Storyboard

La aerodinámica del perfil alar es el módulo central del sistema: describe cómo la geometría del ala (E1, E2) interacciona con el fluido (E8) para generar las fuerzas de sustentación y arrastre (que alimentan E9). Es el módulo donde la geometría se convierte en fuerza. Las ecuaciones de este módulo son las mismas que las de la aeronáutica clásica, pero aplicadas a las condiciones específicas de las aves: números de Reynolds intermedios (10 - 10), perfiles que cambian de geometría en tiempo real, y condiciones de flujo transitorio durante el batido.

El número de Reynolds (Re = Vc/) es el parámetro adimensional más importante para caracterizar el régimen aerodinámico de un ave: define la relación entre las fuerzas inerciales y viscosas en el flujo. Las aves pequeñas (colibrí: Re ~ 10) operan en un régimen donde la viscosidad del aire es muy importante y los efectos de capa límite dominan. Las aves grandes (albatros: Re ~ 10) operan en régimen cuasi-turbulento donde los efectos inerciales dominan y los perfiles funcionan de forma más similar a los aviones.



Principio físico central: L = ½V²S·C_L y D = ½V²S·C_D: la sustentación y el arrastre son proporcionales al cuadrado de la velocidad, al área alar y a los coeficientes adimensionales C_L y C_D. La polar de arrastre C_D = C_D0 + k·C_L² resume toda la aerodinámica del ala en una sola curva. (L/D)_max = 1/(2·sqrt(k·C_D0)) es la fineza máxima: el parámetro de eficiencia aerodinámica más importante del ave.

ID:('ky', 287)

Storyboard

$L=\frac{1}{2}\rho V^2SC_L$

Variables

$C_L$

Coeficiente de sustentación

$1$

$\r ho$

Densidad del aire

$kg/m³$

$V$

Velocidad de vuelo

$m/s$

$L$

Sustentación

$N$

$S$

Área alar

$m²$

ID:('gm', 2682)

Storyboard

$D=\frac{1}{2}\rho V^2SC_D$

Variables

$C_D$

Coeficiente de arrastre

$1$

$\r ho$

Densidad del aire

$kg/m³$

$V$

Velocidad de vuelo

$m/s$

$D$

Arrastre

$N$

$S$

Área alar

$m²$

ID:('gm', 2683)

Storyboard

$a_0=\frac{2\pi}{1+2/AR}$

Variables

$AR$

Relación de aspecto

$1$

$a_0$

Pendiente de sustentación

$1/rad$

ID:('gm', 2684)

Storyboard

$C_L=a_0(\alpha-\alpha_0)$

Variables

$C_L$

Coeficiente de sustentación

$1$

$a_0$

Pendiente de sustentación

$1/rad$

$alpha$

Ángulo de ataque

$rad$

$alpha_0$

Ángulo de sustentación nula

$rad$

ID:('gm', 2685)

Storyboard

$C_D=C_{D0}+kC_L^2$

Variables

$C_{D0}$

Arrastre de perfil

$1$

$C_D$

Coeficiente de arrastre

$1$

$C_L$

Coeficiente de sustentación

$1$

$k$

Factor de arrastre inducido

$1$

ID:('gm', 2686)

Storyboard

$k=\frac{1}{\pi AR e}$

Variables

$e$

Eficiencia de Oswald

$1$

$k$

Factor de arrastre inducido

$1$

$AR$

Relación de aspecto

$1$

ID:('gm', 2687)

Storyboard

$(L/D)*{max}=\frac{1}{2\sqrt{kC*{D0}}}$

Variables

$C_{D0}$

Arrastre de perfil

$1$

$k$

Factor de arrastre inducido

$1$

$(L/D)_{max}$

Fineza máxima

$1$

ID:('gm', 2688)

Storyboard

$C_{L,opt}=\sqrt{\frac{C_{D0}}{k}}$

Variables

$C_{D0}$

Arrastre de perfil

$1$

$C_{L,opt}$

CL de máxima fineza

$1$

$k$

Factor de arrastre inducido

$1$

ID:('gm', 2689)

Storyboard

$Re=\frac{\rho Vc}{\mu}$

Variables

$Re$

Número de Reynolds

$1$

$mu$

Viscosidad dinámica

$Pa·s$

$\r ho$

Densidad del aire

$kg/m³$

$V$

Velocidad de vuelo

$m/s$

$c$

Cuerda media

$m$

ID:('gm', 2690)

Storyboard

$C_{D0}(Re)=\frac{1.33}{\sqrt{Re}}$

Variables

$C_{D0}(Re)$

Arrastre laminar dependiente de Reynolds

$1$

$Re$

Número de Reynolds

$1$

ID:('gm', 2691)

Storyboard

$W=mg$

Variables

$m$

Masa del ave

$kg$

$W$

Peso

$N$

$g$

Gravedad

$m/s²$

ID:('gm', 2692)

Storyboard

$\frac{L}{W}=1$

Variables

$W$

Peso

$N$

$L$

Sustentación

$N$

ID:('gm', 2693)