Breve historia de la aviación. Principios de aerodinámica y su aplicación en los aviones

BREVE HISTORIA DE LA
AVIACION
PRINCIPIOS DE LA AERODINAMICA Y SU APLICACIÓN EN LOS AVIONES
IGNACIO TOLIN

THE GOLDEN CIRCLE (Simon Sinek)

PRECURSORES
INICIOS
ACTUALIDAD
FUTURO

PRIMEROS DISEÑOS Y TEORÍAS
• La Paloma de Arquitas de Tarento (400 a.c.): capaz de volar a unos 180
metros de altura. Utilizaba un chorro de aire y se amarraba mediante unas
cuerdas .
• La linterna de Kong Ming: precursora del globo aerostático, era conocida en
China desde la antigüedad.
• La cometa de la antigua China (300 a.c.): que se considera un tipo de
planeador.

SALTADORES DE TORRES
• Abbás Ibn Firnás: en el año 852 se lanzó desde el minarete de la mezquita
de Córdoba con una enorme lona (paracaídas). En el 875, contando con 65
años de edad, se lanzó desde lo alto de una colina ataviado con unas alas de
madera, y logró permanecer en el aire durante 10 minutos.
• Eilmer de Malmesbury : en 1010 recorrió mas de 200m sobre un aparato
similar al de Abbas Ibn Firnás.
• Roger Bacon (1290): aplicando las teorías de Arquímedes concluyó que una
maquina podría volar, al igual que el mar soporta un navío.

• Leonardo estuvo fascinado por el vuelo y
produjo numerosos estudios sobre el vuelo de
los pájaros .
• Ideó varios aparatos voladores: «tornillo
aéreo», un paracaídas , un ala delta de bambú
y varios prototipos de maquinas voladoras.
• También inventó el túnel de viento
aerodinámico para sus experimentos.
• No consiguió los resultados esperados.
• Da Vinci llegó a la conclusión de que el ser
humano no puede generar, solo con sus
músculos, una energía suficiente como para
poderse elevar a sí mismo
Codex del vuelo de las aves, redactado con
escritura especular. Florencia, 1505.
Planos para una máquina voladora
1488
El tornillo aéreo (arriba), 1486, considerado el
antecesor del helicóptero y un experimento sobre la
fuerza de sustentación de un ala (abajo).
LEONARDO DA VINCI (s. XV)

LEONARDO DA VINCI (s. XV)
De su atenta observación de los pájaros escribió: “El pájaro batiendo las alas
graves sobre el aire raro, viene a condensarlo y hacerlo resistente a su
descenso. Pero si el aire se mueve contra las alas inmóviles, esas alas
sostienen el peso del pájaro en el aire.”.
También es particularmente precisa su formulación del principio de la
reacción : «Tanta fuerza se hace desde la cosa contra el aire, como el aire
contra la cosa»

3ª LEY DE NEWTON
s. XVII
• La formulación original de la Tercera Ley de Newton
dice:
“Actioni contrariam semper & æqualem esse reactionem:
sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse
æquales & in partes contrarias dirigi”
• La traducción exacta al español dice que:
Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y
contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos
cuerpos siempre son iguales y dirigidas y en sentido
opuesto

3ª LEY DE NEWTON
s. XVII
AIRE
SUSTENTACION

GIOVANNI A. BORELLI (s. XVII)
• Físico y matemático, es considerado el padre de la
biomecánica  morfología de las aves.
• Fabricó unas alas artificiales
• El experimento con ese ingenio dio como resultado
el convencimiento definitivo de que el Hombre no
podría volar nunca porque los brazos humanos no
alcanzaban potencia suficiente para batirlas de la
manera necesaria.
obra De Motu Animalium

OTROS INTENTOS
Emanuel Swedenborg, “Esbozo de una máquina
para volar por el aire” publicado en 1716.
Diego Marín Aguilera (Coruña de
Conde, 1757) fue el primer hombre,
que se tiene noticia que voló con un
aparato que pesaba más que el aire.
Hizo trampas para cazar águilas y buitres
y poder estudiar sus alas y conseguir sus
plumas, con las cuales construyó un
aparato volador.
1793. Plan de vuelo: “Voy a Burgo de Osma
(a 40km) y de allí a Soria (otros 60km )”

AEROSTATOS
• Los hermanos Montgolfier (Francia) son
considerados los inventores del globo
aerostático. El 4 de junio de 1783
llevaron a cabo su primera
demostración pública.
• CONTROVERSIA: en 1709 el sacerdote
jesuita Bartolomeu Lourenço de
Gusmao presentó la Passarola, la cual
se elevó 4 metros sobre el suelo
• Jean Pierre Blanchard, realizó
destacados vuelos en globo, como
cruzar el canal de la Mancha, en 1785.
Fue el primero en probar un paracaídas.
Murió tras caerse de un globo al sufrir
un infarto.
El 21 de noviembre de 1783, Pilâtre de Rozier y el
marqués d'Arlandes hicieron el primer vuelo tripulado
por humanos. 25 minutos a una altura de unos 100
metros sobre París, recorriendo nueve kilómetros.
Vuelo sobre el Canal
de la Mancha,
tardando unas 2.5h
La Passarola

• Explicación física a los globos aerostáticos: principio de Arquímedes,
“Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un
empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja.”
AEROSTATOS

AEROSTATOS. DIRIGIBLES
En el siglo XIX, en 1852, el ingeniero francés Henri Giffard inventó el dirigible.
logrando recorrer 24 kilómetros, a una velocidad de 8 km/h usando un
pequeño motor a vapor.
La dirección era
controlada gracias a
unos timones
Vuelo del primer Zeppelin en el Lago
de Constanza el 2 de julio de 1900.
Ferdinand von Zeppelin (1838), fue un noble e inventor
alemán fundador de la compañía de dirigibles Zeppelin
El primer Zeppelín tenia 128 m de largo, 12 m de
diámetro y admitía un volumen de hidrógeno de 11,3
millones de litros. Se controlaba con timones a proa y
popa y tenía dos motores de combustión interna
Daimler de 11 kW (15 CV).

DELAG. LA 1º AEROLINEA
Durante la I Guerra Mundial (1914-18) fueron
requisados más de cien dirigibles por el ejército
y la marina de Alemania, para tareas de
reconocimiento como para bombardeo aéreo
En septiembre de 1928, DELAG comenzó a
operar vuelos transoceánicos. El Graf
Zeppelin (LZ 127) sobrevoló el Atlántico
150 veces.
Fue fundada en 1909. Hasta 1914
transportó a casi 35.000 personas en más
de 1.500 vuelos sin un solo incidente.

EMILIO HERRERA LINARES
Descendiente del el famoso arquitecto Juan de Herrera.
Desde 1918 intenta crear una línea aérea transoceánica,
la Transaérea Colón, que uniera Europa y América para
el transporte de pasajeros. Esta estaría equipada con
dirigibles del ingeniero e inventor Leonardo Torres
Quevedo
Emilio Herrera Linares
(Granada, 13 de febrero
de 1879-Ginebra, 13 de
septiembre de 1967).
Fue presidente del
Gobierno de la
República española en el
exilio

En 1914 es portada de los periódicos con el también militar
José Ortiz Echagüe, juntos atraviesan el estrecho de
Gibraltar. El rey Alfonso XIII le nombra gentilhombre de
cámara con ejercicio después del vuelo
Ayuda a Juan de la Cierva con su invención del autogiro.
Participa en la construcción y diseño del Laboratorio
Aerodinámico de Cuatro Vientos, inaugurado en 1921 y
dotado de uno de los túneles de viento más grande y
modernos del momento. Este sería el futuro embrión del
actual Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA).
En 1935 crea la escafandra estratonáutica, autónoma para
los tripulantes de globos de gran altitud que se convertiría
en el precursor del traje espacial. Presenta un proyecto de
ascensión estratosférica a 26 km en un globo de 37.000
metros cúbicos, con barquilla abierta.
Participó en la creación años después de la Escuela
Superior de Aerotecnia, del que sería nombrado primer
director.

Algunos trabajos destacables de Emilio Herrera:
• 1915: Hipótesis tetradimensional sobre la constitución del Universo
• 1919: Estudio para la aplicación de propulsores a reacción en
aeronáutica
• 1921: Comentarios a la teoría de la relatividad de Einstein
• 1923: Ventajas de la aplicación en aviación de aleaciones de duraluminio
y magnesio
• 1932: Presentación de un proyecto para un viaje tripulado a la Luna
• 1950: Fórmula una exacta hipótesis sobre la posible construcción de
armas termonucleares: la bomba de hidrógeno
• 1951: Adelanta las aplicaciones futuras de los ordenadores y su futuro
• 1955: Estudios para la UNESCO para la aplicación pacífica de la energía
nuclear
• 1957: Proyecto de satélite artificial movido por la luz solar
• 1960: Interesante proyecto para enviar una sonda a un cometa y situar
un satélite solidario a él para explorar las grandes profundidades del
Universo
• 1963: Presentación de un original modelo cosmológico: universos de
infinitas dimensiones

FINALES s. XIX
SUSTENTACION O POTENCIA

PLANEADORES: OTTO LILIENTHAL
Fabricó hasta un total de 16 diseños de planeadores, con los que llego a
realizar unos 2000 vuelos para lo cual se fabricó su propia colina desde la
que saltar en cualquier dirección.
En 1896 murió al precipitarse su aeronave desde unos 17m al romperse un
ala por un viento lateral repentino. Por entonces ya estaba trabajando en
como añadir motores a sus diseños
Lilienthal es considerado la primera
persona que realizó un vuelo planeado
controlado.

SUSTENTACION
• La sustentación es la fuerza generada sobre un cuerpo que se desplaza a través
de un fluido, de dirección perpendicular a la de la velocidad de la corriente
incidente.

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
• En dinámica de fluidos, el principio de Bernoulli, describe el
comportamiento de un líquido moviéndose a lo largo de una
corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su
obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal
(sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por
un conducto cerrado, la energía que posee el fluido
permanece constante a lo largo de su recorrido
donde:
• V = velocidad del fluido en la sección
considerada.
• ρ = densidad del fluido.
• P = presión a lo largo de la línea de
corriente.
• g = aceleración gravitatoria
• z = altura en la dirección de la
gravedad desde una cota de referencia

EFECTO VENTURI
• El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el
principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es
constante pero la sección disminuye, necesariamente la
velocidad aumenta tras atravesar esta sección.

PRINCIPIO DE BERNOULLI
• Experimentos con tubo cartón, pelotas de
pingpong y secador.
• Experimento con folio (soplando por arriba)

AERONAVES MOTORIZADAS
“Give us a motor and we will give you very soon a successful flying machine”
(Hiram Stevens Maxim, 1892)
En 1843, William Henson, un,
registró la primera patente de
una aeronave equipada.
John Stringfellow. Podía volar sin
piloto apenas dos o tres segundos
Biplano de 3175 kg y con una
envergadura de 32 metros, equipado con
dos motores a vapor, de 180 CV.
Alcanzaba 68 km/h. Consiguió despegar y
volar recorriendo 60 metros, momento en
el cual el aparato chocó contra el suelo

Félix du Temple de
la Croix (1874)
Aleksandr Mozhaiski (1884)
Clement Ader (1890)

Vuelo sin tripulacion (1896 )
Samuel Pierpont Langley
Pruebas tripuladas sobre rio Potomac (1903 )

HERMANOS WRIGHT
Durante la década de 1890, los hermanos Wilbur y Orville Wright empezaron a
interesarse por el mundo de la aviación (Cayley, Langley, Lilienthal…) construyendo
sus primeros planeadores en 1899.
Primeros vuelos con éxito con sus prototipos, en Kitty Hawk (Carolina del Norte)

HERMANOS WRIGHT
Sus primeros pasos se orientaron en el control del vuelo. Primero el alabeo en
1900, cambiando el perfil de una de las alas. El cabeceo se controlaba con un
timón frontal llamado Canard.
En 1901 fabricaron su propio túnel de viento. Probaron mas de 200 tipos de
perfiles de ala.

HERMANOS WRIGHT
Descubrieron el efecto de guiñada adversa, para resolverlo añadieron un
timón vertical. Era 1902 y solo faltaba desarrollar un motor a sus diseños que
tuviese el ratio peso/potencia correcto. Como no encontraban fabricante lo
construyeron ellos en 6 semanas. También crearon las hélices para el impulso.
En diciembre de 1903 lograron volar.

AVION COMERCIAL ACTUAL
Spoilers y flaps
Winglet, sharklet y slats

CONTROVERSIA
El brasileño Alberto Santos Dumont diseñó el
14-bis que el 23 de octubre de 1906 despegó
sin el auxilio de dispositivos de lanzamiento,
recorrió 60 metros en 7 segundos, delante de
más de 1000 espectadores.
En su vuelo de 1903 (37 metros, a una
velocidad media de 48 km/h, 12 segundos),
los hermanos utilizaron rieles para
mantener el aparato en su trayecto, y una
catapulta para impulsarlo. Hasta 1908 los
vuelos de los hermanos Wright necesitaron
de catapulta y railes
De Gustave Whitehead (Baviera) se
tienen registros de varios vuelos , uno
en 1902 que cubrió 10km de distancia.
Sin embargo no contaba con los
elementos de control de vuelo de los
hermanos Wright

TRAFICO AEREO ACTUAL
• Aerolíneas comerciales: 1.397.
• Aeropuertos: 3.864.
• Rutas: 49.871.
• Vuelos: 30 millones al año (durante 2017 se
realizaron 36,8 millones de vuelos comerciales
por todo el mundo)
• Pasajeros: 3.300 millones al año

TRÁFICO AÉREO ACTUAL
El viernes 29 de Junio del 2018 se convirtió en el día con más tráfico
aéreo de la historia. Un total de 202.157 aviones surcaron el cielo en los
cinco continentes. Es el dato recogido por FlightRadar24, una conocida
página web sueca que muestra información en tiempo real sobre la
congestión aérea alrededor del mundo. llegaron a seguir el rastro a
19.000 vuelos, todos en el aire al mismo tiempo

TRÁFICO AÉREO ACTUAL
• Accidentes:
– 1996: 1.187 muertes en todo el mundo (frente a 250.000 en accidentes de
trafico)
– 2014: 990 muertes.
– 2017: 44 muertes (10 accidentes)
• Probabilidad de morir en un avión: una entre 9.737 .
• Si fuésemos inmortales y cogiésemos un vuelo diario, sufriríamos un
accidente al cabo de 900 años.

Fuselaje estrecho : A320, 737
PRECIOS AVIONES COMERCIALES
Modelo longitud envergadura pax alcance precio
Airbus
A320neo 37.57 m 35.8 m 165 6500Km 90.5M€
Boeing 737
MAX-8 39.5 m 35.9 m 162 6510Km 95.6M€
¿?
Modelo longitud envergadura pax alcance precio
Irkut
MC-21-200 36.8 m 35.9 m 165 6400Km 64M€
COMAC C919 39 m 36 M 190 4100Km 61M€
¿?
MC-21
MRJ-90
C919

PRECIOS AVIONES COMERCIALES
Modelo longitud envergadura MTOW pax Alcance Km Precio M€
Fuselaje ancho : A330, A350, 787, 777
787-8 56.69 m 60.17 m 227.93 t 242 13621 204,3
Airbus A330neo-800 58.82 m 64 m 242 t 257 13890 226,8
787-9 63 m 60.17 m 254 t 290 14140 240,7
Airbus A330neo-900 63.66 m 64 m 242 t 287 12131 258,6
A350-900 66.80 m 64.75 m 280 t 325 15001 277,0
787-10 68.27 m 60.17 m 254 t 330 11908 278,4
A350-1000 73.79 m 64.75 m 308 t 366 14723 319,8
Boeing 777X-9 76.7 m 71.8 m 351.5 t 414 14075 363,8
Dos Pisos
A380 72.72 m 79.75 m 575 t 544 15186 388,8
Boeing 747-8 76.3 m 68.4 m 447.7 t 410 14316 344,3

A380
• Los primeros estudios se remontan al verano de 1988 . Objetivo: romper el
dominio impuesto por Boeing en los vuelos transoceánicos con su Boeing 747
desde principios de 1970.
• En junio de 1994 Airbus comenzó a desarrollar su propio gran avión comercial,
denominado en un primer momento A3XX. Primeros diseños (dos fuselajes del
A340) .
• La presentación oficial del Airbus A380 tuvo lugar el 18 de enero de 2005, en un
hangar de la línea de ensamblaje final Jean-Luc Lagardère que la compañía tiene
en Toulouse, Francia.
• Primer vuelo del Airbus A380, el 27 de abril de 2005.
• El primer avión se entregó el 15 de octubre de 2007 a Singapore Airlines.
• El 25 de octubre de ese mismo año es el vuelo inaugural entre Singapur y Sídney.
Los pasajeros compraron los billetes en una subasta benéfica, rondando el precio
de cada pasaje entre 560 y 100 380 dólares

A380
• Mide 24 metros de alto, 80 de ancho y 72,7 de largo, el doble de una ballena azul
adulta. Dimensiones maximas para poder maniobrar en los aeropuertos donde
operaba el 747. Pesa 590 toneladas (como 790 volskwagen sedan)
• Y con esa envergadura puede transportar a 544 pasajeros en cuatro clases
distintas (configuracion basicas) pero podria llegar a 853. Y hasta 3.000 maletas
• Velocidad de crucero 1080km/h (Mach 0,85). velocidad máxima de Mach 0,96
• Cada avión contiene 100.000 cables (500 km). No menos de 23 mil remaches . La
pintura, a razón de media tonelada por avión.
• Para el movimiento de los componentes se dispone de una gran flota de camiones
y barcos, además de instalaciones especializadas y carreteras modificadas para
poder dar cabida a convoyes de gran tamaño

A380
• Hasta el momento dieciocho clientes distintos han encargado el A380,
incluyendo el pedido particular del príncipe saudí Al Waleed Bin Talal de
una versión VIP.
• El total de pedidos a 20 de enero de 2018 ascendía a 337 aeronaves.
• El coste por hora de vuelo de un A380 en diciembre de 2015 era de
aproximadamente 23000€ o 45€ por asiento/hora.
• Airbus anunció la finalización de la producción del A380 tras que Qantas
cancelara 8 pedidos de ésta aeronave, el golpe final lo dio Emirates tras
remplazar sus pedidos porAirbus A350 y Airbus A330neo Airbus anunció
el 14 de febrero de 2019 que finalizara el proyecto del A380 al terminar
las últimas entregas en el 2021.

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