La aeronáutica es la ciencia o el arte que se ocupa del estudio, diseño y fabricación de máquinas capaces de volar por aire, y de las técnicas de operación de aeronaves y cohetes dentro de la atmósfera . Si bien el término originalmente se refería únicamente a la operación de aeronaves, desde entonces se ha ampliado para incluir tecnología, negocios y otros aspectos relacionados con las aeronaves. [1] El término " aviación " a veces se usa indistintamente con aeronáutica, aunque "aeronáutica" incluye naves más ligeras que el aire , como dirigibles , e incluye vehículos balísticos , mientras que "aviación" técnicamente no lo hace. [1]
Una parte importante de la ciencia aeronáutica es una rama de la dinámica llamada aerodinámica , que trata del movimiento del aire y la forma en que interactúa con los objetos en movimiento, como un avión.
Desde los tiempos más remotos se han hecho intentos de volar sin ningún conocimiento aeronáutico real, generalmente construyendo alas y saltando desde una torre con resultados paralizantes o letales. [2]
Investigadores más sabios trataron de obtener algún tipo de comprensión racional a través del estudio del vuelo de las aves. Científicos de la Edad de Oro islámica medieval como Abbas ibn Firnas también realizaron tales estudios. [3] [4] [5] [6] 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 en la antigua China se utilizaban ampliamente cometas que transportaban hombres. En 1282, el explorador italiano Marco Polo describió las técnicas chinas que se utilizaban en ese momento. [7] Los chinos también construyeron pequeños globos aerostáticos o linternas y juguetes de alas giratorias.
Uno de los primeros europeos que ofreció una explicación científica sobre el vuelo fue Roger Bacon , que describió los principios de funcionamiento del globo más ligero que el aire y del ornitóptero de alas batientes , que imaginaba que se construirían en el futuro. El medio de sustentación de su globo sería un "éter" cuya composición desconocía. [8]
A finales del siglo XV, Leonardo da Vinci continuó su estudio de las aves con diseños para algunas de las primeras máquinas voladoras, incluyendo el ornitóptero de alas batientes y el helicóptero de alas giratorias . Aunque sus diseños eran racionales, no se basaban en una ciencia particularmente buena. [9] Muchos de sus diseños, como un helicóptero de hélice para cuatro personas, tienen graves defectos. Al menos entendió que "Un objeto ofrece tanta resistencia al aire como el aire al objeto". [10] ( Newton no publicaría la Tercera ley del movimiento hasta 1687). Su análisis llevó a la comprensión de que la fuerza humana por sí sola no era suficiente para el vuelo sostenido, y sus diseños posteriores incluyeron una fuente de energía mecánica como un resorte. El trabajo de Da Vinci se perdió después de su muerte y no reapareció hasta que fue superado por el trabajo 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 describió el principio del ascenso utilizando una sustancia (rocío) que suponía que era más ligera que el aire, y descendiendo liberando una cantidad controlada de la sustancia. [11] 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 había extraído todo el aire. Estas serían más ligeras que el aire desplazado y capaces de elevar un dirigible . Sus métodos propuestos para controlar la altura todavía se utilizan hoy en día; llevando lastre que se puede dejar caer por la borda para ganar altura, y ventilando los contenedores de elevación para perder altura. [12] En la práctica, las esferas de De Terzi se habrían derrumbado bajo la presión del aire, y los desarrollos posteriores tuvieron que esperar a que se dispusiera de gases de elevación más prácticos.
A mediados del siglo XVIII, los hermanos Montgolfier , en Francia, comenzaron a experimentar con globos. Sus globos estaban hechos de papel y los primeros experimentos con vapor como gas de elevación duraron poco debido a su efecto sobre el papel al condensarse. Confundiendo el humo con una especie de vapor, comenzaron a llenar sus globos con aire caliente lleno de humo al que llamaron "humo eléctrico" y, a pesar de no comprender del todo los principios en los que se basaban, realizaron algunos lanzamientos con éxito y en 1783 fueron invitados a dar una demostración en la Academia de Ciencias francesa .
Mientras tanto, el descubrimiento del hidrógeno llevó a Joseph Black , en 1780 , a proponer su uso como gas de elevación, aunque para demostrarlo en la práctica era necesario contar con un material hermético para los globos. Al enterarse de la invitación de los hermanos Montgolfier, el miembro de la Academia Francesa Jacques Charles ofreció una demostración similar con un globo de hidrógeno. Charles y dos artesanos, los hermanos Robert, desarrollaron un material hermético a base de seda revestida de caucho para la envoltura. El gas hidrógeno se generaría mediante una reacción química durante el proceso de llenado.
Los diseños de Montgolfier tenían varias deficiencias, entre ellas la necesidad de un clima seco y la tendencia a que las chispas del fuego incendiaran el 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 llevaban cubos de agua y esponjas para apagar estos incendios a medida que surgían. Por otro lado, el diseño tripulado de Charles era esencialmente moderno. [13] Como resultado de estas hazañas, el globo aerostático pasó a ser conocido como el tipo Montgolfière y el globo de gas como Charlière .
El siguiente globo de Charles y los hermanos Robert, La Caroline , era un Charlière que seguía las propuestas de Jean Baptiste Meusnier de un globo dirigible alargado y se destacaba 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 a motor resultaron inútiles.
En un intento de proporcionar resistencia y control al año siguiente, de Rozier desarrolló un globo que tenía bolsas de aire caliente y de gas 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 dejando enfriar la sección de aire caliente, para captar el viento más favorable a cualquier altitud que soplara. La envoltura del globo estaba hecha de piel de sagitario . El primer vuelo terminó en desastre y la aproximación rara vez se ha utilizado desde entonces. [14]
Sir George Cayley (1773–1857) es ampliamente reconocido como el fundador de la aeronáutica moderna. Fue llamado por primera vez el "padre del aeroplano" en 1846 [15] y Henson lo llamó el "padre de la navegación aérea". [2] Fue el primer investigador aéreo científico verdadero en publicar su trabajo, que incluía por primera vez los principios y fuerzas subyacentes del vuelo. [16]
En 1809 comenzó la publicación de un tratado histórico en tres partes titulado "Sobre la navegación aérea" (1809-1810). [17] En él escribió la primera declaración científica del problema: "Todo el problema se limita a estos límites, a saber, hacer que una superficie soporte un peso determinado mediante la aplicación de potencia a la resistencia del aire". Identificó las cuatro fuerzas vectoriales que influyen en una aeronave: empuje , sustentación , resistencia y peso , y distinguió la estabilidad y el control en sus diseños.
Desarrolló la forma convencional moderna del avión de ala fija, con cola estabilizadora con superficies horizontales y verticales, y que permite volar planeadores tanto tripulados como no tripulados.
Introdujo el uso del equipo de prueba de brazos giratorios para investigar la aerodinámica del vuelo, utilizándolo para descubrir los beneficios del perfil aerodinámico curvado o combado sobre el ala plana que había utilizado para su primer planeador. También identificó y describió la importancia del arriostramiento diedro , diagonal y de la reducción de la resistencia, y contribuyó a la comprensión y el diseño de ornitópteros y paracaídas . [2]
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 se perfeccionaron, probaron y ampliaron, culminando en las obras de Otto Lilienthal .
Lilienthal fue un ingeniero y empresario alemán que llegó a ser conocido como el "hombre volador". [18] Fue la primera persona en realizar vuelos bien documentados, repetidos y exitosos con planeadores , [19] haciendo realidad así la idea de " más pesado que el aire ". Los periódicos y revistas publicaron fotografías de Lilienthal planeando, lo que influyó 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 del ala moderna. [20] [21] Sus intentos de vuelo en Berlín en el año 1891 se consideran el comienzo del vuelo humano [22] y el " Lilienthal Normalsegelapparat " se considera el primer avión de producción en serie, convirtiendo a la Maschinenfabrik Otto Lilienthal en Berlín en la primera empresa de producción de aviones de producción en el mundo. [23]
A Otto Lilienthal se le suele llamar el "padre de la aviación" [24] [25] [26] o el "padre del vuelo". [27]
Otros investigadores importantes fueron Horatio Phillips .
La aeronáutica se puede dividir en tres ramas principales: aviación , ciencia aeronáutica e ingeniería aeronáutica .
La aviación es el arte o la práctica de la aeronáutica. Históricamente, la aviación solo se refería a vuelos más pesados que el aire, pero hoy en día incluye vuelos en globos y dirigibles.
La ingeniería aeronáutica abarca el diseño y la construcción de aeronaves, incluyendo cómo se propulsan, cómo se utilizan y cómo se controlan para una operación segura. [28]
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 los objetos en movimiento, como un avión.
El estudio de la aerodinámica se divide en tres áreas generales:
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 se produce cuando aparecen ondas de choque en puntos donde el aire se comprime, normalmente 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, aeronave u otro vehículo que obtiene empuje de un motor cohete . En todos los cohetes, el escape se forma completamente a partir de propulsores transportados dentro del cohete antes de su uso. [29] Los motores cohete funcionan por acción y reacción . Los motores cohete empujan los cohetes hacia adelante simplemente arrojando su escape hacia atrás extremadamente rápido.
Los cohetes para usos militares y recreativos se remontan al menos al siglo XIII en China . [30] Un uso científico, interplanetario e industrial significativo no ocurrió hasta el siglo XX, cuando la cohetería fue la tecnología que permitió la era espacial , incluido el paso a 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 su uso a baja velocidad, son muy ligeros 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, por lo general, generan sus gases de escape mediante la combustión de combustible para cohetes . 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 minimizan los riesgos.
George Cayley es una de las personas más importantes en la historia de la aeronáutica. Muchos lo consideran el primer investigador aéreo científico verdadero y la primera persona en comprender los principios y las fuerzas subyacentes del vuelo.
Medios relacionados con la aeronáutica en Wikimedia Commons
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