – MAC): es la cuerda que tendría un ala
rectangular y sin flecha de la misma envergadura, que produjera la misma
sustentación y el mismo momento.
- Estrechamiento (taper radio):
Se representa con la letra griega lambda. Es el cociente entre la
cuerda en la punta de ala (tip) y en el encastre (root).
- Alargamiento (Aspect Ratio):
se representa con la letra A o bien como AR. La resistencia
conocida como inducida tiene que ver mucho con este parámetro. Así
pues, cuanto mayor es el AR, menos es la resistencia inducida, que
llegaría a ser cero con un ala de envergadura (y alargamiento) infinito.
El alargamiento puede ser de 3 ó 4 para aviones muy rápidos a 20 ó 30 en
algunos planedores. Viene a representar cómo es de larga la envergadura
frente a la cuerda. Así en un avión de ala rectangular el alargamiento es AR=b/c.
Esto no es aplicable a un ala elíptica o con estrechamiento. La definición
general es AR=b2/S.
- Línea del 25% de la cuerda: Es
aquella que se obtiene de unir los puntos situados al 25% de la cuerda de
todos los perfiles que forman el ala. Es importante, pues el centro
aerodinámico de cada perfil se encuentra aproximadamente en ese 25% de la
cuerda.
- Flecha (sweep): Se puede
medir respecto a varias líneas, ser constante o no... Por ejemplo puede
medirse desde el borde de ataque, aunque lo más habitual si solo se habla
de “flecha” es la medida del ángulo que forman la línea de puntos del 25%
de la cuerda y una línea perpendicular al eje longitudinal del avión. Esta
flecha puede ser negativa o positiva. El ala en flecha permite mayores
velocidades de vuelo.
- Diedro (se representa con la letra
delta): ángulo que forman el ala con la horizontal. Es positiva si el ala
está hacia arriba, negativa hacia abajo.
- Torsión: ángulo formado por la
cuerda y la horizontal.
Figura extraída del Naca
Report 572 (método de Anderson). En él podemos observar muchos de los conceptos
definidos anteriormente.
Bibliografía:
Aerodinámica
y actuaciones del avión, A. Isidoro Carmona
http://www.kitebuggy.com.ar/perfil%20alar.jpg
Aerodinámica
y mecánica de vuelo, A. Barcala Herreros y F.
Gandía Agüera