Perfil alar
En aeronáutica se denomina perfil alar, perfil aerodinámico o simplemente perfil, a la forma plana que al desplazarse a través del aire es capaz de crear a su alrededor una distribución de presiones que genere sustentación.
Es uno de los elementos más importantes en el diseño de superficies sustentadoras como alas, o de otros cuerpos similares como álabes o palas de hélice o de rotor.
Según el propósito que se persiga en el diseño, los perfiles pueden ser más finos o gruesos, curvos o poligonales, simétricos o no, e incluso el perfil puede ir variando a lo largo del ala.
Nociones básicas
Al sumergir un cuerpo romo en el seno de una corriente fluida, siempre aparece una fuerza que empuja al cuerpo sumergido. Imaginemos que introducimos verticalmente un tablón de madera en un río. El perfil en este caso será un rectángulo, que es la sección del tablón. Observaremos que la fuerza que arrastra dicho tablón corriente abajo es pequeña cuando enfrentamos la cara más estrecha a la corriente, y el arrastre es grande si enfrentamos a la corriente la cara más ancha. Esta fuerza que empuja en el sentido de la corriente se denomina resistencia o arrastre. Observamos que este arrastre varía conforme giramos el tablón respecto a un eje longitudinal, es decir, conforme varíamos el ángulo que forma la sección del tablón con la dirección de la corriente. Ese ángulo se denomina ángulo de ataque.
Cuando la corriente fluida incide sobre el tablón con cierto ángulo de ataque, además de la mencionada fuerza de arrastre, aparece otra fuerza que no tiene la dirección y el sentido de la corriente, sino una dirección perpendicular a ella. Esta fuerza perpendicular al sentido de la corriente, que también depende del ángulo de ataque, se denomina sustentación y puede ser muchas veces mayor que la de resistencia. En aplicaciones en las que deseemos que una corriente fluida "empuje" con la mayor fuerza posible a un sólido, éste sólido se diseñará de manera que tenga la forma y el ángulo de ataque adecuados para lograr la máxima sustentación y el menor arrastre posible. La forma del perfil alar influye sustancialmente en las fuerzas de sustentación y arrastre que aparecerán. El tablón del ejemplo, de perfil rectangular, demuestra ser poco eficiente desde el punto de vista aerodinámico, pues los perfiles eficaces nomalmente presentan un arrastre mucho menor y una sustentación enorme. Para ello suelen tener redondeada la zona enfrentada a la corriente (borde de ataque), y afilada la zona opuesta (borde de fuga o borde de salida). Habitualmente las características aerodinámicas de un perfil alar se encuentran sometiendo a ensayo modelos de perfiles en un túnel aerodinámico (también llamado túnel de viento) o en un túnel o canal hidrodinámico. En ellos se miden la sustentación y la resistencia al variar el ángulo de ataque y las condiciones de la corriente fluida (normalmente la velocidad de ésta), y se llevan a unas gráficas de características del perfil.
Los primeros modelos de perfiles ensayados en túneles de viento surguieron a partir de secciones de peces congelados. Desde mediados del S.XX se dispone de importantes catálogos publicados que definen la geometría de un perfil y sus curvas aerodinámicas. Durante la Primera Guerra Mundial, los ensayos realizados en Gottingen contribuyeron al diseño de los primeros perfiles modernos, hasta que a partir de la Segunda Guerra Mundial, tomó el relevo en los Estados Unidos el Comité Nacional de Aeronáutica (NACA), antecesor de la actual NASA, que ha desarrollado la mayor parte de los perfiles empleados en la actualidad. Sin embargo, las características aerodinámicas de algunos perfiles empleados en la aviación militar, siguen siendo alto secreto.
Parámetros geométricos de los perfiles
- Cuerda: Segmento imaginario que une el borde de ataque con el borde de fuga. El ángulo que formará la recta que contiene a la cuerda con la dirección de la corriente fluida, definen convencionalmente el ángulo de ataque.
- Extradós: Parte del contorno del perfil sobre la cuerda.
- Intradós: Parte del contorno del perfil bajo la cuerda.
- Espesor: Distancia entre el intradós y el extradós, medida sobre la perpendicular a la cuerda en cada punto de ésta.
- Espesor relativo: relación entre el espesor y la cuerda del perfil.
- Curvatura
Regiones de los perfiles
- Borde de ataque: Parte delantera del perfil en donde incide la corriente.
- Borde de salida: Parte posterior del perfil por donde sale la corriente.
- Extradós: zona superior del perfil entre el borque de ataque y el de salida.
- Intradós: zona inferior del perfil entre el borque de ataque y el de salida.
Clasificación de los perfiles
- Según forma:
- Asimétricos (con curvatura)
- Simétricos
- Según orientación del diseño hacia un rango de velocidades de operación:
- Subsónicos
- Transónicos
- Supersónicos
Otros Datos
- Viscosidad: Propiedad de los fluidos por la que presentan resistencia a la velocidad de deformación.
- Capa límite: Distancia desde la superficie del perfil, hasta el punto en el que la velocidad es idéntica a la de la corriente libre de aire.
- Capa límite laminar: Considerado el perfil de un plano, cuando el movimiento del aire se realiza de manera ordenada, en capas paralelas, obtenemos una circulación laminar y por tanto una capa límite laminar.
- Capa límite turbulenta: En ella el movimiento de las partículas no es en forma de capas paralelas, siendo de forma caótica, pasando las moléculas de aire de una capa a otra moviéndose en todas direcciones.
- Ángulo de ataque: Puede ser positivo, negativo o neutro.
- Fuerza aerodinámica: Es la resultante de la conjunción de las fuerzas que actúan sobre el perfil. Al descomponerse esta fuerza sobre la dirección de vuelo, da la sustentación "L" (fuerza perpendicular a la corriente de aire libre) y la resistencia "D" (fuerza paralela a la corriente libre de aire).
- Clasificaciones NACA.