30.12.08

Marchando una de flameado

Posted in Aerodinámica at 15:37 por ValcloseAuthor: Val Name:
Email: thimxx@gmail.com
Site: http://
About: See Authors Posts (519)

Supongo que mucha gente se imaginará que voy a hablar de Moe y su gran éxito vendiendo flameados:

Pues no, en realidad quiero explicar un poco lo que es el flameo, un efecto “aeroelástico” conocido y típico de los aviones. En inglés se llama “flutter” pero ya que estamos mejor usar la palabra castellana, ¿no?. A raíz de una entrada en la que se cita la caída del puente de Tacoma me ha salido el gusanillo de tratar de explicar este fenómeno.

La fenómenos aeroelásticos son aquellos que combinan resistencia de estructuras, con fuerzas aerodinámicas (estrictamente fuerzas fluidodinámicas) y la inercia de los cuerpos. Básicamente se simula el avión “real”, con deformación de estructuras y consideraciones de peso (no actúa el avión de la misma forma con o sin combustible). Os pongo el triángulo de Collar, que a la gente de aeroelasticidad le encanta poner en todas las presentaciones:

Por como está hecha un ala, esta tiene dos maneras fundamentales de deformarse (tiene más pero los más importantes son los siguientes), la flexión y la torsión. La flexión del ala se produce cuando “tiramos” de la punta del ala hacia arriba o hacia abajo, ahí podemos ver cómo el ala en vez de ser recta (que no lo es) pasa a estar más curvada. La flexión puede llegar a ser de tal forma (según donde se le aplique una fuerza, donde se la “tire”) que ponga el ala ondulada. Lo importante de la flexión es que es “a lo largo”.

Otro manera de deformarse es mediante “torsión”, la torsión es un giro local del ala, se produce con un “momento torsor”, un momento torsor se produce cuando cogemos dos extremos de un tubo , por ejemplo, y tratamos de retorcelo con cada mano girando a un lado. Al final lo que ocurre es que en cada sección del ala tendremos el perfil “torcido”. Fijaos en la figura siguiente como se torsiona la viga.

Esto era la parte estructural del fenómeno, vamos a la parte aerodinámica. Como ya sabréis un perfil sustenta más cuanto mayor es el ángulo de ataque, cuando un perfil de un ala se torsiona está aumentando o disminuyendo (dependiendo de si el perfil “encabrita” o “pica” localmente) su ángulo de ataque, con lo cual tendremos una variación en la distribución de sustentación sobre el ala. Esto explicará porque vamos a ver que el flameo hace que el ala “aletee”.

Por otro lado pueden ocurrir un par de cosas más cuando nos encontremos con un ala que se torsiona, he hablado de que el ala al torsionarse localmente su ángulo de ataque aumenta o disminuye (dependiendo del sentido de giro), la cuestión viene ahora, ¿qué harán las nuevas fuerzas aerodinámicas sobre la torsión? Si al aumentar en angulo de ataque (el perfil gira ha derechas, encabrita) el ángulo de ataque nuevo genera un esfuerzo sobre la estructura (es decir, el momento total sobre el perfil) que tiende a reducir el ángulo de torsión, entonces la aerodinámica trata de reducir la deformación y estamos en una zona “segura”. Si, sin embargo, las nuevas fuerzas aerodinámicas tratan de aumentar la deformación (las fuerzas aerodinámicas “alimentan” la deformación) entonces la torsión crecerá y nos encontraremos ante una inestabilidad.

El flameo es eso, a una cierta velocidad que los aviones han de evitar, las fuerzas aerodinámicas “ayudan” a la deformación haciendo que esta crezca y entran en una especie de ciclo de “realimentación”. El flameo tiene su frecuencia y su velocidad característica donde se produce y a veces se caracteriza por un zumbido y poca deformación y otras veces es algo bastante vistoso. En la siguiente imagen de youtube podréis ver un velero (planeador) entrando intencionadamente en flameo. Para evitarlo es tan sencillo como aclerar el velero. Lamentablemente sólo se ve bien como flexiona el ala, haciendo que aletee, pero no se ve bien la torsión:

También puede ocurrir en colas, aquí sin embargo se ve de maravilla como el ala no solo está “batiendo” sino que además se torsiona bastante (que es lo que genera este fenómeno).

La velocidad de flameo es conocida y se asegura que los aviones pasen muy poco tiempo por ella de tal forma que es imposible que el avión entre en situaciones como los vídeos anteriores.

Actualización 30/12/2008: Me he centrado en la entrada en describir el proceso por el que se da energía de un fluido a una estructura (un ejemplo) pero me ha faltado describir (como dice  SandGlassPatrol) que el flameo es como esta energía que aporta el fluido a la estructura supera luego a lo que es la disipación propia de la estructura a través de un modo propio de vibración. Lo importante de la entrada creo que es tratar de explicar como un fluido puede dar energía a una estructura vibrante, pero la puntualización es correcta (casi me ha salido una divergencia, que es un fenómeno estático).

Permalink

URL del Trackback: http://www.ytodolodemas.com/2008/12/30/marchando-una-de-flameado/trackback/