¿Por qué algunos aviones tienen conos de nariz puntiagudos mientras que otros no?

Todos los aviones supersónicos tienen conos de nariz puntiagudos para minimizar la resistencia del aire. Por otro lado, los aviones subsónicos tienen conos de nariz redondeados.

Cuando se trata de transporte, los aviones son realmente impresionantes. Incluso los coches deportivos más lujosos palidecen en comparación con la maravilla del vuelo. Los aviones se pueden categorizar en dos tipos: los amigables y lindos y los intimidantes y agresivos. Estos últimos están armados con misiles, tanques de combustible, narices afiladas e incluso colas que escupen fuego. Por otro lado, los lindos son aviones de pasajeros con narices redondas y conos de cola convergentes.

Incluso los coches más caros apenas pueden igualar la grandeza de un avión (Crédito de la foto: Fasttailwind/Shutterstock)

Pero, ¿por qué algunos aviones tienen conos de nariz puntiagudos mientras que otros tienen conos redondos? Vamos a explorar para encontrar algunas respuestas.

¿Por qué algunos aviones tienen narices puntiagudas mientras que otros no?

En pocas palabras, la razón de esta diferencia de diseño es la velocidad. Los conos de nariz redondos son adecuados para los aviones que vuelan más lentos que la velocidad del sonido. Por eso, las aerolíneas comerciales, los aviones privados y los aviones recreativos tienen conos de nariz redondos. Curiosamente, no todos los aviones militares están diseñados para altas velocidades. Por eso, los aviones de transporte, los aviones de vigilancia y los aviones de radar aerotransportados también tienen narices redondas.

Los aviones «lindos» son generalmente aviones comerciales, mientras que los agresivos son cazas (Crédito de la foto: Sudpoth Sirirattanasakul y MS_Digital/Shutterstock)

Esta distinción es puramente psicológica. Después de todo, ¿no son los aviones de aspecto agresivo generalmente cazas? Para los aviones de combate, la velocidad es crucial. Con la barrera del sonido ya rota, los aviones de combate supersónicos están por todas partes. Un cono de nariz puntiagudo afecta significativamente el flujo de aire, lo que les permite alcanzar altas velocidades con una resistencia mínima. No es de extrañar que el Concorde, el primer avión comercial supersónico del mundo, tuviera una nariz puntiaguda.

¿Cómo afecta el flujo de aire a la geometría del cono de nariz?

El flujo de aire es el aspecto más importante del diseño de un avión. Es útil pensar en el aire como un fluido espeso por el que los aviones viajan. Las partículas de aire crean resistencia, conocida como arrastre. El arrastre tiene dos componentes: arrastre friccional y arrastre de presión. El arrastre friccional es causado por el movimiento del aire sobre la superficie del ala.

Ilustración del arrastre de presión en el ala de un avión (Crédito de la foto: Pepermpron/Shutterstock)

Por otro lado, el arrastre de presión es causado por la forma del avión y sus paneles de fuselaje interactuando con el aire. Cuanto mayor sea el arrastre, más resistencia enfrenta el avión, dificultando su velocidad prevista y obligando a los motores a trabajar más duro, lo que resulta en un mayor consumo de combustible. El cono de nariz es la primera parte del avión que encuentra el aire durante el vuelo. «Corta» el aire, allanando el camino para el resto de la aeronave.

Conos de Nariz Redondeados

Cuando un objeto vuela a velocidades subsónicas, las partículas de aire se apartan de su camino antes de que las alcance. Las fuerzas de arrastre en el objeto son causadas principalmente por la fricción a estas velocidades. Tener un cono de nariz redondeado ayuda a que las partículas de aire se muevan suavemente sobre y alrededor de él, reduciendo el arrastre por fricción.

Conos de Nariz Puntiagudos

A velocidades transónicas o superiores, el comportamiento de las partículas de aire es muy diferente. Las partículas de aire tienen poco tiempo para apartarse antes de que el objeto las alcance, creando una onda de choque. Esto lleva a una alta presión en la nariz de la aeronave y baja presión detrás de ella.

Vista superior (Izquierda) y vista lateral (Derecha) de las ondas de choque en acción en varios puntos de la aeronave. (Crédito de la foto: wikimedia Commons)

Un objeto atrapado entre zonas de alta y baja presión tiende a moverse hacia la zona de baja presión. De manera similar, las aeronaves que experimentan ondas de choque se empujan hacia atrás en su vuelo. Las ondas de choque se generan en varios puntos de la aeronave, como el cono de nariz, las puntas de las alas y las aletas de la cola. Reducir la superficie de estos puntos reduce la intensidad de la onda de choque y, por lo tanto, el arrastre. Esto permite que las aeronaves viajen a velocidades supersónicas. Por eso los aviones de combate tienen conos de nariz puntiagudos, a diferencia de las aerolíneas comerciales.

Una Nota Sobre el Arrastre por Fricción a Velocidades Supersónicas

A velocidades mucho más altas que la velocidad del sonido, es necesario hacer que el cono de nariz sea más redondeado en lugar de tener la forma de lanza ideal. Esto se llama «bluffing» o «blunting» del cono de nariz. Puede ser ligeramente truncado para tener una sección transversal plana o redondeado para tener una punta hemisférica.

Truncar ligeramente o redondear la punta del cono de nariz ofrece varios beneficios de fabricación y manejo sin aumentar el arrastre de presión. (Crédito de la foto: Fasttailwind/Shutterstock)

Esto proporciona varios beneficios, como la disipación del calor. El arrastre por fricción causa altas temperaturas que pueden derretir la punta del cono de nariz. Redondeándola se aumenta ligeramente la superficie sin aumentar el arrastre de presión, lo que facilita la disipación del calor. Otros beneficios incluyen facilidad de fabricación, seguridad en el vuelo y manejo, y otras ventajas.

¿Son los Conos de Nariz Redondeados y Puntiagudos los Únicos Perfiles?

El uso de términos como «redondo» y «puntiagudo» para los conos de nariz puede simplificar demasiado los aspectos de ingeniería y diseño. En realidad, la forma de los diferentes conos de nariz para diferentes velocidades de vuelo se determina mediante ecuaciones matemáticas. Estas ecuaciones generan una curva que forma una forma sólida. La siguiente imagen proporciona una explicación clara de una forma sólida formada por una curva.

Por lo tanto, las formas comunes de los conos de nariz son formas sólidas formadas por curvas como parábolas, ojivas, elipses e incluso bi-conos. Curiosamente, la forma más aerodinámica, un cono perfecto, no es ideal para velocidades supersónicas.

Tradicionalmente, los conos de nariz se han diseñado en base a estas curvas geométricas. Sin embargo, los diseños modernos se basan en ecuaciones matemáticas especiales destinadas a reducir el arrastre.

La ciencia y la ingeniería de los conos de nariz no se limitan a las aeronaves. También juega un papel crucial en el diseño de proyectiles como municiones, misiles, vehículos como submarinos e incluso transbordadores espaciales!