¿Cómo calculo el centro de elevación?

El centro de sustentación (CoL) de todo el avión es la suma de las fuerzas de sustentación del ala, el fuselaje y el estabilizador horizontal. El ala tiene la mayor contribución a la sustentación, por supuesto.

La figura de arriba es de Torenbeek, Synthesis of Subsonic Airplane Design, y muestra cómo construir la cuerda aerodinámica media de un ala en flecha. El CoL de un ala subsónica se toma al 25% del MAC en la fase de diseño previo; esta respuesta proporciona información más detallada.

La imagen de arriba de esta respuesta muestra la relación entre el CoL, el centro de gravedad y la sustentación/fuerza descendente del plano de cola: es una ecuación de momentos sobre el CoG.

La flecha en dC$_{NW}$es la elevación del ala, dC$_N$la sustentación compuesta del avión, y en dC$_{Nh}$el elevador del plano de cola. Lo cual puede ser positivo en crucero, sin embargo, en el despegue, el estabilizador deberá generar una carga aerodinámica, desplazando el punto de equilibrio de sustentación del avión hacia adelante (todavía se puede suponer que la sustentación del ala está al 25% MAC en esta etapa de su diseño).

Si el CoL del avión completo está frente al CoG, la nariz del avión se inclinará hacia arriba.

Mi pregunta es, ¿dónde, precisamente, aplico la fuerza de sustentación?

He leído esto [3] que dice que tiene una cuarta parte de la longitud de la cuerda.

La idea de que la fuerza de sustentación actúa en el punto de un cuarto de cuerda 1) es solo una convención y 2) solo es válida si también especifica un momento de cabeceo aerodinámico, que compensa el lugar donde actúa efectivamente la fuerza de sustentación .

Una excepción es el caso de un perfil aerodinámico completamente simétrico (es decir, un perfil aerodinámico sin camber), en cuyo caso la fuerza de sustentación actúa muy cerca del punto de un cuarto de cuerda, sin considerar un momento de cabeceo aerodinámico adicional.

Si el avión que está modelando tiene una superficie aerodinámica combada, entonces no puede elegir un solo punto donde la fuerza de sustentación actúe de manera efectiva. El centro de elevación se mueve hacia adelante a medida que aumenta el ángulo de ataque y se mueve hacia atrás a medida que disminuye el ángulo de ataque. Este efecto desestabilizador es la razón por la que la mayoría de los aviones necesitan colas.

En el aire, en un vuelo de estado estable a una velocidad dada, las 4 fuerzas del vuelo están en equilibrio. Por lo tanto, podría ser más fácil trabajar esto al revés.

para un momento de cabeceo cero, el centro de todas las fuerzas de elevación están directamente en el centro de gravedad

Esto incluye las contribuciones de sustentación de todas las partes del avión y el vector de empuje. A partir de su modelado, comience con el ala y la cola. La pista es "fuerza del ascensor ENCENDIDA".

La clave es encontrar el gráfico Cm del ala que está utilizando. Comenzando con su diseño de ala de "barra de caramelo" recta, elija un perfil aerodinámico para determinar la fuerza de elevación requerida para una ubicación dada del centro de gravedad . Cm te informa sobre la estabilidad del ala en varios ángulos de ataque comparando el centro de presión con el centro aerodinámico , y es estable en valores negativos. Puede variar con AoA.

Los momentos de cabeceo del centro de presión del ala en relación con el centro de gravedad deben equilibrarse con el elevador.

La ubicación del centro de gravedad será importante más adelante a medida que modele la estabilidad de cabeceo. En otras palabras, ¿quieres que tu aeronave requiera control por computadora como un avión de combate o que sea estable como una roca como un avión de carga?