Sobre el principio de vuelo de los aviones, es decir, de dónde proviene la sustentación del avión, la mayoría de los libros mencionan la “Ley de Bernoulli”. Debido a que la corriente de aire se divide en partes superior e inferior en el borde de ataque del ala, la velocidad del flujo de aire en la parte superior es mayor que en la inferior; por lo tanto, la presión atmosférica en la parte superior es menor que en la inferior, y la diferencia de presión entre las superficies superior e inferior proporciona la sustentación.

Sin embargo, nunca he entendido del todo por qué “la velocidad del flujo de aire en la parte superior es mayor que en la inferior”. Por ejemplo, muchas teorías afirman que el flujo de aire se divide en el borde de ataque del ala y finalmente se encuentra en la parte trasera del ala, pero como la forma de la superficie superior e inferior del ala es asimétrica (la inferior es plana y la superior es convexa), la distancia que recorre el flujo de aire a lo largo de la superficie superior del ala es mayor, por lo que naturalmente la velocidad del flujo es más rápida.

Pero esta afirmación es incorrecta porque, evidentemente, no puede explicar el fenómeno de los aviones de papel o los cazas en vuelo invertido. NASA denomina a esta afirmación “Teoría del camino más largo” o “Teoría del tránsito igual”, y la explica en el artículo Incorrect theory “Longer path” or “Equal transit” Theory en su sitio web oficial.

Además, hay otra idea errónea que no involucra la “Ley de Bernoulli”, que sostiene que la sustentación proviene de la fuerza de reacción del aire sobre la parte inferior del ala. NASA también presenta esto en Incorrect theory, “Skipping stone” theory.

Volviendo a la pregunta inicial, ¿por qué “la velocidad del flujo de aire en la parte superior es mayor que en la inferior”? Vi una explicación que indica que la sustentación del avión involucra la condición de Kutta-Joukowski y el vórtice (Vortex).

Cuando el avión pasa del estado estacionario a la aceleración inicial para el despegue, la velocidad del flujo de aire en las partes superior e inferior del ala es la misma. Esto hace que cuando el flujo de aire inferior llega al borde de fuga, el flujo de aire superior aún no ha llegado, y el punto de estancamiento posterior se encuentra en algún punto por encima del perfil aerodinámico. El flujo de aire inferior debe rodear el borde de fuga afilado para encontrarse con el flujo de aire superior. Después de que los flujos de aire superior e inferior se encuentran, fluyen hacia la parte trasera del ala, pero se puede ver la perturbación del flujo de aire.

Debido a la viscosidad del fluido, es decir, el efecto Coanda, el fluido tiene la tendencia de abandonar su dirección de flujo original y fluir a lo largo de la superficie de objetos salientes. Cuando el flujo de aire inferior rodea el borde de fuga, forma un vórtice de baja presión, lo que da como resultado un gran gradiente de presión inversa en el borde de fuga. Inmediatamente después, este vórtice será arrastrado por la corriente entrante; este vórtice se llama vórtice de inicio.

El avión continúa avanzando, pero la energía generada por el vórtice de inicio anterior afecta el flujo de aire en la parte superior del ala, es decir, produce un efecto que tira del flujo de aire superior hacia atrás.

El avión continúa avanzando, el vórtice de inicio permanece en el lugar original y se separa del avión.

Según la ley de conservación del vórtice de Helmholtz, para un fluido ideal incompresible bajo la acción de fuerzas conservativas, también existirá un vórtice alrededor del perfil aerodinámico que tenga la misma intensidad pero dirección opuesta al vórtice de inicio, llamado circulación o circulación alrededor del ala. La circulación fluye desde el borde de ataque de la superficie inferior del perfil hacia el borde de ataque de la superficie superior, por lo que la circulación sumada a la corriente hace que el punto de estancamiento posterior se mueva finalmente hacia el borde de fuga del ala, satisfaciendo así la condición de Kutta: “En un ala real y capaz de generar sustentación, el flujo de aire siempre se encuentra en el borde de fuga; de lo contrario, se generará un punto con velocidad de flujo de aire infinita en el borde de fuga del ala. Solo si se cumple esta condición, el ala puede generar sustentación.”

Con esta circulación sobre el ala, se puede explicar por qué las velocidades superior e inferior son diferentes. Estos vórtices sobre el ala en la imagen de arriba son la razón por la que los aviones pueden volar en el aire.

Sin embargo, en la vida real, esta circulación no se puede ver a simple vista y es difícil de registrar con equipos de prueba. Después de todo, en comparación con la velocidad de la corriente, la circulación es muy débil. Por lo tanto, solo podemos demostrar su existencia a través de los vórtices de punta de ala. Dado que la envergadura es limitada, la circulación sobre el ala fluye hacia atrás desde la punta del ala; el lado izquierdo gira en el sentido de las agujas del reloj y el lado derecho en sentido contrario, formando vórtices de punta de ala. Se puede encontrar un video del experimento de NASA sobre vórtices de punta de ala en YouTube.

Se puede ver que la intensidad de los **vórtices** de punta de ala formados por el C5 es muy fuerte.

Otro video de NASA explicando los vórtices de punta de ala.

Un video aún más interesante es esta demostración en el túnel de viento, donde se puede ver cómo el flujo de aire sobre el ala cambia con el ángulo de ataque. Se pueden demostrar el punto de estancamiento posterior mencionado anteriormente y la caída de sustentación causada por la turbulencia del flujo de aire con un alto ángulo de ataque.

＃Sobre la turbulencia del flujo de aire causada por un ángulo de ataque excesivo, hay un video muy bueno en YouTube como referencia.

A través de muchas tiras pequeñas pegadas en el ala del avión, los cambios en el flujo de aire durante la **pérdida** se pueden ver muy claramente, y también se puede ver claramente que el flujo de aire en la raíz del ala entra en **pérdida** antes que el lado exterior.

Sobre el vórtice de inicio, también hay este video de simulación en YouTube como referencia.

Dado que el **vórtice** de inicio y los **vórtices** de punta de ala permanecerán en la **pista** durante un tiempo y afectarán a los aviones que despeguen después, las operaciones del aeropuerto controlarán el tiempo de despegue de dos aviones consecutivos, dejando un intervalo de aproximadamente 2 minutos.

Material de referencia https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/wrong1.html http://firstflight.open.ac.uk/pages/aerodynamics/how_planes_fly/vortex.php http://jein.jp/jifs/scientific-topics/887-topic49.html http://baike.baidu.com/view/3831899.htm wikipedia:起动涡