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Conceptos básicos de aeronaútica
Conceptos básicos de aeronaútica
Queremos que os preguntéis cómo un avión, que es un objeto metálico de varias toneladas de masa puede volar. Para ello debemos estudiar el equilibrio de fuerzas en nuestro móvil.
Una vez que tenemos claro que las fuerzas que intervienen en este movimiento son:
Resistencia del aire, en ésta no podemos intervenir.
Fuerza del Peso, en este campo la ciencia de materiales estudia constantemente la búsqueda de nuevas aleaciones que, con menos peso, cumplan con las especificaciones necesarias.
Fuerza sustentación, vamos a ver en qué consiste.
Fuerza de tracción, estudiaremos los tipos de motores que proporcionan dicha fuerza.
SUSTENTACIÓN
SUSTENTACIÓN
La sustentación es la fuerza generada sobre un cuerpo que se desplaza a través de un fluido, de dirección perpendicular a la dirección de la corriente incidente.
Sección de un ala
Os recomiendo que veais este vídeo, es una explicación sencilla https://youtu.be/oQgY3Q7Qn0Y
Efecto Bernoulli
Efecto Bernoulli
Una de las causas principales de la fuerza de sustentación se basan en el efecto Bernoulli. Las alas de los aviones tienen un diseño particular. Su parte superior es más combada y la inferior es más recta. Esto hace que el aire que pasa por encima del ala tenga más superficie que recorrer hasta llegar al final y esto hace que este aire avance a más velocidad y por ello ejerza menos presión que el aire que se desplaza más lento por la parte inferior del ala. En el equilibrio de fuerzas por tanto la fuerza de sustentación es superior al peso.
Para los que queráis saber más
A continuación vamos a explicar qué le proporciona al avión la fuerza necesaria para poder volar, lo que en el esquema de antes hemos denominado fuerza de tracción o "Propulsión". Como supondréis se consigue mediante un motor. Al principio todos los aviones llevaban motores de explosión, pero sobre los años Treinta del siglo pasado consiguieron construir un motor que obtenía un rendimiento muy superior, el motor a reacción.
PROPULSIÓN
PROPULSIÓN
Tipos de motores que proporcionan la fuerza de propulsión:
Tipos de motores que proporcionan la fuerza de propulsión:
- Motor de explosión
- Motor a reacción, 3 tipos fundamentales:
- Turborreactor
- Turbohélice
- Turboeje
Motor de explosión
Motor de explosión
Los primeros aviones eran propulsados por motores parecidos a los de los coches de esa época, el combustible que utilizaban era la gasolina, por eso os vamos a explicar cómo funcionan los motores de explosión (los de cualquier coche de gasolina de hoy en día).
El motor de explosión está constituido por varios cilindros, dentro de los cuales se realiza la explosión de la mezcla aire y gasolina. La enorme fuerza expansiva producida en esta explosión se convierte en energía mecánica, con lo que se obtiene movimiento.
Esquema básico
Esquema básico
En este dibujo podemos ver cómo funciona un motor de cuatro tiempos. Se pueden diferenciar:
Admisión
Compresión
Combustión
Escape
ADMISIÓN: El pistón está en la parte alta del cilindro y empieza a descender; en este instante se abre la válvula de admisión y la mezcla aire gasolina es aspirada por el pistón, que desciende y va llenando el Cilindro . Cuando el pistón llega al punto más bajo del recorrido en el cilindro, se cierra la válvula de admisión.
COMPRESIÓN: El pistón sube hasta la parte alta del cilindro, y las dos válvulas están cerradas. La mezcla aire gasolina se comprime esto produce un aumento de la temperatura.
EXPLOSIÓN: En este momento salta una chispa en la bujía (es un elemento conectado a la parte alta del cilindro), que inflama nuestra mezcla. La fuerza de la explosión desplaza el pistón hacia la parte baja del cilindro.
ESCAPE: El pistón está en la parte baja del cilindro, la válvula de escape se abre y el pistón empieza a subir , empujando los gases quemados que salen al exterior.
Motor a reacción
Motor a reacción
¿ En qué se basa el funcionamiento de un motor a reacción?
Para comprender mejor esto, vamos a empezar recordando las leyes físicas que rigen el funcionamiento de un motor de reacción. Son la 2ª y 3ª ley de Newton.
2ª Ley de Newton o Principio Fundamental de la Dinámica: La fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.
F=m.a
Pero sobre todo en la 3ª Ley de Newton
3ª Ley de Newton o Principio de Acción y Reacción: "A toda acción le corresponde una reacción igual y de sentido contrario" lo que significa es que cuando tu aplicas una fuerza a algo, ese algo te aplica a ti una fuerza igual y de sentido contrario. En nuestro caso la salida del chorro de aire por la tobera del motor imprime una fuerza igual y de sentido contrario al propio motor
Turborreactor
Turborreactor
¿Qué es un turborreactor?
Un turborreactor es una máquina que produce un empuje, realizando una serie de transformaciones termodinámicas a un fluído (aire).
Funcionamiento:
Funcionamiento:
El aire entra por la zona de admisión, es comprimido por los álabes (palas) de la turbina de la zona de compresión, que tiene la misión de elevar la presión del aire y su temperatura. Llega a la cámara de combustión, en la que se le inyecta el combustible y se le proporciona una llama, que quema la mezcla aire-combustible. Ésto eleva la temperatura y la presión del aire que mueve los álabes de la turbina. Esta al moverse hace girar el eje común a todo el motor, proporcionando así el movimiento a la zona de compresión. El aire de escape busca su salida por la Tobera, que al tener forma tronco-cónica le imprime una mayor velocidad.
Esquema básico:
Esquema básico:
Admisión
Compresión
Cámara de combustión
Turbina
Tobera de escape
Turbohélice
Turbohélice
Un turbohélice es un tipo de motor de turbina de gas que mueve una hélice. Si lo comparamos con un turborreactor, los gases de escape apenas contienen energía para producir un empuje significativo. En su lugar, se utilizan para mover una turbina conectada a un eje. Este es el motor que montan los aviones que vemos con hélice hoy en día.
Esquema básico:
Esquema básico:
Hélice.
Caja de engranajes
Compresor
Cámara de combustión.
Turbina
Escape
Turboeje
Turboeje
Un motor turboeje es un motor de turbina de gas que entrega su potencia a través de un eje. Es similar al motor turbohélice pero, a diferencia de este, no mueve directamente una hélice, mediante una caja de engranajes convierte el movimiento en otro perpendicular al propio motor. Normalmente se utiliza como motor de aviación para propulsar helicópteros
Esquema básico:
Esquema básico:
Entrada de aire
Compresor
Cámara de combustión
Turbina del compresor
Turbina libre (unida al eje de potencia)
AVIÓNICA Y COMUNICACIONES
AVIÓNICA Y COMUNICACIONES
Una parte enormemente importante de las aeronaves de hoy en día, son tanto las comunicaciones como todos los sistemas electrónicos necesarios para el vuelo. Pero debido a su complejidad no vamos a tocarlos en esta página.
CONCEPTOS CURIOSOS
CONCEPTOS CURIOSOS
¿Sabes a qué se refieren cuando dicen que un avión va a una velocidad de mach1?
¿Has oído alguna vez decir que un avión ha roto la barrera del sonido? Todo ésto tiene una explicación científica. Cuando el avión rompe la barrera del sonido se produce una onda de choque con forma de cono, si esta onda se encuentra demasiado cerca del suelo puede producir rotura de cristales.
Esta onda a veces puede ser visible, porque se forma un disco blanco que es vapor de agua condensándose a consecuencia de la onda de choque. Este fenómeno se conoce como singularidad de Prandtl-Glauert.
Aquí puedes ver algunos cazas rompiendo la barrera del sonido
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