Lección 4 de 16
El perfil aerodinámico y la capa límite
Partes y tipos de perfil, ángulo de ataque frente a incidencia y actitud, centro de presiones y comportamiento de la capa límite.
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GU09 Bloque 2 · Perfil aerodinámico
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Si cortas un ala con un plano paralelo al eje longitudinal obtienes su perfil aerodinámico: la forma que decide cómo desvía el aire y cuánta sustentación y resistencia produce.
Ilustración en preparación
Perfil asimétrico con todos sus elementos rotulados: borde de ataque, borde de salida, extradós, intradós, cuerda, línea de curvatura media, espesor máximo y curvatura máxima. Aparte, el ángulo de ataque entre la cuerda y la flecha del viento relativo.
Partes del perfil
Borde de ataque
Parte delantera del perfil, la primera que encuentra el aire.
Borde de salida
Parte trasera, donde se reúnen los flujos del extradós y del intradós.
Extradós
Superficie superior, del borde de ataque al de salida.
Intradós
Superficie inferior, del borde de ataque al de salida.
Cuerda
Línea recta que une el borde de ataque con el borde de salida. Es la referencia para medir los ángulos del perfil.
Línea de curvatura media
Línea que pasa a igual distancia del extradós y del intradós. Su separación máxima respecto a la cuerda es la curvatura del perfil.
Espesor
Distancia máxima entre el extradós y el intradós, expresada normalmente en porcentaje de la cuerda.
Un perfil del 12 % tiene un espesor máximo igual al 12 % de su cuerda. Los perfiles gruesos y curvados dan mucha sustentación a baja velocidad, algo muy apreciado en los ULM. Los finos y poco curvados son mejores para volar rápido.
Tipos de perfil
- Simétrico: extradós e intradós iguales. Sin ángulo de ataque no sustenta. Se usa en timones y estabilizadores.
- Asimétrico o con curvatura positiva: el más común en alas. Sustenta incluso con ángulo de ataque nulo.
- Plano-convexo: intradós casi plano. Sencillo de construir y típico de muchos ULM clásicos.
- Autoestable o con doble curvatura (réflex): el borde de salida se levanta ligeramente. Da estabilidad de cabeceo sin cola, por eso se usa en alas volantes y, mediante cables o varillas de réflex, en las alas pendulares.
Ángulos que no debes confundir
| Ángulo | Se mide entre… | ¿Lo cambia el piloto? |
|---|---|---|
| Ángulo de ataque | La cuerda y el viento relativo | Sí, con la palanca o la barra |
| Ángulo de incidencia (calaje) | La cuerda y el eje longitudinal | No en un multieje: es fijo de fábrica |
| Ángulo de asiento (actitud) | El eje longitudinal y el horizonte | Sí |
El ángulo de ataque es el que de verdad importa para la sustentación y la pérdida. El morro puede estar bajo el horizonte y el ala con un ángulo de ataque altísimo, por ejemplo al tirar bruscamente para salir de un picado. En el pendular, el ala pivota respecto al carro, así que al mover la barra cambias directamente el ángulo entre ambos.
Centro de presiones y centro aerodinámico
La resultante de todas las presiones sobre el perfil se aplica en un punto de la cuerda llamado centro de presiones. En un perfil con curvatura se adelanta al aumentar el ángulo de ataque y se retrasa al disminuirlo, lo que genera momentos de cabeceo. Para simplificar, se usa el centro aerodinámico, situado hacia el 25 % de la cuerda, donde el momento casi no cambia con el ángulo de ataque.
El flujo sobre el perfil: la capa límite
Por la viscosidad, el aire en contacto con la superficie se queda pegado a ella y, al alejarse, su velocidad aumenta hasta la del flujo libre. Esa delgada zona frenada es la capa límite.
- Laminar: las capas de aire se deslizan ordenadamente. Roza poco, pero junto a la superficie el aire va más lento y tiene poca energía.
- Transición: a cierta distancia del borde de ataque el flujo laminar se vuelve inestable.
- Turbulenta: más gruesa y con remolinos que mezclan el aire rápido de fuera con el lento de dentro. Roza más, pero junto a la superficie tiene más velocidad y energía cinética, así que resiste mejor sin despegarse.
Detrás del punto de máxima velocidad del extradós la presión vuelve a subir hacia el borde de salida: es un gradiente adverso, una «cuesta arriba» de presión. Si la capa límite no tiene energía suficiente, se frena, se engruesa y se desprende de la superficie. Al aumentar el ángulo de ataque el gradiente adverso es más fuerte, la capa límite se engruesa y el desprendimiento avanza desde el borde de salida hacia delante. Cuando afecta a buena parte del extradós, el ala entra en pérdida.
Consejo
Los generadores de torbellinos, pequeñas aletas en el extradós de algunos ULM, crean turbulencia a propósito para energizar la capa límite y retrasar su desprendimiento. Al revés, los insectos, la suciedad, la escarcha o la lluvia en el borde de ataque alteran la capa límite y empeoran el comportamiento del ala.
Ideas clave
- Extradós arriba, intradós abajo; la cuerda es la recta entre los bordes de ataque y de salida.
- El espesor es la distancia máxima entre extradós e intradós.
- Ángulo de ataque: cuerda y viento relativo. Incidencia: cuerda y eje longitudinal. Asiento: eje longitudinal y horizonte.
- La capa límite turbulenta tiene más energía junto a la superficie y aguanta mejor sin desprenderse; al aumentar el ángulo de ataque, la capa límite se engruesa.
Para el examen
- El ángulo de ataque se mide respecto al viento relativo, nunca respecto al horizonte.
- Si te preguntan por la superficie superior del perfil, es el extradós.
- La cuerda es una línea recta; la línea de curvatura media no lo es.
Glosario
Cuerda
Recta que une el borde de ataque con el borde de salida del perfil.
Ángulo de ataque
Ángulo entre la cuerda y el viento relativo.
Calaje
Ángulo de incidencia: entre la cuerda del ala y el eje longitudinal del avión.
Capa límite
Capa de aire junto a la superficie, frenada por la viscosidad.
Réflex
Curvatura hacia arriba del borde de salida que da estabilidad de cabeceo a un ala sin cola.
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