¿Cómo reconocer el winglet horizontal en el diseño de Horten, o el planeador experimental en este video?

No se puede desde la forma en planta solo.

Primero, los winglets no son un dispositivo mágico. Llamar al ala con distribución de sustentación en forma de campana uno con alerones horizontales intenta aprovechar la mística que el marketing de la NASA ha creado en torno al alerón. Pero la física detrás de esto es bastante mundana y el empuje que crea el ala exterior es un poco de compensación por las mayores pérdidas en la mitad del tramo debido a un fuerte gradiente de elevación en el tramo.

A continuación, todas las alas crean empuje si lo define con suficiente precisión. Esto proviene de la fuerza de succión en el lado superior delantero de la superficie aerodinámica y se denomina empuje del borde de ataque .

La resistencia inducida es la inclinación hacia atrás de las fuerzas aerodinámicas y es causada por la creación de sustentación. La menor cantidad de arrastre para una determinada cantidad de sustentación y envergadura se puede lograr con la distribución elíptica sobre la envergadura. La distribución en forma de campana crea más resistencia para la misma sustentación y envergadura, ya que tiene gradientes de sustentación más altos a lo largo de la envergadura en la mitad de la envergadura.

¿Qué es lo que hace que el final de esta ala sea un ala?

Esta es una cuestión de definición. La llamada área de aletas es donde las puntas de las alas tienen poca sustentación positiva o incluso negativa. Como en un winglet, esto le da a la sustentación local un componente de avance que funciona como lo opuesto a la resistencia inducida. Llámelo empuje inducido, si quiere: esto es lo que es común a los winglets y la punta del ala cargada negativamente. Eso, a su vez, es causado por el giro del ala y la desviación de la superficie de control local. No puede ver desde la vista superior cómo se distribuye la sustentación en el tramo.

Pero la distribución de ascensores en forma de campana tiene algunas ventajas interesantes:

• Dado que la mayor parte de la sustentación se crea cerca de la raíz del ala, el momento de flexión del larguero se puede mantener bajo para una determinada cantidad de sustentación. Esto permite una estructura de ala ligera y es especialmente importante para aviones grandes .
• Con la desviación del alerón, la distribución de sustentación en el ala ascendente se vuelve casi elíptica, mientras que la del ala descendente empeora aún más, aumentando significativamente la resistencia inducida allí. Esto reduce la guiñada adversa de tal manera que no se necesita una cola vertical.

Suena genial, ¿no?

En realidad no, no lo hace cuando miras más de cerca:

• Debido al bajo coeficiente de sustentación máxima de las alas voladoras, la superficie del ala de un ala voladora debe ser mucho más alta que la de una configuración convencional de la misma velocidad de aterrizaje donde la superficie de la cola permite el uso de poderosos flaps en el borde de fuga , elevando el peso del ala. y arrastre sustancialmente.
• La distribución de elevación en forma de campana es como volar todo el tiempo con los spoilers medio desplegados . La desviación del alerón retrae el alerón en el ala ascendente y lo extiende completamente en el ala descendente. Algo así como los alerones divididos del B-2. Creo que es mejor usar solo spoilers durante las maniobras. Además, las alas voladoras de Horten eran conocidas por su estabilidad direccional marginal, especialmente a alta velocidad cuando el barrido no ayudaba mucho. Era demasiado pequeño incluso para compensar el empuje asimétrico . Sería muy recomendable una aleta o una estabilización artificial añadida.

Tengo varias publicaciones y comentarios sarcásticos aquí que describen la función de los winglets precisamente como se describe en este video; es decir, aprovechan la circulación alrededor de la punta para generar empuje (como las velas de un barco, por lo que originalmente se les llamó "velas de punta"). Casi todas las descripciones hablan vagamente sobre cómo dan una reducción en la resistencia inducida. Esta es la primera vez en mucho tiempo que lo veo explicado tan claramente, y es genial verlo.

De todos modos, recordando que un winglet es una superficie voladora que genera empuje a partir de la circulación de la punta, lo que han hecho aquí es simplemente una extensión de punta plana con su incidencia establecida (más la nariz hacia abajo que una punta de ala normal) para explotar la misma circulación, algo así como antes en el movimiento circular del flujo (a las 9 en lugar de las 12 se podría decir). Esta ubicación parece generar un componente de empuje mucho más fuerte del vórtice que una aleta vertical, tan fuerte que es suficiente para cancelar por completo el aumento de la resistencia del alerón inferior cercano.

Esto significa que la eliminación de la guiñada adversa de esta manera, junto con el barrido hacia atrás que proporciona una tendencia natural a la intemperie, le permite eliminar por completo los timones.

Lidiar con el empuje asimétrico del motor es otro trabajo de los timones que no se aborda aquí y un avión multimotor aún necesitaría algún tipo de dispositivo de compensación de empuje asimétrico, pero además de eso, parece brillante.

Mirando la imagen del planeador, la orientación de las bisagras indica que los alerones deben proporcionar control direccional, reemplazando el timón y los alerones. El avión Horten original tenía spoilers para realizar el mismo papel que el timón en un diseño convencional.

Gran trabajo del equipo de la NASA y una forma interesante de pensar en 3 dimensiones.

Una mirada a la anatomía del ala de las aves muestra cómo disminuyen la elevación y aumentan la resistencia en el mismo lado: usando su "muñeca" para girar el borde de ataque de la punta del ala hacia abajo. Puedes hacerlo sacando el brazo y girando la muñeca. Los aviones convencionales necesitan timones para contrarrestar la "guiñada adversa" creada por el alerón que apunta hacia abajo (AOA más alto, sustentación más alta) en el lado opuesto del giro. Este es el turno "coordinado". Un spoiler en el mismo lado es más parecido a un pájaro y se puede encontrar en el venerable B52.

Pero antes de que nos deshagamos de nuestros estabilizadores verticales y timones, es muy importante estudiar el rendimiento del viento cruzado. Una aeronave diédrica se aleja del viento y es arrastrada lateralmente por una fuerte ráfaga. Un movimiento de "veleta" de la cola acelera el ala de sotavento, lo que ayuda a mitigar el balanceo. Las aves mitigan el balanceo del viento cruzado anulando las puntas de sus alas (nuevamente la muñeca).

Esta relación entre el diedro de la aeronave y los estabilizadores verticales se expresa en las discusiones sobre el "balanceo holandés" (estabilizador vertical demasiado pequeño) y la inestabilidad en espiral (demasiado grande). Esta puede ser la razón por la que el B52 redujo, pero no eliminó los suyos.

Tal vez probaron los winglets como parte de su iteración de diseño y luego decidieron dejarlos, o más bien doblarlos hacia abajo para obtener una mayor envergadura.

"Aleta horizontal" parece ser un término utilizado en los estudios de túnel de viento para indicar que "las aletas están dobladas hacia abajo" en lugar de aletas de 60 grados, etc.

La dificultad con estos "winglets horizontales" es que esencialmente tienes un ala diferente de la que empezaste, una con una envergadura más larga. Esto es como engañarte a ti mismo.

Entonces, no hay winglets en el diseño dado. Simplemente aumentaron la envergadura y lo llamaron "winglets horizontales", que es un nombre inapropiado.

Y también creo que su explicación con respecto al empuje creado por los winglets es incorrecta.

He disfrutado leyendo todas estas publicaciones.

Supongo que muchos han leído este documento, pero si no, uno puede disfrutarlo y encontrarlo útil aquí.

Un amigo compartió conmigo este Informe técnico de la NASA de 2016, y luego terminé en este hilo.

• Sobre las alas de la resistencia mínima inducida: implicaciones de la carga de expansión para aeronaves y aves. NASA/TP—2016–219072

Durante casi un siglo, la teoría de la línea de sustentación de Ludwig Prandtl sigue siendo una herramienta estándar para comprender y analizar las alas de los aviones. La herramienta, dijo Prandtl, apunta inicialmente a la carga ensanchada elíptica como la opción de ala más eficiente, y también se ha convertido en el estándar en la aviación. Al no tener otro modelo, los investigadores aviares han utilizado la carga elíptica prácticamente desde su introducción. Sin embargo, durante el último medio siglo, la investigación sobre el vuelo de las aves ha generado datos cada vez más incongruentes con la carga elíptica. En 1933, Prandtl publicó un artículo poco conocido que presentaba una carga de luz superior: cualquier otra solución produce una mayor resistencia. Argumentamos que este segundo spanload es el modelo correcto para los datos de vuelo de las aves. Con base en la investigación, presentamos una teoría unificadora para lograr una eficiencia superior y un control coordinado en una sola solución. Específicamente, El segundo tramo de Prandtl ofrece la única solución a tres aspectos del vuelo de las aves: cómo las aves pueden girar y maniobrar sin una cola vertical; por qué las aves vuelan en formación con las puntas de las alas superpuestas; y por qué las puntas de las alas angostas no provocan la pérdida de la punta del ala. Realizamos una investigación utilizando dos aviones experimentales diseñados de acuerdo con los fundamentos del segundo artículo de Prandtl, pero aplicando desarrollos recientes, para validar los diversos potenciales del nuevo spanload, a saber: como una alternativa para los investigadores aviares, para demostrar el concepto de guiñada probada. , y ofrecer un nuevo método de control y eficiencia de aeronaves. y por qué las puntas de las alas angostas no provocan la pérdida de la punta del ala. Realizamos una investigación utilizando dos aviones experimentales diseñados de acuerdo con los fundamentos del segundo artículo de Prandtl, pero aplicando desarrollos recientes, para validar los diversos potenciales del nuevo spanload, a saber: como una alternativa para los investigadores aviares, para demostrar el concepto de guiñada probada. , y ofrecer un nuevo método de control y eficiencia de aeronaves. y por qué las puntas de las alas angostas no provocan la pérdida de la punta del ala. Realizamos una investigación utilizando dos aviones experimentales diseñados de acuerdo con los fundamentos del segundo artículo de Prandtl, pero aplicando desarrollos recientes, para validar los diversos potenciales del nuevo spanload, a saber: como una alternativa para los investigadores aviares, para demostrar el concepto de guiñada probada. , y ofrecer un nuevo método de control y eficiencia de aeronaves.