Un perfil aerodinámico ( inglés americano ) o perfil aerodinámico ( inglés británico ) es la forma de la sección transversal de un objeto cuyo movimiento a través de un gas es capaz de generar una sustentación significativa , como un ala , una vela o las palas de una hélice , un rotor o turbina .
Un cuerpo sólido que se mueve a través de un fluido produce una fuerza aerodinámica . La componente de esta fuerza perpendicular a la velocidad relativa de la corriente libre se llama sustentación. La componente paralela a la velocidad relativa de la corriente libre se llama arrastre . Un perfil aerodinámico es una forma aerodinámica que es capaz de generar significativamente más sustentación que resistencia. [1] Las superficies aerodinámicas diseñadas para usarse a diferentes velocidades difieren en su geometría: las de vuelo subsónico generalmente tienen un borde de ataque redondeado , mientras que las diseñadas para vuelo supersónico tienden a ser más delgadas con un borde de ataque afilado. Todos tienen un borde de fuga afilado. Láminasde función similar diseñados con agua como fluido de trabajo se denominan hidroalas .
La sustentación en un perfil aerodinámico es principalmente el resultado de su ángulo de ataque . Cuando se orienta en un ángulo adecuado, la superficie aerodinámica desvía el aire que se aproxima (para aviones de ala fija, una fuerza descendente), lo que genera una fuerza sobre la superficie aerodinámica en la dirección opuesta a la desviación. Esta fuerza se conoce como fuerza aerodinámica y se puede descomponer en dos componentes: elevación y arrastre . La mayoría de las formas de láminas requieren un ángulo de ataque positivo para generar sustentación, pero las superficies aerodinámicas arqueadas pueden generar sustentación con un ángulo de ataque cero. Este "giro" del aire en las proximidades de la superficie aerodinámica crea líneas de corriente curvas, lo que resulta en una presión más baja en un lado y una presión más alta en el otro. Esta diferencia de presión va acompañada de una diferencia de velocidad, a través del principio de Bernoulli , por lo que el campo de flujo resultante alrededor del perfil aerodinámico tiene una velocidad promedio más alta en la superficie superior que en la superficie inferior. En algunas situaciones (por ejemplo, flujo potencial no viscoso ), la fuerza de sustentación puede relacionarse directamente con la diferencia de velocidad promedio superior / inferior sin calcular la presión utilizando el concepto de circulación y el teorema de Kutta-Joukowski . [a] [2] [3] [b]
Las alas y los estabilizadores de los aviones de ala fija , así como las palas de los rotores de los helicópteros , están construidos con secciones transversales en forma de perfil aerodinámico. Las aspas aerodinámicas también se encuentran en hélices, ventiladores , compresores y turbinas . Las velas también son aspas aerodinámicas, y las superficies submarinas de los veleros, como la orza , el timón y la quilla , son similares en sección transversal y operan con los mismos principios que las aspas aerodinámicas. Las criaturas que nadan y vuelan e incluso muchas plantas y organismos sésiles emplean aspas / hidroalas: ejemplos comunes son las alas de los pájaros, los cuerpos de los peces y la forma de los dólares de arena.. Un ala en forma de perfil aerodinámico puede crear carga aerodinámica en un automóvil u otro vehículo de motor, mejorando la tracción .
Cuando el viento es obstruido por un objeto como una placa plana, un edificio o la plataforma de un puente, el objeto experimentará resistencia y también una fuerza aerodinámica perpendicular al viento. Esto no significa que el objeto califique como un perfil aerodinámico. Las aspas aerodinámicas son formas de elevación altamente eficientes, capaces de generar más elevación que las placas planas de tamaño similar de la misma área, y capaces de generar elevación con una resistencia significativamente menor. Las aspas aerodinámicas se utilizan en el diseño de aeronaves, hélices, palas de rotor, turbinas eólicas y otras aplicaciones de la ingeniería aeronáutica.