¿Cuál es la diferencia entre centro de presión, centro aerodinámico y punto neutro?

Todo cuerpo que se mueve en un fluido experimenta fuerzas de presión sobre su superficie. Los conceptos de centro de presión, centro aerodinámico y punto neutral son útiles para comprender los efectos de estas fuerzas. Tomemos un perfil aerodinámico que se mueve en el aire con un flujo subsónico unido al cuerpo.

Centro de Presión El centro de presión es el punto donde la suma total de un campo de presión actúa sobre un cuerpo. En la industria aeroespacial, este es el punto en la superficie aerodinámica (o ala) donde actúa el vector resultante (de sustentación y resistencia).

Fuente: avstop.com

A medida que cambia el ángulo de ataque de la superficie aerodinámica, cambia el campo de presión. Debido a esto, el centro de presión cambia con la variación del ángulo de ataque . En el rango normal de actitudes de vuelo del avión, si se aumenta el ángulo de ataque, el centro de presión se mueve hacia adelante; y si disminuye, se mueve hacia atrás.

Fuente: www.flightlearnings.com

Como el centro de gravedad (punto donde actúa el peso del cuerpo) es fijo, este movimiento del centro de presión afecta a la estabilidad de la aeronave.

Centro aerodinámico La resultante (o las fuerzas de presión) también provocan un momento en el perfil aerodinámico. A medida que aumenta el ángulo de ataque, también cambia el momento de cabeceo en un punto (por ejemplo, el centro de gravedad). Sin embargo, el momento de cabeceo permanece constante en un punto particular, que se denomina centro aerodinámico.

Fuente: www.theairlinepilots.com

Para perfiles aerodinámicos simétricos en vuelo subsónico, el centro aerodinámico está ubicado aproximadamente al 25% de la cuerda desde el borde de ataque del perfil aerodinámico. Este punto se describe como el punto de un cuarto de cuerda.

Así, el centro aerodinámico no cambia con la variación del ángulo de ataque . Debido a esto, en el análisis de la estabilidad longitudinal se utiliza el centro aerodinámico, en lugar del centro de presión.

Punto neutral Considere todo el avión. La sustentación del ala que actúa a través del centro de presión está frente al centro de gravedad de la aeronave. Esto provoca un movimiento desestabilizador (el aumento de la sustentación para aumentar el ángulo de ataque provoca un momento de morro hacia arriba, lo que aumenta aún más el ángulo de ataque). Esto es contrarrestado por el momento producido por la sustentación del estabilizador horizontal (que es un ala pequeña), actuando detrás del centro de gravedad.

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A medida que el centro de gravedad se mueve hacia adelante, la estabilidad de la aeronave aumenta (a medida que se reduce el brazo de elevación del ala principal) y la aeronave es estáticamente estable .

Fuente: quest.arc.nasa.gov

A medida que el centro de gravedad se mueve hacia atrás, el brazo de momento de sustentación del ala principal aumenta y la estabilidad de la aeronave disminuye. Se dice que el avión es estáticamente inestable .

Fuente: quest.arc.nasa.gov

Como la aeronave es estable cuando el centro de gravedad está en la nariz e inestable cuando el centro de gravedad está en la cola, hay una posición en el medio donde la aeronave no es ni estable ni inestable, es decir, la estabilidad es neutral. Este punto se llama el punto neutral. El punto neutral se fija para una configuración aerodinámica particular de la aeronave.

Fuente: quest.arc.nasa.gov

Por lo tanto,

• El centro de presión de una aeronave es el punto donde actúa el Ascensor.
• El centro aerodinámico es el punto del ala donde los momentos de cabeceo son constantes.
• El punto neutral es donde el centro de gravedad de la aeronave es neutralmente estable

Centro de presión : la fuerza neta del aire sobre un cuerpo/superficie/ala. El centro de presión cambia a medida que la aeronave maniobra porque diferentes partes de la aeronave se adhieren al flujo de aire a medida que cambia el ángulo de ataque. Observe cómo el centro de presión se mueve hacia adelante a medida que aumenta el ángulo de ataque (el flujo de aire es de derecha a izquierda):

_{(fuente: prepware.com )}

Centro aerodinámico : la ubicación en la que el momento no cambia independientemente del ángulo de ataque. Las alas tienden a producir una fuerza de rotación debido a la forma en que empujan el aire, y esta es la ubicación en la que la fuerza de rotación permanece constante en cualquier ángulo de ataque. A menudo es más fácil considerar el centro aerodinámico donde desea colocar sus alas y su masa porque su ubicación es constante, a diferencia del centro de presión. _{Por ahora, piense en el ajuste} Mcomo equivalente a la fuerza de rotación que los elevadores deben impartir para lograr un vuelo nivelado.

_{(fuente: charlesriverrc.org )}

Punto neutral : la posición del centro de masa donde la aeronave sería neutralmente estable . Si coloca su centro de masa detrás (a popa) de este punto, obtendrá un avión inestable que girará cada vez más con cualquier maniobra que realice el piloto. A bajas velocidades, esto puede ser tolerable, pero se necesitan computadoras para volar aeronaves inestables a velocidades más altas.

_{(fuente: rhomepage.com )}

tl; dr:

• CoP = donde empujan las alas
• AC = donde giran las alas
• NP = donde debe estar el centro de masa para hacer un avión que no tienda a cabecear hacia arriba o hacia abajo