¿Te has fijado en que todos los aviones comerciales, a grandes rasgos, tienen una forma muy similar? A pesar de diferencias en cada uno de los diseños, su curvatura (y, sobre todo, la de sus alas, de las que hablaremos especialmente en este artículo) tienden a parecerse. Esto guarda una relación directa con la aerodinámica. La aerodinámica es la ciencia derivada de la mecánica de fluidos que estudia las reacciones del aire con los objetos que se mueven dentro de este. Pero ¿de qué manera interactúa la aerodinámica en los aviones? ¿Qué partes de una aeronave son las más estudiadas dentro de esta rama de la ciencia? ¿Qué se tiene en cuenta al diseñar cada parte?
Perfiles aerodinámicos en los aviones
Un perfil aerodinámico es un objeto o una estructura hecha para desplazarse por un fluido creando fuerzas dinámicas y reaccionando al mismo. Trenes, barcos, coches e incluso edificaciones tienen en cuenta el efecto del viento a la hora de ser diseñados. Pero como nuestro objeto de interés es la aerodinámica en los aviones, diremos, en este contexto, que los perfiles aerodinámicos son perfiles que, al desplazarse a través del aire, generan una distribución de presiones que los hacen capaces de generar una fuerza de sustentación.
Dicho de otra forma: los perfiles aerodinámicos de los aviones son los que les permiten mantenerse en el aire y avanzar a través de él. Ya vimos qué principios físicos definían la fuerza de sustentación (el principio de Bernoulli y el subsecuente efecto Venturi).
¿Cuáles son las partes del avión en las que se centra más la aerodinámica?
Los ingenieros aeronáuticos, responsables del diseño de aeronaves, aplican los principios de la aerodinámica a numerosas partes del avión: los álabes de las turbinas, los compresores, las hélices y un largo etcétera, puesto que son numerosísimos los conceptos que se deben tener en cuenta en un proyecto de estas características. Sin embargo, el principal elemento en el que se centra la aerodinámica en los aviones son las alas. De ellas vamos a hablar principalmente.
Elementos clave en un perfil aerodinámico
Bien, ya sabemos qué estudia la aerodinámica y qué buscamos con la aerodinámica en los aviones (principalmente, generar sustentación). Ahora, vamos a ver las partes que se estudian en un perfil aerodinámico para entender el porqué de su diseño. Pensemos en el ala de un avión.
- Extradós. Es la parte superior del perfil, habitualmente más curvada que el intradós.
- Intradós. Es la parte inferior del perfil, normalmente más aplanada que el extradós.
- Borde de ataque. Es la parte delantera del perfil, donde incide la corriente de aire.
- Borde de fuga. Es la parte trasera. En ese punto, la corriente de aire abandona el perfil.
- Cuerda aerodinámica. Es una línea imaginaria que va desde el borde de ataque al borde de fuga.
- Línea de curvatura media. También es una línea imaginaria, que une puntos equidistantes entre el intradós y el extradós. Para que nos hagamos una idea, la línea de curvatura media recorre el ala desde el borde de ataque al borde de fuga, al igual que la cuerda aerodinámica. Pero en este caso es una línea curva que tendrá a la misma distancia a lo largo de todo su recorrido el intradós y el extradós.
¿Por qué los perfiles aerodinámicos son curvados y no rectos?
¿Por qué la forma externa, ya no solo de los aviones, sino de la inmensa mayoría de los vehículos, es curva en lugar de recta? Esto se explica también mediante el mencionado principio de Bernoulli. Tomemos un ala: el extradós es la parte más curvada y el intradós, la menos curvada. Bien: el aire que circula por el extradós se va a acelerar y, tal como explica el principio de Bernoulli, disminuirá su presión y generará una diferencia de presiones entre el extradós y el intradós.
Es primordial ese tipo de diseño para que las fuerzas que actúan sobre los aviones (sobre las alas, en este caso) hagan que estos funcionen de la manera más eficaz posible.
¿Perfiles simétricos o asimétricos?
Volvamos a las alas. El extradós y el intradós no son iguales. Sin embargo, hay casos en los que los perfiles pueden ser simétricos: esto ocurre, principalmente, en los aviones supersónicos. El principal y, quizá, único beneficio de que extradós e intradós sean iguales es que la resistencia al avance es menor. Pero la sustentación también es peor en este caso. Por eso, lo habitual es que los perfiles aerodinámicos de las alas sean asimétricos en cualquier avión comercial.
Winglets y sharklets: otro elemento fundamental en la aerodinámica de los aviones
Existen otros elementos que también contribuyen al mejor funcionamiento de las aeronaves en el plano aerodinámico como los dispositivos de punta alar: Winglets o sharklets (dependiendo del fabricante).
Son esas puntas dobladas hacia arriba de las alas. Bien, este elemento se ha incorporado con dos objetivos: por una parte, reducen la resistencia aerodinámica del avión alterando el flujo de aire (vortex) cerca de las puntas alares.
Y por otro, mejoran la sustentación, la maniobrabilidad y aumentan la seguridad de los aviones que puedan ir detrás.
Por último, hablemos de los FLAPS y los SLATS
Hemos visto que la diferencia de curvatura del perfil alar, y el hecho de que el aire recorra mayor distancia en el extradós, genera la fuerza de sustentación.
Los flaps y los slats son dispositivos hipersustentadores que están diseñados para que los aviones puedan volar a baja velocidad de manera segura. Es decir, modifican la anatomía alar y, con ello, la aerodinámica de las alas de los aviones para aumentar la sustentación. Prolongan la curvatura.
Cuando la velocidad de los aviones disminuye, o si el ángulo de ataque aumenta significativamente, la capa límite tiene tendencia a desprenderse en las zonas más cercanas al borde de salida, y sin estos elementos, el avión terminaría entrando en pérdida.
Los flaps se encuentran en el borde de salida, y los dispositivos hipersustentadores que se encuentran en el borde de ataque reciben el nombre de slats. Existen varios tipos, pero esto ya lo veremos en otro artículo.