E6 Aerodinámica del perfil alar

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La aerodinámica del perfil alar es el módulo central de todo el sistema de vuelo: describe cómo la geometría del ala interactúa con el aire que la rodea para generar las fuerzas de sustentación y de arrastre que sostienen y frenan al ave en pleno vuelo. Es, en otras palabras, el módulo donde la geometría del ala se convierte en fuerza.

Las ecuaciones que describen esta aerodinámica del perfil alar son las mismas que usa la aeronáutica clásica para un avión, pero aplicadas a condiciones muy distintas de las que enfrenta un avión: números de Reynolds intermedios, perfiles alares que cambian de geometría en tiempo real durante el propio vuelo —la misma reconfigurabilidad activa de las plumas que hace del ala del ave una superficie continua—, y condiciones de flujo transitorio que cambian a lo largo de cada ciclo de batido.

El número de Reynolds es el parámetro adimensional más importante para caracterizar el régimen aerodinámico en el que vuela un ave: se calcula a partir de la densidad del aire, la velocidad de vuelo, una longitud característica del ala —su cuerda— y la viscosidad del aire, y define la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas que actúan sobre el flujo de aire alrededor del ala.

Las aves pequeñas, como el colibrí, vuelan con un número de Reynolds bajo, del orden de diez mil: en ese régimen, la viscosidad del aire tiene un peso muy importante sobre el flujo alrededor del ala, y los efectos de la capa límite —la delgada capa de aire pegada a la superficie del ala donde esa viscosidad actúa con más fuerza— dominan el comportamiento aerodinámico del perfil alar.

Las aves grandes, como el albatros, vuelan en cambio con un número de Reynolds alto, del orden de un millón: en ese régimen cuasi-turbulento, son las fuerzas inerciales las que dominan por encima de las fuerzas viscosas, y el perfil alar del albatros funciona de una forma mucho más parecida a la de un ala de avión que la del perfil alar de un colibrí.

Este mismo número de Reynolds es, entonces, lo que separa dos regímenes aerodinámicos completamente distintos dentro de un solo perfil alar de ave: el régimen dominado por la viscosidad del aire y la capa límite que caracteriza a las aves pequeñas como el colibrí, y el régimen cuasi-turbulento dominado por las fuerzas inerciales que caracteriza a las aves grandes como el albatros, de modo que ningún conjunto único de ecuaciones aerodinámicas describe a todas las aves por igual sin antes fijar en qué régimen de número de Reynolds vuela cada especie.

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