Así vuela un avión

…y un helicóptero, y un velero (“planeador”), y los pájaros también.
En general, cualquier cosa más pesada que el aire, excepto los cohetes y proyectiles.


El avión más grande del mundo, un Antonov-225 de 640.000 kg MTOW con matrícula UR-82060,
despega del aeropuerto de East Midlands en un día frío y
ventoso de diciembre de 2005.
¿Qué clase de fuerza hace que una maldita cosa de 640 toneladas vuele?
;-D

Circulan por ahí muchas explicaciones de los motivos por los que vuela un avión. Sin embargo, una buena parte son erróneas y otras, incompletas. Las razones por las que un ala (fija o rotativa) genera sustentación parecen bastante oscuras, empezando por el hecho asombroso de que un maquinón de cientos de toneladas vuele como un pájaro… o incluso mejor. Como siempre, trataremos de aportar un poquito de luz al respecto. ;-)

Las fuerzas básicas del vuelo: peso, sustentación, empuje y arrastre.

Las fuerzas básicas del vuelo: peso, sustentación, empuje y arrastre.

De la necesidad de las alas.

Vimos ya en el post sobre los aviones supersónicos que hay cuatro fuerzas básicas del vuelo: peso, empuje, resistencia al avance y sustentación.  El peso está bastante claro y se deriva de la fuerza de la gravedad, que es la atracción natural entre los objetos con masa; la aeronave y la Tierra se atraen entre sí, con una enorme desproporción a favor de la Tierra. Fue Newton quien describió por primera vez esta ley de la gravitación universal, y a Newton le debemos también la segunda y tercera leyes del movimiento que explican el empuje: el empuje es una fuerza reactiva producida cuando un objeto acelera o expulsa masa en una dirección, lo que ocasiona una fuerza proporcional en sentido contrario. La resistencia al avance o arrastre obedece a varios fenómenos a la vez, entre los que se encuentra el rozamiento, y que podríamos resumir como la suma de las fuerzas que actúan en sentido opuesto al empuje.

Nosotros vamos a concentrarnos hoy en la sustentación. La sustentación es una fuerza aerodinámica perpendicular al flujo del aire, que se produce cuando un objeto avanza a través del mismo. Cualquier objeto puede producir sustentación, pero sólo los objetos con un determinado perfil producen más sustentación que arrastre para vencer al peso eficientemente. Este perfil es el denominado perfil alar (airfoil). La eficiencia de un ala se mide mediante la relación sustentación-arrastre (lift-to-drag ratio).

El ala, pues, resulta de gran utilidad para el vuelo porque es capaz de producir mucha sustentación con muy poco arrastre, en un gorrioncillo o en un Airbus A380. Los cohetes no tienen alas porque toda su fuerza ascensional procede del empuje, lo que resulta muy costoso energéticamente (pero muy útil cuando vas a mandar algo a un lugar donde no hay aire, y por tanto no se pueden producir fuerzas aerodinámicas). Para que algo más pesado que el aire vuele con un consumo razonable de energía, necesita un ala o algo que desempeñe la función del ala para generar sustentación. Y ahora, al grano: ¿cómo se produce esta sustentación? ¿Por qué las alas quieren volar?

Partes del ala.

Partes del perfil alar (sección del ala). Utilizaremos los siguientes términos en el texto a continuación: extradós, intradós, cuerda, borde de ataque y borde de salida; si no los conoces, sería conveniente que los localizaras en el gráfico para tener claro de qué hablamos. ;-)

Explicación (incorrecta) de la sustentación por efecto Venturi.

Explicación (incorrecta) de la sustentación por efecto Venturi. El aire acelerara al tener que realizar un recorrido mayor por el extradós que por el intradós; supuestamente, eso actuaría como una “boquilla de Venturi”, reduciendo la presión del aire encima del ala. Sin embargo, no hay nada encima del ala que permita contener el aire para que esta “boquilla de Venturi virtual” pueda llegar a producirse: la superficie está “al aire”. Si este fuera el principio de funcionamiento de la sustentación, el vuelo invertido no sería posible con un ala simple y los aviones de papel caerían al suelo sin más.

Las explicaciones incorrectas (o incompletas).

Como apunté al principio, hay varias explicaciones muy populares para la sustentación que o son incorrectas, o son incompletas. Una de las más comunes es la que podríamos denominar la “explicación Venturi“, no porque la propusiera Venturi (que obviamente no lo hizo), sino porque se atribuye la sustentación al efecto Venturi. Según esta explicación (recordemos: incorrecta) la parte superior del ala o extradós estaría construida con una curvatura mayor y por tanto mayor longitud que la parte inferior o intradós. Cuando la aeronave pasa a través del aire, cortándolo, eso aceleraría el aire que pasa por la parte superior, reduciendo así su presión como en una boquilla de Venturi. Esta zona de baja presión generada encima del ala actuaría como una “ventosa”, produciendo la sustentación.

Esta explicación presenta varios problemas insuperables. El más fundamental, obviamente, es que el extradós de un ala no es una boquilla de Venturi: se trata de una superficie plana, no de ninguna clase de cilindro. Tendríamos sólo una pared de la boquilla y faltaría el resto; por tanto, no puede actuar de ese modo.

Como consecuencia de este error, se derivarían efectos curiosos que no se dan en la realidad. Uno de ellos es que un avión no podría volar boca abajo, puesto que en ese caso el extradós apuntaría hacia el suelo y la sustentación generada apuntaría hacia el suelo también, con lo que esta fuerza se sumaría al peso y el aparato se desplomaría más que como una piedra. Sin embargo, esto evidentemente no es así: los aviones pueden realizar vuelo invertido. Otro efecto curioso sería que la forma del intradós (la parte inferior) sería irrelevante, puesto que toda la sustentación se generaría en el extradós. Esto tampoco es así: la forma del intradós es tan importante como la del extradós y un perfil alar con un intradós de cualquier manera no funciona si intentamos construirlo en la práctica.


Un Sukhoi Su-31 acrobático, pilotado por Jurgis Kairys, pasa por debajo de un
puente en vuelo invertido. Esta maniobra no sería posible si la sustentación del
ala se generase únicamente en el extradós (por efecto Venturi o de cualquier otro modo),
puesto que al invertir el vuelo lanzaría a la aeronave hacia abajo junto con el peso.

Otra explicación parecida, que también supone que la sustentación se genera en el extradós (y por tanto haría igualmente imposible el vuelo invertido) podría denominarse como la conjetura del tiempo de tránsito igual. Esta conjetura se sustenta en la misma idea que la anterior y de hecho constituye una variante de la misma: la parte superior del perfil alar estaría diseñada para ser más larga que la inferior y cuando el ala corta el aire, éste tendría que viajar más deprisa por el extradós que por el intradós para encontrarse de nuevo en el borde de salida. Debido a esta velocidad mayor se produciría una zona de baja presión sobre el extradós, en este caso debida al principio de Bernoulli, lo que originaría la sustentación. Podemos ver que se parece mucho a la anterior, sustituyendo a Venturi por Bernoulli.

Conjetura (débil) de sustentación por efecto Bernoulli.

En la “variante Bernoulli”, la zona de baja presión se produciría laminarmente en la superficie del extradós debido a la mayor velocidad del aire que circula por él. Este efecto provoca algo de sustentación, pero mucho menos que la medida en la realidad, y tampoco explicaría ni el vuelo invertido ni el del avioncito de papel.

Tampoco funciona. ;-) Para ser más exactos, no funciona lo suficiente. En realidad, una vez las dos láminas de aire se han separado en el borde de ataque, no hay ningún motivo por el que tengan que encontrarse al mismo tiempo en el de salida y de hecho no lo hacen. En la práctica, ocurre algo curioso: las moléculas de aire que circulan sobre el extradós se aceleran muchísimo más de lo esperado en esta conjetura del tiempo de tránsito igual y escapan por el borde de salida mucho antes de que lo hagan las que circulan bajo el intradós. Se podría pensar: “bueno, pues estupendo, ¿no? ¡Así se magnifica el efecto Bernoulli y aumentará aún más la presión diferencial!”.

Lamentablemente, no. :-P De hecho, si se aplica la ecuación de Bernoulli para calcular las presiones así generadas, resulta que la sustentación final sería muchas veces menor que la observada en la realidad a pesar de la diferencia de velocidades. Y si esta fuera la causa fundamental de la sustentación, nos volveríamos a encontrar con que no puede explicar el vuelo invertido (cuando la aeronave se pusiera boca abajo, la fuerza “saliendo del extradós” la empujaría hacia abajo y se desplomaría a gran velocidad).

Ambas suposiciones se basan en principios físicos reales y sobradamente comprobados, lo que contribuye a la confusión porque no están “evidentemente mal”, violando las leyes de la física.  Bernoulli y Venturi estaban en lo cierto. Lo que pasa es que estos no son los principios fundamentales que producen la sustentación (y de hecho ninguno de los dos científicos propuso jamás cosa semejante, entre otras cosas porque ambos son muy anteriores al vuelo de máquinas más pesadas que el aire). Por Venturi no se produce ninguna sustentación (no hay boquilla de Venturi) y por Bernoulli se produce muy poquita, prácticamente despreciable en el conjunto del fenómeno.

Las dos explicaciones presentan además el problema del avioncito de papel (o del ala delta, por ejemplo). En un avioncito de papiroflexia, el ala es prácticamente un plano sin diferencia significativa alguna entre su parte inferior y su parte superior (una hoja de papel, vaya…). Si las aeronaves funcionasen por algún mecanismo de acción diferencial entre el intradós y el extradós, un avioncito de papel no volaría porque no hay distinción práctica entre los dos lados del ala. Ni un ala delta, ni ninguna otra cosa por el estilo. No. Nasti. Necesitamos una hipótesis mejor.

Avión de papel

Sí, parece una coña, pero no lo es. Cualquier hipótesis de la sustentación aerodinámica que no explique algo tan aparentemente sencillo como el vuelo de un avioncito de papel es probablemente errónea y con toda seguridad incompleta. En un avión de papel, el perfil alar es plano a efectos prácticos y el intradós y extradós, idénticos; con lo que todas las conjeturas sustentadas estrictamente en mecanismos de presión diferencial entre ambas superficies lo tienen muy mal. Cosas de la ciencia. :-P Pero si no explica el vuelo de un avioncito de papel, ¿cómo pretenderemos que explique el vuelo de un Airbus A380 de 569.000 kilos MTOW? :-D

Modelo (débil) de sustentación por acción-reacción.

La conjetura de sustentación por acción-reacción, producida cuando las moléculas del aire impactan en el intradós, sólo funciona a velocidades y altitudes muy grandes. Para la mayor parte de casos, tampoco basta.

Una tercera conjetura, un poco más correcta pero aún insuficiente, se diferencia de las dos anteriores en que supone que la sustentación se genera en el intradós (la parte inferior) mediante un mecanismo newtoniano de acción-reacción (tercera ley del movimiento). Según esta idea, las moléculas del aire golpean la parte inferior del ala (que está algo angulada sobre su eje transversal) y rebotan como una piedra rebotando sobre el agua; al hacerlo, la “empujan” hacia arriba y con ella al resto del aparato. Parece una proposición maja, ¿eh?

Aquí el problema radica en que también hay aire en la parte superior. Y por tanto, sus moléculas rebotan igualmente sobre el extradós, anulando cualquier sustentación significativa producida por este mecanismo en el intradós (una empuja hacia arriba y la otra hacia abajo). Dar por buena esta explicación supondría también imaginar que dos alas con el mismo perfil inferior y distinto perfil superior generarían exactamente la misma sustentación; en el mundo real, se observa enseguida que esto no va así. Tampoco tendrían sentido dispositivos de conocida utilidad práctica como los spoilers, que actúan completamente sobre la sustentación generada en el extradós (si en la parte superior no se produjera sustentación, entonces, ¿por qué intentar intervenir sobre la misma?). Por otra parte, si sacamos los cálculos de la sustentación producida por este método, tampoco cuadran con los registrados en el mundo real.

Esto tiene una excepción. En vuelo de muy-muy gran altitud y muy-muy alta velocidad, algo así como más de 270.000 pies y más de diez mil kilómetros por hora –vamos, un transbordador espacial reentrando hipersónico en la atmósfera terrestre o cosa parecida–, este efecto parece predecir correctamente la sustentación observada en la realidad. Se debería a que, en condiciones de avance muy rápido y muy baja presión y densidad del aire, la cantidad de moléculas de aire que “aprietan y golpean” sobre el extradós sería significativamente inferior a las que “aprietan y golpean” sobre el intradós (particularmente durante un vuelo descendente, como suele ocurrir en las reentradas…).

Sin embargo, en los vuelos más corrientes –por ejemplo el de un jetliner, típicamente a 30 o 35.000 pies de altitud y 800 a 900 km/h– este efecto se cancela a sí mismo porque las moléculas de aire golpean por igual en el extradós y el intradós y como resultado no genera ninguna sustentación significativa.

Adicionalmente, los dos primeros modelos no explican y el tercero no describe correctamente otro efecto significativo observado en el vuelo real: cuanto más baja es la velocidad y mayor es la carga, más alto debe ser el ángulo de ataque (hasta un cierto límite). El ángulo de ataque es el ángulo entre la cuerda y la dirección del aire incidente. De la “explicación Venturi” y la “explicación Bernoulli”, que dependen únicamente de la diferencia de longitud entre extradós e intradós, no se deduce ningún motivo por el que el ángulo de ataque deba variar en el vuelo a baja velocidad y/o con más carga. En la “explicación reactiva” podría encontrarse alguna justificación, pero si sacamos los cálculos, de nuevo resulta que no. Vamos a tener que pensar en algo mejor aún.

La máquina ala.

El elemento esencial para entender la sustentación no es la forma del ala, sino el ángulo de ataque. Acabamos de decir que esto es el ángulo entre la cuerda alar y la dirección del aire. Para que nos quede claro por completo, veámoslo en un dibujín:

Ángulo de ataque

El ángulo de ataque es el formado entre la cuerda alar y la dirección del aire.

¿Y por qué el ángulo de ataque es la clave? Pues porque los tres gráficos de arriba (los de las caritas :-D ) están mal. La parte de la derecha (la correspondiente al flujo de aire detrás del ala) está dibujada incorrectamente. En la realidad, cualquier ala que presente un ángulo de ataque distinto de 0º produce un flujo de aire más parecido al siguiente:

Flujo real de aire en torno a un ala en avance

Flujo real de aire en torno a un ala en avance.

Avión pasando cerca de una capa de nubes, lo que evidencia el downwash y los vórtices.

En esta foto se aprecia muy bien el “downwash” generado por un avión. Al pasar cerca de la capa de nubes, este aire desviado hacia abajo abre una especie de canal tras la aeronave. También se distinguen los vórtices producidos en las puntas de las alas, lo que ocasiona esa especie de “rizos” en la nube.

Puede observarse que al paso del ala hay una gran cantidad de aire que resulta desviada hacia abajo (en adelante, downwash). Si el ala está invertida, siempre que se mantenga el ángulo de ataque, el flujo de aire sigue circulando hacia abajo. De hecho, esto es exactamente lo que hace un piloto para volar en invertido: ajustar el ángulo de ataque. Y, por supuesto, el fenómeno también se produce con un ala totalmente plana como la de un avioncito de papel.

De hecho, el perfil alar es esencialmente irrelevante para la sustentación. La importancia del perfil alar está relacionada con el arrastre, y por tanto con la relación sustentación-arrastre (lift-to-drag ratio) que definirá finalmente la eficiencia del ala. Pero la sustentación a secas tiene muy poco que ver con el perfil alar y mucho con este ángulo de ataque y la formación del downwash.

¿Cuánto aire desvía hacia abajo el ala en forma de downwash? ¡Bastante! Una avioneta Cessna 172 de 1.045 kg volando a 220 km/h con un ángulo de ataque alar de 5º desvía unas trescientas toneladas por minuto; un avión grande a velocidades próximas a Mach 1, miles de toneladas por segundo. La manera exacta como se produce semejante fenómeno está muy bien explicada de forma bastante sencilla en este escrito (en inglés, me temo) redactado por David F. Anderson (que, además de físico retirado en el Laboratorio Nacional Fermi y el CERN, es piloto y entusiasta de la aviación) y Scott Eberhard, doctor en tecnología aeroespacial y diseñador para Boeing.

Flujo de aire en torno a un ala Kármán-Trefftz a 8º de ángulo de ataque.

Flujo potencial de aire en torno a un ala con perfil Kármán-Trefftz a 8º de ángulo de ataque.

¿Y por qué la formación del downwash produce sustentación? Cosas de Newton, y específicamente de su tercera ley del movimiento. Recordémosla:

“Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.”

El ala provoca un cambio en el momento del aire que está desviando a razón de cientos o miles de toneladas por segundo (acción) y a cambio se produce en la misma una fuerza igual y opuesta (reacción). Si el aire está siendo desviado hacia el suelo, esta fuerza igual y opuesta empuja hacia el cielo. Eso es, exactamente, la sustentación. Así de simple.

La manera precisa como se desarrollan estos flujos de aire y la sustentación consiguiente es extremadamente compleja y se describe mediante las ecuaciones de Navier-Stokes. A pesar de esta complejidad en el detalle, algunos elementos principales de la sustentación se pueden describir de forma bastante sencilla, pues se derivan directamente de las leyes newtonianas que son centrales al fenómeno. Por ejemplo, los siguientes:

Alphajet y Mirage 2000.

Durante una exhibición en Cambrai, un caza Mirage 2000C acompaña a un avión táctico Alphajet, mucho más lento. Puede observarse cómo el piloto del Mirage ha tenido que aumentar notablemente el ángulo de ataque para mantener la sustentación a una velocidad tan baja (para su diseño). Este fenómeno no tendría sentido si la sustentación no fuera fundamentalmente dependiente del ángulo de ataque. Foto: Ian Older en airliners.net.

  • Hemos quedado en que la sustentación es una fuerza reactiva igual y opuesta a la transferencia de momento al aire ocasionada por el ala. Dado que el momento es igual a la masa por la velocidad, la sustentación es directamente proporcional a la cantidad de aire desviado y la velocidad vertical del mismo: cuanto más aire se desvíe a mayor velocidad vertical, más aumenta la sustentación, y viceversa. Por eso un ala de gran longitud a gran ángulo de ataque genera mucha más sustentación que un ala de poca superficie a poco ángulo de ataque: el ángulo de ataque determina cuál va a ser el componente vertical de la masa de aire desviada, mientras que la superficie alar define cuánto aire se desviará.
  • La masa de aire desviada es directamente proporcional a la velocidad del ala, a su longitud y la densidad del propio aire. Si la densidad del aire es baja (como sucede, por ejemplo, a gran altitud) hace falta un ala más grande o más veloz para desviar la misma masa de aire. Por este motivo, los aviones que deben volar a gran altitud tienen alas muy largas y/o motores muy potentes.
  • La velocidad vertical de la masa de aire desviada es directamente proporcional al ángulo de ataque (como ya hemos dicho) pero también a la velocidad del ala. A mayor velocidad de avance, se puede obtener la misma sustentación con un ángulo de ataque menor. Por eso, a poca velocidad (por ejemplo, durante un aterrizaje) el ángulo de ataque se incrementa mucho.
  • Conforme la carga de la aeronave aumenta, se requiere más sustentación. Eso significa que se requiere más velocidad del ala, más longitud del ala (en la práctica, más área, pues de lo contrario la carga alar será muy elevada y se romperá) y/o más ángulo de ataque.

En la sustentación aerodinámica actúa también otro efecto significativo: los vórtices. En la parte superior del ala la presión suele ser más baja que en la parte inferior. En la punta del ala, el aire tiene libertad para moverse de la zona de alta presión (debajo) a la zona de baja presión (arriba), lo que genera una fuerte turbulencia en espiral que son estos vórtices. Esto produce un componente de downwash adicional, muy intenso en el extremo del ala y más débil hacia el centro de la aeronave, que contribuye significativamente a la sustentación final (a favor o en contra dependiendo del tipo de vuelo; en los aviones, generalmente actúan en contra). Algunas aves ligeras como los colibrís y numerosos insectos son capaces de mantener vuelo estacionario exclusivamente mediante la generación de esta clase de turbulencias, batiendo sus alas (si bien a un coste energético elevado). El vuelo del frisbee es una combinación de efecto Bernoulli y sobre todo vórtices de borde de salida. Los vórtices de extremo alar son también el componente básico de la estela turbulenta que las aeronaves dejan detrás. Los winglets (esas aletitas en las puntas de las alas que llevan los aviones modernos) sirven para optimizar la generación de estos vórtices (minimizándolos, ya que en este caso actúan en contra).

Gráfica de ángulo de ataque frente a sustentación

La sustentación es una función directa del ángulo de ataque. El perfil alar, por su parte, es importante para determinar algunas de las características esenciales del vuelo, como la relación sustentación-arrastre o el ángulo crítico de entrada en pérdida.

Quisiera incidir en una cosa. Estoy diciendo todo el rato que la sustentación es fundamentalmente dependiente del ángulo de ataque, no del perfil alar, y así es. Pero eso no quiere decir que el perfil alar no tenga importancia en la fuerza ascensional final. Como ya apunté, el perfil alar es definitivo para el arrastre, que es la fuerza que se opone al empuje (recuerda el primer gráfico de este post). Si el arrastre aumenta mucho (si la relación sustentación-arrastre se reduce), el avión volará cada vez peor y finalmente no volará en absoluto. También es clave en la formación y desarrollo de la capa límite.

Vinculado con esto último, otro fenómeno de interés en este asunto es la entrada en pérdida (stall), relacionado al mismo tiempo con el ángulo de ataque y con el perfil alar. De lo dicho anteriormente podría pensarse que el ángulo de ataque se puede aumentar de manera ilimitada (hasta los 90º o cerca) para incrementar la sustentación. Sin embargo, esto no es así. La capacidad del ala para desviar el aire y producir el downwash depende de la incompresibilidad y de la viscosidad del aire; incomprensibilidad y viscosidad que tienen un límite. Dicho en términos sencillos, el ala sólo puede desviar el aire si éste se mantiene “adherido” a su superficie; a partir de cierto ángulo de ataque, el aire comienza a “desprenderse” del ala y la sustentación colapsa rápidamente. Este ángulo de ataque máximo a partir del cual el aire se separa significativamente de un determinado perfil alar se llama ángulo de ataque crítico.

La entrada en pérdida se produce habitualmente cuando una velocidad baja obliga a aumentar tanto el ángulo de ataque que éste supera al ángulo de ataque crítico (lo que a veces sucede porque las características de sustentación del ala han variado, por ejemplo mediante la acción –o inacción– de los flaps u otros dispositivos hipersustentadores). Esta velocidad mínima a la que un avión puede volar sin que el obligado ángulo de ataque supere al ángulo de ataque crítico es la velocidad de entrada en pérdida.

Una vez perdida, la única manera de recuperar la sustentación es que el ángulo de ataque caiga otra vez por debajo del ángulo de ataque crítico. Esto puede ser más complicado de hacer que de decir si a consecuencia de la pérdida el avión ha entrado también en barrena.

Un cohete Soyuz se aleja hacia el espacio por el interior de la atmósfera terrestre.

Un cohete Soyuz se aleja hacia el espacio, aún dentro de la atmósfera terrestre. La sustentación de un cohete es en su mayor parte no-aerodinámica, generada a pura fuerza de motores con un alto coste energético. Las naves espaciales sólo deben respetar las leyes de la aerodinámica mientras se encuentran en la atmósfera.

¿Y por qué vuela un helicóptero?

Se desprende de todo lo dicho que la sustentación aerodinámica depende de varias cosas. Una, de que haya un aire, esto es, un fluido gaseoso que desviar con un ala; por ejemplo, este que forma la atmósfera terrestre y que tenemos la costumbre de respirar. (Aún queda por ahí quien cree que el aire es “la nada” o “el vacío”, pero esto evidentemente no es así: aunque sea generalmente invisible al ojo, se trata de un gas compuesto por nitrógeno y oxígeno en su 99%) Aquellas naves cuyo propósito es viajar por lugares donde no hay aire, como las naves espaciales, sólo usan los principios aerodinámicos durante el lanzamiento o la reentrada en la atmósfera terrestre; durante el vuelo espacial propiamente dicho, se rigen por otra aplicación muy distinta de las leyes de Newton. Los proyectiles en general se rigen por las leyes de la balística.

Las aeronaves más ligeras que el aire, es decir los globos y dirigibles, no vuelan por sustentación aerodinámica sino por flotabilidad, siguiendo el principio de Arquímedes exactamente igual que un barco o un submarino hacen en el agua. De hecho, en inglés a los dirigibles se les llama airships: los barcos del aire. Del mismo modo, se podría decir que barcos y submarinos son los dirigibles del agua: generalmente flotan y no se van al fondo del mar matarilerilerile por flotabilidad, no por sustentación hidrodinámica. Algunos navíos en los que la sustentación hidrodinámica resulta importante para su funcionamiento son los hidroalas o, simplemente, una tabla de surf. Pero todos los buques, de superficie o submarinos, son esencialmente hidronaves más ligeras que el agua.

Entre unos y otros se encuentran los aerodeslizadores (hovercrafts) y los ekranoplanos. Ambos se comportan técnicamente como aeronaves, si bien su sustentación obedece a un efecto aerodinámico distinto: el efecto suelo. En el caso de los aerodeslizadores, se trata de un colchón de aire producido al disparar este gas directamente contra el suelo, en un efecto acción-reacción. Los ekranoplanos utilizan el efecto suelo de manera mucho más eficaz cuando se desplazan sobre el agua.

La sustentación aerodinámica (e hidrodinámica, que vienen a ser dos caras de la misma moneda) requiere además velocidad. Ya hemos visto por qué: la sustentación aerodinámica es dependiente de la velocidad del ala con respecto al aire. Si no hay velocidad, el aire no se puede desviar, no hay ángulo de ataque, no hay downwash, no hay vórtices y no hay sustentación que valga. Tanto los pájaros como los aviones, ambos más pesados que el aire, vuelan porque avanzan (si bien ya mencionamos que algunos animales muy ligeros, como los colibríes y varios insectos, pueden generar sustentación estática durante largo rato mediante la generación de vórtices de borde de ataque; eso sí, a gran coste energético).

Helicóptero a baja altitud

En este tipo de imágenes se aprecia bien el efecto causado por el “downwash” del ala rotativa (“hélice superior”) en el agua que hay debajo.

Los helicópteros no son una excepción y también obtienen su sustentación aerodinámica mediante el movimiento de su ala con respecto al aire. ¿Qué ala? Pues la pala o “hélice”, claro. Las palas de un helicóptero son sus alas, que se mueven en círculo con respecto al aire mediante un motor rotativo, generando así la sustentación exactamente igual que cualquier otra ala.

De hecho, todas las hélices son alas rotativas; incluyendo, por ejemplo, un ventilador. El airecito que nos da un ventilador no es sino el downwash aerodinámico inducido por el ala rotativa (y es bien sabido lo muy bien y muy peligrosamente que vuelan cuando se sueltan del eje, hasta que pierden velocidad). La primera máquina más pesada que el aire de la humanidad fue también un ala rotativa: el búmeran (boomerang) y diversos tipos de palos lanzables en general, mucho más antiguos que el arco y la flecha, cuyos orígenes se pierden en las sombras de la prehistoria.

De viejo fue sueño humano esto de volar, cosa de locos y visionarios. Y aunque ahora ya nos resulte natural por completo, hace apenas 227 años que los hermanos Montgolfier se elevaron al cielo con su globo, los fundamentos teóricos de la aerodinámica no fueron establecidos hasta 1799 y hubo que esperar hasta 1903 para que los hermanos Wright desarrollaran el vuelo controlado, autopropulsado y sostenido exclusivamente por fuerzas aerodinámicas de una máquina más pesada que el aire. Apenas 107 años después, volar de un lugar a otro parece haberse convertido en cosa corriente e incluso hablamos de las crisis de la aviación, olvidando a menudo que aún vive gente que conoció un mundo donde todavía no habíamos aprendido a volar.

Para más información y detalles:

Anderson, D. y Eberhardt, S. (2009), A physical description of flight, revisited (ex-Fermi National Laboratory / Boeing, resumen de  Understanding flight de McGraw-Hill, por los mismos autores). Disponible en inglés aquí.

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204 comentarios »

  1. Impresionable dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 16:02

    impresionante

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:33

      Un placer. :-) Ya sabes, “quien crea estar de vuelta de todo…” ;-)

      • Otro Yuri de Valencia dijo,
        El 18 de diciembre de 2010 @ 18:07

        Sin mucho fundamento yo creía que la forma del ala hace que el aire se dirija hacia arriba (lo que llamas upwash) y por tanto en la zona del downwash había un vacío (al menos relativo, es decir, menor presión que en la parte inferior del ala) y esa la diferencia de presión (más abajo, menos arriba) “tira del ala” hacia arriba.

        Una pregunta: ¿crees que es este el motivo (el que tú explicas) por el cual un barco velero puede navegar “casi” en contra del viento? (Directamente en contra no puede, pero puede hacerlo a partir de un cierto ángulo de diferencia). Yo creo que sí.

        Gracias

      • El 12 de enero de 2011 @ 12:19

        Me gusta más la explicación con torbellinos… en la que descompones el problema en dos, ángulo de ataque, y curvatura, que no solo afecta en el CD, también en el CL

    • Carmelo Toledo dijo,
      El 15 de julio de 2012 @ 3:14

      Hola Yuri

      Enhorabuena por tu articulo.

      Quería preguntarte si nos das autorización para publicarlo en la revista Ronda Iberia Virtual, por supuesto citando la fuente

      http://issuu.com/ronda_iberia_virtual/docs/ronda_iberia_virtual_julio2012?mode=window&viewMode=doublePage

      Se trata de una revista gratuita de divulgacion digital cuya temática es la aviación simulada y real

      Un saludo y gracias

  2. Carles dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 16:08

    Impresionante y explicita la foto con con ambos cazas.
    Ahora me es mas fácil ver un avión/planeador como un ventilador no rotativo.
    Genial estos posts divulgativos de temas básicos en lo que es facil dar por sentado ciertos aspectos.
    Bueno, me voy a comprar un boomerang. Saludos.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:33

      Traeme otro para mí. :-D

      Gracias. ;-)

  3. Antonio dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 16:20

    ¡Por fin alguien lo ha explicado bien! ¡Gracias y enhorabuena!

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:32

      Gracias a ti y un placer. :-)

  4. El 16 de diciembre de 2010 @ 16:33

    Pregunta tonta: Las “alas invertidas” al estilo del Sukhoi SU-47 Berkut, ¿proporcionan alguna ventaja a la hora de volar?

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:32

      Sí, en algunas cosas. Permite variar enormemente el ángulo de ataque con mucha rapidez (es inherentemente inestable), y luego mantenerlo estable en regímenes normalmente comprometidos de muy baja velocidad o en maniobras muy fuertes; algo idóneo para un aparato militar. Sin embargo, introduce sus propios problemas que deben ser solucionados con un diseño aerodinámico y de otros tipos mucho más avanzado que en un ala convencional (y algunas contraprestaciones).

      • El 12 de enero de 2011 @ 12:21

        un ala con flecha invertida no tiene por que ser inestable inherentemente. De hecho hay un bombardero de la IIGM, experimental, un junkers, que tiene ala invertida y… es estable. Pues entonces nop habia forma de volar un avion con estbilidd artificial.

  5. El 16 de diciembre de 2010 @ 16:37

    Sencillo, claro, conciso y exacto. Así da gusto.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:28

      Un placer. ;-)

  6. pablosco dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 16:42

    No sé cómo consigues saber tanto de todo te lo prometo, estoy seguro que en realidad tienes un estudio lleno de doctorados a los que les obligas a escribir los posts xd

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:28

      En realidad soy como Papá Noel, que el muy cerdo tiene esclavizados a todos los enanitos para que fabriquen juguetes interminablemente. :-D

      Gracias. ;-)

  7. MoscaCojonera7 dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 16:45

    Jajaja, muy bueno, pablosco, aunque no creo que sea así.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:27

      Lo cierto es que no. ;-) Pero mira, en el otro post hablabas de la felicidad… ves, yo por ejemplo siento felicidad con estas cosas. Los aviones no sólo me han dado de comer alguna vez, sino que me siento bien entre máquinas de volar y gentes de volar. Dicen que es un tópico, pero me transmiten una impresionante sensación de libertad, de… no sé cómo expresarlo, ¿”inmanencia”? Cada uno encuentra estas cosas en un lugar. O varios. ;-)

    • MoscaCojonera7 dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 21:04

      Exacto Yuri, exacto. No sabes cómo expresarlo… te transmiten una impresionante sensación de libertad… tan exacto como impreciso como verdadero. Aunque no sea objetivable ;)

      • Yuri dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 22:27

        Que conste que lo he dicho con toda la idea. ;-) Aunque desde luego, sea verdad.

  8. Dani dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 16:47

    Yuri, Yuri,… Dos veces lo he leído. Y no porque no lo entendiera la primera vez :-) Lo hago por mero placer (intelectual, por supuesto) :-D

    Magistralmente explicado, y sin emplear ninguna fórmula matemática. ¿Eres consciente de lo difícil que es eso?, sí, bueno, tú si lo eres, es una pregunta que lanzo a la audiencia como mera observación.

    Y esos enlaces siempre tan interesantes…, acertadísimos y que nunca defraudan. Cada vez más, los hipervínculos que nos dirigen a los archivos antiguos de La pizarra de Yuri, desplazan a los de la wikipedia. Más que desplazar, los tumban. ;-)

    Amigo, eres todo un referente en la divulgación. Te admiro.

    Gracias. Y saludos!

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:25

      Qué te puedo decir a ti, Dani… pues que muchas gracias por tus constantes ánimos. Esto cuesta de hacer, para qué vamos a decir que no, y se aprecia. ;-)

      • Dani dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 18:31

        A ver si sacas pronto el libro, y te lo agradecemos como debe ser: Vaciándolo de las estanterías. A ti hay que retirarte de lo que te da de comer, para que te dediques a esto a full time. :-)

        • Yuri dijo,
          El 16 de diciembre de 2010 @ 18:39

          No vendría mal, no. :-D

          (Estamos en ellou…)

  9. Adrián dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 16:54

    Me ha gustado mucho, pero nos has dejado con las ganas respecto a la importancia del perfil alar para el arrastre, espero que pronto lo expliques tan bien como la sustentación.

    Gracias.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:25

      Imposible extenderse más… y habría desenfocado la explicación. El arrastre es una combinación de fenómenos bastante compleja, y ciertamente muy interesante. Lo tengo en cuenta, lo tengo en cuenta…

      Gracias a ti. :-)

  10. Antonio dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:04

    Estaba pensando que como colofón podrías explicar porqué es necesario poner un rotor de cola a los helicópteros para que la cabina no deje de dar vueltas por la conservación del momento y tal.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:24

      Pues sí, pero lo dejaremos ya para algún otro. De hecho, hace tiempo que quiero escribir sobre helicópteros. Y también sobre ekranoplanos. ;-)

      • voet dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 18:27

        ¡ekranoplanos! ¡bien!

        es una vergüenza que no hayan alcanzado el protagonismo que merecen.

        • Yuri dijo,
          El 16 de diciembre de 2010 @ 18:29

          Te leí, te leí. Lo que pasa es que hay un tiempo limitado, estaba ya liado con este artículo y no te lo contesté (creo…).

          La verdad es que sí.

        • McKane dijo,
          El 24 de diciembre de 2010 @ 12:44

          Eso, eso, que yo creo que todavía los americanos se preguntan qué es esto: http://www.pilotosdeiberia.com/phpBB3/viewtopic.php?f=2&t=6922 (pongo ese enlace porque tiene un montón a otros)

  11. Jose dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:13

    Mi padre era piloto de aviones. Se retiró en los años 80 y él siempre me explico la forma en que volaba un avión haciéndome soplar sobre una hoja de papel. La fina hoja si se elevaba, por lo tanto me explicaba que pasaba igual con un avión. Leer tu post aclarando “de verdad” como vuela un avión me hace pensar como hace tan poco tiempo, incluso los profesionales, no tenían claro como volaba un avión (otra cosas sería en las universidades de física).

    Genial tu artículo.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:23

      Las explicaciones “Venturi”, “Bernoulli” y “piedra que rebota” siguen apareciendo en muchos manuales de aviación e incluso alguno (aunque ya menos) de ingeniería aeronáutica. O sea que me parece perfectamente normal. :-)

      Desde el punto de vista del piloto, da un poco igual qué genere exactamente la sustentación (aunque en alguna situación podría llegar a ser crítico…). En general, con que sepa bien cómo actúa, para él basta. Y seguro que tu padre lo sabía de p.m. ;-)

      Gracias. ;-)

      • El 12 de enero de 2011 @ 12:22

        Jostias, no debe ser la ingenieria aeronautica que estudié yo, no lo he visto en ningun libro ni por Bernouilli ni por Venturi!

  12. gorgias1976 dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:14

    Con tu permiso te cito, si no es de tu agrado lo borro.
    http://www.foroaviones.com/foro/general/10757-de-pizarra-de-yuri-asi-vuela-avion.html

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:21

      Ningún inconveniente, con la cita adecuada, para eso está. :-)

  13. Anónimo dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:19

    Una pregunta, he leido al principio de este interesante artículo la frase “objeto con masa”, podría indicarnos que objetos sin masa existen?

    Muchas gracias

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:21

      Hombre, ahora que lo dices… :-D ¿Un fotón es un objeto? ;-)

      La expresión pretende dejar clara la relevancia de la masa en el fenómeno.

      Gracias a ti. :-)

  14. Nostromo dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:29

    Pero… los aviones no vuelan batiendo las alas? como los pájaros?

    Magistralmente explicado, como todos tus articulos.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:34

      En cierta manera, es una forma muy perfeccionada de batir el aire. ;-)

      Gracias.

  15. Esteban dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:37

    Estoy estudiando para piloto de ultraligero, y no sabia nada de esto. En el libro lo explica mal. Gracias, ha sido muy interesante

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:50

      Un gusto. :-)

    • Juan Carlos dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:58

      Por lo que me han dicho los que han sido mis profesores durante el ATPL, no es que los libros de piloto privado o de ultraligero estén mal. Están incompletos intencionalmente, porque las autoridades pertinentes consideran que no es necesario que un PPL conozca todo al completo.

      Tenía un profesor que cuando nos preguntaba porque vuela un avión, y la gente le decía “porque el aire va mas rapido por encima que por debajo del ala por culpa de la curvatura, y eso crea una succion que a su vez produce la sustentacion”, siempre nos decía, esa es la explicación que se da a un piloto de ultraligero o PPL, pero no en un curso profesional.

      Aunque también, no creo que fuese mucho pedir que todos supiesen la explicacion completa, porque no creo que sea difícil de entender, pero ya si lees lo que ha escrito Yuri lo difícil es no entenderla.

      • Yuri dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 18:03

        Pues sí, o por lo menos una versión básica. La explicación por Venturi está totalmente mal, la Bernoulli es tan incompleta que no explica el motivo fundamental del vuelo, y la de la “piedra que rebota” sólo es aplicable en algunos casos muy excepcionales. No entiendo por qué no se han actualizado ya los textos, aunque sea en una versión tan “capadita” como esto que he escrito yo.

        • Juan Carlos dijo,
          El 16 de diciembre de 2010 @ 18:06

          Ya te digo, en los libros del ATPL lo explica como tu, solo que antes de empezar con todo explica lo que es la capa limite, que tipos de capa limite existen, cuando se desprende, etc. Luego sería ya todo lo que has dicho tu, algo ampliado con superficies de contro y demás.

          Por cierto, buen detalle el de la C172, la proxima vez que la vuele pensare en las toneladas de aire que he movido :)

        • Yuri dijo,
          El 16 de diciembre de 2010 @ 18:33

          Claro, es que para un piloto lo más importante es eso, la manera como opera la capa límite en el ala. Casi que puede prescindir de todo el resto de la explicación si eso lo tiene claro. Pero efectivamente, se agradecería ver al menos esta “explicación mínima” en todas partes, y no las “explicaciones convencionales” esas que no explican nada.

          C172 -> ¿A que sí? ;-) Pues en un jetliner grande, da hasta miedo pensarlo. :-D

        • Tachikomakun dijo,
          El 17 de diciembre de 2010 @ 1:08

          Lo cierto es que no llego a entender como se llegaron a popularizar las versiones de Bernoulli, por ejemplo, la idea de “el aire va para abajo y te empuja para arriba” parece mucho más intuitiva que no “hay diferencia de presiones que te eleva”.

          No es ya que el concepto quede mas claro, los ejemplos son mas evidentes en este caso, sea tabla de surf, o esquí, o esquí acuático o mantener una madera contra el viento, todo tiende a la idea de “hay algo debajo que te sostiene”, no a la de “algo por encima tira de ti”. No se si será influencia de los dirigibles o que.

  16. Juan Carlos dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:43

    Me has hecho repasar de un plumazo la mitad de mis clases de principios de vuelo.

    ¡¡¡¡Gracias!!!!

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 17:50

      A ti. ;-)

    • Pelli dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 19:04

      Ya somos dos! :D

  17. vecino dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:47

    Buen artículo Yuri, pero dándole tanta importancia al ángulo de ataque luego cuesta explicar por qué sustentan un cilindro o una esfera giratorias.

    Enhorabuena y un saludo

  18. Mikoyan dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:55

    No esta mal la explicación pero me chirria el upwash y downwash en un texto en español…en todos los libros de aerodinamica que he visto siempre viene como flujo aguas arriba y aguas abajo respectivamente.

    Por lo demas, en teoria de potencial linealizado, podremos separar el perfil alar en tres componentes: ángulo de ataque, curvatura y espesor no afectando a la sustentación solo el componente de espesor dado que es simetrico.

    A bajas velocidades para evitar la perdida además de aumentar el AoA (hasta cierto punto) siempre queda la posibilidad de aumentar la curvatura del perfil lo que se consigue con con dispositivos hipersustentadores tales que flaps y slats.

    La explicación es correcta pero tampoco quiero que la gente piense que “solo” es cuestion de angulo de ataque.

    Saludos y enhorabuena por el blog!

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:00

      Es cierto, en español se dice así. Upwash y downwash es más corto. :-D

      Correcto a lo demás. Ten en cuenta que este no es un texto de ingeniería aeronáutica, sino un post de divulgación generalista. De hecho empecé a escribir sobre el funcionamiento de los dispositivos hipersustentadores y las maneras como modifican la curvatura y el área pero lo corté porque ya se extendía demasiado.

      Gracias y un saludo a ti. :-)

      • Bugalo dijo,
        El 28 de julio de 2011 @ 20:08

        Lo siento pero tengo que corregiros. El flujo aguas arriba o aguas abajo no tine nada que ver con el upwash ni el downwash. Aguas arriba es “la dirección de donde viene el aire”, y aguas abajo es “hacia donde va el aire”. En inglés son upstream y downstream respectivamente.

  19. Polico dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 17:56

    Yo me pregunto si las turbulencias son debidas a que el aire que produce la sustentación tiene otra densidad o cambios de dirección o algo por el estilo, no alcanzo a imaginar el porque con tu gran explicación.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:00

      ¿A qué te refieres, a las turbulencias en el aire en general?

      • Polico dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 18:02

        Ehm, sí. Alguna vez he tenido fuertes sacudidas en vuelos, la sensación es que el avión desciende, sin variar su ángulo, varios metros, me preguntaba cuál era la explicación.

    • Polico dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:42

      Madre mía, ¿había dicho densidad? Muchas gracias! le echaré un ojo a ver que entiendo. Sigue así con tus divulgaciones; se aprende rápido y claro, y además se te queda grabado.

  20. Martin Cox dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:04

    Podrías hacer uno sobre barcos a vela. Así de extenso o más. Llevo algún tiempo, años más bien, descargando apuntes y ninguno me deja completamente satisfecho. Los diseños y materiales de las velas modernas están cambiando constantemente, tengo la sensación de que en este sentido se ha innovado más que en las alas de los aviones.
    Saludos de un marinero y gracias por estos artículos tan bien documentados y trabajados.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:18

      Uf, no te haces idea de lo que han avanzado las alas en las últimas décadas. ;-)

      Sí sería un tema bonito, sí, pero temo que estoy menos puesto que en esto. A ver si encuentro algo interesante para compartir al respecto. ;-)

      Muchos saludos a ti y es un placer.

  21. pachi dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:05

    Una gozada de post, como siempre. Mi más sincera enhorabuena y muchas gracias por tu generosidad al compartir estas cosas.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:18

      Es un verdadero placer, en serio. :-)

  22. anon dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:06

    Por fin entiendo la sustentación del avión. Me preguntaba desde hace muchos años como podia funcionar con el efecto venturi en vuelo invertido. Perfectamente claro y Ya He Salido de Dudas. Muchas gracias .

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:19

      Es que efectivamente por efecto Venturi (o Bernoulli) el vuelo invertido es incomprensible. Gracias a ti por leerme. :-)

  23. Anthony dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:08

    Gran artículo, y yo que me quedé con lo de Venturi, ahora si lo tengo más claro.
    El problema ahora es cómo explicarlo a los pequeñines =)

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:19

      Si se me ocurre algo, te lo digo. ;-)

      Gracias.

  24. Urbanita dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:08

    Veo un par de errores y si me lee Yuri espero que me resuelva las omisiones, lo digo desde la óptica de los conocimientos que adquirimos los pilotos.

    No considera la capa límite que SÍ obliga a la corriente de aire a mantenerse junto al ala, es decir, no introduce la viscosidad del aire, que sí está estudiada y aplicada en la teoría.

    Los aviones que vuelan bocabajo son los de perfil simétrico, que producen la sustentación por ángulo de ataque y la velocidad, no por las propiedades de un perfil aerodinámico.

    Por ejemplo los acrobáticos como el del vídeo y muchos cazas tienen este tipo de perfil. En este tipo de aviones el empuje suele ser enorme, siendo sus capacidades similares a las de un cohete que gana velocidad por pura potencia aplicada.

    Termino de leer y añado algo más si es el caso.

    Por cierto, es un blog excelente y sabe apasionar con cualquier tema que toca. En este caso solo hago apreciaciones que espero contribuyan al debate.

    Un saludo.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:17

      Es correcto. Como he dicho más arriba, ten en cuenta que es un artículo de divulgación generalista. Con que quede clara la idea base, me doy con un canto en los dientes. :-D

      Si te fijas, he tocado la viscosidad (absolutamente de pasada) al comentar la entrada en pérdida. En todo caso, lo dicho más arriba, para más información el texto citado de Anderson y Eberhardt es excelente. ;-)

      Un saludo a ti y gracias por la aportación.

      PD: De hecho, mira, como queda un poco “desaparecido” en el resto del post, voy a repetir la referencia al final.

  25. Médico dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:24

    te odio. Tus artículos son los mejores que he leído. ¡Pero son eternos! No tengo tiempo material para leerlos, y ya tengo en mis favoritos unos cuatro artículos tuyos para leer pendientes. Y con este ya van cinco…

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:27

      Jejeje, yo suelo arreglar eso en alguna tarde tonta de domingo de esas. :-)

      Gracias. ;-)

  26. Urbanita dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:36

    Buenas de nuevo.

    Releyéndolo mi anterior comentario puede sonar un tanto cortante o altivo. Mis más sinceras disculpas si es así, no era para nada mi intención. Solo quise introducir un humilde apunte pero me explico como un libro cerrado, nunca seré buen instructor.

    Mostrarte de nuevo la admiración por tu trabajo. De corazón.

    (Puedes borrar si así lo consideras este comentario una vez leído)

    Un saludo.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:37

      Nada, hombre, ningún problema. Si aquí todas las aportaciones y correcciones son bienvenidas, siempre que se hagan con educación, y en tu caso no he visto mala educación. Quizá ha quedado un pelín cortante, pero eso es todo. :-D

      Ya he añadido una segunda referencia al texto citado en el post, para quien quiera profundizar más.

  27. záfiro dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:47

    Fantástico artículo!. Sólo quisiera puntualizar que en el párrafo donde dices:

    “Por Venturi no se produce ninguna sustentación (no hay boquilla de Venturi) y por Bernoulli se produce muy poquita, prácticamente despreciable en el conjunto del fenómeno.”

    …creo que induce a pensar que Bernoulli no explica la sustentación del ala.

    Realmente lo que no explica la sustentación del ala es que los tiempos de tránsito sean iguales en intradós y extradós. Si esto fuera así, las diferencias de presión que proporciona un ala normal no serían suficientes para producir sustentación apreciable. Y para producir en esas condiciones una sustentación apreciable obligaría a construir un perfil de extraña forma: http://www.allstar.fiu.edu/aero/airflylvl3.htm

    Sin embargo tal y como citan en http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html#sec-consistent :
    There is only one lift-producing process.[.........] This circulation means the air above the wing is moving faster. This in turn produces low pressure in accordance with Bernoulli’s principle. The low pressure pulls up on the wing and pulls down on the air in accordance with all of Newton’s laws.
    …traducido…
    Sólo hay un proceso que produce la sustentación.[.........] Esta circulación significa que el aire de extradós se mueve más rápido. En consecuencia produce baja presión de acuerdo al principio de Bernoulli. La baja presión tira del ala hacia arriba, y tira del aire hacia abajo en concordancia con todas las leyes de Newton.

    Es decir, la explicación newtoniana y la diferencia de presiones producen el mismo efecto: divergir aire hacia abajo.

    Por tanto, lo que es incorrecto es pensar en los idénticos tiempos de tránsito. Pero que nadie piense que Bernouilli es incorrecto.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 18:55

      Hmmm… ¿cómo se origina la diferencia de presiones en el ala de un avión de papel? :-)

      Y, cuando el ala está invertida, ¿hacia dónde tira del aire esa zona de baja presión?

      Bernoulli genera algo de sustentación (y cuando el ala está boca abajo, sustentación inversa). Pero esa sustentación digamos “por ventosa” parece ser bastante irrelevante en el conjunto del fenómeno, según precisamente la primera fuente que citas. (¿No?)

      Y gracias. :-)

      • záfiro dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 20:00

        El quid es que es irrelevante si consideras que los tiempos de tránsito son iguales.

        Sin embargo, como dichos tiempos no lo son, en la parte superior del ala (vuele el avión invertido o normal, arriba siempre es arriba) hay muchísima menos presión que abajo. Y tira del ala hacia arriba. O como quieras: el aire divergido hacia abajo por efecto de acción-reacción es el vacío de la parte superior del ala.
        Bernouilli o Newton, Newton o Bernouilli, explican el 100% de la sustentación. Pero no “a la vez”: no hay contribución de uno u de otro.
        Son dos modos de ver la misma realidad. Es como quien dice (es un mal ejemplo): “acelero muy lento” y otro dice “nono, es que tienes mucha inercia”.

        En este hilo me sacaron de mi error inicial: presuponer que la sustentación es “contribución” de varios fenómenos.
        http://barrapunto.com/comments.pl?sid=81693&cid=1164650

        Respondiendo a tus preguntas:
        - el avión de papel genera la diferencia de presiones divergiendo aire hacia abajo, como todo avión (sea con el perfil alar, sea con el AoA), como bien explicas en el post
        - en invertido, sigue siendo igual, como bien explicas en el post. El piloto ajusta el AoA para tener sustentación, y sigue habiendo menos presión arriba (que ahora es el intradós por estar el avión al revés) y sigue habiendo downwash (que al invertir la posición sería como upwash)

        Un saludo!

  28. vktr dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 18:57

    bravo bravo !

    Yo también era de los que creía en el efecto venturi y me avergüenzo xD pero así mismo veía como algo intuitivo el hecho de que un avión para volar tiene que inclinar sus alas. Me parecía obvio pero al no estudiar aerodinámica realmente nunca me planteé la física que hay detrás. Un placer leerlo tan bien explicado.

    Aun así, me consta que hay un tipo de vuelo que creo que no obedece a las leyes de la sustentación que aquí explicas pero que por ahora queda fuera del alcance de la máquina humana aunque me consta que algunos científicos están en ello. El vuelo de los insectos o de los objetos muy pequeños. Creo que ahí la dinámica de las turbulencias entra en juego y me parece haber leído que intentan crear moscas robot que imiten ese vuelo para poder hacer cámaras espía ultra sofisticadas. Parece bastante complicado y no solo eso sino que encima los insectos tienen técnicas diferentes según los pares de alas que usen y la evolución que han seguido. Libélulas, moscas, avispas o coleópteros no vuelan usando la misma técnica. De los vertebrados creo que los murciélagos usan técnicas similares. Todos ellos al aletear generan algo que se llama vórtice de borde de ataque o algo así. Esa turbulencia les da buena parte del impulso sino la mayoría.

    Creo que el desarrollo de pequeños robots voladores usará dichas técnicas ya que otorgan mayor maniobravilidad que un simple aeromodelo.

    • Yuri dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 19:03

      Sí, también lo he comentado por encima, en relación al colibrí y diversos insectos. Cuando están en vuelo estacionario, éstos producen fundamentalmente su sustentación sólo mediante la generación de cierto tipo de vórtices. Pero esto, para desplazar una aeronave grande, sería muy poco eficiente energéticamente (y de hecho, en los aviones en realidad actúan en contra, y por eso los winglets).

      Gracias y de verdad, un placer. ;-)

      • vktr dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 19:11

        Cierto, por cierto, impresionante el Mirya, me encantan esos cacharros rusos. Y el Mirya en especial, ese llevaba a la Burán a lomos. Creo que solo hay dos en el mundo, un auténtico monstruo. Creo que los Antonov son los únicos aviones capaces de transportarse a sí mismos, a piezas claro está xD

      • Boca Rana dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 20:28

        Como siempre, me ha encantado tu post.

        Me gustaría que hicieras uno sobre el vuelo de los insectos, por lo poco que se es más diferente al de los aviones de lo que insinúas en el post, la verdad, siempre he tenido curiosidad por la utilidad de los halterios (mazas o balancines) en los dípteros, la explicación al uso de que actúan como contrapesos o la que los considera indicadores de posición nunca me convencieron.

  29. sshd dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 19:19

    ¿Qué efecto tienen los Slats en un avión entonces?
    Entiendo que los flaps sirven para aumentar la superficie alar y tener más sustentación y así tener más margen de maniobra a velocidades bajas para evitar el stall…¿pero los slats?

    Genial el post!

    • Urbanita dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 19:28

      La rendija de aire que crean en el ala retrasa la turbulencia en la capa límite. Es decir, aumenta la sustentación.

      Un saludo.

    • Juan Carlos dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 19:37

      La mayoría de los flaps no aumentan la superficie, sino que aumentan la curvatura, que es lo más importante. Los slats lo que hacen es aumentar el angulo de ataque critico, es decir, el que produce la entrada en perdida. Un avión puede entrar en perdida a infinitas velocidades, pero siempre al mismo angulo de ataque. Por tanto con los slats ese angulo se ve incrementado.

      Si me equivoco que me corrijan, pero es lo que he entendido yo siempre.

      Por cierto, la rendija que dice Urbanita es un slot, no un slat. Cambia una letra pero no es lo mismo :)

      • Juan Carlos dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 19:44

        Ya de paso, añado que la definición de slot de Urbanita es buena, pero que retrasa la turbulencia en la capa limite porque aumenta su energía cinetica, mediante un incremento de su masa (recuerda que Ec=1/2XmXv^2). Esto lo consigue metiendo masa de aire del intradó en el extradós, cosa bastante fácil debido a la enorme diferencia de presiones.

        • Urbanita dijo,
          El 16 de diciembre de 2010 @ 21:44

          Hola Juan Carlos.

          El funcionamiento de un slat es el de un slot, se basa en este, solo que un slot puede también estar en un flap ranurado. :)

          Si te fijas en Jeppesen ATPL Principles of Flight 7-12 pone lo que hemos puesto ambos, tanto capa límite como coeficiente de sustentación. :)

          Un saludo.

        • Juan Carlos dijo,
          El 16 de diciembre de 2010 @ 22:12

          Si, efectivamente explicar el funcionamiento de uno y del otro es el mismo, aunque la palabra en sí no lo sea.

          Saludos

      • Relay dijo,
        El 16 de diciembre de 2010 @ 22:43

        Los Flaps, aparte de aumentar la curvatura, aumentan la superficie. Súbete en cualquier avión, y mira la distancia entre el punto de ataque del ala y el final del flap: la distancia aumenta.
        Lo que, a la vez, cuando el flap se ‘abre’, se inclina. Al aumentar la superficie alar y la curvatura, se aumenta la sustentación… pero el efecto más directo es el de aumento de resistencia. Anda!!! por el efecto Bernoulli. Si.

        • santi dijo,
          El 17 de diciembre de 2010 @ 1:13

          No siempre;
          Los flaps de los aviones comerciales normalmente si, se mueven en rotación y traslación (hacia atras), o rotan sobre un eje de giro muy desplazado hacia abajo, haciendo aumentar un poco la superficie

          pero en otros casos sólo giran hacia abajo; es, entre otros, el caso de los denominados “flaperones” que son superficies móviles que pueden actuar como alerones o como flaps)

        • Juan Carlos dijo,
          El 17 de diciembre de 2010 @ 14:07

          Efectivamente, piensa en una C172, la superficie es exactamente la misma con flaps que sin flaps, la PA34 también. Te hablo de estos dos modelos porque son los que he volado y los conozco bien.

        • Relay dijo,
          El 18 de diciembre de 2010 @ 11:14

          Correcto chicos, me refería a los aviones comerciales (no lo puse).
          Evidentemente, tanto en Cessna’s 172, como en Tobagos TB-10 y avionetas de ese estilo, los flaps ‘solo’ aumentan curvatura. Yo también digo estas dos porque son las que volaba hace años.
          Pero en los comerciales hay bastante modificación de superficie.

  30. Multirole dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 20:00

    Hola Yuri! Te pido disculpas, porque cuando he leído el título del post por unos instantes me he asustado temiéndome lo peor… o parte de ello. Por suerte, como siempre, la explicación es genial y me alegro que esté en un sitio concurrido como este. Yo tampoco me explico como en la inmensa mayoría de sitios incluidos los aeronáuticos (incluyo carreras universitarias) no se explica este fenómeno bien. Lo considero realmente preocupante… cuando, encima, es una explicación sencillísima. Un avión vuela por fuerza bruta, Leyes de Newton amigos, tan simple como eso. Me resulta incluso casi triste que la gente desconozca estas cosas, son hasta bonitas estas explicaciones tan fundamentales.

    No quiero parecer pretencioso, pero me ha fascinado desde siempre la aerodinámica y me gustaría hacer algun inciso. Me encantaría que corrigieras cualquier cosa errónea que escriba pues no quisiera parecer “estar ya de vuelta de todo” :P

    Comentas que los vórtices de punta de ala son beneficiosos para la sustentación… discrepo. Lo razonas diciendo que contribuyen al downwash en la punta de ala, pero la otra mitad del vórtice está desplazando aire en sentido opuesto, de hecho la contribución total en las componentes perpendiculares al movimiento del avión debería ser cero, no¿? Todo este asunto hay que enfocarlo teniendo en cuenta que antes ese aire estaba parado, agustito, y ahora llega un armatoste de metal con alas y lo pone todo patas arriba, como Newton dicta, empleando energía en el proceso.

    El efecto primordial del vórtice es que disipa energía (ese aire antes no rotaba) que de otro modo serviría para contribuir al downwash, del mismo modo que el fuselaje emplea energía en desplazar el aire delante suyo para “hacer sitio al avión”. A más velocidad lleve el avión más deprisa tendremos que apartar ese aire y más gasto energético nos supondrá, a más diferencia de presiones entre intradós y extradós más gordo será el vórtice que se forme y más energía será capaz de disipar. Resistencia inducida y parásita “explicadas” en un párrafo.

    Este es el motivo de que a baja velocidad la resistencia que se imponga sea la inducida, la velocidad del aire es baja y por lo tanto, para conseguir la misma sustentación que a velocidad de crucero, la corriente de aire deberá ser más vertical. Esto lo conseguimos aumentando el ángulo de ataque, con ello la diferencia de presiones y, finalmente, nuestro downwash más vertical. Con la consecuencia que más diferencia de presiones conlleva un vórtice más gordo, es decir, más energía malgastada. Luego, a medida que aceleramos, el downwash va ganando velocidad y perdiendo verticalidad para mantener constante la sustentación y la resistencia parásita sobrepasa con mucho a la inducida. Nos importa poco ese vórtice que se forma de manera residual, el problema empieza a ser un muro de aire que tenemos delante y tenemos que mover muy rápido para hacer sitio al avión.

    Se puede apreciar en cualquier diagrama (o incluso fotos) que la magnitud de la sustentación es cero en el extremo exterior del ala, debido a que el gradiente (diferencia) de presiones entre extradós e intrados debe anularse ahí. Como he dicho eso hace perder eficiencia al ala, pues deja de funcionar bien en sus extremos, se nos fuga aire del intradós al extradós empujado por el gradiente de presiones. La misión de los winglets es “desplazar” el punto de creación del vórtice y permitir trabajar mejor los extremos del ala. Desplazan el extremo del ala a un punto más alejado del perfil original y de este modo, con un gradiente de presiones menor el vórtice generado es más débil y disipa menos energía.

    Por otro lado, creo que no lo has mencionado pero hubiera estado de lujo justificar que el aire resiga el extradós y cambie de dirección usando algún ejemplo del efecto Coanda. Fácilmente comprobable en casa si, por ejemplo, sostenemos horizontalmente un vaso por su interior con algún utensilio de cocina debajo del grifo de agua y lo acercamos al grifo, el agua seguirá el controno del vaso cambiando su dirección supongamos a la izquierda y el vaso se moverá a la derecha obedeciendo a Newton una vez más.

    Para ilustrar, adjunto alguna imagen de una simulación en 3D de un alerón de un fórmula donde se aprecia muy claramente el downwash (que en este caso va hacia arriba al tratarse de un alerón de un coche de competición), los vórtices y el fenómeno de la pérdida aerodinámica que conlleva la interrupción del downwash.

    La primera de todas, una imagen clara y concisa de eso que llamamos downwash:
    http://img196.imageshack.us/img196/8598/hdf12presionesside.png

    Dos imágenes más donde se aprecia claramente el vórtice de punta de ala y como resta eficiencia al comportamiento general del alerón desplazando aire que no contribuye en nada a las componentes verticales que nos interesan (frontal y posterior, respectivamente):
    http://img84.imageshack.us/img84/4962/hdf12presionesvorticefr.png
    http://img823.imageshack.us/img823/1631/hdf12presionesvorticere.png

    Por último la pérdida. Al aumentar el ángulo de ataque demasiado, donde antes habia downwash ahora hay un flujo turbulento que no nos aporta nada. Del mismo modo, al desaparecer gran parte de la sustentación el vórtice de punta de ala se suaviza mucho. Esto es lo que han usado en la F1 este año, el F-Duct hacía entrar en pérdida al alerón y reducía la resistencia inducida en las rectas (funcionamiento correcto y pérdida, respectivamente):
    http://img340.imageshack.us/img340/5554/hdf12presionesupwash.png
    http://img42.imageshack.us/img42/5459/hdf18presionesstall.png

    Madre… como me enrollo… Es un tema fascinante, una serie de fenómenos todos muy simples por sí solos, pero que juntos nos permiten entender el vuelo. Extremadamente difícil resumirlos todos en un mismo texto de manera ordenada y coherente.

    Como de costumbre, E N H O R A B U E N A Yuri, sigue así siempre ;)

  31. pepe dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 20:07

    Bernoulli, Venturí ¿y el efecto Magnus? ¿donde está?

    Aquel que dice… la diferencia de presiones que actúan alrededor de un cuerpo que se desplaza en un fluído crean un efecto de succión perpendicular al sentido de la marcha.

    Pues ya tenemos la sustentación que es lo que hace que los aviones no se caigan.

  32. javierchiclana dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 20:11

    Estupendo artículo Yuri.

    Hay un párrafo que me ha chocado: “Si la densidad del aire es baja (como sucede, por ejemplo, a gran altitud) hace falta un ala más grande o más veloz para desviar la misma masa de aire. Por este motivo, los aviones que deben volar a gran altitud tienen alas muy largas y/o motores muy potentes.”

    Volar a mayor altura reduce la potencia requerida. Justo lo contrario de lo que entiendo que afirmas. Efectivamente la sustentación es proporcional a la densidad del aire pero la menor resistencia al avance y la menor fuerza de la gravedad compensan sobradamente la necesidad de potencia.

    • Ignacio J. dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 20:39

      A ver, la cuestión aquí es la capacidad de los motores. Es verdad que a mayor altura, menor densidad y menor gravedad (que a la altura a la que vuelan los aviones, esta bajada de gravedad es despreciable). Por tanto, la resistencia es menor, y necesita menos potencia, si. Pero hay un problema, y como digo depende del tipo de motor que estés utilizando. Si vuelas un cohete, pues perfecto, te va a seguir dando la misma potencia dado que utiliza su propio fluido para el empuje. En el caso de turborreactores, turbofanes etc… que utilizan el aire del entorno, acelerándolo para así conseguir empuje, es distinto. Al bajar la densidad del aire, baja la cantidad de masa que estas eyectando hacia atrás, y por tanto pierdes empuje (que es proporcional tanto a la cantidad de aire que eyectas hacia atrás, como a la diferencia de velocidades y a otros términos en los que no me voy a meter ahora mismo). Pero claro, la temperatura también baja, con lo cual puedes meter más combustible haciendo que la diferencia de velocidades (que depende de lo que puedas calentar el aire en el interior del motor) sea mayor.
      En resumen, que hay una razón por la que los aviones vuelan a unos 10.000m, en la denominada tropopausa. Allí la resistencia es menor, y el empuje más o menos se mantiene (baja por tener menor densidad el aire y aumenta por poder calentarlo más), se compensa la una con la otra. A partir de esa altura, entramos en la estratosfera, donde la temperatura es constante, pero la densidad sigue bajando. Esto conlleva a que el empuje baje a un ritmo mayor de lo que lo hace la resistencia, perdiendo asi eficiencia.

      Espero haber respondido tu duda.

  33. Andrei dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 20:28

    Muy interesante, como siempre.
    También lo había visto yo explicado vía efecto Coanda…

  34. Goelro dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 21:20

    Me ha encantado descubrir que en clase de mecánica de fluidos nos contaran una patraña. Encantado por lo que he disfrutado leyendo el artículo, aunque algo decepcionado por la engañifa.

    Llevo años convencido que los aviones volaban por el efecto Bernouilli. Había una práctica con una ala que tenía diminutos agujeros los que se podía comprobar que efectivamente se produce una sustentación, ya que el aire tiende a pasar de la parte inferior a la superior. Sin embargo no recuerdo si nunca calculamos esa sustentación.

    Hubo un aspecto, clave para la explicación del efecto Bernouilli,que me costó entender pero que ahora tengo clarísima y que me ha parecido que pones en duda. Las dos láminas de aire deben encontrarse después del paso del ala. Si eso no es así, a medida que el avión avanza, se iría produciendo un “corte” en el que las partículas de un lado del ala cada vez estarían más lejos de las partículas que eran sus vecinas antes del ataque. Y eso no me lo puedo imaginar.

    En fin, un placer enorme leerte. Salud y gracias.

  35. Jorge dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 21:24

    Felicidades Yuri

  36. WarDog77 dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 21:25

    Iba a hacer añadirte unos puntos muy técnicos pero lo dejare en esto:
    1º No diferencias entre regímenes de vuelo (laminar [flujo laminar y efecto coanda] y turbulento) metiendo en el mismo saco el vuelo de un planeador, un comercial a velocidad de crucero y un caza supersónico.
    2º Te centras en lo de los vuelos invertidos: hay un problema, los aviones que hacen vuelos invertidos tiene un perfil alar casi simétrico y mucha potencia de motor (relación casi 1/1) por lo que no les interesa la sustentación debida a la forma del perfil pues esta varia mucho con la velocidad (aumenta a alta velocidad y disminuye en bajas, lo contrario de lo que queremos), con lo que en avos. con grandes variaciones de velocidad no se adaptaría bien; un 747 (o cualquier avo. de línea) o un planeador NO PUEDEN hacer vuelo invertido ni lupins o tirabuzones pues vuelan al limite de su sustentación por lo que una reducción de la superficie de sustentación (aunque solo sea por un viraje muy cerrado, perderá altura), los avo. que muestras haciéndolo vuelan por potencia (a velocidad de crucero se comportan “casi” como un cohete, por eso pueden hacer trepadas, esto es ascensos de 90º), de hecho he visto en una exhibición un sukoy de hélice hacer un estático en vertical como un helicóptero.
    3º diferencias radicalmente efecto Venturi de teorema de Bernulli, cuando el 2º explica al 1º, pues son las dos caras de la misma moneda, esto es: variación de la presión por variación de la velocidad en un fluido o viceversa.
    Por ultimo decir que a medida que la velocidad de crucero aumente tendremos que deshacernos de la sustentación por perfil del ala (pues al ser fija para una determinada velocidad es poco flexible y no se adapta a las enormes variaciones de velocidad del avo.) y obtener sustentación por ángulo de ataque, flaps y slats que si podemos variar, por ejemplo en un 747 el perfil del ala se diseña para obtener la máxima relación sustentación/resistencia para su velocidad de crucero, con el mínimo ángulo de ataque posible para minimizar la resistencia, evidentemente este perfil es válido a 900km/h pero no será el ideal para aterrizar y despegar (unos 150-200 Km/h) de ahí los flaps y slats; sin embargo, en avos. que vuelan a baja velocidad (planeadores) la sustentación por la forma del perfil (Bernuolli) es casi tan importante como el ángulo de ataque.

    Podéis hacer simulaciones y ver los newtons de sustentación de un perfil para cierto ángulo de ataque en : http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/foil2.html

    • santi dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 17:53

      me has quitado algunos detalles de la boca, efectivamente, Venturi y Bernouilli son lo mismo

      pero diría aún más, yuri explica relativamente bien porqué vuela un avion, pero se mete en un berenjenal para explicar porqué no vuela!!
      A que viene decir que no es por presiones, o por Bernouilli, o que si es por la incidencia, o por en downwash??

      La sustentación se genera porque sobre la superficie alar hay una distribución de presiones, y la fuerza total (fuerza = presión por superficie, recuerden) que, en virtud de esas presiones ,el aire ejerce sobre el ala no es nula (si lo es, o casi, cuando el avión y el aire están quietos). De hecho, la fuerza total que se obtiene sumando las pequeñas componentes diferenciales (presión en cada elemento diferencial de la superficie) tiene una cierta dirección y sentido, pero, convencionalmente, se descompone en dos componentes: sustentación y resistencia, la una perpendicular y la otra paralela a la trayectoria.

      La dificultad viene a la hora de explicar porqué hay esa distribución de presiones en el ala (más que en explicarla, en modelizarla matemáticamente en forma de ecuaciones) , pero te aseguro que Bernouilli está ahí: lo raro es que no estuviera, porque, en ese caso, se nos caería la teoría general de conservación de la energía (de la que el teorema de Bernouilli es un caso particular de aplicación a una vena fluida).

      La explicación de que el aire rebota en el intradós es una simplificación, un poco abusiva, de tu downwash, lo mismo que la explicación de que “el aire circula más deprisa por arriba que por abajo y por efecto venturi su presión disminuye”. El hecho es que la circulación del aire alrededor del perfil sigue un campo de velocidades, relacionado (causa y efecto) con un campo de presiones variables, que son las que condicionan la fuerza ejercida sobre el ala, y además, propio movimiento del aire.

      Decir que “…de hecho, el perfil alar es esencialmente irrelevante para la sustentación ….” eso si que es una simplificación abusiva. Es precisamente la forma del perfil la que condiciona el campo de velocidades del aire alrededor del ala, y con ello, el campo de presiones, y la reacción aerodinámica (las dos componentes, la sustentadora y la resistiva). Y por eso, hay perfiles con un Cz máximo de 0,7 y otros de 1,3 o más (Cz es el coeficiente de sustentación).

      Sobre la incidencia: por supuesto que a mas incidencia más sustentación, pero no basta: un perfil plano (el ala de tu avión de papel) no genera sustentación a incidencia cero, y lo mismo sucede con un perfil simétrico como el de tus aviones acrobáticos. Pero en cambio, un perfil planoconvexo SI genera sustentación a incidencia cero, parece que pese a tener el intrados “horizontal” también “empuja(?)” el aire hacia abajo. La gráfica Cz-i que pones es incorrecta, la curva del perfil ¿planoconvexo? de arriba NO pasa por el origen. De todas formas el concepto de incidencia es convencional, la línea de referencia que consideramos para medir la incidencia suele ser la que va de borde de ataque a borde de salida, pero a veces se toma la línea inferior del extadós cuando es plano).

      Sobre invertidos, deberías hablar con Fernando Alonso: te aseguro que un avión que vuela con un perfil dado a una velocidad dada, con una incidencia dada, si se pone en invertido manteniendo la velocidad y el ángulo de incidencia relativo al avion, se cae más deprisa que una piedra. Tus objeciones basadas en eso son totalmente incorrectas. Y para comprobarlo, mira los alerones de los formula 1, son exactamente alas en invertido, y empujan el coche hacia el suelo. En un avión, para volar en invertido, el piloto también invierte la incidencia.

      Ahora bien, suponte que tienes un avion dotado con un perfil planoconvexo que vuela a una cierta velocidad con una incidencia de pongamos 3 º ; si lo pones en invertido manteniendo los 3º (que desde el punto de vista del piloto serían -3º), se hunde, hay que subir a 4, 5 o más segun los casos. A la misma incidencia, pero con el perfil “puesto patas arriba”, la sustentación es mucho menor. Esa es la causa de que un 747 no pueda hacer esa maniobra, su perfil tendría un rendimiento pésimo, lo que le obligaría a aumentar brutalmente la potencia para volar a más velocidad y más ángulo de ataque, con una resistencia mucho mayor. Los acrobáticos tiene perfiles simétricos, que funcionan exactamente igual (de mal) en normal y en invertido (y además, motores de potencia exagerada).

      Sobre efecto suelo y downwash: como explicas porqué vuela un avión cuando el aire no puede ser empujado hacia abajo porque está el suelo, y sin embargo, la sustentación mejora sustancialmente? ¿Se mueve el planeta? ¿O ya no se conserva la cantidad de movimiento?

  37. David dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 21:27

    Gracias por este magnífico artículo. ¿Podrías decir, así en pocas palabras, qué hace el piloto para que el avión se despegue del suelo? ¿Se despega él solo al alcanzar cierta velocidad? O, ¿qué hace el piloto?

    • maito dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 0:54

      Saca flaps a la mitad mas o menos(para ganar sustentación), puesto que el despegue es a una velocidad relativamente lenta.

      Luego tira de la palanca de gases y mete potencia a los motores, nos movemos y estamos acelerando por la pista.

      Llegamos a la velocidad V1, si no la alcanzamos abortamos el despegue porque no va a salir, ademas tenemos pista para frenar y volverlo a intentar.

      La siguiente velocidad es la de rotación VR, al llegar a esta velocidad levantamos el morro, pero las ruedas de atrás siguen tocando la pista.

      Alcanzamos la velocidad VLO, que es la velocidad de despeque y levantamos un poquito mas el morro, el avion ya se despega del suelo.

      [VR y VLO están muy cerca la una de la otra]

      Seguimos en el aire pero a pocos metros el suelo, metemos el tren de aterrizaje y alcanzamos V2 que es la velocidad de seguridad de despegue, esta velocidad nos garantiza que si nos falla un motor podamos seguir ascendiendo.

      Todas estas velocidades dependen del avión que estemos pilotando.

      Una vez en el aire metemos los flaps y podremos reducir la potencia de los motores. Para ganar altura lo que haremos será dar mas potencia a los motores.

    • maito dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 0:59

      Si, si vas muy rápido te despegas del suelo, un caza, un avión de exibición o un formula 1 lo hacen.

  38. Erling dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 21:28

    Te leo desde hace poco tiempo, soy estudiante de ingenieria (de electrónica, poco que ver con todos estos asuntos) y el año pasado tuve que estudiar mecánica de fluidos, en su momento gracias al excelente profesor que tenía ya me quede impresionado del funcionamiento de un ala, a pesar de que no entendía del todo el concepto. Con tu magnifica entrada me has aclarado muchos aspectos ;)

  39. David dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 21:29

    Y, otra pregunta. No me ha quedado clara una cosa del ventilador o las hélices del helicóptero: si resulta que echa aire hacia abajo (helicóptero), el ventilador lo echaría hacia atrás. Entonces, ¿por qué el aire da en la cara, sale hacia adelante del ventilador?

    • maito dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 0:38

      El helicóptero ‘echa’ aire hacia abajo, pero no se mantiene en el aire por eso.
      Creo que preguntas que porque un ventilador echa aire hacia delante y no se mueve en el sentido contrario.
      Pues veras un ala puede hacer que necesites hasta 16 veces menos de potencia del motor para poder volar. Si no tuvieras alas tu motor debería de ser hasta un máximo de 16 veces mas potente para poder volar.
      Las hélices de un helicóptero en realidad no son mas que alas.

      Un ventilador no tiene alas, tiene hélices y estas están pensadas para mover mucho volumen de aire por lo que el motor de tu ventilador deberia de ser varias veces mas potente para que se mueva. De todas formas cuando hacen un ventilado tienen esto en cuenta y no le ponen el motor mas gordo que pillan por que sino puede salir el ventilador por la ventana.

      • unoalmesomas dijo,
        El 21 de abril de 2011 @ 15:01

        ¿Entonces, porqué se mantiene en el aire un helicóptero?
        Gracias y un saludo.

    • unoalmesomas dijo,
      El 21 de abril de 2011 @ 14:54

      Lo que hace el ventilador es desplazar aire. El que sea en un sentido o en otro lo determina el sentido de giro del motor. Piensa en la hélice de un barco, ¿cómo se mueve hacia delante /atrás? cambiando el sentido de giro de la hélice.
      PD: de todos modos, si te sitúas detrás del ventilador deberías sentir una “succión” de aire.

  40. konstantin dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 21:47

    No es lo que explicas, es cómo lo explicas. Gracias por tu..”ciencia” para los “nunca es tarde para aprender y menos para intentar entender”.
    Gracias por perder tu tiempo para hacer ganar el nuestro.

  41. Pedro J. dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 22:11

    Buena entrada. Quizás, todavía hay más detalles porque en el fondo no hay una explicación precisa para el por qué vuelan los aviones que no sean las soluciones de las ecuaciones del movimiento ;)
    Por eso, esta página de NASA

    Theories of Lift. NASA Beginner’s Guide to Aeronautics
    http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html

    Incluye unos applets java para jugar con ellos y ver el flujo de aire y los campos de velocidades y presiones a lo largo del ala. Muy recomendable porque además el nivel está pensado para secundaria.

  42. daniel dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 22:21

    Hola Yuri, Excelente como siempre, me acojonas la verdad!! :D

    Solo tengo una duda, yo estoy estudiando aviacion ahora mismo, y la verdad no me convencia cuando me decian que el aire por arriba y por abajo del ala llega y sale a la vez por los bordes (no encontraba ninguna explicacion medianamente logica para eso). Lo que cuentas me convence mucho mas, pero una pregunta:

    Comentas que el downwash, es basicamente aire sobre el extrados empujado hacia abajo por el ala y su angulo de ataque, y este aire, al cambiar su momento, ejerce una fuerza hacia abajo, provocando una reaccion hacia arriba, pero, lo que no logro ver es cual es el punto de aplicacion de la fuerza. Mas concretamente ¿como hace el aire sobre el extrados fuerza hacia arriba con el ala? Seria mucho pedirte un dibujito con eso?

    Gracias crack, no nos dejes nunca

    • maito dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 0:28

      Nadie lo sabe… XD

  43. Forestalx dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 22:24

    Pues a mi la explicación “Porque el aire va mas deprisa por arriba que por abajo”….me la dió un profesor de física…. Supongo que no querría meterse en líos.

    Por otra parte, yo tengo dos preguntas…quizás puedas meterlas en algún post: ¿Porqué la seccíon del fuselaje de un avión es cilíndirca ( se debe a aerodinámica, presiones,materiales)y no de otra forma más aprovechable?, y ¿poré los motores no van carenados en el fuselaje de alguna manera?…no parece que su disposición sea muy eficiente aerodinámicamente, pero su razón tendrán…de hecho los cazas si les llevan carenados… :S

    • Asdi dijo,
      El 16 de diciembre de 2010 @ 23:15

      Me permito el lujo de contestarte ^^’
      El fuselaje es cilíndrico precisamente por todo lo que has nombrado entre paréntesis. Tiene que aguantar todas las cargas de las dos alas, y transmitir la sustentación que generan a lo largo de todo el avión, además de soportar el peso de toda la estructura. Aunque sea cilíndrica, por dentro tiene diversas estructuras que están diseñadas para, sin aumentar la masa demasiado (se hacen con materiales resistentes pero ligeros), permitir esto.
      Es cilíndrica porque las curvas son la figura geométrica más aerodinámica. Podría tener la forma de un perfil, pero eso reduciría el espacio y la gente tiene que caber dentro (xD)
      Y segundo, los motores van en las alas porque son éstas las que generan sustentación, los motores la refuerzan, y cada vez más se carenan para evitar problemas (Que entren pájaros, por ejemplo :S) pero es un proceso bastante caro. Compensa si el avión va a grandes velocidades, porque además reduce el ruido, o si es un avión con una gran capacidad (Del tipo Boing o Airbus) pero para un avión pequeño, no.
      Espero haberte servido de ayuda y que el autor me perdone la intrusión! ^^’

      • Forestalx dijo,
        El 17 de diciembre de 2010 @ 14:00

        Como ves se me ocurrían muchas cosas que podían influir en la sección…pero no terminaba de decantarme por ninguna…
        Un avión de sección prismática sería mas aprovechable para cargar contenedores, por ejemplo….
        Respecto a los motores…Mas preguntas…¿porqué algunos les llevan en cola (generalmente aviones pequeños) y otros en alas (generalmente, aviones mas grandes)?…supongo que ambas opciones tienen ventajas e inconvenientes que se verán compensadas a partir de un tamaño…En ingeniería pocas decisiones se toman “porque si”

        Saludos a todos :)

        • santi dijo,
          El 20 de diciembre de 2010 @ 4:21

          es por diseño mecánico y aerdinámico:
          aerodinámicamente es mejor un fuselaje redondeado, genera menos resistencia y se comporta mejor, especialmente en situaciones de desplazamiento lateral

          y mecánicamente, para una resistencia dada, es más ligera una sección redondeada, o más resistente a igualdad de peso

          Pero de todas formas, hay para todos los gustos, algunos aviones (normalmente pequeños y que vuelan a velocidad moderada) tienen secciones cuadrangulares o prismáticas, a veces hasta con ángulos vivos; prima la sencillez constructiva sobre el rendimiento aerodinámico

        • marcelo s dijo,
          El 13 de enero de 2013 @ 23:53

          se me ocurre que cuando los motores de un avión tienen que ser muy potentes, entonces grandes, entonces pesados, es mejor que estén en las alas así estas en sus uniones con el fuselaje, no tienen que “sostener” tanto peso, por el mismo motivo es que tanto peso de combustible se sitúa también en las alas.

    • maito dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 0:15

      ¿Porque un avión es cilíndrico?
      Como sabrás a cierta altura la densidad del aire disminuye de tal manera que las personas no pueden respirar y se ahogarían, por ello el aire de dentro del avión va presurizado. Este aire al estar a mayor presión que el de fuera intenta escapar del fuselaje del avión ejerciendo fuerza hacia todas partes, por lo que si el fuselaje del avión fuera cuadrado tendería a hacerse redondo y estaría sometido a as fuerzas que uno cilíndrico.

    • Boca Rana dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 18:41

      Algún avión hay con fuselajes no cilíndricos, pero pocos y no de pasajeros, el principal motivo de ser cilíndricos es reducir material (y por tanto peso), más o menos como pasa en los huevos y en las burbujas de jabón. Se podría hacer un fuselaje prismático (con los extremos aerodinámicos) pero para ser igual de resistente habrías de incrementar el peso.

      Respecto de no meter los motores dentro del fuselaje… pues por que ocupan sitio y en ese sitio no puedes meter pasajeros.

  44. Asdi dijo,
    El 16 de diciembre de 2010 @ 23:08

    Hola! Estudio Aeronáutica y tu entrada me ha flipado O_O Tengo una asignatura que explica todo esto, pero tú le quitas todo lo aburrido de los profesores y lo explicas en plan “de andar por casa” y se entiende súper bien (Y además me he enterado de algunas cosillas interesantes *-*)
    Por cierto, hay una palabra en español para “Downwash”, se llaman torbellinos de punta de ala (Son preciosos <3)
    En fin, mi más sincera enhorabuena por la entrada! Te seguiré cotilleando el blog :)
    Saludos!

  45. Free dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 1:03

    Hola Yuri, como siempre deshaciendo esos mitos que inexplicablemente se cuelan hasta en las clases de ingeniería: lo del reencuentro de corrientes lo he escuchado más de una vez. Echo de menos una explicación que leí una vez y me pareció muy interesante, acerca de por qué la corriente superior se dobla hacia abajo tratando de seguir el perfil del extradós, efecto Coanda, me pareció buenísimo, como tu entrada!

  46. felisuco dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 1:08

    Leí hace poco que estudiando el vuelo de las moscas se dieron cuenta de que habia una corriente de aire extra que se generaba desde el principio del ala hasta la punta en direccion perpendicular a la corriente de aire en forma de pequeño torbellino que hacia que ese consumo en teoria alto de energia para mantenerse estático en el aire realmente no fuera tanto, no se si es el mismo efecto que tu comentas que gasta tanta energía, he intentado buscarte el vídeo de los científicos que estaba trasteando con prototipos mecanicos de moscas y no lo veo, ¿os suena? De ser cierto podría ser una vuelta de tuerca al consumo de vehículos aéreos. Un saludo.

  47. MoscaCojonera7 dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 9:55

    Uy, de eso se yo…

  48. Carlos (Y BERNOUILLI SI EXPLICA EL VUELO DE LOS AVIONES) dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 11:00

    “las conjeturas sustentadas estrictamente en mecanismos de presión diferencial entre ambas superficies lo tienen muy mal”

    No teermino de entender esta tendencia que hay ahora que dice que la diferencia de velocidades y de presiones no explica el vuelo de los aviones.

    La única forma que tiene un fluido de comunicar fuerza normal a un cuerpo, es decir, de empujar un ala hacia arriba es la fuerza de presión, Y NO HAY MÁS. Y en el caso de alas lá unica forma de hacer subir o bajar la presión es reduciendo o aumentando la velocidad, que es lo que dice Bernouilli. Además Bernouilli es la expresión, aplicada a estos casos de la ecuación de la energía y de las leyes de Newton, que nadie va a poner en duda a estas alturas.

    Lo de Newton y la acción reacción también se cumple, evidentemente. Si el aire empuja al avión hacia arriba, el avión empujará al aire hacia abajo, pero lo hará a través de fuerzas de presión originadas por variaciones de la velocidad.

    Ahora el avión de papel.
    El problema del avión de papel es que no es intuitivo a pesar de su sencillez.
    Cuando vuela un avión de papel, éste vuela con cierto ángulo que hace que aire la parte inferior cercana a la punta rodee esa punta y termine recorriendo la parte superior, al igual que ocurre con perfiles simetricos volando el vuelo invertido., éste aire que rodea la punta se acelera y por tanto reduce su presión, provocando una depresión en la zona de la punta de la parte superior que es en gran parte la que hace volar al avión.
    Casi toda la “fuerza que tira del avión hacia arriba” está concentrada cerca de la punta en la parte superior. Por eso hay que doblar mucho la punta para que haya mucho peso delante y la fuerza de sustentación y el peso puedan actuar el el mismo punto. Esto se puede ver intentando hacer volar un folio, la punta se levantará y será imposible ahcerlos volar recto.

    Por cierto, esto que he dicho lo defenderé y lo discutiré lo que haga falta.

    • voet dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 17:31

      la verdad es que a mí también me extraña que bernouilli se deje a un lado.

      si analizamos su principio, veremos que es muy sencillo de entender:

      - cuando el aire está en reposo, sus moléculas se mueven y golpean en todas direcciones, ejerciendo la misma presión hacia fuera.
      - cuando el aire está en movimiento, las moléculas golpean en el sentido del movimiento, y no lo hacen en el perpendicular.

      por eso, si aspiramos fuerte una pajita esta se aplasta, pues la presión interior sobre sus paredes disminuye y la atmosférica, la externa, aprieta hacia dentro.

      si el perfil de un ala provoca que el aire pase más deprisa por arriba que por debajo, obviamente tiene que haber una diferencia de presión que la hace elevarse.

      las complicaciones geométricas de la sección del ala son otro problema.

    • santi dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 18:01

      y yo te apoyo

    • vecino dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 19:04

      Me parece que estáis polarizando el asunto en plan Bernouilli sí / Bernouilli no, y creo que ésa no es la cuestión.

      Bernouilli por supuesto está ahí, pues no es mas que el principio de conservación de la energía aplicado a un fluido. La cuestión es que eso de provocar una diferencia de velocidades entre el intradós y el extradós NO ES LO ÚNICO que el perfil alar le hace al aire.

      Existe otro efecto y es que el perfil introduce un momento en el fluido, lo “gira”, provocando un vórtice que recorre todo el borde de salida (no la punta del ala, ése es otro remolino) y que hace que la velocidad del aire tenga una componente vertical y hacia abajo (downwash) por detrás del perfil (aguas abajo).
      http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/shed.html

      La fuerza debida a la introducción de este momento es significativamente mayor que la debida a la diferencia de presiones, eso es todo.

      En mi escuela de ingeniería lo explicaban correctamente =P

      • Yuri dijo,
        El 17 de diciembre de 2010 @ 19:10

        Esa es la misma información que tengo yo. ;-)

        Y por eso en un determinado momento del artículo comento que no es que Bernoulli no haga nada, es que es muy insuficiente para explicar el fenómeno (por eso el “poco” en el segundo gráfico).

      • voet dijo,
        El 17 de diciembre de 2010 @ 19:30

        y ese vórtice lo que hace es acelerar el aire arriba hacia adelante y “retener” aire debajo: es decir, bernouilliza el sistema.

        • vecino dijo,
          El 17 de diciembre de 2010 @ 20:17

          Bueno, ese vórtice cambia la dirección de una cierta masa de aire, o lo que es lo mismo, le aplica una aceleración.

          Segunda ley de Newton: F=m.a (el perfil le está aplicando una fuerza hacia abajo al aire). Por la tercera ley de Newton sobre el perfil tiene que aparecer una fuerza igual y de sentido contrario.

          Fíjate que no aparece Bernouilli por ningún lado

      • yorikim dijo,
        El 17 de diciembre de 2010 @ 19:42

        Yo insisto (respondiendo también a Luisma) en que el rozamiento es necesario para explicar la sustentación. El aire es un fluido viscoso, pero eso, lejos de ser un problema, es lo que hace posible que los perfiles de ala adquieran la circulación necesaria y por tanto la sustentación. Y cuando se introduce la viscosidad de un fluido Bernouilli ya no vale, porque el rozamiento producido por ella es una fuerza no conservativa (no se conserva la energía). Como se ha dicho más arriba, Bernouilli es una teoría para fluidos ideales, donde la energía sí se conserva.

        Sospechad de cualquiera (ingeniero o físico) que pretenda poder volar en un fluido ideal :-)!

        Creo que aquí lo explican muy bien:

        http://en.wikipedia.org/wiki/Lift_%28force%29

        Echad un ojo a las referencias!

      • Sheldon dijo,
        El 18 de diciembre de 2010 @ 1:22

        Por lo visto en tu escuela de ingeniería no te enseñaron a leer (sin ánimo de acritud).
        Si miras la primera línea del link que has puesto tú mismo, verás que pone “From a Newtonian perspective, lift is generated by turning a flow of air.” Creo que es especialmente relevante lo de “From a Newtonian perspective”, ya que puede hacer pensar (correctamente) que hay varios puntos de vista.
        Y citaré, de una vez por todas apesar de que muchos otros comentarios apuntan en la misma dirección:
        “Since the fluid is in motion, we can define a flow direction along the motion. The component of the net force perpendicular (or normal) to the flow direction is called the lift; the component of the net force along the flow direction is called the drag. These are definitions. In reality, there is a single, net, integrated force caused by the pressure variations along a body. This aerodynamic force acts through the average location of the pressure variation which is called the center of pressure. ” Recalco lo de “integrated force caused by the pressure variations along a body”.
        Puede ser leído aquí: http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/presar.html
        Y diré, por tanto aunque sea una falacia, que si la NASA dice eso, eso es cierto.
        Y si eso es cierto, podríamos decir que en el artículo nuestro querido amigo Yuri comete el desliz de despreciar a Bernoulli (que lo que dice a grandes rasgos es que si la velocidad aumenta la presión disminuye) y de desestimar la diferencia de presiones QUE HACE QUE UN AVIÓN VUELE.
        Pondré un ejemplo muy clarito, que pillarán a la primera todos los que hayan cursado algo de física seria y los que no también: Mi sistema es el perfil de un ala. Sobre ese perfil actúan unas fuerzas y unos momentos. Hasta aquí todo claro, ¿no? Pues bien. A mí me la suda lo que pase aguas abajo, es que me la trae floja. Como si al aire le da por hacer un looping invertido o bailar una sardana. Lo único que me interesa es la distribución de presiones (fuerza por unidad de superficie) y de momentos que se aplican sobre mi sistema. Ahora bien, otra cosa es que pretendas explicar por qué se da esa distribución de presiones, entonces ahí sí, invocas a Newton y a quien tú quieras.
        De regalo: “The difference in pressure across the airfoil produces the lift.”
        http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html

        • Yuri dijo,
          El 18 de diciembre de 2010 @ 1:41

          Eh… discúlpame, Sheldon, pero precisamente en la cita que pones ( http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html ) especifica claramente (incluso en la URL) que eso de que “the difference in pressure across the airfoil produces the lift” es la “teoría incorrecta número 1″. :-D

          Si sigues los enlaces, verás que la NASA excluye específicamente que la diferencia de presión vía Venturi o Bernoulli sea la causa primaria de la sustentación en todo momento. De hecho, esa fue una de las fuentes consultadas durante la elaboración de este post para descartar la “opción Bernoulli”. Palabra de NASA, que algo saben de aeronáutica. ;-)

        • Sheldon dijo,
          El 18 de diciembre de 2010 @ 2:23

          Créeme, se leer. Por eso, sigo leyendo:

          “{The upper flow is faster and from Bernoulli’s equation the pressure is lower. The difference in pressure across the airfoil produces the lift.} As we have seen in Experiment #1, THIS PART OF THE THEORY IS CORRECT. In fact, this theory is very appealing because many parts of the theory are correct. In our discussions on pressure-area integration to determine the force on a body immersed in a fluid, we mentioned that IF WE KNOW THE VELOCITY, WE CAN obtain the pressure and DETERMINE THE FORCE. The problem with the “Equal Transit” theory is that it attempts to provide us with the velocity based on a non-physical assumption as discussed above. ”

          ¿Me crees ahora o no me crees? Yo es que no sé qué mas puedo hacer para desterrar de tus prejucios la idea de que “la opción Bernoulli” (sin el anexo de tránsitos iguales) sea incorrecta.

        • vecino dijo,
          El 18 de diciembre de 2010 @ 12:24

          Sheldon, nadie dice que sea incorrecta.

          La sustentación es una fuerza resultado de varios efectos, la diferencia de presiones es solo uno de ellos.

          Si te calculas la fuerza resultante de la diferencia de presiones en extradós e intradós y la comparas con los resultados experimentales en un túnel de viento te encuentras con que hay una gran diferencia. Es decir, hay algo más, tiene que haber algo más. Y ese “algo más” es de lo que Yuri está hablando.

          Bernoulli no es incorrecto. Tratar de explicar la sustentación de un ala solo con Bernouilli sí que lo es. Y esto no es una opinión, es lo que se extrae de la experiencia, de los experimentos en túneles de viento.

          Por cierto, lo que pasa aguas abajo SÍ que importa (en régimen subsónico).

        • Carlos dijo,
          El 18 de diciembre de 2010 @ 19:46

          Como que la diferencia de presiones no explica la sustentación, o que es poco importante?????, eso quien lo dice???.

          La sustentación se obtiene integrando la distribución de presiones y ya, ni viscosidad ni nada. Porque como he dicho antes es la única forma que tiene el fluido de comunicar fuerza NORMAL a un cuerpo, y dado que la sustentación es perpendicular a la corriente de aire, la sustentación solo puede venir de la diferencia de presiones. Y esto no es una conjetura o algo que haya leido por ahí, o deduzca de un artículo de la NASA que quizás ni entienda. Es lo que se hace y es a partir de esto es como se calculan las fuerzas sobre alas, fuselajes o cubiertas de edificios, alerones de F1 o lo que quieras.

          Para calcular la resistencia si que se utiliza las fuerzass de origen viscoso, que van en la dirección del movimiento del aire, además de las de presión.

          Luego, lo que dicen por ahí, que para tener esta distribución de presiones necesitas que el aire aguas abajo se enrolle, gire, y se “doble” para que se cumpla acción-reacción, y conservación de la cierculación y demás, puse sí, pero sobre el cuerpo lo que manda es la fuerza de presión.

        • vecino dijo,
          El 19 de diciembre de 2010 @ 3:23

          ¿Y como pretendes tener la distribución de presiones correcta si omites la circulación?

        • Carlos dijo,
          El 19 de diciembre de 2010 @ 12:37

          ¿Quién ha omitido la circulación?

          La circulación es la integral de las velocidades a lo largo del perfil y cada distribución de velocidades dará lugar a un valor de circulación. Es una magnitud que se utiliza, porque hace una idea de la distribución de velocidades (y por tanto de presiones), además el uso de la circulación sólo se utiliza en aproximaciones y normalmente con hipótiesis de flujo potencial fijando el punto de remanso posterior en el borde de salida.
          Otra cosa, cuando el perfil entra en pérdida y deja se ser aplicable la la teoría potencial, deja de ser util el tema de la circulación.

        • vecino dijo,
          El 20 de diciembre de 2010 @ 21:01

          Carlos, es que la circulación, que para ti parece ser solo una integral, es lo que genera el vórtice y lo que hace que haya una corriente de aire descendente tras el perfil.

        • Carlos dijo,
          El 21 de diciembre de 2010 @ 14:01

          Me parece solo una integral porque es lo que es. La circulación no es más que una “propiedad” o variable derivada del campo de veloc idades, si tengo en cuenta las velocidades alrededor del perfil ya estoy teniendo en cuenta la circulación.

          Y en caso de flujo desperendido, cuando la circulación es prácticamente nula, te invito a deducir la sustentación y los torbellinos que se desprenden a partir sólo de la circulación.

          Y ahora una pregunta capciosa, imagina que tienes un ala muy larga que doblas y cierras sobre sí misma de forma que sea una especie de “donut aerodinámico” pero que genere sustentación neta, ¿Qué pasa con el vórtice y la circulación?

  49. yorikim dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 11:45

    Enhorabuena por la entrada, Yuri. Está muy bien!

    Desde un punto de vista físico, sin embargo, creo que habría que resaltar la importancia del rozamiento/viscosidad del aire, y el comportamiento de un fluido no ideal alrededor del perfil del ala. Un cuerpo en movimiento dentro de un fluido ideal (con viscosidad = 0) no experimentaría ninguna sustentación. Bernoulli, por tanto, no es suficiente. El rozamiento (viscosidad > 0) es necesario para explicar cómo se genera sustentación por medio de las diferencias de velocidad alrededor de un ala, debido a la separación de la capa límite y la generación de vórtices. O sea, sin rozamiento/viscosidad no hay desviación del aire. La teoría de fluidos ideales (Bernoulli) permite entender que, dada una diferencia de velocidades, tiene que haber una diferencia de presiones, y por lo tanto un empuje sobre el ala. Sin embargo, con ella no se puede entender cómo se genera esta diferencia de presiones.

    Esto, por supuesto complica mucho tanto la explicación divulgativa como la más técnica… una vez que necesitas las ecuaciones de Navier-Stokes estás perdido… :-). Pero al mismo tiempo me parece muy interesante darse cuenta de que el rozamiento juega al mismo tiempo en contra y a favor del movimiento.

    • Luisma dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 12:04

      yorikim dijo:

      “Un cuerpo en movimiento dentro de un fluido ideal (con viscosidad = 0) no experimentaría ninguna sustentación”

      Me temo que eso no es cierto. Lo que no experimentaría es resistencia (paradoja de d’Alambert) pero ¿sustentación? Por supuesto que sí. En cuanto el movimiento del fluido tenga asociada una circulación, habrá sustentación.

      • yorikim dijo,
        El 17 de diciembre de 2010 @ 12:21

        La cosa es cómo creas circulación alrededor de un objeto si no hay rozamiento/viscosidad. Copio un extracto del artículo “How do wings work”, de Holger Babinsky, publicado en Physics Education 38 (6) 497 (2003).

        “… any shape that introduces curvature into the flowfield can generate lift. Aerofoils work because the flow follows the local surface curvature on the upper and lower surfaces. It is not necessary to consider frictional forces to explain lift; however, it is only due to the action of friction that streamlines take up the pattern we would intuitively expect, so strictly speaking lift would not be possible without friction.”

        • Luisma dijo,
          El 17 de diciembre de 2010 @ 12:51

          “La cosa es cómo creas circulación alrededor de un objeto si no hay rozamiento/viscosidad”

          Lo explico más abajo. Hay circulación si el campo de velocidades lo exige. Y lo exige si hay dos puntos de remanso: el anterior, cuya posición depende del ángulo de ataque, y el posterior, que está en el borde de salida según la condición de K-J.

        • yorikim dijo,
          El 17 de diciembre de 2010 @ 13:50

          En la entrada de wikipedia sobre la condición de Kutta explica bastante bien por qué solo vale de forma aproximada para describir el movimiento de un objeto dentro de un fluido:

          http://en.wikipedia.org/wiki/Kutta_condition

          (no hay entrada en español). Creo que es importante la siguiente frase: “The Kutta condition allows an aerodynamicist to incorporate a significant effect of viscosity while neglecting viscous effects in the underlying conservation of momentum equation. It is important in the practical calculation of lift on a wing”. ["La condición de Kutta permite a un ingeniero aerodinámico incorporar un efecto significativo de la viscosidad despreciando al mismo tiempo sus efectos en la ecuación subyacente de conservación del momento. Es importante en el cálculo PRÁCTICO de la sustentación de un ala"]. O sea que utilizando la condición de Kutta estás teniendo en cuenta los efectos de rozamiento/viscosidad… sin enzarzarte en las ecuaciones de Navier-Stokes.

          Recomiendo también leer el teorema de Kelvin sobre circulación alrededor de objetos en fluidos ideales:

          http://en.wikipedia.org/wiki/Kelvin%27s_circulation_theorem

          [Conclusión: si no hay circulación al principio (como cuando la velocidad relativa objeto-fluido es cero), no la habrá nunca].

          Pero como el aire es un fluido viscoso, lo que realmente pasa, bien explicado y sin abusar de las fórmulas, lo puedes leer aquí:

          http://en.wikipedia.org/wiki/Lift_%28force%29#Stages_of_lift_production

  50. Luisma dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 12:02

    Copio de otro sitio:

    “Cuando el aire rodea un perfil aerodinámico, parte de él se ve forzado a circular por encima de su extradós y otra por debajo de su intradós. Si el perfil tiene curvatura (es decir, no es simétrico) o si, aun siéndolo, el aire sopla con determinado ángulo de ataque, el recorrido sobre el extradós tendrá mayor longitud y esto hará que las partículas se muevan a mayor velocidad a lo largo de éste que en el intradós (aunque no es cierto que dos partículas separadas en el borde de ataque deban llegar a la vez al de salida, como a veces se lee).

    El movimiento del aire alrededor del perfil tendrá dos puntos de remanso (es decir, de velocidad nula), uno en las proximidades del borde de ataque (la ubicación exacta depende del ángulo de ataque) y otro en el borde de salida (condición de Kutta-Joukovski), que es un punto anguloso. Para que se produzcan estos dos puntos de remanso en estas ubicaciones, el flujo de aire adopta un patrón que origina una notable diferencia de velocidades (y, por tanto, de presiones, según el teorema de Bernouilli) entre extradós e intradós. La diferencia de presiones, por último, origina a su vez una fuerza vertical, que es la sustentación”

  51. Santimus69 dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 12:55

    Hola Yuri, la verdad que la explicación que das es bastante precisa y aclaratoria, pero leyendo el articulo me ha venido una duda………………los coches de formula 1, usan el mismo tipo de ala(aproximadamente) pero de un modo inverso, para generar lo que llamamos down-force, pero como nos ha echo aprendernos de memoria el calvo de telecinco, digo el de la sexta………….jejejej……….un coche de estas caracteristicas se podría conducir “boca abajo” y que yo sepa, no cambian el ángulo de ataque……..¿cómo es posible?

    1saludo!

    • Ignacio J. dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 20:24

      Como bien dices, un coche de fórmula 1 tiene los alerones de tal forma que la sustentación vaya hacia abajo, es decir, un down-force, hacia el suelo. Cuando le das la vuelta al coche, lo que antes era arriba ahora es abajo y viceversa, es decir, que la fuerza sigue yendo hacia el suelo, lo que pasa que ahora el suelo es el techo, con lo que estás empujando el coche hacia arriba manteniéndolo pegado y contrarrestando la fuerza de la gravedad, no sé si me explico.

  52. Miguel dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 13:16

    Lo primero agrader a Yuri las emociones que nos proporciona de forma periodica y también las intervenciones de los que aquí escriben.
    Hasta ahora yo como aeromodelista y parapentista aficionado también pensaba que el efecto Bernouilli era el culpable de todo, no conocia el efecto Downwash. Pero explica ciertas cosas, por ejemplo, nosotros volamos a veces en invertido aviones con un perfil alar no ya semisimetrico sino con el intrados totalmente plano, a baja velocidad, con motores con una relación de peso/potencia mucho mayor de 1, solo es necesario modificar el angulo de ataque.
    Es mas incluso se puede volar a cuchillo, es decir se vuela con las alas perpendicular al suelo, es el fuselaje él que en este caso proporciona la sustentación. Eso sí, con un elevado angulo de ataque para el que es necesario un buen timon de cola y un motor más potente para contrarestar el incremento de resistencia.

    Un placer leeros a todos.

  53. Voltaire dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 14:34

    Siempre termino tus artículos con una sonrisa Yuri. Enhorabuena por tu labor, tan necesaria hoy, y que seguro anima a mucha gente a emprender este camino. Un abrazo

  54. Yuri dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 15:32

    Como ya habréis observado, durante esta noche ha habido un problema técnico en el alojamiento. :-/

    Pero en principio, ya está solucionado. Si alguien observa algo raro, por favor, que me lo comunique al correo.

    ¡Gracias!

  55. Dailos Tamanca dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 15:43

    Y ya que estamos… ¿por qué determinados animales vertebrados (sobre todo aves) vuelan?

    • Albert dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 17:55

      Vuelan porque sus alas, formadas por perfiles aerodinàmicas generan sustentación… y empuje.

      El vuelo de las aves es algo que ha fascinado a más de uno y más de dos ingenieros aeronáuticos: por ejemplo, en Canadá, el profesor Todd Reichert de la Universidad de Toronto lleva muchos años desarrollando un “ornitóptero” que no es más que un avión de alas batientes que permitiria usar las alas para sustentar y empujar

  56. Pepe dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 17:59

    Muy, pero muy bien!

  57. Albert dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 18:00

    “el perfil alar es esencialmente irrelevante para la sustentación”

    esta afirmación me parece un poco “peligrosa”… evidentemente para aviones de papel es absolutamente cierta pero para aviones ya no.

    En el estudio del vuelo de perfiles aerodinámicos en vuelo incompresible se distingue al perfil en tres partes: espesor, curvatura y ángulo de ataque y se demuestra que el espesor no contribuye a la sustentación. Sin embargo tanto la curvatura como el ángulo de ataque si que lo hacen. Busca información sobre el Método de Glauert (o el de Goldstein) para perfiles.

    • Albert dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 18:15

      Vale, y ahora va y leo la parte en que tu mismo medioniegas la afirmación anterior…

      evidentemente la forma del perfil influye en la resistencia, pero no debemos olvidar el papel que juega cada tipo de perfil en la entrada en pérdida del ala… ningún piloto querrá volar un perfil muy delgado y que le entre en pérdida sin avisar y por el borde de ataque, desprendiéndose la corriente en todo el extradós y prácticamente sin poder recuperarse.

  58. Dani dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 18:42

    La comunidad de ingenieros aeronáuticos te bendice ;) muy muy buen artículo

  59. Yuri dijo,
    El 17 de diciembre de 2010 @ 19:20

    A ver, compis, mis estimados lectores, mis estimadas lectoras…

    Lo voy a tener un poco complicado para atender en los próximos días porque me ha surgido un problemón hace un rato. :-/ No es un problema grave-grave, pero sí un jaleo de tres pares: hace un rato he perdido una cartera con documentación importante. Ya he puesto la denuncia, ya he anulado las tarjetas, ya estoy en la lista de “vigilancia paranoica por documentación perdida”, pero ahora me toca… pues eso, un lío de aquella manera, porque implica otras cosas de importancia inminente a las que debo dar soluciones diversas de manera rápida.

    Si por una casualidad de esas raras alguien se hubiese encontrado una cartera gris en un autobús de la línea 60 de Valencia esta tarde a partir de las 15.30 aproximadamente… que lo diga, por favor (si puede ser, a la cuenta de correo arriba a la izquierda). Se recompensará y eso.

    PD: Sí, siempre las cosas pasan juntas.

    • Dani dijo,
      El 17 de diciembre de 2010 @ 19:38

      Lo voy a tuitear por si acaso hay suerte.

      Ánimo.

  60. Tachikomakun dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 2:42

    Como comentaba mas arriba, no entiendo de donde vienen estos errores tan comunmente sostenidos, sin una explicación así de liosa y complicada, seguramente más gente sería capaz por simple intuición de suponer el principio de funcionamiento, ¿Quien no ha luchado contra el viento con una carpeta o cosas así? Se ve claramente que dependiendo del ángulo un plano sometido a viento tenderá a subir con menos o mas fuerza… y que si se pasa de cierto punto, se desestabilizará y caerá. Pensaría en alguna clase de conspiración para mantener el secreto si no fueres porque es incluso común en el propio ramo (en ese caso ya sería rizar el rizo, liar a los estudiantes para que no puedan llegar a un verdadero diseño).

    Por otra parte no se si has simplificado mucho el matiz en el tercer caso, el de la piedra rebotando sobre el lago, porque no acabo de apreciar del todo la diferencia con el principio real de vuelo.

    Impresionantes maquinas rusas, tanto el Mirya como los ekranoplanos, aunque tienen pinta de no ir muy bien cuando sales de un bonito lago ruso o la estepa nevada para ir a un mar embravecido con olas de gran tamaño. Me pregunto hasta que punto no son competitivos con ferrys, y como de plano es el casquete polar como para usarlo para llevar carga entre entre eurasia y norteamerica.

    Yendo al porta Buranes (y espero encarecidamente un articulo sobre esas dos maravillas) y el hecho que es mas económico volar que lanzar cohetes, me lleva a preguntarme por que no es más común el lanzamiento de estos desde gran altura, 10.000 metros o más, donde habrá menos aire, menos recorrido, menos combustible. Recuerdo que el Minisat se lanzó de esta manera.

    También me lleva a pensar hasta que punto se puede llegar a aprovechar la atmósfera para llevar carga al espacio en lugar de costosos cohetes. Sea con globos (como el video famoso), dirigibles (seria sensacional tener una base flotante de lanzamientos) o llegando más al limite, cuanto se puede subir por sustentación, y si luego puede utilizarse motores y la tenue atmósfera para ganar altura “rebotando como en un lago” hasta entrar en órbita a bajo coste.

    A ver si alguien puede responder a alguna de mis (excesivas) dudas, porque son temas verdaderamente interesantes.

  61. Alb dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 12:58

    No deja de ser curioso que la explicación correcta sea la mas sencilla e intuitiva.

    “Los aviones van para arriba, porque empujan el aire hacia abajo”

    ¿Por que tienen mas exito las explicaciones antintuitivas del efecto venturi?

    Que una mayor velocidad de aire implique una menor presión es contrario a la intuición. Que el avios se sostenga debido a una menor presión en la parte superior de las alas es mas dificil de visualizar.

  62. voet dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 15:43

    a yuri, con cariño: http://glob.cranf.net/?p=1023

  63. falconcrest dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 17:32

    ¿velocidad y perfección? ahí van juntas en este enlace:
    http://www.youtube.com/watch?v=j3mTPEuFcWk&feature=related

  64. Yop dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 17:43

    Buenas Yuri, acabo de descubrir hace poco esta página y me gustan muchos de los artículos que hay aquí, sin embargo quería comentarte que según tengo entendido los pájaros usan además de lo comentado, otros tipos de estrategias para conseguir mantenerse en el aire (sólo lo comento en plan curiosidad). Además este modelo es empleado por los tiburones que sin dudas constituyen un ejemplo evolutivo notable.

    Un saludo de parte de un biologo

  65. alfonso dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 19:04

    pedazo de post… le hace a uno pensar en lo que se lo tendrán que currar los ingenieros para hacer aparatos de exploracion voladores para sondas enviadas a otros planetas con atmosferas distintas a la nuestra….

  66. Jr dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 19:18

    Yuri, un apunte: ya se que los mecanismos automáticos del cerebro son difíciles de controlar, pero o volamos a 10000 m y a 900 km por hora, o lo hacemos a 30000 pies y 500 nudos. Es evidente que en un texto de divulgación científica como este (y, por cierto, como introducción es impecable, sin ningún fallo, y necesariamente simple, que esto no es la AGA) el sistema métrico decimal es el único que debería utilizarse, creo yo. Otra cosa es el argot que cada cual utilice en su oficio, y que es necesario (aunque tal vez no deseable siempre) para facilitar la comunicación.
    Y ya puestos, ¿me permites que te sugiera que una entrada sobre el sistema métrico y todo lo que implica sería bastante necesaria? Todo el mundo parece dar por sobrentendido su valor, pero se sigue hablando de mm de mercurio, ergios, pies y pulgadas, etc. y, que yo recuerde, al menos un buen proyecto espacial se fué al garete por culpa de la confusión entre medidas métricas y medidas imperiales.
    Saludos.

    • Tachikomakun dijo,
      El 20 de diciembre de 2010 @ 0:11

      Que cierto, creo que hasta que fui a Suiza no vi un televisor que vendían exclusivamente anunciando el tamaño de la diagonal en cm. Y no en todas partes

      Espero que con la adopción de nuevos mercados comunes en Latinoamérica se fuerce como mínimo a que el comercio de exportación se realice en medidas SI, porque con lo inmensamente cabezones y resistentes al gobierno que son los americanos y la ola evangelizadora anticientifista que corre por el país, vamos listos “una dictadura tendrían que haber pasao”.

  67. CL dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 22:05

    Gracias Yuri! Releeré el post para poder explicarle a mi novia por qué vuelan los aviones y que no pase tanto miedo cada vez que viajamos! :P

    PD: Te estas convirtiendo en todo un fénomeno de la red!! Para el 2012 a más tardar te veo en la TV!! Y empezaste en blogspot hace ná!

    CL

  68. Bruno dijo,
    El 18 de diciembre de 2010 @ 22:49

    Espectacular el post.

    La explicación completa básica del fenómeno de sustentación, con sus antiguas explicaciones y por qué no son válidas tremendamiente bien sustentadas.

    Un placer haberlo leído, Yuri.

  69. ma2010 dijo,
    El 19 de diciembre de 2010 @ 12:54

    Excelente post Yuri. ¿Me permites una sugerencia para un próximo post? Ekranoplanos y el efecto suelo.
    Gracias por tus explicaciones y ánimo. Cosas como esta no se encuentran a diario.

  70. Aeronautico dijo,
    El 20 de diciembre de 2010 @ 12:46

    Yuri, sigo tu blog con asiduidad y la verdad es que lo tengo en mi lista de favoritos. Sin embargo en esta entrada creo que cometes bastantes errores en cuanto a la explicación que das. Básicamente comentar que la sustentación en un avión sí la da la distribución de presiones sobre el perfil alar y que en esto Bernouilli tiene mucho que ver. Hay tres características que definen el perfil, curvatura, espesor y ángulo de ataque y cada una de ellas otorga el perfil resultante características muy particulares que le harán óptimo para una u otra “velocidad de crucero”. Por ello por ejemplo la diferencia de espesor en un perfil supersónico que en uno subsónico. En régimen supersónico el fluido (aire) deja de comportarse como en régimen subsónico compresible y el espesor no aporta nada, más bien da problemas ya que puede provocar cascadas de ondas de choque en el borde de ataque que puden resultar dañinas para la estructura. Por ello la diferencia entre el Mirgage 2000 y el Alphajet volando a baja velocidad. El Mirage está diseñado para régimen supersónico y volando a baja velodidad debe aumentar el ángulo de ataque para igualar en sustentación al alphajet que lo obtiene a través del espesor del perfil. Un espesor característico de perfiles subsónicos.
    Me gustaría hacerte más comentarios. Si tengo tiempo te mando un e-mail.
    Fdo. Ingeniero Aeronáutico.

    • Yuri dijo,
      El 20 de diciembre de 2010 @ 12:52

      Hola. :-) Yo te rogaría que leyeras el documento indicado en el texto:

      Anderson, D. y Eberhardt, S. (2009), A physical description of flight, revisited (ex-Fermi National Laboratory / Boeing, resumen de Understanding flight de McGraw-Hill, por los mismos autores), disponible en:

      http://www.allstar.fiu.edu/aero/Flightrevisited.pdf
      http://www.scribd.com/doc/14254884/AVIONES-Fisica

      …y sobre esa base me comentaras, ¿de acuerdo? ;-)

      • Aeronautico dijo,
        El 20 de diciembre de 2010 @ 16:15

        Hola Yuri, me lo he mirado un poco por encima nada más. Le dedicaré más tiempo en cuanto pueda. Pero en una primera observación he visto algún que otro error o inconcreción, o más bien, aproximaciones y simplificaciones que no son reales. Justo lo que critica el propio documento en cuestión. Pongo solo dos ejemplos. El primero, según esta explicación el desprendimiento de la capa límite en el extradós no provocaría la entrada en pérdida del perfil. Segundo, no explicaría tampoco la diferencia de ángulo de ataque en el que los dos aviones de la foto de ejemplo tienen que volar para mantener la sustentación a la misma velocidad.
        Lo dicho, me lo miro con detalle para poder criticarlo con argumentos, pero lo he visto un poco cojo y simplista. La verdad es que me ha sorprendido ya que no dudo de la profesionalidad de los firmantes aunque por lo que he podido investigar no son ingenieros sino pilotos. No se me malinterpretes por favor.
        Y Yuri, que lo comento todo con el mayor cariño del mundo. Soy un seguidor fiel de tu blog y me encanta. Precisamente por eso he comentado. Porque se habla de un tema que conozco y quería matizar alguna cosa. Que me he leído muchos, muchos libros de aerodinámica. Y me dedico a esto hombre. Un abrazo. :)

        • Yuri dijo,
          El 20 de diciembre de 2010 @ 16:45

          Si no hay ningún problema, coméntame lo que me tengas que comentar. :-)

          Sólo te señalo que elegí ese documento como fuente principal porque, aunque ambos son (también) pilotos, no sólo son pilotos. David F. Anderson es físico retirado, y no un físico cualquiera, sino “ex” de los Laboratorios Nacionales Fermi y del CERN. Scott Eberhardt es tecnólogo aeronáutico, del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica de la Universidad de Washington, que ha sido diseñador para la NASA y (creo que sigue siéndolo para) Boeing. Ambos son coautores del libro mencionado de McGraw-Hill.

          Que conste que no lo digo en plan “argumento de autoridad”, pero sí me pareció una buena base para escribir el artículo en un tema que siempre es polémico. Como dijo alguien, este de la sustentación es un tema en el que se sientan un piloto, un ingeniero, un matemático y un físico y siempre terminan discutiendo. :-D

          • Koko Torres dijo,
            El 28 de junio de 2012 @ 22:42

            Estoy completamente de acuerdo con el Aeronautico, hay bibliografias como el Fligth performance de Ojha o Fillipone que pueden ilustrarte en las verdaderas actuaciones.

        • Aeronautico dijo,
          El 20 de diciembre de 2010 @ 16:52

          Jajajaja. Sí, discuten fijo :) Hablamos.

  71. Nashimas dijo,
    El 21 de diciembre de 2010 @ 14:58

    Genial, por fin una buena explicación.
    Hasta ahora siempre que había visto explicaciones de como funcionaban las alas de un avión lo englobaban en el mismo fenómeno de los efectos en los lanzamientos de falta de futbol, por ejemplo. Daban como explicación que al pasar el aire más rápido por la parte superior se generaba una baja presión que sustentaba al avión. A mi me parecía una buena explicación (ahora veo que era incorrecta) pero cuando intentaba extrapolarla al caso del balón de futbol me chirriaba todo. Yo creo que en un balón se produce el efecto contrario, es decir , al generarse mayor presión en el lado en el que circula el aire más rapido (exterior) que en el lado contrario (interior del arco) lo que hace que “empuje” el balón hacia el interior. ¿Sería esa la explicación correcta?

  72. Emilio dijo,
    El 22 de diciembre de 2010 @ 17:19

    Impresionante!! Me ha encantado!! Flipo con que me lo explicaran en la univ con bernoulli!! Un placer leerte!! Suscrito quedo!

  73. José Luis Cerezo dijo,
    El 26 de diciembre de 2010 @ 22:14

    Me encanta. ¿Porqué vuela un avión?. El aire que empuja la parte inferior del ala lo eleva hacia arriba. ¿Es esto?. Gracias.

  74. Raúl86 dijo,
    El 30 de diciembre de 2010 @ 19:19

    Hay muchos aviones que no pueden volar en invertido (prácticamente ninguno salvo los cazas y aviones muy pequeños) como ya han indicado otros usuarios. Sólo vuelan en invertido aquellos que lo pueden hacer como cohetes. Es más, a los cazas modernos no les harían falta las alas para volar, y para muestra el F15 que aterrizó sin el ala izq (arrancada de cuajo). No sé si será el efecto Bernoulli, pero lo que es seguro es que la geometría del ala es determinante y para nada despreciable.

  75. Iñaki dijo,
    El 5 de enero de 2011 @ 20:45

    Aquí dejo mi humilde aportación a la causa: http://www.enchufa2.es/archives/unos-apuntes-sobre-asi-vuela-un-avion.html

  76. Ontureño dijo,
    El 7 de enero de 2011 @ 23:02

    Jo, qué bueno. Ahora vete a una universidad, la que quieras, cógete a los catedráticos del departamento de Física y pregúntales por qué vuela un avión. Al menos 4 de cada 5 dirán que es por efecto Venturi… yo lo hubiera dicho hasta hoy mismo.

  77. pipperspun dijo,
    El 10 de enero de 2011 @ 20:42

    Enhorabuena Yuri, yo he estudiado algunos manuales de piloto y siempre me acordaba de cuando era pequeño e iba con mis padres en el 1430, abría la ventanilla trasera, antes se podía, y sacaba el brazo para fuera y con la mano iba jugando con el aire producido por la velocidad del coche, cuando mi mano se movía lo que estaba haciendo era modificar el angulo de ataque, por lo tanto esta se elevaba, descendia o se manenía fija dependiendo de cómo la pusiese. Pues esa fue mi mejor escuela para entender la sustentación, ahora me alegro de que alguien me la confirme. Un saludo.

  78. A... dijo,
    El 27 de enero de 2011 @ 22:25

    Excelente post. De verdad tengo que confesar algo. Soy piloto de aerolinea y aunque manejo bastante bien los temas relacionados con el avión, este post te deja bien claro ciertas cosas que quedaron en sombra desde que salí de la escuela.
    Felicitaciones.

    También me voy a comprar un boomerang.

    Nota: Al que esté pensando que yo debería conocer el tema perfectamente y no haber salido de la escuela con dudas en materia de aerodinámica, le digo; mi trabajo es volarlos, mi trabajo no es diseñarlos ni entenderlos, para eso están los ingenieros, los mecánicos los arreglan y mantienen, los controladores los vigilan y nosotros nos llevamos la mejor parte, los volamos. JA!

    • Koko Torres dijo,
      El 28 de junio de 2012 @ 22:45

      Te equivocas amigo, la mejor parte es crear y sentirte satisfecho de que tu trabajo , puede Volar

  79. josearoco dijo,
    El 1 de febrero de 2011 @ 23:59

    Buenas, si no lo has visto, genial. Aunque lo dudo; Un aterrizaje luminoso.http://leenks.com/link331438.html

  80. Juan dijo,
    El 16 de febrero de 2011 @ 16:00

    El problema es que, sencillamente, no se puede explicar porqué vuela un avión sin echar mano de las ecuaciones de Navier-Stokes (al menos la aproximación de Prandtl para la capa límite).

    Si echas mano de Bernouilli, te dicen que el aire va más deprisa por arriba que por abajo por lo que la presión es menor por arriba y el efecto neto es una fuerza de sustentación. Correctísima descripción. Ahora, ¿por qué el aire va más deprisa por arriba?, ¿en qué cuantía lo hace?, …. Explicación nula, argumento del tipo si pasa A, pasa B; ahora bien, no sabemos porque pasa B.

    Si echas mano de acción-reacción, te dicen que el aire es empujado hacia abajo por lo que la reacción supone un empuje hacia arriba sobre el avión. Correctísima descripción (y además calculando por Bernouilli o por balance de momentos sale lo mismo). Ahora, ¿por qué empujan las alas el aire hacia abajo?, ¿en qué cuantía lo hacen?… Nueva explicación nula: si pasa A, pasa B; ahora bien, ¿por qué pasa B?

    Tanto con Bernouilli como con momentos está presuponiendo una distribución determinada del campo de velocidades alrededor del ala (en Bernouilli para calcular presiones y en momentos para ver hacia donde se dirige el aire a la salida del perfil, luego da la “casualidad newtoniana” de que la diferencia de momentos en la masa de aire se “convierte” en diferencia de presiones sobre el ala y ambas explicaciones coinciden).

    Pero la explicación de porque el mapa de vientos alrededor del ala es la que es requiere de Navier-Stokes sí o sí. De hecho, antes de que los hermanos Wright volasen se había conseguido “demostrar matemáticamente” que lo que pretendían era imposible y, de hecho, hasta que unos años después Prandtl sacó su teoría de la capa límite nadie sabía como era posible que el cacharro de los Wright volase sin intervención de las brujas.

    Se puede empezar a tirar del hilo con la hipótesis de Kutta-Jukowski (atención HIPÓTESIS), seguir con la conservación de la circulación, la formación de vórtices (hasta que no se desprende el vórtice inicial NO HAY SUSTENTACIÓN) y acabar llegando a la conclusión de que, SIN NAVIER-STOKES, es imposible explicar porque se forman los vórtices que se forman.

    • Koko Torres dijo,
      El 28 de junio de 2012 @ 22:53

      Exacto

  81. Luis dijo,
    El 26 de febrero de 2011 @ 23:43

    Con mi mayor respeto explicar esto es mas simple que lo que ha mostrado yuri en su pizarra, y sin mencionar ninguna formula y teoria ya lo estare posteando

    img=http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTsRzRd2lgzCXv_Pjx62UPvPx5RYc1EJW0XSuEtwMzDrRn6bDH-

  82. Blackfyre dijo,
    El 17 de marzo de 2011 @ 18:07

    Hay una serie de artículos sobre el vuelo de aviones en otro blog de divulgación y se menciona bastante éste.

    Te dejo el enlace por si quieres pasarte a echar un vistazo a las alusiones a tu trabajo: http://www.xatakaciencia.com/fisica/como-vuela-un-avion-y-iv

  83. Joseba dijo,
    El 28 de mayo de 2011 @ 12:50

    Pa darle un toque de humor científico, y aprovechando que “Carles” ha dicho que se iba a comprar un boomerang, A Yuri se le ha olvidado que el boomerang vuela, y vuelve de nuevo. Por eso le pasó al australiano aquel que se murió sin estrenar un boomerang que le habían regalado en su cumpleaños.
    Ah, ¿¿que no sabéis la historia??…. pues que se murió sin estrenar el nuevo, porque no se podia deshacer del viejo,,,,, lo tiraba, pero le volvía siempre,,,

    un saludo y ,,, me adhiero al comentario,,,”ya era hora que alguien nos explicara” por que vuelan los jodidos (y queridos) avioncitos. Yo trabajo haciendo fuselajes y estabilizadores.
    Un par de cosas mas, Yuri;
    1- Los aviones comerciales, tienen muy diferentes el extradós y el intradós, pero las avionetas, tienen las caras bastante mas simétricas, yo creo (?¿?) que sería imposible el vuelo invertido con un ala como la de un B737, ¿no?
    2- Yo me he fijado en los estabilizadores horizontales que fabricamos (ERJ170) y he comprobado que la parte curva la tienen en en intradós y la parte mas plana en el extradós. Esto es porque hace una especie de vuelo invertido para regular el angulo de ataque, tratando de empujar la cola hacia abajo y asi subir el morro?

  84. Niki dijo,
    El 20 de junio de 2012 @ 22:45

    Sólo una pregunta. no me ha quedado claro exactamente en qué zona del ala se produce la reacción (provocada por el cambio de dirección del aire)

    • Koko Torres dijo,
      El 28 de junio de 2012 @ 22:40

      Se genera en el centro de Presiones, este puede cambiar a lo largo de la cuerda dependiendo del perfil alar

  85. Koko Torres dijo,
    El 28 de junio de 2012 @ 22:39

    Pues , soy estudiante de ingenieria en Aeronáutica y los cálculos complejos que ralizamos siempre tienen que ver con Bernoulli y la diferencia de presiones que se genera entre el itrandos y el extrados del perfil alar, aun que es verdad que todo parte de las leyes de Newton , la densidad del aire es lo que hace que los aviones “floten” por medio de la generación del levantamiento, pues si no fuera “útil” las propuestas de Bernulli simplemente el empuje, sin la componente del levantamiento podría hacer volar a dicha maquina.

  86. Juan dijo,
    El 1 de enero de 2013 @ 17:05

    Querido Yuri, felicitaciones por el post. Claro, asequible… y delicioso, por lo menos para los que hemos hecho estudios de ingeniería o nos gustan estas materias.
    Una duda: cuando hablas del vórtice que se produce en el borde externo de las alas, hablas de un “downwash”; no lo he entendido bien. Dado que en el intradós hay más presión, el aire escapa por el extremo lateral del ala “de abajo hacia arriba”, ¿no?; de hecho, la forma que toma el remolino que se produce en sentido perpendicular al avance hace ver que el fluido ha ido de abajo hacia arriba y sigue girando en el mismo sentido de la velocidad angular que ha adquirido en ese movimiento…

  87. El 10 de abril de 2013 @ 6:08

    Deficiency SymptomsA vitamin B-12 deficiency can lead to several neurologic and psychiatric symptoms that may worsen bipolar disorder. These include mood swings, depression, confusion, low energy, fatigue and a lack of motivation. Other symptoms include poor memory, ataxia or shaky movements, muscle weakness and spasms, [url=http://www.jeremyscottwingsshop.us/]Jeremy Scott Adidas[/url] hypotension or low blood pressure, blurred vision, dementia, hallucinations, paranoia and psychoses. Bipolar disorder is a physical illness that is extremely complex. Like other illnesses such as diabetes or high blood pressure, once it develops (if the diagnosis of bipolar disorder is accurate) it is something an individual will have for life. Unfortunately, [url=http://www.raybanglassesforsale.us/]Ray ban Glasses Wholesale[/url] there is no “recovery”. Get a good workout going with the Ab Circle Pro with ease. Initially because I in shape already it takes a couple of swings for the burn to start. I like to keep my TV on when I use my Ab Circle Pro because it makes it easier for me to push myself. 2. Under “Procedure” there is a table that you need to fill out. Ignore the question directly beneath it asking what [url=http://www.jswingsonlineshop.us/]Adidas Jeremy Scott Wings[/url] test you would need to perform to prove that it is a blahblahblah support your answer with an explanation. 16 Couples dropped his club and bent over in obvious discomfort. “I was feeling good, but then I got really, really stiff,” Couples said. “I hit a lot of bad wedges. “We just tried to get back to the volleyball basics our coach has been teaching us for a long time,” Brzozowski said. “I was concentrated on my blocking and making sure I knew where my setters and who my hitters were and follow them. Each of us tried to [url=http://www.sunglassesfactoryoutlets.us/]oakley sunglasses for women[/url] do our individual part, but (the Redskins) are a really good team. Han erkl at Man skal have evnen til at styre personlige f eller frygt for tab eller gr efter Jeremy Scott Shoes et st overskud, der p de fleste mennesker beslutninger, s er meget dyre. Undervurder aldrig v af 鈥嬧€媓andel psykologi. Mest almindeligt er det, hvad der adskiller den temmelig god forhandler stammer fra en sand mester .. Flashing a coquettish, Mona Lisa smile, her visage was plastered on 1,500 billboards, 25 feet high, all around London promoting Berlei Sports Bras. The cheeky slogan festooning the ads, “Only the balls should bounce,” became the catchphrase for the tournament. Mere rumors of her hitting sessions had hundreds of fans scrambling from their seats to get as close to the Aorangi Park practice courts as possible..

  88. tomas dijo,
    El 16 de agosto de 2014 @ 8:50

    Buenas noches, una duda, si el avion vuela por la reaccion que genera el downwash, porque esta no se anula con la reaccion que genera el downwash?

  89. tomas dijo,
    El 16 de agosto de 2014 @ 8:52

    perdon quise decir porque esta no se anula con la reaccion que genra el upwash

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24 Trackbacks \ Pings »

  1. diciembre 16, 2010 @ 16:01

    [...] Así vuela un avión http://www.lapizarradeyuri.com/2010/12/16/asi-vuela-un-avion/&nbsp; por bolivas hace 3 segundos [...]

  2. diciembre 16, 2010 @ 16:43

    [...] This post was mentioned on Twitter by Hispania, Fernando Montoya, Dani EPAP, Vanessa , Gorka Santisteban G and others. Gorka Santisteban G said: RT @lapizarradeyuri: ¿Por qué vuela un avión? ¿Y un helicóptero? ¿Y un avioncito de papel? ;-) http://www.lapizarradeyuri.com/?p=1407 [...]

  3. diciembre 16, 2010 @ 17:00

    [...] » noticia original [...]

  4. Anónimo dijo,
    diciembre 16, 2010 @ 17:13

    [...] [...]

  5. diciembre 16, 2010 @ 18:40

    [...] » noticia original [...]

  6. diciembre 16, 2010 @ 22:20

    [...] Así vuela un avión [ http://www.lapizarradeyuri.com ] [...]

  7. diciembre 17, 2010 @ 9:46

    [...] » noticia original [...]

  8. enero 5, 2011 @ 17:41

    [...] pasado 16 de diciembre, se publicó un artículo al respecto titulado Así vuela un avión en el excelente blog La pizarra de Yuri. Dicho artículo se dedica a desmontar una a una estas [...]

  9. enero 11, 2011 @ 21:23

    [...] Un ala que se impulsa por la luz. (ojo, que eso es distinto a cómo vuelan los aviones). [...]

  10. mayo 3, 2012 @ 1:14

    [...] o flotar en l’aire dins d’un globus aerostàtic (el vol en aviò o helicòpter depèn d’un altre fenòmen anomenat sustentació i del que ja parlarem en una altra [...]

  11. mayo 8, 2012 @ 15:29

    [...] artículo en La Pizarra de Yuri, donde nos desgranan, con todo lujo de detalles y explicaciones, cómo y por que vuela un avión, o [...]

  12. junio 18, 2012 @ 19:21

    [...] que la remití a la magnífica anotación Así vuela un avión de La Pizarra de Yuri, que lo explica perfectamente, y que aquí resumo, espero que sin meter mucho [...]

  13. junio 18, 2012 @ 22:40

    [...] que la remití a la magnífica anotación Así vuela un avión de La Pizarra de Yuri, que lo explica perfectamente, y que aquí resumo, espero que sin meter mucho [...]

  14. junio 19, 2012 @ 4:17

    [...] que la remití a la magnífica anotación Así vuela un avión de La Pizarra de Yuri, que lo explica perfectamente, y que aquí resumo, espero que sin meter mucho [...]

  15. junio 26, 2012 @ 20:15

    [...] que la remití a la magnífica anotación Así vuela un avión de La Pizarra de Yuri, que lo explica perfectamente, y que aquí resumo, espero que sin meter [...]

  16. enero 31, 2013 @ 15:51

    [...] Recomiendo leer los comentarios del blog, en especial el del usuario agnobi donde da respuesta a dudas que puedan surgir respecto el artículo de la Pizarra de Yuri. [...]

  17. febrero 7, 2013 @ 0:49

    [...] por que los aviones invertidos o de ala simétrica vuelan, ya que como explican muy bien en este blog, todo depende solo del ángulo de [...]

  18. mayo 20, 2013 @ 10:30

    [...] un par de años, la Pizarrade Yuri (desactualizada ahora, por desgracia) nos regaló la vista con una estupenda explicación. También se hicieron eco del problema en Microsiervos, en enchufa2 y en la muy recomendable web de [...]

  19. mayo 21, 2013 @ 0:48

    [...] un par de años, la Pizarra de Yuri (desactualizada ahora, por desgracia) nos regaló la vista con una estupenda explicación. También se hicieron eco del problema en Microsiervos, en enchufa2y en la muy recomendable web de [...]

  20. julio 1, 2013 @ 11:12

    [...] Imagen de “La pizarra de Yuri”  [...]

  21. septiembre 17, 2013 @ 18:10

    […] o flotar en l’aire dins d’un globus aerostàtic (el vol en aviò o helicòpter depèn d’un altre fenòmen anomenat sustentació i del que ja parlarem en una altra […]

  22. Anónimo dijo,
    noviembre 8, 2013 @ 4:08

    […] […]

  23. enero 19, 2014 @ 19:00

    […] cómo vuelan los aviones recomiendo leer a Yuri, “Así vuela un avión,” La pizarra de Yuri, 16 Dic 2010, que se basa en David Anderson, Scott Eberhardt, “A Physical Description of Flight; […]

  24. abril 11, 2014 @ 14:04

    […] la Pizarra de Yuri (desactualizada ahora, por desgracia) nos regaló la vista con una estupenda explicación. También se hicieron eco del problema en Microsiervos, en enchufa2y en la muy recomendable […]