12 febrero 2017

Leyes del vuelo

El plano aerodinámico se define como la superficie plana que se desplaza por el aire en una dirección cuya inclinación forma un ángulo con su propio plano. En el movimiento intervienen dos fuerzas: una de sustentación y otra de arrastre. La primera actúa hacia arriba y la segunda es contraria al sentido de movimiento, tiende a detenerlo. Ambas fuerzas son proporcionales al cuadrado de la velocidad de desplazamiento. El diseño de un plano de sustentación es fundamental para las necesidades aerodinámicas.




Las aves disponen de distintas formas de alas para diferentes funciones de vuelo. El estudio de tales formasdebe tener en cuenta tres factores:

  • Superficie del ala: Para vuelos rápidos son precisas alas pequeñas, y al viceversa. Esto es debido a que el arrastre y la sustentación dependen del producto área x velocidad (sv2).
  • Razón de la forma: Relación entre la anchura alar y la longitud alar. Las aves de vuelo rápido (vencejos, albatros) tienen una razón de la forma elevada. Lo contrario para las de vuelo lento (cigüeñas, buitres)

Razón de la forma

  • Canales de antiturbulencia y alabeoel estado del aire que rodea al ala es de vital importancia para la sustentación. Si el ala no fluye de modo regular por las superficies interna y externa de las alas pueden generarse leves turbulencias que alteran la sustentación. Estas irregularidades de flujo aéreo surgen cuando ocurren descensos bruscos en la velocidad de vuelo, o cuando el ángulo formado por la dirección de avance y la superficie alar supera un valor crítico (= 20º). 

     Para resolver estos problemas, las aves disponen de un sistema de apertura/cierre de las ranuras o canales que forman las plumas de las alas cuando están activas (sobre todo el álula y las puntas de las rémiges primarias). Estando abiertos estos canales, se garantiza un flujo continuo y regular, y se elimina el riesgo de turbulencia (y desequilibrio). Si consideramos el borde anterior del ala como borde de ataque y el posterior como borde de arrastre, es norma general que el primero sea grueso y el segundo delgado. De esta forma queda configurado un perfil alar que conduce el flujo de aire sobre la superficie superior, generando un efecto de “succión” o presión reducida local, que supone una sustentación suplementaria al efecto de la velocidad (⇒ corriente de alabeo).

Corte esquemático de un ala

          
Existen dos formas generales de vuelo: batido y planeo.

En el vuelo batido, el ave usa las grandes rémiges primarias como propulsoras, y las secundarias y parte interna del ala como sustentadoras. El movimiento puede descomponerse en dos fases: la fase ascendente (alas arriba) es la verdadera fase motriz, siendo la descendente una mera recuperación de la maniobra.

Extraído de Hickman, 2008. Integrates Pinciples of Zoology. Ed, McGraw-Hill
  
En el segundo tipo de vuelo el ave no bate las alas sino que planeapor medio de un deslizamiento sostenido. Este tipo de locomoción requiere una masa corporal relativamente grande ya que hay que suministrar suficiente energía cinética para asegurar un vuelo continuo y un eficaz aprovechamiento del movimiento de las masas de aire. Existen dos modalidades de planeo: ascenso en corrientes térmicas y remonte dinámico.

Ascenso en corrientes térmicas
El ascenso en corrientes térmicas es posible gracias a la formación de columnas ascendentes de aire caliente. En el seno de esa masa en ascenso se forma un anillo central giratorio de aire caliente en la que se ubican las grandes aves planeadoras para tomar altura con el mínimo esfuerzo (p.e. buitres, águilas, cigüeñas).

Remonte dinámico

    El segundo tipo es característico de aves marinas (gaviotas, fulmares) capaces de aprovechar la velocidad diferencial que se observa entre la capa más superficial del aire (frenada continuamente por el escarpe de las olas) y las capas más superiores (20-30 m. por encima), en las que el aire circula más deprisa. Se establece un gradiente creciente de velocidad capaz de desplazar pasivamente  a aves con suficiente peso corporal para eludir posibles efecto colaterales (p.e. remolinos no deseados). 
     
     Para finalizar veamos una recreación gráfica realizada por la división multimedia de Museo Canadiense de la Naturaleza en el que se explican las distintas fases del vuelo de las aves:


José Antonio López Isarría