Por qué la elasticidad es la clave para batir el vuelo

Agite los brazos por un momento y pronto notará que el ciclo constante de aceleración y desaceleración requiere e incluso desperdicia grandes cantidades de energía. Y, sin embargo, para las aves, el aleteo es un medio de propulsión muy eficaz. Una pregunta que todavía desconcierta a los aerodinámicos es cómo las aves pueden minimizar los costos de energía involucrados en el vuelo mientras generan fuerzas aerodinámicas útiles.

Los ingenieros se han dado cuenta de que la elasticidad de un ala es parte de la respuesta, pero tienen poco más que argumentos para explicar por qué. La idea es que el ala almacena energía potencial elástica a medida que se dobla y luego la libera en una parte favorable del ciclo de aleteo. Pero la ausencia de buena evidencia experimental para cuantificar este proceso significa que la comprensión aún es incompleta.

Un problema es la dificultad de estudiar la compleja interacción entre las máquinas batidoras y el aire. Varios experimentos han medido las fuerzas que experimenta un ala al aletear en el flujo de aire generado en un túnel de viento. Pero esta es una situación altamente artificial en la que el movimiento del aire está completamente divorciado del movimiento de aleteo del ala. Parece claro que en un vuelo real, la naturaleza de la interacción entre el ala y el aire es crucial y, sin embargo, nadie ha investigado esto en detalle.

Hasta hoy. Benjamin Thiria y Ramiro Godoy-Diana de la Université Denis Diderot en París construyeron un ala de aleteo autopropulsada y estudiaron las fuerzas en el trabajo a medida que se mueve por el aire y cómo esto deforma el ala, que está unida a un carrusel de modo que da vueltas en círculos mientras se agita (ver arriba).

Los resultados proporcionan una visión importante de la mecánica del vuelo con aleteo. Dicen: el efecto de la flexibilidad de las alas en la eficiencia de los volantes que aletean puede considerarse como un proceso de dos pasos: un problema de mecánica sólida, donde el equilibrio entre las fuerzas inerciales y elásticas determina la forma instantánea de las alas flexibles, seguido de una Problema de dinámica de fluidos, donde las condiciones de contorno establecidas por el paso anterior gobiernan la distribución de las fuerzas aerodinámicas.

En consecuencia, la relación entre las fuerzas de inercia que deforman el ala y las fuerzas elásticas que restauran su forma es un parámetro estructural importante. Llaman a esta relación el número elasto-inercial.

Comprender esta relación, que puede cambiar en diferentes partes de un ala, podría convertirse en una parte crucial del rompecabezas para los ingenieros que intentan diseñar y construir mejores volantes con aleteo: la conclusión es que la flexibilidad de las alas es importante.

También tiene importantes implicaciones para la eficiencia del vuelo. Thiria y Godoy-Diana dicen: Nuestras mediciones muestran que la naturaleza elástica de las alas puede conducir no solo a una reducción sustancial de la potencia consumida, sino también a un incremento de la fuerza propulsora. Lo que finalmente confirma las sospechas de los ingenieros sobre el almacenamiento y liberación de energía elástica.

Ref: arxiv.org/abs/1002.4890 : Agacharse para volar

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