Presión dinámica en fuerzas aerodinámicas
1910
- Otto Lilienthal
- Wright brothers
- Ludwig Prandtl
Las fuerzas aerodinámicas, como la sustentación y la resistencia, sobre un objeto son directamente proporcionales a la dinámica presión del fluido circundante. Las fórmulas son [latex]L = C_L \cdot q \cdot A[/latex] y [latex]D = C_D \cdot q \cdot A[/latex], donde [latex]C_L[/latex] y [latex]C_D[/latex] son los coeficientes adimensionales de sustentación y resistencia, [latex]q[/latex] es la presión dinámica y [latex]A[/latex] es un área de referencia.
El uso de la presión dinámica para definir las fuerzas aerodinámicas es una piedra angular de la ingeniería aeronáutica, que permite un potente método de análisis denominado análisis dimensional. Al expresar la sustentación y la resistencia en términos de presión dinámica ([latex]q[/latex]), un área de referencia ([latex]A[/latex]) y un coeficiente adimensional ([latex]C_L[/latex] o [latex]C_D[/latex]), los ingenieros pueden separar los efectos de las propiedades del fluido y la velocidad de los efectos de la forma del objeto. Los coeficientes [latex]C_L[/latex] y [latex]C_D[/latex] dependen principalmente de la forma del cuerpo, su orientación con respecto al flujo (ángulo de ataque), y el número de Reynolds y el número de Mach. Esta separación es increíblemente útil. Por ejemplo, un modelo a escala de un avión puede probarse en un túnel de viento, y los coeficientes de sustentación y resistencia medidos pueden utilizarse para predecir con exactitud las fuerzas sobre el avión a escala real en diferentes condiciones de vuelo (diferentes altitudes, por tanto, diferentes densidades y diferentes velocidades).
Una aplicación fundamental de este concepto en el sector aeroespacial es la noción de “Max Q”, que se refiere al punto durante el ascenso atmosférico de una nave espacial en el que experimenta la máxima presión dinámica. Cuando un cohete acelera, su velocidad ([latex]u[/latex]) aumenta, haciendo que [latex]q[/latex] aumente. Simultáneamente, a medida que gana altura, la densidad atmosférica ([latex]\rho[/latex]) disminuye, haciendo que [latex]q[/latex] descienda. La combinación de estos dos efectos opuestos da lugar a un valor máximo de presión dinámica. Este es un momento de máxima tensión mecánica en el vehículo, y su estructura debe estar diseñada para soportar estas cargas. Reducir la potencia de los motores en torno al Q máximo es una estrategia habitual para reducir estas tensiones y garantizar la integridad estructural del vehículo.
UNESCO Nomenclature: 3301
- Ingeniería y tecnología aeronáuticas
Precursores
- Principio de Bernoulli
- Definición de presión dinámica
- Leyes del movimiento de Newton y conceptos de resistencia de los fluidos
- Los primeros trabajos experimentales sobre perfiles aerodinámicos realizados por pioneros como George Cayley
Aplicaciones
- diseño de alas y fuselajes de aeronaves
- Modelado de carrocerías de automóviles y coches de carreras para lograr carga aerodinámica y eficiencia.
- Diseño de álabes de turbina para generación de energía
- Diseño de velas para barcos y yates
- análisis de trayectorias de proyectiles (balística)
- Ingeniería eólica para la estabilidad de los edificios
Ideas para posibles innovaciones
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Relacionado con: aerodinámica, sustentación, resistencia, presión dinámica, coeficiente de sustentación, coeficiente de resistencia, perfil aerodinámico, dinámica de fluidos, ingeniería aeronáutica, max q.