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W E B A E R O / A e r o m o d e l i s m o

.... COMO DEFINIR UNO DE LOS COMPONENTES MAS COMPLICADOS DEL AEROMODELO?

En la siguiente figura se dan a las definiciones técnicas de la geometría de un ala, que es uno de los principales factores que determinan las fuerzas de elevación y resistencia al avance sobre el aeromodelo. Estas definiciones y terminología se utiliza en la industria de aviación. Las alas de los aviones actuales son complejos objetos tridimensionales, pero vamos a empezar con algunas definiciones simples. La figura muestra el ala vista desde tres direcciones: la parte superior izquierda muestra la vista desde la parte superior mirando hacia abajo en el ala, la parte inferior derecha muestra la vista desde el frente mirando el borde de ataque del ala, y la parte inferior izquierda muestra una vista lateral de la izquierda mirando hacia la línea central. La vista lateral muestra una forma aerodinámica con la parte a la izquierda.

Top View: La vista superior (Top View) muestra una ala de geometría simple, como la que se emplea en aviones ligeros de aviación civil. La parte delantera del ala (en la parte inferior) se llama el borde de ataque (leading edge); la parte posterior del ala (en la parte superior) se llama el borde de fuga (trailing edge). La distancia desde el borde de ataque hasta el borde de fuga se llama longitud de cuerda (Chord), denotada por el símbolo c. Los extremos del ala se llaman las puntas del ala, y la distancia de una punta (tip) de ala a la otra se llama el envergadura del ala (Span), dada por el símbolo s. La forma del ala, vista desde arriba hacia abajo a la derecha, se llama forma en planta. En esta figura, la forma en planta es un rectángulo. Para un ala rectangular, la longitud de cuerda en cada sección a lo largo de la envergadura del ala es siempre la misma. Para la mayoría de las demás alas convencionales la longitud de cuerda varía a lo largo de la envergadura del ala. El área de ala (wing area) denotada como A, es el área proyectada de la forma en planta y está delimitada por los bordes de ataque y de fuga y las puntas del ala. Nota: El área del ala no es la superficie total del ala. La superficie total incluye tanto la superficie superior e inferior. El área del ala es un área proyectada y es casi la mitad de la superficie total.

Aspect ratio o relación de aspecto es una medida de cuán larga y delgada es un ala de punta a punta. La relación de aspecto de un ala se define como el cuadrado de la envergadura del ala dividida por el área del ala y se le da el símbolo AR. Para un ala rectangular, esto se reduce a la relación entre la ennvergadura del ala y la longitud de cuerda como se muestra en la parte superior derecha de la figura.

AR = s^2 / A = s^2 / (s * c) = s / c

Las alas de alta relación de aspecto, alta AR, tienen envergaduras grandes (como planeadores de alto rendimiento), mientras que las alas que tienen baja AR abarcan tanto a lo largo como a lo ancho (como el F-16 o como el transbordador espacial). Hay un componente de la fuerza de Resistencia al avance de una aeronave llamada resistencia al avance inducida que depende inversamente de la relación de aspecto. Una mayor relación de aspecto del ala tiene una resistencia inducida al avance más baja y una elevación ligeramente superior a la del ala con relación de aspecto menor. Debido a que el ángulo de planeo de un planeador depende de la relación entre la elevación y la resistencia al avance, un ala de planeador se diseña generalmente con una AR muy alto. El F-16 o el transbordador espacial tienen una AR muy baja debido a los efectos secundarios debidos a la alta velocidad. El Ala perfecta será aquella que puede cambiar la relación de aspecto en vuelo, con altas AR para bajas velocidades y con bajas AR para altas velocidades.

Front View: La vista frontal de estas alas muestra que el ala izquierda y la derecha no se encuentran en el mismo plano, pero mantinen un mismo ángulo con la horizontal local. El ángulo que forman las ala con la horizontal local se llama el ángulo diedro. El Diedro se añade al diseño ya que da una mayor estabilidad al aeroplano frente a rotaciones a lo largo del eje longitudinal, unas alas con un diedro harán volver al aeroplanos a su posición original cuando se encuentre realizando un ligero balanceo. Podemos notar que las alas de los aviones comerciales más grandes están diseñados con diedro. Las puntas de las alas están más lejos de la tierra que la raíz del ala. Los aviones de combate de alta maniobrabilidad, por el contrario no tienen diedro. De hecho, algunos aviones de combate tienen la punta de las alas mas cerca del suelo que las raíces de las mismas dando una alta tasa de rotaciones alrededor del eje longitudinal del avión. Los aviones con un ángulo diedro negativo se llaman anhedrales. Nota histórica: El Wright brothers 1903 fué diseñado ligeramente anhedral para mejorar el comportamiento ante giros a lo largo del eje longitudinal.

Side View: La vista lateral representa un corte a través del ala perpendicular a los bordes de ataque y de fuga mostrando la sección transversal del ala. Este punto de vista lateral se denomina perfil aerodinámico (Air foil), y tiene algunas definiciones de la geometría propias como se muestra en la parte inferior izquierda. La línea recta trazada desde el borde de ataque al borde de fuga extremos de la superficie de sustentación se llama la línea de la cuerda (Chord line). La línea de la cuerda divide a la superficie de sustentación del ala en una superficie superior y una superficie inferior. Si representamos los puntos que se encuentran a medio camino entre las superficies superior e inferior, se obtiene una curva llamada de la línea de curvatura media (Mean Camber line). Para un perfil aerodinámico simétrico (superficie superior de la misma forma que la superficie inferior) la línea de curvatura media se sitúe coincidente con la línea de la cuerda. Pero en la mayoría de los casos, se trata de dos líneas diferentes. La distancia máxima entre las dos líneas (curvatura media y cuerda) se la denomina comba del ala (Cumber), que es una medida de la curvatura de la superficie de sustentación (una comba alta significa curvatura alta del ala). La distancia máxima entre las superficies superior e inferior se llama el espesor del ala (Thickness). A menudo se emplean estos valores divididos por la longitud de cuerda para producir un número adimensional o de "tanto por ciento" así se emplean:

- El espesor del ala (Thickness) como tanto por ciento de la longitud de cuerda (Chord) del ala.

- La comba del ala (Cumber) como tanto por ciento de la longitud de la cuerda (Chord) del ala. Para un perfil aerodinámico simétrico este valor será 0.

Las superficies aerodinámicas puede venir con todo tipo de combinaciones de comba y la distribución de espesor.

Aquí teneis un programa en Java denominado Geom (descargable en el apartado DOWNLOAD/Programas) que podeis utilizar para estudiar la geometría de las alas, de manera que podeis variar los parámetros del ala y observar como varían las lineas de cuerda y la línea de curvatura media. Podeis cambiar los valores de los parámetros de entrada, escribiendo en los cuadros de entrada o haciendo clic y arrastrando las barras deslizantes.

La siguiente figura se muestran las formas en planta para una variedad de alas y aletas que podemos encontrar en los aeroplanos de hoy dia. Podemos observar que hay muchas formas en planta diferentes: rectangular, triangular, trapezoidal, o incluso elíptica. Para determinar la fuerza de elevación y la resistencia al avance que un ala genera, debemos ser capaz de calcular el área del ala de cualquiera de estas formas.

En la figura se recogen las fórmulas para calcular el área de una gran variedad de formas:

El área de un rectángulo es igual a la altura h por la base B;

A = h * b

La ecuación para el área de un trapecio es la mitad de la suma de la t superior y b veces inferior a la altura h;

A = h * [t + b] / 2

El área de un triángulo es igual a la mitad de la base por la altura h b;

A = .5 * b * h

Algunas aletas son de forma elíptica. Para una elipse con un semi-eje a y semi-eje b, la superficie está dada por:

A = pi * a * b

Un caso especial de la elipse es un círculo, en la que el semi-eje es igual a la radio r. El área de un círculo es:

A = pi * r ^ 2

Si la raíz de una aleta elíptica está dada por CR y la distancia desde la raíz hasta la punta está dada por la CT, el áera de la aleta es:

A = pi * CR * CT

Para formas de ala mas complicadas, tendremos que dividir la misma en áreas básicas de facil cálculo y finalmente sumarlas todas juntas para obtener el área total.

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