¿Cómo varía el ángulo de ataque en los giros?

Solo para evitar cierta confusión que siento en tu pregunta:

¡No es así!

Es decir, no sucede por sí mismo. El piloto o piloto automático debe cabecear activamente (y posiblemente hacer otros ajustes, por ejemplo, aumentar el empuje). Sin control activo, el ángulo de ataque permanecerá más o menos igual (inicialmente), y el avión comenzará a descender si entra en un giro, porque la sustentación se vuelve insuficiente para un vuelo nivelado (ver imágenes en otras respuestas).

El avión gira para cambiar su vector de velocidad. El valor absoluto del vector permanece igual, pero su dirección cambia. Se necesita una fuerza para cambiar la dirección del movimiento de cualquier masa, y el ala se usa para proporcionar esta fuerza además de la fuerza de sustentación. Esta es la razón por la cual la sustentación aumenta en un giro.

Para girar, la aeronave necesita agregar una fuerza en la dirección del vector rojo en el dibujo de arriba. Esto puede hacerlo apuntando su nariz hacia la derecha, y luego el fuselaje creará una pequeña fuerza lateral, aunque a un alto precio en resistencia. O el avión usa su ala para proporcionar esta fuerza, que es una forma mucho más inteligente de crear la fuerza deseada porque el ala es, con mucho, el "generador de fuerza" más eficiente de un avión.

Tenga en cuenta que a medida que avanza el giro, el vector rojo apuntará en la dirección opuesta al vector de velocidad inicial (azul), lo que significa que la velocidad en la dirección inicial se reduce a cero cuando se completa un giro de 90°. La componente horizontal de la fuerza de sustentación acelera la aeronave en la nueva dirección deseada y la desacelera en la dirección anterior.

La sustentación se puede aumentar acelerando, volando en aire más denso o aumentando el ángulo de ataque. Las dos primeras opciones no son muy prácticas, por lo que es el cambio del ángulo de ataque lo que le da a la aeronave la sustentación adicional para girar. Este aumento del ángulo de ataque se controla tirando suavemente de la palanca hacia atrás, lo que reduce la sustentación en la cola horizontal para que la aeronave pueda cabecear.

Si necesita más fórmulas para calcular el cambio preciso del ángulo de ataque, mire esta respuesta para la mecánica de vuelo en vuelo inclinado y esta respuesta sobre cómo la sustentación depende del ángulo de ataque.

El AoA en un viraje será mayor que en un vuelo nivelado SI se mantiene la misma velocidad y nivel. La razón es que, en un giro, parte de la fuerza "hacia arriba" (en relación con el eje lateral) generada por el ala se usa para girar la aeronave, por lo que se necesita generar más sustentación para mantener la altitud. Para generar más sustentación a la misma velocidad, el ángulo de ataque debe aumentar.

Esta imagen lo ilustra muy bien: fuente: http://avstop.com/ac/flighttrainghandbook/forces.html

(considere el "Elevación total" frente al "Componente vertical de la elevación")

¿Cómo varía el ángulo de ataque en los giros?

Si bien muchas de las respuestas se centran en la necesidad de que el ángulo de ataque sea mayor en un giro que en un vuelo con las alas niveladas, si se va a mantener la altitud sin cambiar el ajuste de potencia (o alternativamente si se va a mantener la altitud). con mayor potencia pero sin cambios en la velocidad del aire), su pregunta parece ser sobre otra cosa.

Leí en alguna parte que cuando el avión se inclina para girar, su ángulo de ataque aumenta. Dado que el ángulo de ataque es el ángulo entre el viento relativo y la línea de cuerda, ¿cómo aumenta el giro? ¿Es porque el viento relativo ahora viene de una dirección diferente o porque el ala que va más alto se encuentra con el aire en un ángulo más alto?

Parece que tienes la impresión de que el ángulo de ataque tiende inherentemente a aumentar cuando entramos en un giro.

Por supuesto, al considerar esto, si esto es cierto y por qué, una pregunta importante es "¿está el piloto en el circuito, haciendo entradas de control de cabeceo según sea necesario para lograr algún objetivo determinado, como mantener la altitud sin cambiar el ajuste de empuje o potencia, o tal? como mantener tanto la velocidad aerodinámica como la altitud (lo que requerirá más empuje y potencia)?

Muchas de las otras respuestas a esta pregunta asumen que el piloto está en el bucle de control de cabeceo, manipulando los controles según sea necesario para lograr parámetros como los indicados anteriormente. En este caso, el ángulo de ataque generalmente será más alto en el giro que en el vuelo con las alas niveladas, por las razones que se dan en otras respuestas como esta .

Por supuesto, hay excepciones. He aquí un ejemplo de una situación en la que el ángulo de ataque idealmente no sería mayor al girar que al volar con las alas niveladas, incluso cuando el piloto está en el circuito de control de cabeceo: un planeador planea en una cresta débil pero suave y extendida. sustentación, volando en el ángulo de ataque que produce la tasa de caída mínima en vuelo lineal de estado estable. En este caso, siempre que la velocidad de alabeo se mantenga baja, sería una desventaja más que una ventaja aumentar el ángulo de ataque al entrar en un giro.

Pero en términos generales, especialmente en el contexto del vuelo motorizado, un piloto aumentará el ángulo de ataque al entrar en un giro. De hecho, si sabe que prefiere viajar en alguna otra dirección que no sea la que está tomando actualmente, en algunos casos puede querer hacer un pequeño ascenso de zoom mientras gira en la curva, para convertir algo de energía cinética en altitud y consigue que el giro se complete más rápido también.

Por otro lado, si asumimos que el piloto no está en el bucle de control de cabeceo, entonces su impresión de que el ángulo de ataque tiende a aumentar cuando entramos en un giro es errónea. Este es el por qué:

En primer lugar, vale la pena señalar que si comenzamos con la aeronave en una actitud de cabeceo con el morro hacia arriba en relación con la trayectoria de vuelo , es decir, un "ángulo de ataque del fuselaje" algo positivo, entonces cualquier movimiento de balanceo hacia un ángulo de alabeo más pronunciado convierte el ángulo de ataque en un ángulo de deslizamiento lateral , de modo que el ángulo de ataque tiende a disminuir. Esto sucede porque un avión generalmente rueda sobre su eje longitudinal, no sobre su vector de velocidad (vector de trayectoria de vuelo). Entonces, el ángulo de ataque tiende a disminuir, como si estuviéramos empujando la palanca de control hacia adelante, mientras aplicamos un poco de timón superior al mismo tiempo. Si esto es difícil de visualizar, imagine comenzar con un ángulo de ataque extremo, como 15 grados o más, y rodar hasta un ángulo de alabeo muy pronunciado. Dado que la dinámica de estabilidad de cabeceo natural de la aeronave está constantemente tratando de devolver la aeronave al ángulo de ataque "correcto" para la posición del elevador (con una advertencia que veremos a continuación), esta dinámica será más pronunciada cuando la velocidad de balanceo es muy alto y la dinámica de estabilidad de cabeceo de la aeronave es relajada, es decir, el centro de gravedad está tan atrás que proporciona una estabilidad de cabeceo casi neutral. no eres

Pero, ¿qué pasa si no comenzamos la maniobra en un "ángulo de ataque del fuselaje" alto y/o estamos rodando lo suficientemente lento como para que la dinámica anterior sea trivial? Por ejemplo, ¿qué pasa si estamos haciendo una entrada de giro típica en un avión ligero de aviación general, o quizás en un planeador? Resulta que si dejamos la palanca de control o el yugo en una posición fija de adelante hacia atrás mientras rodamos (o si permitimos que la palanca de control o el yugo "floten" en el asiento en el sentido de adelante y atrás y aplicamos sin presión hacia adelante o hacia atrás), todavía encontramos que el ángulo de ataque tiende a disminuir a medida que aumentamos el ángulo de alabeo. La razón de esto es que a medida que nos inclinamos, comenzamos a girar, y la trayectoria de vuelo curva en realidad crea una curvatura en el flujo de aire de flujo libre o viento relativo, que tiende a "empujar hacia arriba" el estabilizador horizontal y bajar la nariz. , o más precisamente, tiende a alterar el ángulo de ataque del estabilizador horizontal de una manera que hace que la aeronave pase a un ángulo de ataque más bajo en general, incluido un ángulo de ataque más bajo medido en el ala . Este efecto está relacionado con el ángulo de inclinación , no con la tasa de balanceo.

Una forma de ver este efecto de primera mano en algunas aeronaves es compensar para un vuelo nivelado con la bocina de pérdida apenas sonando, y luego aumentar el ángulo de alabeo sin ejercer ninguna presión hacia delante o hacia atrás en el yugo de control (o mientras se usa una abrazadera especial para mantener el yugo en una posición fija en el sentido de avance y retroceso mientras aún permite entradas de control de giro libre), y tenga en cuenta que la bocina de entrada en pérdida deja de sonar cuando giramos lentamente la aeronave en un giro moderadamente inclinado, como 45 grados de banco En el viraje, estamos más alejados del ángulo de ataque de entrada en pérdida de lo que estábamos en vuelo al nivel de las alas. Asegúrese de intentarlo en ambas direcciones para no dejarse engañar por las asimetrías en el ángulo de ataque del ala interior y del ala exterior durante el giro.

Debido a este efecto, para mantener el mismo ángulo de ataque en vuelo con giro que teníamos en vuelo con las alas niveladas, tenemos que tener la palanca de control o el yugo más atrás en el giro. Dado que el radio de giro es proporcional a la velocidad al cuadrado, esta dinámica es especialmente pronunciada en aeronaves que vuelan a velocidades aerodinámicas relativamente bajas y también vuelan a "velocidades de escala" relativamente bajas, es decir, tardan un tiempo relativamente largo en cubrir una longitud de fuselaje. Un planeador dando vueltas en una corriente térmica ascendente sería un buen ejemplo de un avión de este tipo, y no es raro que un piloto en tal caso esté dando vueltas con la palanca tan hacia atrás que ordenaría una entrada en pérdida total si las alas estuvieran niveladas en lugar de que bancarizado.

Otra forma de ver el viento curvo relativo inducido por el giro es notar que la aeronave está girando alrededor de los ejes de cabeceo y guiñada (y en algunos casos también el eje de balanceo), y esta rotación induce un cambio en la dirección y la magnitud. del flujo de aire libre local medido en varios puntos a lo largo y ancho de la aeronave, del mismo modo que diferentes puntos en las palas de un molinete no viajan a través de la masa de aire exactamente en la misma dirección en un momento dado. Desde este punto de vista, la tendencia del ángulo de ataque a ser menor al girar que cuando las alas están niveladas puede verse como una consecuencia natural de un efecto de "amortiguación de cabeceo", creando una resistencia a la rotación sobre el eje de cabeceo que requiere un cambio en la posición del ascensor para superar.

Ahora, para "lanzar una llave más en los engranajes", la discusión sobre el efecto de la velocidad de balanceo en el primer párrafo de esta respuesta se refería al ángulo de ataque promedio combinado de ambas alas. Al mismo tiempo, es cierto que un movimiento de balanceo tiende a aumentar el ángulo de ataque del ala descendente ya disminuir el ángulo de ataque del ala ascendente. Esto es importante, ya que en casos extremos puede provocar una pérdida del ala descendente. Esta es también una causa importante de la guiñada adversa que no está directamente relacionada con los cambios reales en la forma del ala; para obtener más información, consulte https://www.av8n.com/how/htm/yaw.html#sec-adverse -guiñada. Tenga en cuenta que incluso un giro con peralte constante implica cierto grado de velocidad de balanceo si la altitud no es constante con respecto a la masa de aire circundante: la velocidad de balanceo es hacia la punta interior del ala en un giro descendente y hacia la punta exterior del ala en un giro ascendente. , y esto tenderá a crear una diferencia en el ángulo de ataque entre las dos alas que tiende a desestabilizar un giro ascendente (es decir, hace que el ángulo de inclinación lateral tienda a aumentar) y estabilizar un giro descendente (es decir, hace que el ángulo de inclinación lateral tienda a disminuir). ). ¡Pero eso es probablemente más de lo que querías saber!

Preguntas y respuestas relacionadas con ASE:

Esta respuesta considera las consecuencias del viento relativo curvo y el par de cabeceo con el morro hacia abajo resultante y la disminución del ángulo de ataque cuando la aeronave está maniobrando puramente en el plano vertical, por ejemplo, durante un bucle. Incluye enlaces al final a fuentes externas que discuten la curvatura del viento relativo en vuelo de giro.

La pregunta en sí es abierta pero, en los términos más simples, depende de cómo ejecute el giro: ¿está volando a una velocidad aerodinámica constante o con un ángulo de ataque constante?

En cualquier caso, en un viraje nivelado, el factor de carga aumentará con el coseno inverso del ángulo de alabeo.

Si vuela un viraje a velocidad aerodinámica constante, entonces un aumento en el coeficiente de sustentación ordenará un ángulo de ataque más alto ya que la presión dinámica permanece constante: CL-turn = CL-wings level (L-turn/L-wings level)

Si se vuela con un ángulo de ataque constante (es decir, el mismo ángulo de ataque en el alabeo que el utilizado en un vuelo nivelado), la presión dinámica tiene que aumentar para soportar la mayor carga alar con un coeficiente de sustentación constante. Dado que la presión dinámica es una función de la velocidad al cuadrado, la velocidad comandada para mantener el vuelo nivelado dentro de un viraje inclinado varía con la raíz cuadrada del factor de carga: V-turn = V-wings level x (load factor)^1/2 . ..todos los demás factores son iguales.