miniatura|Un Concorde en su último vuelo. Se aprecia claramente la relación de esbeltez extremadamente alta del fuselaje. miniatura|derecha|Questair Venture, con un fuselaje ovoidal y una relación de esbeltez muy baja
En arquitectura naval e ingeniería aeroespacial, la relación de esbeltez es la relación entre la longitud de un cuerpo y su anchura máxima. Las formas cortas y anchas tienen una relación de esbeltez baja, mientras que las largas y estrechas tienen una relación de esbeltez alta. Las aeronaves que vuelan a velocidades supersónicas, como el Concorde, suelen tener índices de esbeltez elevados.
A velocidades inferiores al Mach crítico, una de las principales formas de resistencia es la resistencia por fricción superficial. Como su nombre indica, se trata de la resistencia causada por la interacción del flujo de aire con el revestimiento de la aeronave. Para minimizar esta resistencia, la aeronave debe diseñarse de manera que se reduzca al mínimo el área de revestimiento expuesta, o «superficie mojada». Una solución a este problema es construir un fuselaje con forma de «huevo», como el utilizado, por ejemplo, en el Questair Venture, de construcción casera.
Las relaciones de esbeltez teóricamente ideales en los fuselajes de aeronaves subsónicas suelen situarse en torno a 6:1; sin embargo, esto puede verse comprometido por otras consideraciones de diseño, como los requisitos de tamaño de los asientos o de la carga. Dado que un fuselaje con mayor esbeltez puede tener superficies de cola reducidas, esta relación ideal puede aumentarse en la práctica hasta 8:1.
Sin embargo, la mayoría de las aeronaves tienen relaciones de delgadez significativamente superiores a esta. Esto se debe a menudo a la necesidad contrapuesta de colocar las superficies de control de la cola al final de un brazo de momento más largo para aumentar su eficacia. Reducir la longitud del fuselaje requeriría controles más grandes, lo que contrarrestaría el ahorro de resistencia aerodinámica que supone el uso de la relación de delgadez ideal. Un ejemplo de diseño de alto rendimiento con una relación de delgadez imperfecta es el Lancair. En otros casos, el diseñador se ve obligado a utilizar un diseño no ideal debido a factores externos, como la disposición de los asientos o el tamaño de los palés de carga. Los aviones de pasajeros modernos suelen tener relaciones de esbeltez mucho más altas que las ideales, un efecto secundario de su sección transversal cilíndrica, que se elige por su resistencia, además de proporcionar un ancho único para simplificar la disposición de los asientos y la manipulación de la carga aérea.
A medida que una aeronave se aproxima a la velocidad del sonido, se forman ondas de choque en las zonas de mayor curvatura. Estas ondas de choque disipan energía que los motores deben suministrar, energía que no se destina a hacer que la aeronave vaya más rápido. Esto es una nueva forma de resistencia —denominada resistencia de onda— que alcanza su máximo valor a aproximadamente tres veces la resistencia a velocidades incluso ligeramente inferiores al Mach crítico. Para minimizar la resistencia de onda, la curvatura de la aeronave debe reducirse al mínimo, lo que implica índices de esbeltez mucho más elevados. Por eso los aviones de alta velocidad tienen morros y colas largos y puntiagudos, y cabinas con la cubierta a ras de la línea del fuselaje.
En términos más técnicos, el mejor rendimiento posible para un diseño supersónico viene dado por dos «formas perfectas»: el cuerpo de Sears-Haack, que es puntiagudo en ambos extremos, o la ogiva de von Kármán, que tiene una cola roma. Entre los ejemplos del primer diseño se incluyen el Concorde, el F-104 Starfighter y el XB-70 Valkyrie, aunque, en cierta medida, prácticamente todos los aviones interceptores posteriores a la Segunda Guerra Mundial presentaban dicho diseño. El segundo se ve principalmente en cohetes y misiles, siendo el extremo romo la tobera del cohete. A los diseñadores de misiles les interesa aún menos el rendimiento a baja velocidad, y los misiles suelen tener índices de esbeltez más altos que la mayoría de los aviones.
La introducción de aviones con índices de esbeltez más altos también trajo consigo una nueva forma de inestabilidad, el acoplamiento inercial. A medida que los motores y la cabina se alejaban del centro de masa del avión debido a los fuselajes más largos que exigía el alto índice de esbeltez, la inercia de balanceo de estas masas creció hasta llegar a superar la potencia de las superficies aerodinámicas. Se utilizan diversos métodos para combatir este efecto, entre ellos controles sobredimensionados y sistemas de aumento de la estabilidad.
Referencias Referencias en línea
Referencias generales Factor de forma Dinámica de fluidos básica
Categoría:Aerodinámica Categoría:Ingeniería aeroespacial Categoría:Ratios