La aeronáutica es la ciencia o el arte involucrado en el estudio, diseño y fabricación de máquinas aptas para vuelos aéreos y las técnicas de operación de aeronaves y cohetes dentro de la atmósfera . La Real Sociedad Aeronáutica Británica identifica los aspectos de "arte, ciencia e ingeniería aeronáutica" y "La profesión de aeronáutica (cuya expresión incluye la astronáutica)". [1]
Si bien el término originalmente se refería únicamente a la operación de la aeronave, desde entonces se ha ampliado para incluir tecnología, negocios y otros aspectos relacionados con la aeronave. [2] El término " aviación " a veces se usa indistintamente con aeronáutica, aunque "aeronáutica" incluye naves más ligeras que el aire , como dirigibles , e incluye vehículos balísticos, mientras que "aviación" técnicamente no lo hace. [2]
Una parte importante de la ciencia aeronáutica es una rama de la dinámica llamada aerodinámica , que se ocupa del movimiento del aire y la forma en que interactúa con los objetos en movimiento, como un avión.
Historia
Primeras ideas
Los intentos de volar sin ningún conocimiento aeronáutico real se han realizado desde los primeros tiempos, generalmente construyendo alas y saltando desde una torre con resultados paralizantes o letales. [3]
Investigadores más sabios buscaron obtener una comprensión racional a través del estudio del vuelo de las aves. Un ejemplo temprano aparece en los textos del Antiguo Egipto. [ cita requerida ] Científicos de la Edad de Oro islámica medieval posterior , como Abbas ibn Firnas, también realizaron tales estudios. [4] [5] [6] [7] Los fundadores de la aeronáutica moderna, Leonardo da Vinci en el Renacimiento y Cayley en 1799, comenzaron sus investigaciones con estudios sobre el vuelo de las aves.
Se cree que las cometas que transportan hombres se utilizaron ampliamente en la antigua China. En 1282 el explorador italiano Marco Polo describió las técnicas chinas entonces vigentes. [8] Los chinos también construyeron pequeños globos aerostáticos o linternas y juguetes con alas giratorias.
Uno de los primeros europeos en proporcionar una discusión científica sobre el vuelo fue Roger Bacon , quien describió los principios de funcionamiento del globo más ligero que el aire y el ornitóptero de alas batientes , que imaginó que se construirían en el futuro. El medio de elevación de su globo sería un "éter" cuya composición desconocía. [9]
A finales del siglo XV, Leonardo da Vinci continuó su estudio de las aves con diseños para algunas de las primeras máquinas voladoras, incluido el ornitóptero de alas batientes y el helicóptero de alas giratorias . Aunque sus diseños eran racionales, no se basaban en una ciencia particularmente buena. [10] Muchos de sus diseños, como un helicóptero de tornillo para cuatro personas, tienen graves defectos. Al menos entendió que "un objeto ofrece tanta resistencia al aire como el aire al objeto". [11] ( Newton no publicaría la Tercera ley del movimiento hasta 1687). Su análisis llevó a la comprensión de que la mano de obra por sí sola no era suficiente para un vuelo sostenido, y sus diseños posteriores incluían una fuente de energía mecánica como un resorte. La obra de Da Vinci se perdió después de su muerte y no reapareció hasta que fue superada por la obra de George Cayley .
Vuelo en globo
La era moderna del vuelo más ligero que el aire comenzó a principios del siglo XVII con los experimentos de Galileo en los que demostró que el aire tiene peso. Hacia 1650 Cyrano de Bergerac escribió algunas novelas fantásticas en las que describía el principio de ascenso utilizando una sustancia (rocío) que suponía era más ligera que el aire, y descendiendo liberando una cantidad controlada de la sustancia. [12] Francesco Lana de Terzi midió la presión del aire al nivel del mar y en 1670 propuso el primer medio de elevación científicamente creíble en forma de esferas metálicas huecas de las que se había bombeado todo el aire. Estos serían más ligeros que el aire desplazado y podrían levantar una aeronave . Sus métodos propuestos para controlar la altura todavía se utilizan hoy; llevando lastre que puede arrojarse por la borda para ganar altura, y ventilando los contenedores de elevación para perder altura. [13] En la práctica, las esferas de De Terzi se habrían derrumbado bajo la presión del aire, y los desarrollos posteriores tuvieron que esperar a que los gases de elevación fueran más factibles.
Desde mediados del siglo XVIII, los hermanos Montgolfier en Francia comenzaron a experimentar con globos. Sus globos estaban hechos de papel, y los primeros experimentos que utilizaron vapor como gas de elevación fueron de corta duración debido a su efecto sobre el papel a medida que se condensaba. Confundiendo el humo con una especie de vapor, comenzaron a llenar sus globos con aire caliente y ahumado al que llamaron "humo eléctrico" y, a pesar de no comprender completamente los principios en funcionamiento, realizaron algunos lanzamientos exitosos y en 1783 fueron invitados a dar una demostración a la Académie des Sciences francesa .
Mientras tanto, el descubrimiento del hidrógeno llevó a Joseph Black en c. 1780 para proponer su uso como gas de elevación, aunque se esperaba una demostración práctica de un material de globo hermético al gas. Al enterarse de la invitación de los hermanos Montgolfier, el miembro de la Academia francesa Jacques Charles ofreció una demostración similar de un globo de hidrógeno. Charles y dos artesanos, los hermanos Robert, desarrollaron un material hermético de seda engomado para el sobre. El gas hidrógeno se generaría por reacción química durante el proceso de llenado.
Los diseños de Montgolfier tenían varias deficiencias, entre ellas la necesidad de un clima seco y la tendencia a que las chispas del fuego prendieran luz al globo de papel. El diseño tripulado tenía una galería alrededor de la base del globo en lugar de la canasta colgante del primer diseño no tripulado, lo que acercó el papel al fuego. En su vuelo libre, De Rozier y d'Arlandes tomaron cubos de agua y esponjas para apagar estos incendios a medida que surgían. Por otro lado, el diseño tripulado de Charles era esencialmente moderno. [14] Como resultado de estas hazañas, el globo aerostático se conoció como el tipo Montgolfière y el globo de hidrógeno como el Charlière .
El siguiente globo de Charles y los hermanos Robert, La Caroline , fue un Charlière que siguió las propuestas de Jean Baptiste Meusnier para un globo dirigible alargado, y se destacó por tener un sobre exterior con el gas contenido en un segundo ballonet interior. El 19 de septiembre de 1784, completó el primer vuelo de más de 100 km, entre París y Beuvry , a pesar de que los dispositivos propulsores impulsados por el hombre resultaron inútiles.
En un intento al año siguiente de proporcionar resistencia y capacidad de control, de Rozier desarrolló un globo con bolsas de gas de hidrógeno y aire caliente, un diseño que pronto recibió su nombre como Rozière. El principio era utilizar la sección de hidrógeno para una elevación constante y navegar verticalmente calentando y permitiendo enfriar la sección de aire caliente, con el fin de atrapar el viento más favorable a cualquier altitud a la que soplara. El sobre del globo estaba hecho de piel de batidor de oro . El primer vuelo terminó en desastre y la aproximación rara vez se ha utilizado desde entonces. [15]
Cayley y los cimientos de la aeronáutica moderna
Sir George Cayley (1773–1857) es ampliamente reconocido como el fundador de la aeronáutica moderna. Primero fue llamado el "padre del avión" en 1846 [16] y Henson lo llamó el "padre de la navegación aérea". [3] Fue el primer investigador aéreo científico verdadero en publicar su trabajo, que incluía por primera vez los principios y fuerzas subyacentes del vuelo. [17]
En 1809 comenzó la publicación de un tratado histórico en tres partes titulado "Sobre la navegación aérea" (1809-1810). [18] En él escribió la primera declaración científica del problema: "Todo el problema está confinado dentro de estos límites, es decir, hacer que una superficie soporte un peso dado mediante la aplicación de potencia a la resistencia del aire". Identificó las cuatro fuerzas vectoriales que influyen en una aeronave: empuje , sustentación , arrastre y peso y distinguió estabilidad y control en sus diseños.
Desarrolló la forma convencional moderna del avión de ala fija que tiene una cola estabilizadora con superficies horizontales y verticales, planeadores voladores no tripulados y tripulados.
Introdujo el uso del banco de pruebas de brazo giratorio para investigar la aerodinámica del vuelo, usándolo para descubrir los beneficios del perfil aerodinámico curvo o arqueado sobre el ala plana que había usado para su primer planeador. También identificó y describió la importancia del diedro , el arriostramiento diagonal y la reducción de la resistencia, y contribuyó a la comprensión y el diseño de ornitópteros y paracaídas . [3]
Otro invento importante fue la rueda de rayos de tensión, que ideó para crear una rueda ligera y resistente para el tren de aterrizaje de un avión.
El siglo 19
Durante el siglo XIX, las ideas de Cayley se refinaron, probaron y ampliaron. Los investigadores importantes incluyeron a Otto Lilienthal y Horatio Phillips .
Sucursales
La aeronáutica se puede dividir en tres ramas principales que comprenden aviación , ciencia aeronáutica e ingeniería aeronáutica .
Aviación
La aviación es el arte o la práctica de la aeronáutica. Históricamente, la aviación significaba solo vuelos más pesados que el aire, pero hoy en día incluye volar en globos y aeronaves.
Ingeniería Aeronáutica
La ingeniería aeronáutica cubre el diseño y la construcción de aeronaves, incluida la forma en que se alimentan, cómo se utilizan y cómo se controlan para una operación segura. [19]
Una parte importante de la ingeniería aeronáutica es la aerodinámica , la ciencia de pasar por el aire.
Con la creciente actividad en los vuelos espaciales, hoy en día la aeronáutica y la astronáutica se combinan a menudo como ingeniería aeroespacial .
Aerodinámica
La ciencia de la aerodinámica se ocupa del movimiento del aire y la forma en que interactúa con los objetos en movimiento, como un avión.
El estudio de la aerodinámica se divide ampliamente en tres áreas:
El flujo incompresible ocurre cuando el aire simplemente se mueve para evitar objetos, típicamente a velocidades subsónicas por debajo de la del sonido (Mach 1).
El flujo compresible ocurre donde aparecen ondas de choque en puntos donde el aire se comprime, generalmente a velocidades superiores a Mach 1.
El flujo transónico ocurre en el rango de velocidad intermedia alrededor de Mach 1, donde el flujo de aire sobre un objeto puede ser localmente subsónico en un punto y localmente supersónico en otro.
Cohetería
Un cohete o vehículo cohete es un misil , nave espacial, avión u otro vehículo que obtiene el empuje de un motor cohete . En todos los cohetes, el escape se forma completamente a partir de propulsores transportados dentro del cohete antes de su uso. [20] Los motores de cohetes funcionan por acción y reacción . Los motores de cohetes empujan los cohetes hacia adelante simplemente lanzando sus gases de escape hacia atrás extremadamente rápido.
Los cohetes para usos militares y recreativos se remontan al menos a la China del siglo XIII . [21] No se produjo un uso científico, interplanetario e industrial significativo hasta el siglo XX, cuando los cohetes fueron la tecnología habilitadora de la era espacial , incluida la puesta de pie en la luna .
Los cohetes se utilizan para fuegos artificiales , armamento, asientos eyectables , vehículos de lanzamiento para satélites artificiales , vuelos espaciales tripulados y exploración de otros planetas. Si bien son comparativamente ineficientes para el uso a baja velocidad, son muy livianos y potentes, capaces de generar grandes aceleraciones y de alcanzar velocidades extremadamente altas con una eficiencia razonable.
Los cohetes químicos son el tipo más común de cohetes y, por lo general, generan sus gases de escape mediante la combustión del propulsor de cohetes . Los cohetes químicos almacenan una gran cantidad de energía en una forma de fácil liberación y pueden ser muy peligrosos. Sin embargo, el diseño, las pruebas, la construcción y el uso cuidadosos minimizan los riesgos.
Ver también
- Abreviaturas aeronáuticas
- Sistemas de defensa aeronáutica
- Ingeniería Aeroespacial
- Aerostática
- Seguridad aérea
- Proceso de diseño de aeronaves
- Sistema de control de vuelo de aeronaves
- Mecánica de vuelo de aeronaves
- Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica
- Astronáutica
- Términos aeronáuticos, aeroespaciales y de aviación
- Aviónica
- Dinámica de vuelo
- Estabilidad estática longitudinal
- La Real Sociedad Aeronáutica
Referencias
Citas
- ↑ A Learned and Professional Society Archivado 2014-02-09 en Wayback Machine (obtenido el8 de marzo de 2014)
- ^ a b Aeronáutica . 1 . Grolier. 1986. p. 226.
- ↑ a b c Wragg, 1974 .
- ^ Lévi-Provençal, E. (1986). "ʿAbbās b. Firnās" . En Bearman, P .; Bianquis, Th .; Bosworth, CE; van Donzel, E .; Heinrichs, WP (eds.). Enciclopedia del Islam . I (2ª ed.). Editores brillantes . pag. 11.
- ^ Cómo comienza la invención: ecos de viejas voces en el surgimiento de nuevas máquinas por John H. Lienhard
- ^ John H. Lienhard (2004). " ' Abbas Ibn Firnas". Los motores de nuestro ingenio . Episodio 1910. NPR. KUHF-FM Houston. Transcripción .
- ^ Lynn Townsend White, Jr. (primavera de 1961). "Eilmer de Malmesbury, un aviador del siglo XI: un estudio de caso de innovación tecnológica, su contexto y tradición", Tecnología y cultura 2 (2), p. 97-111 [100 ss.]
- ^ Pelham, D .; El libro de los pingüinos de las cometas , Penguin (1976)
- ^ Wragg 1974 , págs. 10-11.
- ^ Wragg 1974 , p. 11.
- ^ Fairlie y Cayley 1965 , p. 163.
- ^ Ege 1973 , p. 6.
- ^ Ege 1973 , p. 7.
- ^ Ege 1973 , págs. 97-100.
- ^ Ege 1965 , p. 105.
- ^ Fairlie y Cayley 1965 .
- ^ "Sir George Carley" . Flyingmachines.org. Archivado desde el original el 11 de febrero de 2009 . Consultado el 26 de julio de 2009 .
Sir George Cayley es una de las personas más importantes de la historia de la aeronáutica. Muchos lo consideran el primer investigador aéreo científico verdadero y la primera persona en comprender los principios y fuerzas subyacentes del vuelo.
- ^ Ingeniería aeronáutica Archivado el 27 de julio de 2012 en la Wayback Machine , Universidad de Glasgow.
- ^ Sutton, George (2001). "1" . Elementos de propulsión de cohetes (7ª ed.). Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-32642-7.
- ^ Oficina de historia de MSFC "Cohetes en la antigüedad (100 a. C. al siglo XVII)"
Fuentes
- Ege, L. (1973). Globos y dirigibles . Blandford.
- Fairlie, Gerard; Cayley, Elizabeth (1965). La vida de un genio . Hodder y Stoughton.
- Wragg, DW (1974). Vuelo antes de volar . Águila pescadora. ISBN 978-0850451658.
enlaces externos
Medios relacionados con la aeronáutica en Wikimedia Commons
Cursos
- "Cómo vuelan las cosas" . Museo Nacional del Aire y del Espacio del Smithsonian .
Un compañero de la exposición física
- "Aeronáutica y Astronáutica" . MIT OpenCourseWare . Instituto de Tecnología de Massachusetts .
- Ilan Kroo. "Diseño de aeronaves: síntesis y análisis" . Stanford. Archivado desde el original el 23 de febrero de 2001.
- "Guía para principiantes de aeronáutica" . Centro de Investigación Glenn . NASA.
Investigar
- "Página de inicio" . Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica .
- "Áreas de investigación y tecnología aeronáutica" . Red europea de ciencia aeronáutica .
Taxonomía jerárquica
- "Ideas en Aeronáutica y Transporte Aéreo" . Wiki . Consejo Asesor para la Investigación Aeronáutica en Europa .
