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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E18 - Aerodinámica de Formación
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:1948
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Generación del vórtice de punta de ala
vórtice de punta de ala
Grupo 2: Grupo 2: Estructura espacial del flujo inducido
flujo ascendente exterior
Grupo 3: Grupo 3: Posicionamiento de la seguidora en formación
posición relativa correcta
Grupo 4: Grupo 4: Reducción de ángulo y arrastre inducidos
arrastre inducido
Grupo 5: Grupo 5: Costo energético y ahorro de potencia
potencia requerida
Grupo 6: Grupo 6: Validación fisiológica y cinemática
frecuencia cardíaca y frecuencia de batido
ID:1107
Grupo 1: Grupo 1: Generación del vórtice de punta de ala
Descripción
vórtice de punta de ala
Pregunta clave: ¿Cómo genera un ave líder el campo aerodinámico que puede ser aprovechado por otra?
vórtice de punta de ala El mecanismo central de este ahorro energético es el vórtice de punta de ala: toda ala que genera sustentación produce, en su propia punta, un vórtice de forma helicoidal, que contiene un flujo de aire ascendente en su parte exterior y un flujo de aire descendente en su parte interior. Un ave que vuela en la posición correcta respecto al ave que va delante puede colocarse dentro de ese flujo ascendente exterior del vórtice de punta de ala que esa ave delantera genera, y aprovecharlo para reducir el ángulo de ataque inducido que necesita para sostener su propia sustentación, y con él, reducir el arrastre inducido que ese ángulo de ataque le impone. El ahorro energético máximo que predice la teoría del vórtice de punta de ala, entre un veinte y un treinta por ciento respecto al costo energético de volar en cabeza, coincide con lo que estas mediciones directas de frecuencia cardíaca y frecuencia de batido efectivamente registran en pelícanos y en ibis eremita. Este mismo mecanismo del vórtice de punta de ala es, precisamente, el que un ave seguidora pierde de golpe cuando una perturbación externa la saca de su posición correcta dentro de una formación de vuelo colectivo: el ahorro energético de entre un veinte y un treinta por ciento que la posición correcta le proporcionaba se convierte, en ese mismo instante, en un aumento de potencia requerida de esa misma magnitud, porque es exactamente el mismo flujo ascendente del vórtice de punta de ala el que deja de aprovechar.
ID:4671
Grupo 2: Grupo 2: Estructura espacial del flujo inducido
Descripción
flujo ascendente exterior
Pregunta clave: ¿Cómo se distribuyen el flujo ascendente y descendente alrededor del vórtice?
flujo ascendente exterior El mecanismo central de este ahorro energético es el vórtice de punta de ala: toda ala que genera sustentación produce, en su propia punta, un vórtice de forma helicoidal, que contiene un flujo de aire ascendente en su parte exterior y un flujo de aire descendente en su parte interior. Un ave que vuela en la posición correcta respecto al ave que va delante puede colocarse dentro de ese flujo ascendente exterior del vórtice de punta de ala que esa ave delantera genera, y aprovecharlo para reducir el ángulo de ataque inducido que necesita para sostener su propia sustentación, y con él, reducir el arrastre inducido que ese ángulo de ataque le impone. Este mismo mecanismo del vórtice de punta de ala es, precisamente, el que un ave seguidora pierde de golpe cuando una perturbación externa la saca de su posición correcta dentro de una formación de vuelo colectivo: el ahorro energético de entre un veinte y un treinta por ciento que la posición correcta le proporcionaba se convierte, en ese mismo instante, en un aumento de potencia requerida de esa misma magnitud, porque es exactamente el mismo flujo ascendente del vórtice de punta de ala el que deja de aprovechar. La física del vuelo en formación describe cómo la sola presencia de otras aves volando cerca modifica el campo de flujo aerodinámico del aire, y cómo un ave seguidora puede aprovechar esa modificación para reducir su propio costo energético de vuelo.
ID:4672
Grupo 3: Grupo 3: Posicionamiento de la seguidora en formación
Descripción
posición relativa correcta
Pregunta clave: ¿Qué condición geométrica permite a la seguidora aprovechar el flujo ascendente?
posición relativa correcta Este mismo mecanismo del vórtice de punta de ala es, precisamente, el que un ave seguidora pierde de golpe cuando una perturbación externa la saca de su posición correcta dentro de una formación de vuelo colectivo: el ahorro energético de entre un veinte y un treinta por ciento que la posición correcta le proporcionaba se convierte, en ese mismo instante, en un aumento de potencia requerida de esa misma magnitud, porque es exactamente el mismo flujo ascendente del vórtice de punta de ala el que deja de aprovechar. La física del vuelo en formación describe cómo la sola presencia de otras aves volando cerca modifica el campo de flujo aerodinámico del aire, y cómo un ave seguidora puede aprovechar esa modificación para reducir su propio costo energético de vuelo. Un ave que vuela en la posición correcta respecto al ave que va delante puede colocarse dentro de ese flujo ascendente exterior del vórtice de punta de ala que esa ave delantera genera, y aprovecharlo para reducir el ángulo de ataque inducido que necesita para sostener su propia sustentación, y con él, reducir el arrastre inducido que ese ángulo de ataque le impone. En ambos casos, los individuos que vuelan en posición de formación —dentro del flujo ascendente del ave que va delante— muestran una frecuencia cardíaca y una frecuencia de batido significativamente menores que los individuos que van a la cabeza de la formación.
ID:4673
Grupo 4: Grupo 4: Reducción de ángulo y arrastre inducidos
Descripción
arrastre inducido
Pregunta clave: ¿Cómo se transforma el flujo ascendente aprovechado en menor costo aerodinámico?
arrastre inducido Un ave que vuela en la posición correcta respecto al ave que va delante puede colocarse dentro de ese flujo ascendente exterior del vórtice de punta de ala que esa ave delantera genera, y aprovecharlo para reducir el ángulo de ataque inducido que necesita para sostener su propia sustentación, y con él, reducir el arrastre inducido que ese ángulo de ataque le impone.
ID:4674
Grupo 5: Grupo 5: Costo energético y ahorro de potencia
Descripción
potencia requerida
Pregunta clave: ¿Cómo se traduce la reducción aerodinámica en ahorro energético y qué ocurre al perder la posición?
potencia requerida Este mismo mecanismo del vórtice de punta de ala es, precisamente, el que un ave seguidora pierde de golpe cuando una perturbación externa la saca de su posición correcta dentro de una formación de vuelo colectivo: el ahorro energético de entre un veinte y un treinta por ciento que la posición correcta le proporcionaba se convierte, en ese mismo instante, en un aumento de potencia requerida de esa misma magnitud, porque es exactamente el mismo flujo ascendente del vórtice de punta de ala el que deja de aprovechar. La física del vuelo en formación describe cómo la sola presencia de otras aves volando cerca modifica el campo de flujo aerodinámico del aire, y cómo un ave seguidora puede aprovechar esa modificación para reducir su propio costo energético de vuelo. El ahorro energético máximo que predice la teoría del vórtice de punta de ala, entre un veinte y un treinta por ciento respecto al costo energético de volar en cabeza, coincide con lo que estas mediciones directas de frecuencia cardíaca y frecuencia de batido efectivamente registran en pelícanos y en ibis eremita. El mecanismo central de este ahorro energético es el vórtice de punta de ala: toda ala que genera sustentación produce, en su propia punta, un vórtice de forma helicoidal, que contiene un flujo de aire ascendente en su parte exterior y un flujo de aire descendente en su parte interior.
ID:4675
Grupo 6: Grupo 6: Validación fisiológica y cinemática
Descripción
frecuencia cardíaca y frecuencia de batido
Pregunta clave: ¿Cómo se observa experimentalmente el ahorro energético en aves reales?
frecuencia cardíaca y frecuencia de batido Este ahorro energético en formación en V ha sido medido directamente en dos especies: en pelícanos, con cardiotacómetros implantados que registran la frecuencia cardíaca, y en el ibis eremita, con GPS de alta precisión y acelerómetros que registran la trayectoria y la frecuencia de batido. El ahorro energético máximo que predice la teoría del vórtice de punta de ala, entre un veinte y un treinta por ciento respecto al costo energético de volar en cabeza, coincide con lo que estas mediciones directas de frecuencia cardíaca y frecuencia de batido efectivamente registran en pelícanos y en ibis eremita. En ambos casos, los individuos que vuelan en posición de formación —dentro del flujo ascendente del ave que va delante— muestran una frecuencia cardíaca y una frecuencia de batido significativamente menores que los individuos que van a la cabeza de la formación. Este mismo mecanismo del vórtice de punta de ala es, precisamente, el que un ave seguidora pierde de golpe cuando una perturbación externa la saca de su posición correcta dentro de una formación de vuelo colectivo: el ahorro energético de entre un veinte y un treinta por ciento que la posición correcta le proporcionaba se convierte, en ese mismo instante, en un aumento de potencia requerida de esa misma magnitud, porque es exactamente el mismo flujo ascendente del vórtice de punta de ala el que deja de aprovechar.
ID:4676