curso de Aerodinámica con un poco de esfuerzo

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El margen estático

https://en.wikipedia.org/wiki/Static_margin

es la distancia que hay entre el Neutral Point y el centro de gravedad

y el ángulo de ataque (del avión) es el ángulo de ceñida del velero

y cuando el velero deja de ser un bicho tan raro (con un ala en el agua y un ala en el aire) y se hace un bicho normal navegando a favor del viento y las olas ... entonces el margen estático es el margen de seguridad dinámica

y se podría hacer un índice de comodidad y seguridad dinámica expresado en porcentaje de la línea de flotación

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comparado con un avión el equilibrio de un velero es cosa de niños

Estabilidad longitudinal

en una balanza romana, equilibrado sobre el punto neutral (N) tenemos un cuerpo sustentador (lift body) creado por el casco al escorar, una pala del timón (t) que va digamos 3 grados a sotavento, y los dos sospechosos habituales (Keel + Hull) la orza y la interacción orza-casco neutralizados en el centro de gravedad (CG)

la Fuerza aerodinámica (Fa) y la Fuerza hidrodinámica (Fh) se cruzan en el punto Neutral (N)

y a fin de cuentas hay una baluma de la Mayor que quiere orzar el barco y una pala del timón que quiere arribar

si el velero disminuye su Angulo de Ataque, la Fuerza aerodinámica se hace menor y/o se va hacia proa, y la Fuerza hidrodinámica restaura el equilibrio

si el velero aumenta su Angulo de Ataque, la Fuerza aerodinámica se hace mayor y/o se va hacia popa, y la Fuerza aerodinámica restablece el equilibrio

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las piedras vuelan, los aviones sin alas vuelan, y las velas de un velero podrían ser de chapa de acero o de tablero de madera

Newton turbulento de alto alargamiento ... ciñe bastante bien ...

... porque no tiene cascarón, no tiene obra muerta, ni jarcia, ni tripulación

si le ponemos un francobordo bien despachado (por motivos de seguridad y habitabilidad) y le ponemos unos cables y unos cabos y unos tripulantes molestando, pues entonces aumenta mogollón el arrastre aerodinámico

y si aumentamos el Angulo de Ataque del tablero de madera que nos sirve de Ala buscando más Fuerza ... entonces aumentamos el arrastre inducido/creado por la sustentación

así que Newton turbulento de alto alargamiento no puede abandonar el astillero de papel

necesitamos más Fuerza para poder impulsar todo el carromato embarcado que nos arrastra en la dirección del viento

¿cómo podemos aumentar el Angulo de Ataque del tablero de madera sin que se de cuenta por así decirlo?

curvándolo

fue el barón de no me acuerdo, un tipo del siglo XVIII, el que cayó en la cuenta, y además fue el que definió los conceptos más fundamentales de la aeronáutica



ñó, qué truco más bueno para engañar al tablón de madera

curvarlo

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Sir George Cayley, sexto Baronet de yo qué sé

esto de internet es la reberza, aquí está el tipo

https://en.wikipedia.org/wiki/George_Cayley

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un canadiense construyéndose su avión

en el foro de los constructores caseros de aviones

http://www.homebuiltairplanes.com/forums/forum.php

subforo proyectos

http://www.homebuiltairplanes.com/fo...-project-logs/

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la aero-dinámica, la hidro-dinámica y la aceitedeoliva-dinámica comparten unos mismos principios, pero diferentes densidades y viscosidades

de hecho para un bichito pequeñajo, para un insecto pequeño, el aire es como miel líquida, y por eso son capaces de cosas prodigiosas, para nosotros en cambio a nuestra escala el aire es tenue

el aire tiene una densidad de alrededor de 1,2 kilos el metro cúbico, aunque depende de si el aire está frío o caliente, por eso suelo hacer la broma de si calcular un velero con aire alemán o con aire español

https://es.wikipedia.org/wiki/Aire

el agua por su parte tiene una densidad de 1000 kilos el metro cúbico si es agua dulce, y de alrededor de unos 1025 kilos el metro cúbico si es agua salada

por ejemplo

con un coeficiente de Sustentación/FuerzaLateral (CL) de 0,8 y 1 metro cuadrado de tablero de madera, vela, ala o timón, y una velocidad de 2,5 metros por segundo (5 nudos)

en el Aire

0,8 (Coeficiente) x presión dinámica (la mitad de la velocidad del fluido al cuadrado por la densidad del fluido: 0,5 x 2,5 x 2,5 x 1,2) x 1 metro cuadrado = 3 Newtons de fuerza, que son unos 300 gramos (300 gramos de masa x 9,8 de gravedad = la tierra atrae 0,3 kilos con una fuerza de 3 Newtons)

en el Agua

0,8 (Coeficiente) x presión dinámica (la mitad de la velocidad del fluido al cuadrado por la densidad del fluido: 0,5 x 2,5 x 2,5 x 1025) 1 metro cuadrado = 2562 Newtons

por eso las alas de nuestras aero-naves son grandotas arriba y más pequeñajas abajo

en la primera fotografía, espectacular fotografía, se puede ver el primer planeador de los hermanos Wright con timón

en el dibujito de abajo el ingeniero de la Northrop que lo ha dibujado indica que el ala grandota le desvía el aire a la alita pequeña de popa en una cantidad más o menos igual a la mitad (0.5) del ángulo de ataque, es el downwash (y al revés le aumenta el ángulo de ataque, upwash, a la alita de proa, y un poco menos al morro de max michael munk)

en el departamento de hidromecánica del Tecnológico de Delft después de llevar 40 años arrastrando mogollón de maquetas de veleros ... han parido unas fórmulas para la interacción orza-timón ... que a fin de cuentas viene a ser que la orza le quita la mitad de su ángulo de ataque al timón, si la orza está trabajando con un ángulo de ataque de 6 grados entonces el agua le llega al timón a 3 grados

esto me recuerda al ingeniero jefe del proyecto A4



del perfil del ala se encargaba un ingeniero joven, que se encerró en el túnel de viento, y el tío no salía ... y resulta que se eternizaba optimizando una maqueta/modelo ... allí trasegando números, cálculos y datos del túnel de viento, y afinando y afinando y lijando y lijando la cosa

y llegó el ingeniero jefe con lo que a fin de cuentas era un tablero de madera de contrachapado, limado, y en el túnel de viento le sacaron los datos

y la ristra de datos que salió del tablero de madera lijado venían a ser los mismos datos que el ingeniero joven seguía afinando y afinando

(la cosa tiene truco, porque es una ala delta, pero ésa es precisamente la cosa: saber qué exige el problema, si la cosa va de céntimos o millones, de gramos o de toneladas)

ayer en una regata de chavales vi unos perfiles, perfiles que parecen muy buenos en los datos del túnel de viento porque están pulidos y pulidos y pulidos, pero en la realidad las cosas son más rugosas y además en el agua debajo de un velero hay un montón de turbulencia y tanta floritura al final se queda en ná, de hecho están volviendo perfiles digamos 'anticuados'

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Veamos

Veamos a un chaval de 9 años equilibrando un velero de madera, papel y pegamento imedio

en castellano la palabra velero designa un planeador y un barco con velas

Prototipo-1

el chaval equilibra el velero a base de una serie de vuelos de prueba, observando el comportamiento, pero para empezar cada vuelo es una angustia y para terminar el velero es un montón de remiendos y trozos

Prototipo-2

mejor asesorado el chaval construye un nuevo prototipo con una caja de madera en la proa que se cierra con un tapón (en el dibujo está dibujado como un esquema y aparece una caja de proa cuadrada; pero en la realidad va limada y lijada como el tarugo de madera del ingeniero jefe del proyecto A4)



en esa cajita va poniendo balines, perdigones, plomillos, de una escopeta de aire comprimido, una escopeta de plomillos

y con dos dedos debajo de las alas haciendo balancín va comprobando la posición longitudinal del centro de gravedad

realizada la última comprobación, lanza el velero

Woooooooooooooow

y ahora sí, ahora ya viendo el comportamiento se puede afinar la cosa a gusto quitando o poniendo plomo



Arqueo-Velero

el arqueo-velero, el velero primordial, fue un bicho ancestral
que rozó con una de sus alas el mar
la idea le gustó
y probó a mojarse más
y como la densidad del agua es mayor que la densidad del aire
una de sus alas encogió

y así vuela y navega
este curioso bicho aero-náutico, el velero

con alas blancas apuntando a los cielos
y quilla al averno