¿Cómo ayuda la retracción de los flaps a prolongar el planeo de un avión?

Algunas respuestas suponen que levantar flaps reduce la sustentación.

Eso está mal.*

Todo lo que hace es aumentar el ángulo de ataque, hasta que el cambio en la posición de los flaps es tan severo que el avión entra en pérdida. Solo entonces el avión perderá sustentación. Con una configuración de flaps más pequeña, el ajuste de cabeceo cambia y el avión se inclina un poco para mantener la sustentación constante. Si el piloto (automático) no corrige el ajuste de cabeceo para la nueva configuración de flaps, el avión se asentará a una nueva velocidad más alta. Aquí, sin embargo, podemos estar seguros de que el piloto automático mantuvo la velocidad constante (solo se desconectó a 150 pies y luego el copiloto tomó el control. ¡Ciertamente no se sumergió para ganar velocidad a esta altitud!).

Sin embargo, levantar las aletas reduce la resistencia. Vea a continuación para el A320; con un B777 el resultado no será muy diferente.

A320 polar con 3 ajustes de solapa diferentes ( fuente de la imagen )

Suponga que el avión vuela con un coeficiente de sustentación de 1,2 con flaps a 35°. Elevándolos a la siguiente configuración de 22,5° moverá el punto de operación horizontalmente hacia adelante a la curva polar de 22,5°. Aquí el avión vuela con la misma sustentación, pero con un coeficiente de arrastre menor.

Retraer completamente los flaps no permitirá que se mantenga en este coeficiente de sustentación porque la polar de referencia se detiene por debajo de un coeficiente de sustentación de 0,9. El avión se detendrá y necesita acelerar para seguir volando. Solo entonces el avión tendrá que tomar velocidad.

Recuerdo dos ocasiones en las que me pasó eso y levantar las solapas me salvó el trasero:

1. Aterrizando en un campo que resultó ser un campo de espárragos en corto final. ¡Puaj! Mala preparación: desde más arriba, el campo se veía bien, uniforme y liso sin vegetación. Al acercarme vi las hileras de tierra debajo de las cuales crecen los espárragos (ver aquí una imagen de cómo se ve esto). Volando un ASW-20C y con los flaps en "L", los cambié de nuevo a "4" e hice un giro de 90° a un campo adyacente diferente. Había jugado antes con los flaps en altura, así que sabía que cambiar entre "L" y "4" no afectaba a la altitud.
2. Aterrizando el SB-8 en un aeródromo desconocido que se encuentra en una colina. Aterrizar contra el viento significa volar a través del lado de sotavento de la colina durante la aproximación, pero no mantuve un margen para la corriente descendente, sino que comencé definitivamente a una altitud apropiada para un aeródromo normal sin corriente descendente. Rápidamente me di cuenta de lo que estaba pasando y cambié los flaps de +8° a 0° sin cambiar la velocidad y también retraje la rueda nuevamente. Acabo de hacerlo. Cuando salí del avión, alguien se acercó con una gran sonrisa y me reveló que solo una semana antes, otro piloto (que no estaba tan familiarizado con el aeródromo como yo) había aterrizado su planeador en los arbustos que marcan el perímetro del aeródromo. . Por supuesto, también probé el efecto de diferentes configuraciones de flaps en altitud cuando me familiaricé con el SB-8.

* Dado que esta declaración eleva la presión arterial en otros, déjame explicarte. Solo publiqué aquí después de una respuesta después de que la siguiente repitiera este meme. Ahora algunos autores han editado y mejorado su respuesta. ¿Habría sucedido eso sin palabras claras? Juzga por ti mismo.

Ahora al tema de la pérdida de sustentación: cuando los flaps se mueven hacia arriba (lentamente), la fuerza de sustentación disminuye solo un poquito. El avión comienza a hundirse, lo que aumenta inmediatamente el ángulo de ataque y pone fin a cualquier pérdida de sustentación adicional. Liftforce se restaura inmediatamente a su valor anterior. Es por eso que simplifiqué este proceso y dije que no hay pérdida de sustentación, porque efectivamente no la hay.

Luego, el cambio en los momentos de cabeceo debido al movimiento de los flaps permite que la aeronave se incline hacia abajo a menos que el piloto o el piloto automático vuelvan a ajustar para la nueva configuración de flaps. Este es un proceso mucho más lento porque implica una rotación del avión y su aceleración longitudinal.

Se trata de la velocidad del aire. Los flaps aumentan tanto la sustentación como la resistencia. A cualquier velocidad aerodinámica dada, un aumento en la extensión de los flaps aumentará la cantidad de resistencia que se crea. Para mantener esa velocidad dada, se debe aumentar el ángulo de trayectoria de planeo del avión. Cuanto mayor sea el ángulo de la trayectoria de planeo, más altitud se perderá en una distancia determinada. Bajo un cierto nivel de potencia, el aumento de resistencia causado por los flaps hace que sea imposible mantener la velocidad aerodinámica necesaria para mantener la fuerza de sustentación lo suficientemente alta como para mantener el vuelo sin aumentar el ángulo de descenso.

La retracción de los flaps provocará una caída inmediata de la sustentación y un aumento gradual correspondiente de la velocidad aerodinámica. Dada la altitud suficiente, el alcance aumentado debido a la trayectoria de planeo menos profunda de la aeronave puede compensar con creces la pérdida de altitud causada por la pérdida de sustentación.

¿Cómo ayuda la retracción de los flaps a prolongar el planeo de un avión?

Porque la relación entre el coeficiente de sustentación y el coeficiente de arrastre dicta la relación de planeo que se puede lograr en cualquier ángulo de ataque dado o en cualquier velocidad aerodinámica dada.

De hecho, en aire en calma, la relación de planeo es exactamente la misma que la relación entre el coeficiente de sustentación y el coeficiente de arrastre.

(Con viento de frente, la relación de planeo se vuelve más baja que la relación Cl/Cd, y con viento de cola, la relación de planeo se vuelve más alta que la relación Cl/Cd).

Los flaps extendidos aumentan el coeficiente de sustentación en cualquier ángulo de ataque dado, lo que ayuda a la tasa de planeo en ese ángulo de ataque, pero los flaps extendidos también aumentan el coeficiente de arrastre en cualquier ángulo de ataque dado, lo que perjudica la tasa de planeo en ese ángulo de ataque. ¹ El último efecto generalmente "gana", por lo que la mejor relación de planeo posible generalmente se logra con flaps arriba. Pero sigue leyendo para obtener una visión más matizada:

Si la velocidad del aire es libre de variar según sea necesario para optimizar la relación de planeo, entonces podemos decir que solo una configuración de flaps, generalmente completamente retraída, producirá la relación máxima entre el coeficiente de sustentación y el coeficiente de arrastre. Por supuesto, si somos más lentos que la velocidad aerodinámica de mejor planeo para esa configuración, sufriremos una pérdida de altitud adicional a medida que aceleramos a esa velocidad aerodinámica, pero para un planeo largo valdrá la pena a largo plazo, como se indica en otra respuesta

(Mientras aceleramos, no estamos en una condición de estado estable, y ya no es cierto que la relación de planeo a través de la masa de aire sea exactamente igual a la relación Cl/Cd. Es peor, ya que convertimos parte de nuestra altitud Si la distancia restante para planear es bastante corta, puede que no valga la pena permitir que la aeronave acelere mucho, al menos en el caso de una aeronave grande y pesada.)

Si la velocidad aerodinámica está restringida a estar muy por debajo de algún valor que está por debajo del valor óptimo para obtener el planeo más plano posible, aún podemos decir que solo una configuración de flaps dará la relación máxima entre el coeficiente de sustentación y el coeficiente de arrastre a la velocidad aerodinámica actual, dando la tasa de planeo máxima que es posible a esa velocidad aerodinámica. Por lo general, la configuración óptima de los flaps en tal caso sería que los flaps estuvieran ligeramente extendidos.

Como sugirió un comentario de otro colaborador, consulte la Sección 15.2.3 del excelente sitio web "Vea cómo vuela" para ver un ejemplo bastante dramático de retracción de flaps para extender el planeo, aunque la velocidad inicial era bastante lenta y la aeronave necesitaba acelerar. mucho para alcanzar la velocidad de planeo óptima para la configuración limpia. Por supuesto, algunas de las dinámicas involucradas en intentar ejecutar una serie similar de maniobras en un avión muy grande y pesado habrían sido significativamente diferentes, especialmente la penalización de altitud asociada con la aceleración a la mejor velocidad de planeo para la configuración "limpia".

Como ha señalado otra respuesta, no siempre es necesario acelerar a una velocidad aerodinámica más alta para lograr alguna mejora en la relación de planeo al hacer alguna reducción en la configuración de los flaps. Recuerde, levantar los flaps reduce el coeficiente de sustentación asociado con cualquier ángulo de ataque dado . Si elevamos los flaps pero también aumentamos el ángulo de ataque según sea necesario para mantener constante la velocidad aerodinámica, el coeficiente de sustentación permanece esencialmente igual. ²Que la tasa de planeo mejore o se reduzca elevando los flaps sin cambiar la velocidad aerodinámica, depende de si la aeronave tiene un coeficiente de arrastre más alto en la configuración limpia con el ángulo de ataque más alto o en la configuración "sucia" con el ángulo de ataque más bajo. ángulo de ataque. En otras palabras, si la relación de Cl/Cd para esa velocidad dada aumenta o disminuye elevando los flaps mientras aumenta el ángulo de ataque. En otras palabras, si el coeficiente de resistencia aerodinámica para esa velocidad aerodinámica determinada disminuye o aumenta elevando los flaps mientras aumenta el ángulo de ataque. A menos que la aeronave esté colgando del borde de una pérdida, cada vez que se haya desplegado una cantidad considerable de flaps, algunosLa cantidad de reducción en el ajuste de los flaps generalmente (de forma segura) proporcionará alguna mejora en la relación de planeo, incluso si la velocidad aerodinámica no aumenta. ³ Por lo tanto, dependiendo de la situación específica en cuestión, incluido si la aeronave es grande o pequeña, y la distancia que queda por cubrir en el planeo, la mejor estrategia para un piloto que necesita extender su rango de vuelo puede variar desde una reducción modesta en flaps con poco o ningún aumento en la velocidad aerodinámica, hasta una mayor retracción en los flaps junto con un modesto aumento en la velocidad aerodinámica, para "limpiar" completamente el ala mientras permite que la aeronave acelere hasta alcanzar la velocidad aerodinámica con la mejor relación de planeo para el Configuración "limpia".Cada "escalada" sucesiva en la estrategia otorga más altitud para acelerar la aeronave, pero finalmente lleva la aeronave a un ángulo de planeo más plano.

Por supuesto, obtenemos "lo mejor de todos los mundos posibles" si la aeronave tiene una cantidad sustancial de flaps desplegados, pero ya está viajando a una velocidad aerodinámica que está muy por encima de la velocidad para la mejor tasa de planeo para esa configuración. Este fue probablemente el caso en el video adjunto a la pregunta.Ahora podemos retraer los flaps según sea necesario para dar la mejor relación de planeo posible para la velocidad aerodinámica actual, sin sacrificar ninguna altitud adicional para acelerar. Una vez que hayamos llegado a este punto, si la distancia restante para planear es lo suficientemente grande, entonces se pueden justificar pasos adicionales a lo largo de la "cadena de escalada" descrita anteriormente, para que la aeronave tenga una configuración aún más limpia a una velocidad aerodinámica aún mayor. Obviamente, en el caso del video, la distancia restante para planear era demasiado corta (es decir, la altitud de la aeronave era demasiado baja) para que valiera la pena bucear para acelerar a la velocidad aerodinámica de mejor planeo para una configuración limpia o casi limpia, incluso si aterrizar en tal configuración fuera de alguna manera factible.

Notas al pie--

1-- Tenga en cuenta que una descripción de lo que sucede con el coeficiente de sustentación y la fuerza de sustentación cuando retraemos los flaps mientras mantenemos la velocidad aerodinámica en lugar de la constante del ángulo de ataque sería bastante diferente; consulte la siguiente nota al pie. En la práctica real, un piloto rara vez tendría alguna razón para tratar de mantener constante el ángulo de ataque mientras retrae los flaps. En la práctica, él (o el piloto automático) generalmente mantendrá constante la velocidad del aire, o permitirá que cambie solo de manera suave y gradual (¡pero vea la anécdota "Vea cómo vuela" para una excepción dramática!) los flaps aumentan tanto el coeficiente de sustentación como el coeficiente de arrastre que se obtienen en cualquier ángulo de ataque dado. Tenga en cuenta también que mientras que en muchas aeronaves, retraer los flaps disminuye el recortecoeficiente de sustentación, lo que significa que la aeronave tiende a llegar al equilibrio a una velocidad aérea más alta si el piloto (o el piloto automático) no realiza entradas de control de cabeceo para compensar, es cierto que en algunas aeronaves, retraer los flaps en realidad aumenta el coeficiente de sustentación recortado, lo que significa que la aeronave en realidad tiende a llegar al equilibrio a una velocidad aerodinámica más baja si el piloto (o el piloto automático) no realiza entradas de control de cabeceo para compensar. Esto último solo puede ocurrir si la retracción de los flaps cambia el equilibrio de los pares de cabeceo en la aeronave de una manera que aumenta significativamente el ángulo de ataque trimado. La cuestión del efecto de la retracción de los flaps sobre el coeficiente de sustentación recortado es fundamentalmente diferente de la cuestión del efecto de la retracción de los flaps sobre el coeficiente de sustentación en cualquierángulo de ataque dado . Si el piloto está volando manualmente la aeronave para mantener una velocidad aerodinámica dada, o el piloto automático mantiene una velocidad aerodinámica determinada, entonces el efecto de la retracción de los flaps en elcoeficiente de sustentación ajustado es irrelevante. En cualquier caso, en el caso particular que nos ocupa, no hay razón para suponer que el ángulo de ataque se mantuvo constante mientras se retraían los flaps, por lo que nada en esta respuesta pretende sugerir que el coeficiente de sustentación real logrado se redujo como las aletas estaban retraídas. Del comportamiento de la aeronave podemos ver que el coeficiente de sustentación debe haberse mantenido casi constante, lo que significa que el ángulo de ataque debe haber aumentado a medida que se retraían los flaps.

2-- Hablando técnicamente, si cambiamos la configuración de los flaps y variamos el ángulo de ataque según sea necesario para mantener la velocidad aerodinámica constante, sin cambiar el empuje, el coeficiente de sustentación no permanece exactamente constante . Si se aumenta el ángulo de planeo, entonces el vector de sustentación y el coeficiente de sustentación también se incrementaron muy levemente , y si el ángulo de planeo se reduce, entonces el vector de sustentación y el coeficiente de sustentación también se redujeron muy levemente , debido a las relaciones cubiertas en el primer enlace a continuación. Pero es una buena primera aproximación decir que el coeficiente de sustentación y la fuerza de sustentación se mantienen constantes para todos los propósitos prácticos, ya que variamos la configuración de los flaps y también variamos el ángulo de ataque según sea necesario para mantener constante la velocidad aerodinámica.

3-- De hecho, el diagrama adjunto a la respuesta relacionada ¿ Cómo retraer los flaps ayuda a extender el planeo de un avión? sugiere que NO hay velocidad aerodinámica cuando se retraen los flaps a una configuración más baja mientras se ajusta el ángulo de ataque según sea necesario para mantener constante la velocidad aerodinámicano disminuiría el coeficiente de arrastre y mejoraría la relación de planeo, excepto en los casos en que eso llevaría a una parte "fuera del gráfico" del gráfico, lo que presumiblemente indica una pérdida. (Ejemplo: retraer los flaps de 25 grados a 0 grados mientras se vuela con un coeficiente de sustentación de 1,2 sacaría el ala "del final" de la curva de flaps de 0 grados). En otras palabras, ninguna de las curvas se cruza. Tal vez esto no sería cierto si se incluyera una curva que representa, digamos, un despliegue de flaps de 10 grados; parece probable que haya una velocidad aerodinámica muy por debajo de la mejor velocidad aerodinámica L/D para el ala limpia, pero por encima de la velocidad de pérdida para el ala limpia. ala, donde se logra un menor coeficiente de arrastre y una mejor tasa de planeo con una pequeña cantidad de flaps desplegados que con el ala limpia.

Aquí hay algunas otras preguntas y respuestas relacionadas con ASE:

(A) ¿Qué produce empuje a lo largo de la línea de vuelo en un planeador?

(Q) Mejor deslizamiento con flaps T/O en DA20-A1 (ver todas las respuestas)

(P) ¿Los flaps negativos aumentan la tasa de planeo? (ver todas las respuestas)

La respuesta corta es: los flaps aumentan la sustentación, pero aumentan la resistencia más que la sustentación. Por lo tanto, es mejor retraerlos y lanzarse en picado para ganar velocidad aerodinámica, luego subir a un picado menos profundo para mantener esa velocidad o ajustar la aeronave a un ángulo de ataque más alto, hasta que sus alas produzcan suficiente sustentación.

EDITAR: En el caso del BA 38, las aletas no se retrajeron por completo, solo se elevaron de 30 a 25 grados. Y no se sumergieron, como dijo Pedro. No sé por qué se hizo esto, pero algunos aviones vuelan mejor a menor velocidad, con los flaps ligeramente hacia abajo, que a alta velocidad con los flaps hacia arriba.

La posición de los flaps afecta más que solo los flaps. Está vinculado a todo, desde listones hasta advertencias del tren de aterrizaje. Los aviones tienen una posición de arrastre reducida que se utiliza en una aproximación frustrada o frustrada.

Puede que no sea posible retraer completamente los flaps debido al tiempo y la pérdida de sistemas. Retraer los flaps más allá del ajuste inicial normalmente también retraerá los slats o los dispositivos de borde de ataque, lo que puede tener un impacto significativo en la velocidad de pérdida.

En los aviones modernos con pantallas electrónicas, las velocidades mínimas serán evidentes por las indicaciones que aparecen en la cinta de velocidad aerodinámica. En aviones analógicos más antiguos, colocamos pequeños "errores" de plástico alrededor del indicador de velocidad aerodinámica para proporcionar las velocidades relevantes para la retracción.

Si la aeronave vuela a una velocidad superior a la velocidad mínima de hundimiento o la velocidad de "mejor planeo" o de "descenso", será necesario reducir la velocidad a una velocidad permitida por la configuración de la aeronave, sin que sea demasiado lenta.

En la mayoría de los aviones grandes, elevar el tren de aterrizaje (para reducir la resistencia) en realidad aumenta la resistencia durante la retracción, debido al movimiento de las puertas del tren. Mover flaps, la única otra opción, está limitado por la altitud, la velocidad, el peso, etc.

Si un motor falla en la aproximación final, por lo general se requiere una retracción de flaps a la configuración de motor y al aire, pero no mucho más.