Ángulo de ataque para niños
El ángulo de ataque (también conocido como AOA o α) es un concepto muy importante en el mundo de la aviación y la aerodinámica. Imagina que tienes un avión volando por el aire. El ángulo de ataque es el ángulo que se forma entre una línea imaginaria que recorre el ala del avión (llamada "línea de cuerda") y la dirección en la que el aire se mueve hacia el avión.
Este ángulo es clave porque influye mucho en cómo un ala puede generar sustentación, que es la fuerza que permite que el avión se eleve y se mantenga en el aire. También afecta la capacidad de las palas de una hélice para generar empuje.
Normalmente, si un piloto aumenta el ángulo de ataque, la sustentación del avión también aumenta. Pero hay un límite: si el ángulo de ataque se vuelve demasiado grande, la sustentación puede disminuir de repente. A este fenómeno se le llama "entrada en pérdida" o "stall". La relación entre el ángulo de ataque y la sustentación se mide con algo llamado "coeficiente de sustentación".
Como el ángulo de ataque está directamente relacionado con la sustentación, controlarlo es la forma principal en que un piloto maneja un avión. Si el ángulo de ataque aumenta, la sustentación sube, pero también lo hace la "resistencia aerodinámica" (la fuerza que frena el avión). Esto significa que la velocidad del avión puede disminuir. Por eso, ajustar el ángulo de ataque es una forma importante de controlar la velocidad de un avión.
A veces, un ala puede tener una forma un poco retorcida, así que no siempre es fácil definir una sola "línea de cuerda" para toda el ala. En esos casos, se usa una línea de referencia diferente, como la línea de cuerda de la parte del ala que se une al cuerpo del avión (el "encastre alar") o una línea horizontal en el cuerpo principal del avión (el "fuselaje"). Algunos expertos prefieren usar la "línea de sustentación nula", donde un ángulo de ataque de cero grados significa que no hay sustentación.
Existen dispositivos especiales en las alas, llamados "dispositivos hipersustentadores", que pueden ayudar a que el avión mantenga la sustentación incluso con ángulos de ataque más grandes, lo que reduce la velocidad a la que podría entrar en pérdida.
Contenido
¿Cómo afecta el ángulo de ataque a la sustentación?
El coeficiente de sustentación de un avión cambia según el ángulo de ataque. A medida que el ángulo de ataque aumenta, el coeficiente de sustentación también sube, hasta que llega a un punto máximo. Después de ese punto, si el ángulo de ataque sigue aumentando, el coeficiente de sustentación empieza a bajar.
Cuando el ángulo de ataque de un avión aumenta, el aire que fluye sobre la parte superior del ala empieza a separarse más de la superficie. Esto hace que la sustentación no aumente tan rápido. Las alas que tienen una curva especial (llamadas "alas combadas") pueden generar algo de sustentación incluso con ángulos de ataque negativos pequeños. Un ala simétrica (sin curva) no genera sustentación con un ángulo de ataque de 0 grados. La forma del ala, incluyendo su perfil y cómo está configurada, también influye en cómo se comporta la sustentación. Por ejemplo, un ala en forma de flecha (como las de algunos aviones de combate) tiene una curva de sustentación diferente.
Ángulo de ataque crítico: ¿Cuándo un avión entra en pérdida?
El ángulo de ataque crítico es el ángulo de ataque que produce la mayor cantidad de sustentación posible. También se le conoce como "ángulo de ataque de pérdida".
- Si el ángulo de ataque es menor que el crítico, a medida que disminuye, la sustentación también disminuye.
- Si el ángulo de ataque es mayor que el crítico, el aire empieza a fluir de forma menos suave sobre la parte superior del ala y se separa de la superficie.
En la mayoría de las formas de alas, a medida que el ángulo de ataque aumenta, el punto donde el aire se separa de la superficie superior se mueve desde la parte trasera del ala (borde de salida) hacia la parte delantera (borde de ataque). En el ángulo de ataque crítico, el aire está más separado y el ala produce su máxima sustentación. Si el ángulo de ataque sigue aumentando, el aire se separa aún más y la sustentación disminuye.
Cuando un avión supera este ángulo de ataque crítico, se dice que está en "pérdida". Es importante saber que un avión entra en pérdida por alcanzar o superar el ángulo de ataque crítico, no por volar por debajo de una velocidad específica. La velocidad a la que un avión entra en pérdida puede variar por el peso, la carga que lleva, la posición de su centro de gravedad y otros factores. Sin embargo, el avión siempre entrará en pérdida al mismo ángulo de ataque crítico. Este ángulo suele estar entre 15° y 18° para muchas alas.
Algunos aviones modernos tienen computadoras de vuelo que evitan automáticamente que el piloto aumente el ángulo de ataque más allá de un límite seguro, sin importar lo que haga el piloto. Esto se llama "limitador de ángulo de ataque" o "limitador alfa". Los aviones con tecnología "fly-by-wire" (donde los controles son electrónicos) usan software para evitar que se alcance el ángulo de ataque crítico.
En operaciones donde los aviones necesitan despegar o aterrizar en pistas muy cortas (como en portaaviones o en zonas rurales), los pilotos usan indicadores de ángulo de ataque. Estos indicadores muestran directamente el ángulo de ataque o el potencial de sustentación del ala, ayudando al piloto a volar muy cerca del punto de pérdida con mayor precisión. Esto es útil para obtener el máximo rendimiento en despegues y aterrizajes cortos, ya que la velocidad del aire por sí sola no da toda la información sobre la pérdida.
Ángulos de ataque muy altos en aviones militares
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Algunos aviones militares pueden volar de forma controlada con ángulos de ataque muy elevados, lo que les da una gran agilidad. Un ejemplo famoso es la maniobra "Cobra de Pugachev", donde el avión se eleva bruscamente con la nariz hacia arriba. Aunque el avión experimenta ángulos de ataque muy altos durante esta maniobra, no puede controlar su dirección ni mantener el vuelo nivelado hasta que termina. El Cobra es un ejemplo de "supermaniobrabilidad", ya que las alas del avión están muy por encima del ángulo de ataque crítico durante la mayor parte de la maniobra.
Ciertas partes adicionales en las alas, como las "extensiones de la raíz del ala del borde de ataque", permiten a los aviones de combate volar con ángulos de ataque mucho mayores, incluso más de 45°, comparado con unos 20° para aviones sin estos dispositivos. Esto es útil a grandes altitudes, donde el aire es menos denso y una pequeña maniobra puede requerir un ángulo de ataque alto. También es útil a baja velocidad y baja altitud, donde el margen entre el ángulo de ataque de vuelo normal y el de pérdida es pequeño. Esta capacidad de alto ángulo de ataque da al piloto un margen de seguridad, haciendo más difícil que el avión entre en pérdida.
Sin embargo, los aviones militares no suelen usar ángulos de ataque tan altos en combate, porque esto reduce la velocidad del avión muy rápidamente debido a la resistencia del aire. Además, a alta velocidad, estas maniobras pueden causar mucho estrés en la estructura del avión. Los sistemas de control de vuelo modernos suelen limitar el ángulo de ataque de un caza a un valor mucho menor que su límite aerodinámico máximo.
Ángulo de ataque en la vela
En la navegación a vela, los principios físicos son los mismos que para los aviones. El ángulo de ataque de una vela es el ángulo entre la línea de cuerda de la vela y la dirección del viento que llega a ella.
Galería de imágenes
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Fig. 1: gráfico ilustrativo del ángulo de ataque de un perfil alar. La flecha negra indica la dirección del viento y el ángulo α es el ángulo de ataque.
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Fig. 2: ejemplo de una gráfica típica de coeficiente de sustentación (C_L) contra ángulo de ataque (α).
Véase también
En inglés: Angle of attack Facts for Kids
