Taller Aeronutico rea Fluidodinmica y Aerodinmica Tema Aerodinmica

Taller Aeronáutico Área Fluidodinámica y Aerodinámica Tema: Aerodinámica de las Aeronaves Dr. Julio Marañón Di Leo Cátedras Aerodinámica General I y II

Asignaturas del Área Fluidodinámica y Aerodinámica

A 011 - MECÁNICA DE LOS FLUÍDOS I Contenidos analíticos. Unidad 1: Propiedades de los Fluídos. PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS. LIQUIDOS Y GASES. REOLOGIA, FUERZAS DE VOLUMEN Y DE SUPERFICIE, HIPOTESIS DE CONTINUO. EQUILIBRIO MECANICO DE UN FLUIDO. REVISIÓN DE TERMODINAMICA CLASICA. Unidad 2: Procesos de transporte. FENOMENOS DE TRANSPORTE. FENOMENOS DE INTERFASE. FLUJO DE GASES Y LIQUIDOS. FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS. FLUIDOS TIXOTROPICOS, PSEUDOPLASTICOS, REOPECTICOS Y DILATANTES. Unidad 3: Cinemática de Fluídos. CINEMATICA DEL CAMPO FLUIDODINAMICO. MOVIMIENTO DE UN FLUIDO EN LAS CERCANIAS DE UN PUNTO. DISTRIBUCION ESPACIAL DE CAMPOS DE VELOCIDADES. DISTRIBUCION DE VELOCIDADES CON VORTICIDAD Y EXPANSION. FUENTES Y SUMIDEROS. BIOT Y SAVART. HILO VORTICOSO. Unidad 4: Ecuaciones de conservación. ECUACION DE CONSERVACION DE MASA, DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO, DE ENERGIA, DE ESPECIES, ECUACION DE ESTADO. ACOPLE DE ECUACIONES EN PROBLEMAS CONCRETOS. APLICACION DEL SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA. Unidad 5: Planteo de modelos. SIMPLIFICACION DE LAS ECUACIONES. MODELOS MATEMATICOS. MODELOS FISICOS. ECUACION DE DIFUSION DE VORTICIDAD. ECUACION DE BERNOULLI. TEOREMA DE BJERKNESS. Unidad 6: Grupos adimensionales. SEMEJANZA DINAMICA. NUMEROS DE REYNOLDS, DE PRANDTL, DE FROUDE, DE NUSSELT Y OTROS. CRITERIOS PARA CONSTRUIR EXPERIMENTOS. TUNEL DE VIENTO. TIPOS. DISEÑO DE MODELOS PARA ENSAYO EN TUNEL DE VIENTO. CONCEPTO DE ENSAYOS A ESCALA COMPLETA. Unidad 7: Flujos vorticosos, incompresibles e irrotacionales. CONDICIONES QUE DEBE REUNIR UN FLUJO PARA PODER SER CONSIDERADO INCOMPRESIBLE. CONDICIONES PARA PODER SER CONSIDERADO POTENCIAL. CRITERIO DE SIMPLIFICACION Y PLANTEO DE MODELOS. DETERMINACION DE ZONAS Y CAPAS DONDE PREDOMINAN CIERTOS TIPOS DE FLUJO DE FLUIDO VISCOSO E INCOMPRESIBLE. FLUJO ESTACIONARIO UNIDIRECCIONAL. FLUJO NO ESTACIONARIO. FLUJO A MUY BAJO NUMERO DE REYNOLDS. VARIACION DE LA CONFORMACION FLUIDODINAMICA CON EL NUMERO DE REYNOLDS. Unidad 8: Flujos potenciales. FLUJO POTENCIAL. APLICACIONES DE LAS FUNCIONES DE VARIABLES COMPLEJA A LOS CAMPOS POTENCIALES. TEOREMA DE BLASIUS. FUENTES, SUMIDEROS, DOBLETES. CILINDRO EMBESTIDO POR UNA CORRIENTE. CIRCULACION. PARADOJA DE D'ALAMBERT. PERFILES BIDIMENSIONALES SUBSONICOS. PERFIL JOUKOWSKY.

A 015 - MECÁNICA DE LOS FLUÍDOS II Contenidos analíticos. Unidad 1. Turbulencia: Conformaciones fluidodinamicas laminares y turbulentas. Ecuaciones de conservacion para flujo turbulento: conservacion de masa, de cantidad demovimiento y de energia. Unidad 2. Ecuaciones generales de conservación: analisis de las ecuaciones de conservacion para flujo turbulento. Correlaciones. Tensiones de reynolds. Funciones de correlacion doble de velocidades. Teorias semiempiricas: longitud de mezcla de prandtl. Escalas: integral, microescala. Turbulencia homogenea e isotropa. Espectro turbulento unidimensional. Flujos turbulentos de pared. Unidad 3: la capa límite. Ecuaciones de conservacion para la capa limite laminar. Ecuaciones de la capa limite turbulenta. Ecuaciones para la capa plana sin y con gradiente de presion. Ecuacion integral para la capa limite. Unidad 4: formación de capas límites. Capas limites sobre cuerpos de diferentes formas. Fenomenos de transicion, despegue y relaminarizacion. Burbujas de recirculacion. Representacion de conformaciones con fenomenos laminares, turbulentos, con recirculacion, remolinos aislados, zonas de generacion, crecimiento y emision de remolinos, interacciones del flujo. Túnel de viento de capa límite. Experiencias en túnel de viento de capa límite. Unidad 5. Flujos compresibles. Introduccion al flujo compresible. Flujo isoentropico unidimensional de gases perfectos. Conceptos de flujo supersonico. Analisis unidimensionales. Ecuaciones de balance. Curvas de fanno y rayleigh. Unidad 6: flujos isoentrópicos. Flujo isoentropico bidimensional. Subsonico, transonico y supersonico de gases perfectos. Tobera de laval. Difusores supersonicos unidimensionales. Ondas de mach. Compresiones suaves. Expansion de prandtl meyer. Interaccion de ondas. Unidad 7: flujos adiabáticos. Flujo adiabatico no isoentropico. Ondas de choque normales. Ondas de choque oblicuas. Ondas fuertes y debiles. Polar de choque. Interaccion y rebotes de ondas. Unidad 8. Flujos unidimensionales. Flujo unidimensional de area constante. Ecuaciones de rankine - hugoniot. Flujo isotermico y flujo adiabatico. Flujo unidimensional de area constante con calentamiento y enfriamiento. Unidad 9: flujos supersónicos bidimensionales. Flujo supersonico bidimensional plano y con simetria axial. Odografa. Flujo con ondas de dos familias. Expansion de una corriente supersonica. Teoria de caracteristicas. Perfil diamante. Tobera sub y sobre expandida. Chorros supersonicos. Conjuntos de perfiles que interaccionan entre si.      

A 018 – AERODINÁMICA GENERAL I Contenidos analíticos. Unidad 1: Concepto de fuerzas y momentos aerodinámicos: Conceptos generales acerca de las leyes aerodinámicas. Parámetros que gobiernan las fuerzas y momentos aerodinámicos. Sistema de ejes del aeroplano. Momentos de cabeceo, guiñada y rolido. Conceptos de vórtice de arranque y sistema de vórtices del ala de envergadura infinita. Unidad 2: Sustentación y resistencia como componentes de la fuerza aerodinámica. Sustentación y resistencia en alas de envergadura infinita en bajas velocidades. Circulación y sustentación: Teorema de Kutta-Joukwosky. Resistencia de piel y de presiones. Unidad 3: Familias de perfiles aerodinámicos: El perfil aerodinámico como sección de un ala de envergadura infinita. Geometría de los perfiles. Radio de curvatura del borde de ataque. Angulo del borde de fuga. Cuerda. Líneas de curvatura media. Máximo espesor y distribución del mismo según la cuerda. Familias de perfiles (NACA ; SELIG-DONOVAN; WORTMANN; EPPLER; ETC). Unidad 4: Teoría de perfiles delgados. Coeficientes de sustentación y momentos. Perfiles delgados simétricos. Perfiles con curvatura. Aplicación de la teoría a perfiles NACA de 4 dígitos. Unidad 5: Transformación conforme y perfiles aerodinámicos: La transformación de Joukowski. Condición de Kutta-Joukowski. Teoría generalizada de la transformación conforme. Teoría del Dr. Theodorsen. Transformación de un perfil aerodinámico en un círculo perfecto. Cálculo de la distribución de presiones en el intrados y extrados del perfil. Aplicaciones. Unidad 6: Alas subsónicas de envergadura finita en bajas velocidades : Diferencias básicas entre un ala de envergadura infinita y una real de envergadura finita. Relación entre potencia consumida para bombear aire hacia abajo y resistencia inducida. Desarrollo de la ecuación del ala (Glauert). Caso de la distribución elíptica de sustentación. Distribución general de sustentación (series de Fourier). Método de paneles para alas bidimensionales. Método de Multhopp para cálculo de alas. Método de red de vórtices (VLM). Aplicaciones. Unidad 7: Teoría y cálculo de dispositivos de hipersustentación: Concepto de dispositivos de hipersustentación. Flaps de borde de fuga. Flap sin ranura. Flaps ranurados. Split flaps. Flaps Fowler (simples y múltiples). Flaps de borde de ataque (slots y slats). Soplado de capa límite. Cálculo del aumento del Cl, Cm y Cd con los distintos sistemas de hipersustentación. Aplicaciones. Unidad 8: Teoría general de la hélice: Teoría básica del disco rotante. Balances macroscópicos entre flujos de aire entrante y saliente. Potencia entregada y absorbida. Rendimiento de la hélice. Teoría de la pala elemento. Hélices bipala y multipala. Fuerza y torque. Curvas de eficiencia de la hélice. Coeficientes de empuje, torque y potencia. Razones de solidez y avance. Aplicaciones. Unidad 9: Aspectos básicos de performance. Estabilidad estática. Conceptos de performance del avión en vuelo no-acelerado. Curvas de potencia requerida y potencia disponible. Máxima velocidad de trepada. Máximo ángulo de trepada. Techo de servicio. Aplicaciones.      :

A 021 – AERODINÁMICA GENERAL II Contenidos analíticos. Unidad 1: Teoría y cálculo de la resistencia aerodinámica en cuerpos en régimen laminar y turbulento: Ecuación integral de la capa límite, regímenes laminares y turbulentos, sin gradiente de presiones y con gradiente de presiones en fuselajes, alas, planos de cola y otros componentes de aeronaves. Soluciones aproximadas para el cálculo de la resistencia aerodinámica. Aplicaciones Unidad 2: Estabilidad dinámica del avión: Estabilidad Lateral. Estabilidad dinámica positiva, negativa y neutra. Modos de estabilidad (períodos largos y cortos). Estabilidad de alas volantes. Métodos de cálculo de estabilidad. Aplicaciones Unidad 3: Alas en régimen subsónico alto y transónico: Conceptos generales del flujo subsónico compresible y transónico en alas y fuselajes. Flujos potenciales compresibles. Ecuación general del flujo potencial compresible. Aplicaciones. Unidad 4: Teoría de pequeñas perturbaciones: Pequeñas perturbaciones en flujos subsónicos compresibles. Teoría lineal de Ackeret. Conceptos generales de flujos transónicos. Alas en flecha en flujos subsónicos compresibles y transónicos. Alas delta. Ejemplos y aplicaciones. Unidad 5: Teorías de 2 do. orden: Teoría de Busemann. Ondas de choque normales y oblícuas en alas de envergadura finita. Onda de choque posterior. Interacción de ondas de choque oblícuas en alas, fuselajes y planos de cola. Cálculo de la resistencia de onda. Unidad 6: Flujo supersónico en alas de envergadura infinita. Los coeficientes de presión crítico y límite. Relación general de los coeficientes aerodinámicos y el Nro. de Mach. Cálculo numérico en flujos compresibles subsónicos, transónicos y supersónicos en alas y demás partes del avión. Ejemplos y aplicaciones. Unidad 7: Flujo supersónico en alas de envergadura finita: Alas en régimen transónico y supersónico. Ondas de expansión. Conos de Mach. Métodos exactos y aproximados de cálculo. Cuerpos esbeltos en régimen transónico y supersónico. Regla de las áreas. Perfiles supercríticos. Plantas alares rectas, en flechas positiva y negativa. Alas delta y romboidales. Bordes de ataque y/o fuga subsónicos y supersónicos. Criterios generales de diseño. Ejemplos y aplicaciones.      

Tema: Aerodinámica de las Aeronaves Indice temático 1. Breve y sintética reseña de la Historia de la Aerodinámica de las Aeronaves. 2. Conceptos básicos de Aerodinámica. 3. Desarrollo temático de las asignaturas. 4. Anteproyecto Aerodinámico de Aeronaves

1. La Historia de la Aerodinámica de las Aeronaves • Volar ha sido, desde los tiempos más remotos, un sueño perseguido por el hombre. • Las más antiguas leyendas de todas las culturas relatan cómo sus héroes conseguían elevarse por los aires: • Pegaso, el caballo alado; • Hermes, el mensajero de los dioses con alas en sus pies; • Dédalo, que construyó para él y su hijo Ícaro unas alas para escapar del laberinto de Creta; • El rey persa Kabus, que lo hizo en una barquilla arrastrada por águilas; • La Escuela Pitagórica hizo muchas tentativas aritméticas para resolver la aplicación del movimiento alado al hombre. Archytas de Torento (428 -327 a. C. ) construyó un modelo de un pájaro que volaba gracias a la propulsión del vapor al escapar de unos agujeros hechos en la cola. • En el año 62 d. C. , Herón de Alejandría construye un juguete consistente en una esfera que giraba gracias a la acción del vapor de agua tras escapar por una serie de agujeros situados en la superficie. •

En el año 500 a. C. , descubrimos el primer antecedente del helicóptero, técnicos chinos diseñan un trompo volador, juguete que consistía en un palo con una hélice acoplada a un extremo que, al girar entre las manos, salía volando. La civilización china era ya especialista en utilizar barriletes para sus comunicaciones. El primer vuelo con éxito fue precedido de siglos de sueños, estudio, especulación y experimentación. Existían viejas leyendas con numerosas referencias a la posibilidad de movimiento a través del aire. Ciertos sabios antiguos creían que para volar sería necesario imitar el movimiento de las alas de los pájaros o el empleo de un medio como el humo u otro más ligero que el aire. Hacia el siglo V de nuestra era se diseñó el primer aparato volador: el barrilete. En el siglo XIII el monje inglés Roger Bacon tras años de estudio, llegó a la conclusión de que el aire podría soportar un ingenio de la misma manera que el agua soporta un barco.

Mención especial merece el pintor, escultor, matemático, físico e ingeniero renacentista Leonardo Da Vinci (14521519) que dedicó gran parte de su vida a estudiar el movimiento de las aves y a diseñar máquinas capaces de imitarlo. Entre sus importantes contribuciones al desarrollo de la aviación se encuentra el tornillo aéreo o hélice y el paracaídas. Concibió tres tipos diferentes de ingenios más pesados que el aire: a) el ornitóptero, máquina con alas como las de un pájaro que se podían mover mecánicamente b) el helicóptero diseñado para elevarse mediante el giro de un rotor situado en el eje vertical c) el planeador en el que el piloto se sujetaba a una estructura rígida a la que iban fijadas las alas diseñadas a imagen de las grandes aves.

En sus cuadernos encontramos más de 500 dibujos y notas referidas a sus dispositivos u "ornitópteros" como a él le gustaba llamarlos. Da Vinci introdujo una nueva dimensión en las técnicas aéreas, investigando los fundamentos físicos del empuje y resistencia aerodinámica generados durante el vuelo. Otra contribución de Leonardo fue su defensa sobre el "Principio del Túnel del Viento", tal fue la magnitud de su descubrimiento que en su "Códex Atlanticus" encontramos la siguiente afirmación: "La fuerza ejercida por un objeto contra el aire, es la misma que la que el aire ejerce contra el objeto". Leonardo creía que la fuerza muscular del hombre podría permitir el vuelo de sus diseños. La experiencia demostró que eso ¿no era posible? . Por desgracia, gran parte de las investigaciones de Leonardo Da Vinci sobre la aeronáutica fue eclipsada por otras muchas de sus aportaciones artísticas, además, sus teorías quedaban demasiado avanzadas para su tiempo por lo que hubo que esperar muchos años para que las bases de la ingeniería aeronáutica se asentaran definitivamente.

La revolución científica abarcó los siglos XVI y XVII. Durante este período, científicos como; Copérnico, Gilbert, Galileo y Descartes postularon leyes que posteriormente han sido nuestra base científica. El mayor impulsor de esta época fue Isaac Newton (1642 - 1727), el cuál marcaría las pautas que se han mantenido vigentes. Para el diseño de una máquina voladora, uno de los principios básicos es conocer cómo la fuerza aerodinámica de la máquina varía con la velocidad de vuelo. Sin este conocimiento es imposible diseñar una aeronave viable. Dos experimentos independientes, uno por Edme Mariotte (1673) y otro Christian Huygens (1690), basados en las teorías fundamentales postuladas por Isaac Newton, establecían claramente que la fuerza sobre un objeto varía como el cuadrado de la velocidad del fluido. En comparación con los siglos anteriores, donde el progreso en aerodinámica fue mínimo, de pronto la realización de la ley del cuadrado de la velocidad para la fuerza aerodinámica representó el mayor descubrimiento científico en la evolución de la historia de la aerodinámica.

• A finales del siglo XVII, Newton , basándose en Mariotte y Huygens, desarrolló por primera vez en la historia que la fuerza aerodinámica era proporcional al producto de la densidad del fluido, superficie frontal del cuerpo y velocidad relativa al cuadrado. • De forma indirecta, Newton aportó la primera contribución técnica hacia el análisis de los efectos del ángulo de ataque sobre la fuerza aerodinámica. Fue simplemente una hipótesis que ayudó a desarrollos posteriores, aunque inicialmente era un modelo pesimista y retrógrado. • Durante el siglo XVIII, Benjamin Robins desarrolló dos mecanismos; el péndulo balístico y el brazo giratorio, demostrando experimentalmente las características aerodinámicas de los cuerpos a bajas y altas velocidades. • Reforzó los primeros resultados obtenidos por Mariotte y Huygens. Fue el primero en demostrar que dos cuerpos aerodinámicos con diferentes formas, pero el mismo área frontal proyectada, tenían distintos valores de resistencia.

Fue una gran contribución para el desarrollo de los túneles aerodinámicos que comenzó a finales del siglo XIX. No olvidemos que las aeronaves se mueven a través del aire, que es un fluido. Así para poder desarrollar una máquina que pudiese volar sería necesario tener conocimiento de la parte de la Física que estudia el movimiento de los fluidos: la Dinámica de Fluidos, y en concreto, de la Aerodinámica , que se encarga de estudiar el movimiento del aire. La Aerodinámica es el estudio de las fuerzas ejercidas por un gas sobre un objeto. Estas fuerzas se vuelven activas cuando un objeto se mueve a través del aire (u otros gases). Es importante conocer estas fuerzas para poder diseñar aviones, barcos de vela, coches, y otros objetos que se mueven rápidamente a través del aire. Los edificios, puentes, y molinos de viento también son afectados por el viento que pasa junto a ellos. De esta forma, en los siglos XVIII y XIX, se establecieron las bases de tales ciencias. De todos los descubrimientos realizados en esa época, es necesario destacar tres, por su gran relevancia: 1) Daniel Bernoulli, en el siglo XVIII, estudió la relación entre la velocidad de un fluido y la presión del mismo, llegando a la conclusión de que a medida que se aumenta la velocidad disminuye la presión y viceversa. Esto hizo que estableciese su famosa ecuación: donde p denota la presión, la densidad del fluido, h la altura y V la velocidad.

Con esta ecuación se puede entender cómo se genera la sustentación en una aeronave: en el ala, el aire que circula por debajo de la misma (por el intradós) tiene una velocidad menor que el que circula por encima de la misma (por el extradós), por lo que, el aire del intradós tiene mayor presión que el del extradós, produciéndose, debido a esta diferencia de presiones, una fuerza "hacia arriba" que se llama sustentación y que es la responsable de mantener a una aeronave en vuelo.

2) Claude Navier y Sir George Stokes, en el siglo XIX, establecieron las ecuaciones generales que rigen el movimiento de los fluidos (denominadas ecuaciones de Navier-Stokes) Son tres: la ecuación de conservación de la masa, la ecuación de cantidad de movimiento y la ecuación de conservación de la energía. La primera y tercera, como su nombre indica, establecen que la masa y la energía, ni se crean ni se destruyen, mientras que la segunda es la aplicación de la segunda ley de Newton a los fluidos, aquella que dice que la fuerza es igual a la masa por la aceleración.

3) Osborne Reynolds, también en el siglo XIX, hizo estudios sobre la fricción producida por un fluido sobre los cuerpos que se mueven en su seno, es decir, la fuerza que frena el movimiento de cualquier objeto que fluya en él. Así, descubrió, que el fluido puede moverse según dos posibles flujos: el flujo laminar, en el que el fluido se mueve de forma ordenada y regular, y el turbulento, en el que el fluido se mueve de forma caótica e irregular. La resistencia es mucho mayor cuando el flujo alrededor de un cuerpo es turbulento que cuando es laminar, por lo que, el paso de uno a otro es fundamental en el estudio de la fricción producida por un fluido.

• La primera gran contribución al diseño de las aeronaves fue gracias al inglés Sir George Cayley, quien fue el primero en proponer una configuración para una máquina más pesada que el aire consistente en un ala fija, un fuselaje y una cola, con estabilizadores horizontal y vertical. Además estableció la idea de separar los elementos que producen las dos fuerzas fundamentales necesarias para volar: la sustentación, y el empuje, necesario para vencer la resistencia del aire. Para obtener la primera, introdujo el concepto de ala fija y para la segunda, propuso utilizar un motor. En cuanto a esto último, en aquella época sólo existían los motores de vapor, pero tenían el problema de tener un peso demasiado elevado para poder ser utilizado en una aeronave. Por esto, Cayley inventó el motor de airecaliente, precursor de los motores de gasolina, aunque no consiguió obtener una relación empuje/peso lo suficientemente elevada para resultar útil en el vuelo. Aunque Cayley sólo tuvo éxito con el diseño de planeadores, es decir, no consiguió que una máquina más pesada que el aire alzase el vuelo por sus propios medios por el problema del motor antes comentado, su contribución a la aeronáutica fue fundamental. El siglo XIX fue testigo, también, de grandes avances como el túnel de viento, los perfiles curvos y nuevos sistemas de divulgación científica, pero su ultima década vio como casi simultáneamente en Europa y Estados Unidos cuatro soñadores continuaban la tradición de intentar despegar del suelo.

Hiram Maxim, norteamericano, logró el 31 de julio de 1894 en Inglaterra, donde realizó todos los desarrollos aeronáuticos, un nuevo record de vuelo con un aparato de 8000 libras de peso durante 400 pies y a una altura de 2. Previamente había comprobado entre 1889 y 1891, tras numerosos ensayos en su túnel de viento, que la sustentación era directamente proporcional al ángulo de ataque. El peso de la aeronave rondo las 8000 libras y sus propulsores proporcionaban 22 libras por caballo de vapor. El mayor logro fue que era la aeronave más grande y potente que había logrado volar hasta la fecha. Clement Ader, francés, no siguió ninguna serie organizada de experimentos para la obtención de datos sobre los que basar sus pruebas, sino que las basó en la forma y vuelo de pájaros y murciélagos. En 1872 construyo un ornitóptero con una envergadura de 26 pies y un peso de 53 libras pero no tuvo éxito. Tras continuar estudiando aves finalizó, en 1890, un monoplano con una envergadura de 50 pies propulsado por una hélice conectada a un motor de vapor con una potencia de 20 caballos. Este aparato, al que llamo ´Eolo´, se elevó tras una rodadura de 90 pies durante otros 165, el 9 de Octubre en 1890, con Ader como piloto. Así, fue el primer aeroplano propulsado pilotado que volaba, aunque la gran aportación del mismo fue su motor de vapor.

Otto Lilienthal, alemán, probó tras 22 años de ensayos aerodinámicos la superioridad de las superficies sustentadoras curvas frente a las planas. La otra gran aportación fue la utilización de coeficientes aerodinámicos para trabajar con la fuerza aerodinámica medida en sus modelos. Completados sus experimentos, intentó llevar a cabo la idea del vuelo sin motor, con superficies movidas por el piloto. Su primer invento fue una gran superficie alar, con espacio en medio para manejarla, en 1889 que no llegó a usar, pero en 1891 se convirtió en el primer humano en lograrlo. Basado en el vuelo aviar diseñó un motor de un cilindro para batir las alas de un ornitóptero que comenzó a probar en 1893, y hasta 1896 llegó a vender varias unidades. Dado que sus diseños no llegaron a sustentarse, pasó a la historia en mayor medida por sus ensayos y conclusiones aerodinámicas. Por desgracia murió en 1896 al perder el control de su aparato y estrellarse contra el suelo desde 20 metros de altura.

Samuel Langley, norteamericano, era un distinguido físico y astrónomo antes de dedicarse a la investigación aerodinámica con la construcción de aeronaves de alas curvas. Terminó la primera en Septiembre de 1887 y realizó experimentos con ella durante 4 años, en 1891 publicó sus resultados en el libro Experiments in Aerodinamics. La conclusión mas controvertida y famosa que hizo fue la llamada "Ley Langley": ". . . para mantener dichas aeronaves en vuelo horizontal a altas velocidades, es necesaria menos potencia que para bajas". Tras los descubrimientos de estos soñadores no cabía esperar mucho para la definitiva conquista del aire por el hombre. Entre 1890 y 1901 se realizaron numerosos experimentos con prototipos provistos de motor. El más importante fue el de Langley que en 1901 y 1903 probó e hizo volar sin piloto un aeroplano a un cuarto de escala de su tamaño real. Le llamó Aerodrome y fue la primera aeronave más pesada que el aire provista de un motor de gasolina que consiguió volar. El modelo a escala real se terminó en 1903 y realizó dos pruebas que acabaron en desgraciados accidentes. El aviador alemán Karl Jatho intentó en 1903, también sin éxito, volar un modelo motorizado de tamaño real.

Los logros conseguidos a lo largo del siglo XIX aportaron los fundamentos necesarios para el éxito de los hermanos Wright, pero los mayores avances se debieron a los esfuerzos de Chanute, Lilienthal y Langley a partir de 1885. En 1903 aún no se habían conseguido la estabilidad y el control necesarios para un vuelo prolongado, pero los conocimientos aerodinámicos y sobre todo el éxito de los motores de gasolina, que sustituyeron a los más pesados de vapor, permitirían que la aviación evolucionase con rapidez. Kitty Hawk El día 17 de diciembre de 1903, cerca de Kitty Hawk, en el estado de Carolina del Norte, los hermanos estadounidenses Wilbur y Orville Wright realizaron el primer vuelo pilotado de una aeronave más pesada que el aire propulsada por motor. El avión fue diseñado, construido y volado por ambos hermanos, quienes realizaron dos vuelos cada uno. El más largo fue el de Wilbur con 260 metros recorridos en 59 segundos. Al año siguiente continuaron mejorando el diseño del avión y su experiencia como pilotos a lo largo de 105 vuelos, algunos de más de 5 minutos. En 1905 llegaron a recorrer 38, 9 kilómetros en 38 minutos y 3 segundos. Todos los vuelos se realizaron en campo abierto, regresando casi siempre cerca del punto de despegue.

El primer vuelo oficialmente registrado en Europa lo hizo en Francia el brasileño Alberto Santos Dumont y su trayecto más largo lo logró el 12 de noviembre de 1906 cubriendo una distancia de 220 metros en 22, 5 segundos. El aeroplano, registrado como 14 -bis, había sido diseñado por él y construido en la primera fábrica de aviones del mundo, la de los hermanos Voisin en París. Su forma era la de un gran barrilete en forma de caja en la parte trasera y otra pequeña en la delantera, unidas por la estructura cubierta de tela. El motor era un Levavasseur Antoinette de 40 CV y estaba ubicado junto con la hélice en la parte posterior. El piloto iba de pie en una cesta situada delante del ala principal. En Europa nadie consiguió volar más de un minuto hasta finales de 1907, en que lo logró Henri Farman en un avión construido también por Voisin. Una figura importante entre los diseñadores, fabricantes y pilotos estadounidenses fue Glenn Hammond Curtiss. En 1907 realizó en solitario un vuelo en el dirigible construido por Thomas Baldwin, propulsado por un motor de motocicleta de la fábrica de Curtiss que él mismo había modificado. En mayo siguiente Curtiss voló, también en solitario, el aeroplano diseñado y fabricado por un grupo conocido como la Asociación de Experimentos Aéreos, organizada por Alexander Graham Bell. Curtiss era uno de sus cinco miembros. Con su tercer avión, el June Bug, el 4 de julio de 1908 Curtiss cubrió la distancia de 1. 552 metros en 42, 5 segundos y ganó el Trofeo Científico Americano, primer premio estadounidense concedido al vuelo de un avión.

El pionero en cruzar el Canal de la Mancha fue el ingeniero y piloto francés Louis Blériot. El día 25 de julio de 1909, durante 35, 5 minutos recorrió 37 kilómetros, desde Calais, Francia, a Dover, Inglaterra, en un avión monoplano diseñado y fabricado por él mismo.

I Guerra Mundial y posguerra Durante la I Guerra Mundial se usaron como armas tanto los aeroplanos como las aeronaves más ligeras que el aire. Las urgentes necesidades de la guerra estimularon a los diseñadores para construir modelos especiales para reconocimiento, ataque y bombardeo. Como consecuencia de la presión de la guerra fueron entrenados más pilotos y construidos más aviones en los 4 años de conflicto que en los 13 años transcurridos desde el primer vuelo. Gran parte de los excedentes militares vendidos después de la guerra fueron adquiridos por aviadores formados y entrenados durante la misma, dispuestos a realizar con ellos cualquier actividad que les produjera ingresos económicos: transporte de pasajeros, fotografía aérea, propaganda (por lo general escribiendo los nombres de los productos en sus aviones), vuelos de instrucción, carreras aéreas y exhibiciones acrobáticas. Durante los años posteriores a la I Guerra Mundial se realizaron grandes progresos tanto en el diseño de los aeroplanos como de los motores. Los aviones de dos alas con los motores y las hélices situadas en la parte posterior pronto fueron sustituidos por aviones con los motores situados en la parte delantera. Había muy pocos modelos de monoplanos, pero en cambio durante la guerra ambos contendientes fabricaron enormes biplanos con dos, tres y hasta cuatro motores que en Europa fueron al principio del tipo rotativo, aunque pronto se sustituyeron por los modelos radiales.

Entre el 20 y el 21 de mayo de 1927 se completó el primer vuelo cruzando el océano Atlántico en solitario. Lo llevó a cabo el aviador estadounidense Charles A. Lindbergh desde la ciudad de Nueva York hasta París, recorriendo una distancia de 5. 810 kilómetros en 33, 5 horas. Lindbergh se convirtió con esta hazaña en uno de los pilotos más famosos de la historia de la aviación. En el año 1920 se crearon las primeras líneas aéreas para correo y pasajeros. Entre 1930 y 1940 el transporte aéreo creció rápidamente y se acometieron frecuentes vuelos transoceánicos y de larga distancia.

II Guerra Mundial Las exigencias de la guerra aceleraron el desarrollo de los aviones y se consiguieron importantes avances en los de bombardeo y combate, así como en el transporte aéreo de tropas paracaidistas, tanques y equipo pesado. De esta forma y por primera vez en la historia, la aviación se convirtió en el factor más decisivo en el desarrollo de la guerra. También se extendió con rapidez la fabricación de pequeños aviones. Los aviones diseñados para uso privado encontraron también un amplio uso militar en todo el mundo. Hacia el final de la guerra las batallas aéreas crecieron en intensidad y extensión y la producción de aviones alcanzó un máximo. Por otra parte las líneas aéreas nacionales también establecieron nuevas plusmarcas tanto en el transporte de pasaje como de carga. En 1944 Alemania ponía en combate dos ingenios completamente nuevos en el mundo de la aviación: el primer avión reactor y el primer proyectil volante.

Después de la II Guerra Mundial En el año 1945 la producción de aeroplanos militares en Estados Unidos se redujo drásticamente, pero los pedidos de aviones civiles se incrementaron considerablemente. Al finalizar el año, los fabricantes tenían contratos para construir 40. 000 aviones en contraste con la producción máxima de 1941 que fue de 6. 844. De nuevo las líneas aéreas nacionales e internacionales norteamericanas rompieron las plusmarcas anteriores en todos los tipos de tráfico y consiguieron sustanciales mejoras con respecto a 1941. Se redujeron las tarifas tanto de pasaje como de carga y en 1945 volvieron a operar todos los servicios comerciales internacionales. La experiencia obtenida en la fabricación de aviones militares durante la guerra fue utilizada en la construcción de aviones civiles nada más terminar las hostilidades. Las compañías aéreas dispusieron de aviones más grandes y mas rápidos con adelantos como las cabinas presurizadas. Se mejoraron los aeropuertos, los pronósticos meteorológicos y las ayudas a la navegación fueron más eficientes y aumentó la demanda pública de transporte aéreo de pasaje y carga, que creció a niveles desconocidos hasta entonces gracias a la repentina prosperidad de la posguerra.

Los experimentos en el campo del diseño aerodinámico, de los nuevos metales y materiales, nuevas plantas de potencia y avances electrónicos trajeron el desarrollo de los aviones turborreactores de alta velocidad, diseñados para vuelos transoceánicos, vuelos supersónicos, aviones cohete experimentales, aviones de despegue corto o vertical (STOL, VTOL) y cohetes espaciales.

En diciembre de 1986 el avión ligero experimental Voyager completó con éxito el primer vuelo alrededor del mundo sin escalas y sin repostar. Fue diseñado por Burt Rutan, que lo dotó de líneas muy poco ortodoxas que recuerdan en algunos aspectos a un catamarán. El avión iba provisto de dos motores, el delantero para despegar maniobrar y aterrizar y el posterior para el vuelo de crucero. Su peso al despegar era tan solo de 4. 420 kilogramos y cargaba 4. 500 litros de combustible distribuidos en 17 depósitos. Una vez consumidos, su peso al aterrizar era de 840 kilogramos. Los pilotos fueron Dick Rutan (hermano de Burt) y Jeanna Yeager, y volaron 40. 254 kilómetros en 9 días, 3 minutos y 44 segundos, a una velocidad media de 186, 3 km/h. Este vuelo estableció una nueva plusmarca de distancia y tiempo en el aire, duplicando el de distancia que permanecía desde 1962 en 20. 169 kilómetros.

Desarrollos de Aeronaves en Argentina Desde un principio, es decir a partir de los primeros vuelos de los hermanos Wright, en nuestro país los entusiastas por el vuelo comenzaron a desarrollar actividades, en un principio basadas en los globos aerostáticos y luego con maquinas mas pesadas que el aire. Se puede destacar de los primeros pasos nombres como Jorge Newbery, Teodoro Fels, Mario Casale. . . Posterior a esa época inicial aparece el impulso de la aeronáutica por intereses militares estratégicos y se creo lo que fue durante mucho tiempo la fabrica militar de aeronaves. Desde el inicio se desarrollaron diseños propios y se construyeron, bajo licencia otras aeronaves. Durante la época posterior a la segunda guerra mundial, se imprime a la fabricación nacional un nuevo impulso, con la llegada de diseñadores alemanes y franceses. De aquí surgen diseños novedosos para la época, que luego por distintos motivos no son continuados lamentablemente.

Durante esa época floreciente del desarrollo aeronáutico nacional, llegan al país diseñadores como Tank, Hoerten y otros que desarrollan novedosos diseños como los que se muestran aquí Horten XV y XVI

2. Conceptos básicos de Aerodinámica Como ya se ha mencionado las fuerzas aerodinámicas generadas por la distribución de presiones en el entorno de un objeto sometido a una corriente de fluido, en nuestro caso particular el aire, son las causante de la aparición de la fuerza necesaria para mantener una aeronave volando. Esta fuerza es la denominada sustentación (L, lift = sustentación), que es la encargada de mantener la aeronave en vuelo en cada situación. El elemento principal en un avión responsable de suministrar dicha fuerza necesaria para volar es el ala. La generación de esa fuerza por el ala, trae como consecuencia la aparición de una fuerza en la dirección del movimiento pero contraria en sentido al mismo que contribuye a la resistencia que tiene un objeto al moverse en un fluido, esta parte de la resistencia es la denominada resistencia inducida, la cual es generada en cualquier objeto que produzca sustentación y es debida a la tridimensionalidad del flujo que circula alrededor del objeto.

Para poder comparar resultados, es común utilizar los denominados coeficientes aerodinámicos que nos indicarán las características que posee un ala o un perfil aerodinámico

Conceptualmente el primer paso para establecer las condiciones que debe satisfacer una aeronave para volar en condiciones de vuelo estacionario y a nivel son que le peso de la misma sea soportado por sus elementos sustentadores, es decir que la sustentación sea igual al peso. En estas condiciones podremos establecer el primer y fundamental dato a tener en cuenta para nuestro diseño: el coeficiente de sustentación que debe brindarnos nuestra ala para lograr dicho objetivo De aquí obtendremos, dada una altura de vuelo (densidad correspondiente), velocidad de vuelo, superficie de referencia (superficie del ala), el valor necesario de Cl para lograr el objetivo buscado. Por lo tanto, a partir de esta condición deberemos determinar cual es el perfil aerodinámico que deberá utilizarse en la construcción del ala en cuestión con el fin de satisfacer el requerimiento.

3. Desarrollo temático de las asignaturas � Aerodinámica General I Ø Concepto de fuerzas y momentos aerodinámicos. Ø Sustentación y resistencia en alas de envergadura infinita en bajas velocidades. Ø Familias de perfiles aerodinámicos. Ø Teoría de perfiles delgados. Ø Perfiles de bajo número de Reynolds. Ø Transformación conforme y perfiles aerodinámicos. Ø Aspectos básicos de performance. Ø Alas subsónicas de envergadura finita en bajas velocidades. Ø Teorías para cálculo de alas y simulación numérica. Resistencia inducida. Ø Teoría y cálculo de dispositivos de hipersustentación. Ø Teoría general de la hélice. Ø Prácticas de laboratorio.

� Aerodinámica General II Ø Teoría y cálculo de la resistencia aerodinámica en cuerpos en régimen laminar y turbulento. Ø Estabilidad dinámica del avión. Ø Alas en régimen subsónico alto, transónico y supersónico. Ø Teoría de pequeñas perturbaciones en flujos subsónicos y supersónicos. Ø Teoría lineal de Ackeret, de segundo orden de Busemann y método exacto expansión-choque. Ø Métodos de cálculo en flujo compresible. Ø Flujo supersónico en alas de envergadura finita correspondientes a diferentes plantas alares. Ø Prácticas de laboratorio.

4. Anteproyecto Aerodinámico de Aeronaves Temas estudiados durante el desarrollo � Elección del avión a desarrollar. Determinación de los criterios de selección. � Cálculos básicos a partir de los datos iniciales. � Elección de los perfiles aerodinámicos a utilizar en el ala. � Cálculo de las características del ala. Curvas características. � Evaluación de la performance básica del avión. � Determinación del peso y balanceo del avión. Envolvente del CG. � Estudio de la Estabilidad Estática Longitudinal a mandos fijos y libres. Determinación del punto neutro, margen de estabilidad y ángulos de incidencia. � Ergonomía de cabina. � Estudio de la Estabilidad Estática Lateral-Direccional a comandos fijos y libres. � Determinación de las carreras de despegue y aterrizaje. � Determinación de los gráficos de ráfaga y maniobra. � Realización de las vistas lateral, frontal y en planta del avión.

Objetivos del Anteproyecto � Establecer un concepto global del sistema que define la aerodinámica del avión. � Determinar los principales parámetros aerodinámicos que definen las características de vuelo del avión. � Generar la geometría del avión que resuelve los fines que se buscan en el diseño particular que se considera. � Sintetizar los conocimientos aerodinámicos adquiridos durante la cursada de ambas asignaturas mencionadas.