Usuari:Mcapdevila/Perfil alar

Forces sobre un perfil alar.

En aeronàutica es denomina perfil alar , perfil aerodinàmic o simplement perfil , a la forma plana que en desplaçar a través del aire és capaç de crear al seu voltant una distribució de pressions que generi sustentació.

És un dels elements més importants en el disseny de superfícies sustentadores com ales, o d'altres cossos similars com ins so pales de hèlix o de rotor.

Segons el propòsit que es persegueixi en el disseny, els perfils poden ser més fins o gruixuts, corbs o poligonals, simètrics o no, i fins i tot el perfil pot anar variant al llarg de l'ala.

Nocions bàsiques

Nomenclatura sobre un perfil.

Perfil alar un avió Denney Kitfox (G-FOXC)

Rotor-perfil un Kamov Ka-26 helicòpter

En submergir un cos rom en el si d'un corrent fluida, sempre apareix una força que empeny al cos submergit. Imaginem que introduïm verticalment un tauló de fusta en un riu. El perfil en aquest cas serà un rectangle, que és la secció del tauler. Observarem que la força que arrossega aquest tauler corrent avall és petita quan enfrontem la cara més estreta a la corrent, i l'arrossegament és gran si enfrontem al corrent la cara més ampla. Aquesta força que empeny en el sentit del corrent es denomina resistència o arrossegament . Observem que aquest arrossegament varia a mesura que girem el tauler respecte a un eix longitudinal, és a dir, conforme variem l'angle que forma la secció del tauler amb la direcció del corrent. Aquest angle s'anomena angle d'atac .

Evolució històrica dels perfils.

Quan el corrent fluida incideix sobre el tauler amb cert angle d'atac, a més de l'esmentada força d'arrossegament, apareix una altra força que no té la direcció i el sentit del corrent, sinó una direcció perpendicular a ella. Aquesta força perpendicular al sentit del corrent, que també depèn de l'angle d'atac, es denomina sustentació i pot ser moltes vegades més gran que la de resistència. En aplicacions en les que desitgem que un corrent fluida "empenta" amb la major força possible a un sòlid, aquest sòlid s'ha de dissenyar de manera que tingui la forma i l'angle d'atac adequats per aconseguir la màxima sustentació i el menor arrossegament possible. La forma del perfil alar influeix substancialment en les forces de sustentació i arrossegament que apareixeran. El tauler de l'exemple, de perfil rectangular, demostra ser poc eficient des del punt de vista aerodinàmic, ja que els perfils eficaços nomalmente presenten un arrossegament molt menor i una sustentació enorme. Per això solen tenir arrodonida la zona enfrontada a la corrent ( vora d'atac ), i afilada la zona oposada ( vora de fuga o vora de sortida ).

Habitualment les característiques aerodinàmiques d'un perfil alar es troben sotmetent a assaig models de perfils en un túnel aerodinàmic (també anomenat túnel de vent ) o en un túnel o canal hidrodinàmic. En ells es mesuren la sustentació i la resistència en variar l'angle d'atac i les condicions del corrent fluida (normalment la velocitat d'aquesta), i es porten a unes gràfiques de característiques del perfil.

Els primers models de perfils assajats en túnels de vent surguieron a partir de seccions de peixos congelats. Des de mitjans del S.XX es disposa d'importants catàlegs publicats que defineixen la geometria d'un perfil i les seves corbes aerodinàmiques. Durant la Primera Guerra Mundial, els assajos realitzats en Gottingen contribuir al disseny dels primers perfils moderns, fins que a partir de la Segona Guerra Mundial, va prendre el relleu als Estats Units el Comitè Nacional d'Aeronàutica ( NACA ), antecessor de l'actual NASA, que ha desenvolupat la major part dels perfils emprats en l'actualitat. No obstant això, les característiques aerodinàmiques d'alguns perfils emprats en l'aviació militar, segueixen sent alt secret.

Paràmetres geomètrics dels perfils

• Corda: segment imaginari que uneix la vora d'atac amb la vora de fuga. L'angle que formarà la recta que conté a la corda amb la direcció del corrent fluida, defineixen convencionalment l'angle d'atac.
• Extradós: part del contorn del perfil sobre la corda.
• Intradós: part del contorn del perfil baix la corda.
• Gruix: distància entre l'intradós i l'extradós, mesurada sobre la perpendicular a la corda en cada punt d'aquesta.
• Gruix relatiu: relació entre el gruix i la corda del perfil.
• Línia mitjana: Línia que va des de la vora d'atac a la vora de sortida passant per tots els punts equidistants a l'intradós i l'extradós, mesurat perpendicularment a la corda.
• Curvatura: Distància entre la línia mitjana i la corda d'un perfil.

Regions dels perfils

• Vora d'atac: part davantera del perfil on incideix el corrent.
• Vora de sortida: part posterior del perfil per on surt el corrent.
• Extradós: zona superior del perfil entre la vora d'atac i el de sortida.
• Intradós: zona inferior del perfil entre la vora d'atac i el de sortida.

Classificació dels perfils

• Segons forma:
  • Asimètrics (amb curvatura)
  • Simètrics

• Segons les seves característiques:
  • Laminars (de baixa resistència)
  • D'alta sustentació
  • De baix moment (el perfil té poca tendència a girar cap endavant)
  • Crítics (l'angle de pèrdua és major)
  • Delgados (tenen menys resistència, però la sustentació no disminueix massa)
  • De càrrega (són molt gruixuts, causen molta sustentació i posseeixen molta resistència)
  • Populars (no tenen cap característica en especial, però són el més comuns)
  • STOL (Short Take Off and Landing = Enlairament i aterratge curts, tenen slats, que són una part de l'ala que s'obre cap endavant per redirigir l'aire cap a la part superior del perfil, i flaps, per augmentar la sustentació, augmentant

exageradament l'angle i disminuint exageradament la velocitat de pèrdua)

• Segons orientació del disseny cap a un rang de velocitats d'operació:
  • Subsònics
  • Transónicos
  • Supersònics

Altres Dades

• Viscositat: propietat dels fluids per la qual presenten resistència a la velocitat de deformació.
• Capa límit: distància des de la superfície del perfil, fins al punt en què la velocitat és idèntica a la del corrent lliure d'aire.
• Capa límit laminar: considerat el perfil d'un pla, quan el moviment de l'aire es realitza de manera ordenada, en capes paral·leles, obtenim una circulació laminar i per tant una capa límit laminar.
• Capa límit turbulenta: en ella el moviment de les partícules no és en forma de capes paral·leles, sent de forma caòtica, passant les molècules d'aire d'una capa a una altra movent-se en totes direccions.
• Angle d'atac: pot ser positiu, negatiu o neutre.
• Força aerodinàmica: és la resultant de la conjunció de les forces que actuen sobre el perfil. En descompondre aquesta força sobre la direcció de vol, dóna la sustentació "L" (força perpendicular a la corrent d'aire lliure) i la resistència "D" (força paral·lela al corrent lliure d'aire).
• Classificacions NACA.

Vegeu també

• Ala
• Avió
• Capa límit
• Dispositiu hipersustentador
• Entrada en pèrdua
• Resistència aerodinàmica
• Sustentació