La aeronáutica es la ciencia o el arte relacionado con el estudio, diseño y fabricación de máquinas con capacidad de vuelo aéreo , 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 la 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 " se utiliza a veces indistintamente con aeronáutica, aunque "aeronáutica" incluye naves más ligeras que el aire, como dirigibles , e incluye vehículos balísticos, mientras que "aviación" técnicamente no. [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.
Desde los primeros tiempos se han realizado intentos de volar sin ningún conocimiento aeronáutico real, generalmente construyendo alas y saltando desde una torre con resultados paralizantes o letales. [3]
Los investigadores más sabios intentaron obtener cierta comprensión racional mediante el estudio del vuelo de las aves. Los científicos medievales de la Edad de Oro islámica , 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 del vuelo de las aves.
Se cree que las cometas para transportar 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 de alas giratorias.
Uno de los primeros europeos en proporcionar algún debate científico sobre el vuelo fue Roger Bacon , quien describió los principios de funcionamiento del globo más ligero que el aire y del ornitóptero de alas batientes , que preveía 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 tipo 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 conclusión 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 .
La era moderna de los vuelos más ligeros que el aire comenzó a principios del siglo XVII con los experimentos de Galileo en los que demostró que el aire tiene peso. Alrededor de 1650, Cyrano de Bergerac escribió algunas novelas de fantasía en las que describía el principio de ascenso utilizando una sustancia (rocío) que suponía era más ligera que el aire, y de descenso liberando una cantidad controlada de dicha 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 bombeaba todo el aire. Estos serían más ligeros que el aire desplazado y capaces de levantar un dirigible . Los métodos que propuso para controlar la altura todavía se utilizan hoy en día; llevando lastre que puede dejarse caer por la borda para ganar altura, y ventilando los contenedores levantando para perder altura. [13] En la práctica, las esferas de De Terzi se habrían colapsado bajo la presión del aire, y los desarrollos posteriores tuvieron que esperar a que hubiera gases elevadores más practicables.
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 utilizaban vapor como gas de elevación duraron poco 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 humeante 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 Academia de Ciencias de Francia .
Mientras tanto, el descubrimiento del hidrógeno llevó a Joseph Black en c. 1780 propuso su uso como gas de elevación, aunque la demostración práctica esperaba 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 de seda cauchutado hermético para el sobre. El gas hidrógeno debía generarse mediante una reacción química durante el proceso de llenado.
Los diseños de Montgolfier tenían varios defectos, entre ellos la necesidad de un clima seco y la tendencia a que las chispas del fuego prenderan fuego al globo de papel. El diseño tripulado tenía una galería alrededor de la base del globo en lugar de la cesta colgante del primer diseño no tripulado, que acercaba el papel al fuego. En su vuelo libre, De Rozier y d'Arlandes llevaron cubos de agua y esponjas para sofocar los incendios que iban surgiendo. Por otra parte, el diseño tripulado de Charles era esencialmente moderno. [14] Como resultado de estas hazañas, el globo aerostático pasó a ser conocido como tipo Montgolfière y el globo de gas , Charlière .
El siguiente globo de Charles y los hermanos Robert, La Caroline , fue un Charlière que siguió las propuestas de Jean Baptiste Meusnier de un globo dirigible alargado, y se destacó por tener una envoltura exterior con el gas contenido en un segundo globo 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 de propulsión humanos resultaron inútiles.
El año siguiente, en un intento de proporcionar resistencia y controlabilidad, De Rozier desarrolló un globo que tenía bolsas de aire caliente y de hidrógeno, 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 que se enfriara la sección de aire caliente, para captar el viento más favorable a cualquier altitud a la que soplara. La envoltura del globo estaba hecha de piel de batidor de oro . El primer vuelo terminó en desastre y desde entonces rara vez se ha utilizado la aproximación. [15]
Sir George Cayley (1773–1857) es ampliamente reconocido como el fundador de la aeronáutica moderna. Fue llamado por primera vez el "padre del avión" en 1846 [16] y Henson lo llamó el "padre de la navegación aérea". [3] Fue el primer verdadero investigador aéreo científico 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 se limita a estos límites, es decir, hacer que una superficie soporte un peso determinado mediante la aplicación de potencia a la resistencia del aire". Identificó los cuatro vectores de fuerzas que influyen en un avión: empuje , sustentación , resistencia y peso y distinguió estabilidad y control en sus diseños.
Desarrolló la forma convencional moderna del avión de ala fija que tenía una cola estabilizadora con superficies horizontales y verticales, volando planeadores tanto tripulados como no 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 combado sobre el ala plana que había usado para su primer planeador. También identificó y describió la importancia del diédrico , el refuerzo 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 radios tensores, que ideó para crear una rueda ligera y resistente para el tren de aterrizaje de los aviones.
Durante el siglo XIX, las ideas de Cayley fueron refinadas, probadas y ampliadas, culminando en las obras de Otto Lilienthal .
Lilienthal fue un ingeniero y empresario alemán que llegó a ser conocido como el "hombre volador". [19] Fue la primera persona en realizar vuelos bien documentados, repetidos y exitosos con planeadores , [20] haciendo así realidad la idea de " más pesado que el aire ". Los periódicos y revistas publicaron fotografías de Lilienthal planeando, influyendo favorablemente en la opinión pública y científica sobre la posibilidad de que las máquinas voladoras se volvieran prácticas.
Su trabajo le llevó a desarrollar el concepto de ala moderna. [21] [22] Sus intentos de vuelo en Berlín en el año 1891 se consideran el comienzo del vuelo humano [23] y el " Lilienthal Normalsegelapparat " se considera el primer avión fabricado en serie, lo que convirtió a la Maschinenfabrik Otto Lilienthal en Berlín , la primera empresa productora de aviones del mundo. [24]
A Otto Lilienthal a menudo se le conoce como el "padre de la aviación" [25] [26] [27] o el "padre del vuelo". [28]
Otros investigadores importantes incluyeron a Horatio Phillips .
La aeronáutica se puede dividir en tres ramas principales, Aviación , Ciencias aeronáuticas e Ingeniería aeronáutica .
La aviación es el arte o práctica de la aeronáutica. Históricamente, la aviación solo significaba vuelos con objetos más pesados que el aire, pero hoy en día incluye volar en globos y dirigibles.
La ingeniería aeronáutica cubre el diseño y la construcción de aeronaves, incluido cómo se propulsan, cómo se utilizan y cómo se controlan para una operación segura. [29]
Una parte importante de la ingeniería aeronáutica es la aerodinámica , la ciencia del paso por el aire.
Con la creciente actividad en los vuelos espaciales, hoy en día la aeronáutica y la astronáutica a menudo se combinan como ingeniería aeroespacial .
La ciencia de la aerodinámica se ocupa del movimiento del aire y la forma en que interactúa con objetos en movimiento, como un avión.
El estudio de la aerodinámica se divide en términos generales en tres áreas:
El flujo incompresible ocurre cuando el aire simplemente se mueve para evitar objetos, generalmente a velocidades subsónicas inferiores a la del sonido (Mach 1).
El flujo compresible ocurre cuando 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.
Un cohete o vehículo cohete es un misil , nave espacial, avión u otro vehículo que obtiene empuje de un motor de cohete . En todos los cohetes, el escape está formado enteramente por propulsores transportados dentro del cohete antes de su uso. [30] Los motores de cohetes funcionan por acción y reacción . Los motores de cohetes empujan los cohetes hacia adelante simplemente lanzando su escape hacia atrás extremadamente rápido.
Los cohetes para usos militares y recreativos se remontan al menos a la China del siglo XIII . [31] No se produjo un uso científico, interplanetario e industrial significativo hasta el siglo XX, cuando los cohetes eran la tecnología habilitadora de la era espacial , incluido poner un pie en la Luna .
Los cohetes se utilizan para fuegos artificiales , armamento, asientos eyectables , vehículos de lanzamiento de satélites artificiales , vuelos espaciales tripulados y exploración de otros planetas. Si bien son comparativamente ineficientes para uso a baja velocidad, son muy livianos y potentes, capaces de generar grandes aceleraciones y alcanzar velocidades extremadamente altas con una eficiencia razonable.
Los cohetes químicos son el tipo más común de cohete y normalmente generan sus gases de escape mediante la combustión del propulsor del cohete . Los cohetes químicos almacenan una gran cantidad de energía en una forma que se libera fácilmente y pueden ser muy peligrosos. Sin embargo, un diseño, pruebas, construcción y uso cuidadosos minimiza los riesgos.
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.
Medios relacionados con la Aeronáutica en Wikimedia Commons
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Taxonomía jerárquica