Arrastre subsónico de narices romas: ¿por qué una elipse completa?

A velocidades subsónicas, las narices romas, tanto del fuselaje como del perfil aerodinámico, son buenas por dos razones:

  1. la necesidad de mantener el flujo adjunto en diferentes ángulos de ataque.
  2. tiene menos superficie para el volumen, reduciendo la fricción de la piel.

arriba: cero AoA/crucero, abajo: max AoA para aterrizaje/despegue - 20-30 grados

ARRIBA: 0 AoA/Crucero | ABAJO: AoA extremo, 20-30 grados, despegue/aterrizaje

Si el flujo de aire tuviera que fluir sobre una cresta/punto en el escenario 2, en lugar de la curva suave, la separación del flujo sería más probable.

Pero las cosas no parecen cuadrar.

En primer lugar, no es como la mayoría de los aviones, en particular los aviones comerciales, vuelan en AoA más allá de 20-30 grados. Al menos no sin dispositivos de alta elevación. ¿Estoy en lo correcto? ¡Pero en la punta redondeada, hay superficies que se curvan suavemente desde 90 grados! Esto me parece un aumento inútil en la resistencia de crucero.

En segundo lugar, ¿por qué empujar una cara roma delante de usted solo para aumentar un poco el volumen, donde puede usar una curva que termina en un punto/cresta, como se demostrará a continuación? Si la relación entre el área de la superficie y el volumen se vuelve tan importante, podemos sacrificar la relación de finura y aún así tener menos resistencia, ya que la nueva punta crea menos resistencia, ¿verdad?

¿Limitar la curvatura al límite máximo de AoA para la aeronave y luego terminar en un punto, como en la imagen a continuación, no mantendría el flujo adjunto en todo el rango esperado de AoA, mientras produce menos resistencia? En el AoA máximo, el flujo sobre la parte superior de la forma no encuentra "cresta" o "punto", ya que es paralelo al medio ángulo en la nariz.

la nariz ahora se modifica para que llegue a un punto, con el medio ángulo máximo en la nariz limitado al AoA máximo esperado para la aeronave (¿20-30 grados?)

ARRIBA: se crea menos resistencia en el crucero | ABAJO: El flujo permanece adherido en condiciones extremas de AoA.

¿Qué me estoy perdiendo de la nariz afilada? ¿Cómo y cuánto perjudica el rendimiento? ¿Por qué, después de todo lo que aparentemente se muestra en la pregunta, es que, aparte del radar, los aviones grandes tienen narices redondas?

En resumen: afirmo que una nariz elíptica con la punta en un triángulo o cono de 20-30 grados de medio ángulo debería ser mejor que una elipse pura para aviones subsónicos. ¿Por qué estoy equivocado?

¿Responde esto a tu pregunta? ¿Por qué/cuándo es mejor la nariz roma?
No, no lo hace. Vine aquí después de leerlo.
Una cresta en el borde de ataque es una idea terrible para el vuelo subsónico. Así es como la formación de hielo mata a los aviones.

Respuestas (2)

Lo que te falta es succión en esa punta redonda que agrega algo de empuje.

Por supuesto, alrededor de ese punto de estancamiento hay una región de presión que también actúa sobre una superficie orientada hacia adelante, creando así resistencia. Pero esa región es pequeña. Gracias a la curvatura de la forma elíptica de la nariz, el aire sale rápidamente de esta región de alta presión. Para seguir la superficie curva, la presión tiene que caer por debajo de la ambiental en un área todavía algo orientada hacia adelante para que el aire empuje activamente la nariz hacia adelante. No se puede esperar tal succión en el contorno recto de una nariz puntiaguda en forma de cono.

La siguiente gráfica solo muestra un perfil aerodinámico, pero el flujo alrededor de una nariz elíptica es bastante similar.

Eppler 502 mod a 3° ángulo de ataque

Gráfico de CPV de XFOIL, que muestra la presión local como flechas. La succión apunta hacia afuera, la presión hacia el contorno. La longitud denota la diferencia con la presión ambiental.

¿Qué muestra ese diagrama: presión o gradiente de presión?
@ABJX Presión. La succión apunta hacia afuera, la presión hacia el contorno. La longitud denota la diferencia con la presión ambiental.
guau... presión negativa incluso en el fondo...
¿Qué es esa cosa parecida a una nariz caída en la nariz?
@ABJX: Eso es solo un montón de puntas de flecha. Se escalan con la longitud de la flecha (sería difícil hacerlo de otra manera). El perfil aerodinámico tiene un contorno regular. Y sí, la succión en la parte inferior del efecto de desplazamiento es completamente normal en ángulos de ataque más bajos.
pero eso es una locura para mí, me refiero a esa gran diferencia de presión entre la parte superior e inferior de la nariz. ¿Podrías mostrarme de alguna manera ese foil pero con AoA negativo, solo para tener una mejor idea de la situación?

Hay un punto de estancamiento en la nariz, donde el flujo de aire se separa a su alrededor. A medida que cambia la actitud de la aeronave, reduce la resistencia si este punto de estancamiento puede moverse. Técnicamente, la explicación de esto es un problema de flujo tridimensional, que es difícil de analizar. Intuitivamente, el aire "quiere" fluir de la manera más eficiente y fijar el punto de estancamiento evita eso. Hay un aumento de presión en el lado del punto que mira hacia el flujo entrante; el aire tiene que girar con más fuerza para evitarlo por ese lado, y eso aumenta la presión local. Esto también es desestabilizador, por lo que las superficies de cola tienen que ser más grandes. Una nariz redonda permite que el punto de estancamiento se mueva, lo que a su vez permite que el aire encuentre la ruta de menor resistencia.

Además, extender la nariz usa más material, lo que aumenta la resistencia, el peso y el costo de la piel.

Habiendo dicho todo eso, estos efectos son pequeños o triviales y muchos aviones han tenido narices puntiagudas, o puntas giratorias puntiagudas, y no han sufrido indebidamente.

pero ¿por qué el punto de estancamiento tiene que moverse para reducir la alta resistencia del AoA? además, la extensión se puede usar para almacenar cosas, y seguramente la forma puntiaguda reduce la presión de arrastre.
OK, he agregado un poco más de detalle.
Bien. En su propia respuesta dice que algunos aviones han tenido narices puntiagudas sin daño. Y ahora que entiendo lo que dices con el punto de estancamiento en movimiento, aún parecería que la reducción de la resistencia en ángulo no sería significativa. Además, ¿qué pasa con los perfiles aerodinámicos? Esto también lo preguntaba. Aunque gracias por la respuesta :)
Espere, acabo de notar: "Hay un punto de estancamiento en la nariz, donde el flujo de aire se separa a su alrededor", ¿por qué se separa el flujo de aire, especialmente porque el flujo sobre el lado de baja presión no gira en absoluto sobre la punta afilada en la alta? - ¿Escenario AoA mostrado arriba?
El flujo de aire se separa a su alrededor, no de él. Hay una diferencia.
Arrastre subsónico de narices romas: ¿por qué una elipse completa?
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