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Mecánica de vuelo en las aves

Las aves, mediante un proceso evolutivo de millones de años, han llegado a desarrollar unas adaptaciones anatómicas internas y externas, así como fisiológicas, que les permiten una absoluta flexibilidad y libertad en el medio aéreo. Incluso tras el increíble progreso de la aviación en el último siglo, el vuelo de las aves sigue superando al artificial en muchos aspectos. A pesar de tener una velocidad inferior, los pájaros siguen disfrutando de un vuelo más versátil, silencioso y eficiente. A continuación, exploramos algunas de las enseñanzas que nos han dado las aves.

Desde el origen de la aeronáutica, el vuelo de las aves siempre ha sido una fuente de inspiración para el diseño de las aeronaves.

Muchas de las revoluciones en la aviación comercial tuvieron su base en el estudio de las aves. Por ejemplo, la gran contribución de los hermanos Wright fue el sistema de control de las aeronaves, que permitía controlar el giro en tres ejes: alabeo, cabeceo y guiñada. Descubrieron que podían controlar el alabeo de su aeronave mediante la torsión de las alas, técnica que utilizan los pájaros.

Tanto las aeronaves como las aves deben generar sustentación para poder volar, y en ambos casos se utilizan alas, siendo el caso de las aeronaves, fijas, y en los pájaros, batientes. Curiosamente, los parecidos entre ambos tipos de alas son notables, siendo la forma de su sección muy similar. Sin embargo, la superioridad del ala del pájaro es notable.

Una de las principales ventajas de las aves es la pluma, que reúne las cualidades de fuerte, flexible y ligera en grado sumo. La pluma permite al pájaro cambiar la forma del ala de forma instantánea, y con mayor flexibilidad que las superficies móviles de las alas de las aeronaves. La pluma de un ave está compuesta por un eje llamado raquis, que la divide en dos mitades asimétricas llamadas vexilos, formados por unas ramificaciones o barbas, compuestas a su vez por bárbulas que se imbrican entre sí atrapando el aire. Hay diferentes tipos de plumas, según su función y localización en el ala.

  • Álulas: Este grupo de plumas se localiza en el borde de ataque delantero, en la posición correspondiente a lo que sería el pulgar en los humanos, y permiten aumentar la sustentación del ala a baja velocidad, reduciendo las turbulencias.
  • Remeras: Encargadas de generar la mayor parte de la sustentación durante el aleteo.
  • Coberteras: Son plumas de menor tamaño, que dan forma al ala, favoreciendo la sustentación al crear la forma de perfil aerodinámico en el ala.
  • Escapulares: Son aquellas plumas que nacen de la región humeral del ave.

También es muy importante la disposición de las plumas en el ala, lo que condiciona su forma y función. Las rémiges primarias son las encargadas de la propulsión, y las secundarias de la sustentación.

Las superficies de control de las aeronaves se inspiraron en las alas de las aves, así como en el movimiento de sus plumas. Por ejemplo, en las aeronaves modernas, los flaps delanteros tienen una función similar a las plumas álulas.

Respecto al empuje, sin embargo, las diferencias son aún mayores, pues en las aeronaves se utilizan motores, mientras que las aves aletean. En el aleteo podemos considerar dos movimientos. Cuando el ala baja, las plumas tienden a elevarse uniéndose por tanto con sus compañeras, con los que el aire es atrapado, lográndose una gran fuerza de empuje. Al mismo tiempo el ala se dirige un poco hacia atrás en un movimiento de remo, con lo que el empuje aumenta. Al subir el ala las plumas se doblan hacia abajo y se separan, con lo que la resistencia al aire es unas diez veces menor, obteniéndose una gran eficiencia energética. En esto influye notablemente la asimetría de ambos vexilos.

Al igual que hay diferentes tipos de plumas, existen diferentes categorías de alas, tanto de aves como de aeronaves. Cada tipo de ala está optimizada para tipos de vuelo distintos. En las aves observamos tres grandes grupos de formas alares. Unas tienen poca envergadura en relación con su cuerda, denominándose a esta característica bajo índice de aspecto. Tienen una forma ovalada y terminan en punta. Este tipo de alas optimizadas para lograr un rápido despegue y hacer bruscos cambios de dirección, pero no son aptas para un vuelo veloz y mantenido.

Otro tipo de ala con un mayor índice de aspecto, característica de los buitres y grandes águilas, está especializada en el vuelo planeado. Tienen una gran separación entre las rémiges primarias, de tal forma que cada una se comporta como una pequeña ala de alto índice de aspecto, lo que permite un vuelo lento. Esta separación es fácilmente modificable por el ave, que puede variar el flujo del aire a voluntad logrando una gran versatilidad de vuelo y poder de maniobra.

El tercer tipo es un ala con un muy alto índice de aspecto, típico de golondrinas y halcones, llegando a ser extremo en aves marinas como el albatros. Son muy largas y estrechas, terminando en punta. Con este tipo de ala la formación de vórtices es mínima, maximizando su eficiencia energética.

Ésta es una clasificación muy simplificada, pues existe una amplia gradación según el hábitat y modo de vida de cada especie. Por ejemplo, un pájaro de matorral tiene una necesidad de vuelo totalmente diferente de un ave esteparia.

Para seguir mejorando en la mecánica de vuelo, estudiemos a las aves. Podemos aprender mucho de ellas.

 

 

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05/11/2018

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