Hogar » Teorema de Kutta-Joukowski

Teorema de Kutta-Joukowski

1902
  • Martin Kutta
  • Nikolai Zhukovsky (Joukowski)
Perfil aerodinámico en el túnel de viento demostrando el teorema de Kutta-Joukowski y la generación de sustentación.

The Kutta-Joukowski theorem quantifies the lift force generated by an airfoil. It states that the lift per unit span ([látex]L'[/latex]) is directly proportional to the fluid density ([latex]\rho[/latex]), the free-stream velocity ([latex]V[/latex]), and the circulation ([latex]\Gamma[/latex]) around the body: [latex]L’ = \rho V \Gamma[/latex]. This links the abstract concept of circulation to the physical force of lift.

The Kutta-Joukowski theorem provides the essential mathematical link between the abstract concept of circulation and the physical force of lift. Circulation ([latex]\Gamma[/latex]) is a measure of the macroscopic rotation of a fluid in a given area. For an airfoil, circulation is generated because the air travels faster over the top surface than the bottom. This velocity difference, integrated around a closed loop enclosing the airfoil, results in a net non-zero circulation.

The theorem elegantly shows that to generate lift, there must be circulation. This resolved a major issue in early aerodynamic theory. However, the theorem itself does not explain how an airfoil of a specific shape generates the required amount of circulation. This is where the Kutta condition comes in. Proposed by Martin Kutta, the condition states that for an airfoil with a sharp trailing edge, the flow must leave the trailing edge smoothly. It cannot wrap around the sharp edge. This physical condition uniquely determines the exact amount of circulation ([latex]\Gamma[/latex]) for a given airfoil shape, angle of attack, and airspeed. By combining the Kutta-Joukowski theorem with the Kutta condition, one can theoretically calculate the lift on a 2D airfoil, a cornerstone of wing design.

The theorem also perfectly explains the Magnus effect, where a spinning object moving through a fluid experiences a force perpendicular to its motion. The spinning surface drags the fluid around with it due to viscosidad, creating circulation. This circulation, combined with the forward velocity, generates a lift force according to the theorem, causing the object to curve.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mecánica

Tipo

Theorem

Disrupción

Fundacional

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Helmholtz’s theorems on vortices
  • Lord Kelvin’s circulation theorem
  • Teoría del flujo potencial
  • Técnicas de mapeo conforme desarrolladas por Riemann y otros

Aplicaciones

  • Cálculo teórico de la sustentación en perfiles aerodinámicos
  • Explicando el efecto magnus en las pelotas giratorias (por ejemplo, en béisbol, golf, tenis)
  • Diseño de rotores Flettner para propulsión de barcos
  • Desarrollo de perfiles avanzados de hélices y álabes de turbinas
  • Comprender la sustentación generada por los vórtices

Patentes:

NA

Posibles ideas innovadoras

Membresía obligatoria de Professionals (100% free)

Debes ser miembro de Professionals (100% free) para acceder a este contenido.

Únete ahora

¿Ya eres miembro? Accede aquí
Related to: kutta-joukowski, lift, circulation, airfoil, magnus effect, kutta condition, fluid dynamics, potential flow.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

DISPONIBLE PARA NUEVOS RETOS
Ingeniero Mecánico, Gerente de Proyectos, Ingeniería de Procesos o I+D
Desarrollo eficaz de productos

Disponible para un nuevo desafío a corto plazo.
Contáctame en LinkedIn
Integración de electrónica de metal y plástico, diseño a coste, GMP, ergonomía, dispositivos y consumibles de volumen medio a alto, fabricación eficiente, industrias reguladas, CE y FDA, CAD, Solidworks, cinturón negro Lean Sigma, ISO 13485 médico

Estamos buscando un nuevo patrocinador

 

¿Su empresa o institución se dedica a la técnica, la ciencia o la investigación?
> Envíanos un mensaje <

Recibe todos los artículos nuevos
Gratuito, sin spam, correo electrónico no distribuido ni revendido.

o puedes obtener tu membresía completa -gratis- para acceder a todo el contenido restringido >aquí<

Contexto histórico

(si se desconoce la fecha o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se ofrece una estimación redondeada de su notable aparición)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados

Scroll al inicio

También te puede interesar