Centro de presión y centro aerodinámico: polares, resistencias y efectos en perfiles

Centro de presión, centro aerodinámico y comportamiento de perfiles

Diferencia entre centro de presión y centro aerodinámico

Diferencia entre centro de presión y centro aerodinámico: El centro de presión es el punto sobre la cuerda del perfil donde la resultante aerodinámica produce momento nulo respecto a ese punto. Para un perfil simétrico, si tomamos momentos respecto al punto de aplicación (centro de presión) el momento es nulo; si elegimos cualquier otro punto, el momento no será nulo. Tendremos un momento de picado si tomamos el borde de ataque, con ángulo positivo como punto de referencia, y si tomamos el borde de salida como punto de referencia tendremos un momento positivo.

La posición del punto de aplicación (centro de presión) suele variar con el ángulo de ataque. Por su parte, el centro aerodinámico es un punto sobre la cuerda del perfil en el que el momento es (aproximadamente) independiente de los cambios del ángulo de ataque; es decir, el coeficiente de momento respecto a ese punto se mantiene constante para variaciones del ángulo de ataque. El momento generado por el perfil, medido respecto al centro aerodinámico, no depende (en primera aproximación) del ángulo de ataque.

Polar de un perfil

Polar de un perfil: La polar de perfil es un gráfico que permite obtener directamente la relación entre el coeficiente de resistencia y el coeficiente de sustentación, es decir, la finez del perfil (L/D). A partir de la polar se puede identificar el valor máximo de dicha relación y los regímenes de funcionamiento eficientes del ala.

Resistencias

Resistencia de fricción

Resistencia de fricción: Se produce dentro de la capa límite y se puede reducir disminuyendo la superficie mojada, mejorando el acabado superficial o promoviendo la mayor extensión posible de capa límite laminar.

Resistencia de interferencia

Resistencia de interferencia: Se debe a la mezcla de flujos entre superficies aerodinámicas y fuselaje, aumentando la resistencia total respecto a la suma de las resistencias de los componentes aislados. Se reduce carenando, mediante radios, la unión entre el ala y el fuselaje.

Efectos sobre las curvas aerodinámicas

Efecto de la ganancia de altitud en la curva de resistencia

Efecto de la ganancia de altitud en la curva de resistencia: El efecto principal de aumentar la altitud es la disminución de la densidad del aire. La resistencia parasita tiende a disminuir (la curva se aplana), mientras que la resistencia inducida se incrementa o se desplaza según las condiciones de vuelo. En conjunto, la curva de resistencia total se desplaza hacia la derecha en el eje de velocidad (o número de Mach) sin variar necesariamente el valor mínimo de D en términos no dimensionales.

Efecto de la curvatura en la curva de sustentación

Efecto de la curvatura en la curva de sustentación: Aumentar la curvatura (camber) de un perfil eleva la curva de sustentación, aumentando el coeficiente de sustentación máximo; sin embargo, esto suele traer el inconveniente de que se alcanza un ángulo de ataque crítico inferior.

Resistencia inducida

Resistencia inducida: Los torbellinos de punta de ala contribuyen al campo de downwash que queda tras el ala. La creación de ese downwash por la contribución del ala finita requiere gasto de energía; la potencia requerida para inducir el componente de downwash está asociada con la resistencia inducida. La sustentación efectiva sobre el ala se ve disminuida por los efectos de los torbellinos libres.

Tipos de contaminación sobre superficies aerodinámicas

Tipos de contaminación: A continuación se describen varios tipos de contaminación y formación de hielo que afectan al rendimiento del perfil. (Se conserva todo el contenido original, con correcciones ortográficas y de estilo.)

• Escarcha: Es una capa uniforme de cristales de hielo fina, que no altera el contorno de las superficies pero eleva su rugosidad superficial. Se puede formar tanto en tierra, si la temperatura cae por debajo de 0 °C, como en vuelo, cuando descendemos a una capa de aire más caliente y húmedo tras un largo periodo de vuelo seco bajo 0 °C.
• Hielo — hielo claro: Es una capa traslúcida de superficie suave, producida al impactar grandes gotas de agua contra los bordes de ataque del ala. Debido al retraso en la congelación, existe flujo hacia atrás del agua sobre la superficie tras el borde de ataque.
• Hielo granulado: Formado cuando gotas de agua sobreenfriadas inciden sobre los bordes de ataque y se congelan instantáneamente. A diferencia del hielo claro, se presenta de forma blanca y opaca.
• Hielo de lluvia: Formado cuando la lluvia, sobreenfriada tras caer a través de una inversión de aire y quedar bajo cero, impacta sobre la superficie. No se congela inmediatamente y se desparrama hacia atrás, aumentando rápidamente de espesor.

Inversión térmica y corrientes en altura

Inversión térmica: En la estratosfera se da inversión térmica: según aumentamos la altitud, la temperatura puede aumentar en vez de disminuir. Debido a esta inversión térmica, hay escaso desplazamiento de aire vertical en su interior, sin embargo se dan potentes corrientes en chorro (jet streams) con desplazamiento horizontal, con velocidades que pueden alcanzar hasta 250 km/h.

Es una región con pocos fenómenos meteorológicos convectivos, lo que hace el vuelo más confortable; por ello la mayoría de vuelos comerciales operan a estas altitudes. Las líneas de corriente o streamlines entre la tropósfera y la estratosfera (en la región de la tropopausa) suelen formar esas corrientes en chorro que los aviones aprovechan para acortar trayectos y ahorrar combustible.

Nota: Se han corregido errores ortográficos, de puntuación y de mayúsculas/minúsculas, y se ha estructurado el contenido en secciones y listas para mejorar la claridad sin eliminar ningún contenido original.