¿Cuál es la forma de calcular el giro requerido de un ala voladora?

El giro está estrechamente relacionado con el ángulo de barrido del ala, la inclinación de la superficie aerodinámica, la relación de conicidad y el nivel deseado de estabilidad longitudinal estática. Otros factores son la distribución y la maniobrabilidad deseadas de la sustentación a lo largo de la envergadura. No existe una fórmula simple y general: al final, el giro o, más precisamente, la inclinación del reflejo local, es la consecuencia de la selección de los parámetros mencionados anteriormente.

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La estabilidad longitudinal estática significa que la aeronave volverá al ángulo de ataque compensado después de una perturbación. Esto es posible al producir proporcionalmente más sustentación en la parte delantera del ala que en la parte trasera. Los perfiles aerodinámicos réflex lo hacen todo por sí mismos y las alas voladoras sin barrido no necesitan lavado, sino un perfil aerodinámico réflex adecuado.

Las alas voladoras de Horten tenían alas muy afiladas y usaban una distribución de sustentación en forma de campana sobre el tramo que producía una pequeña carga aerodinámica en las puntas. Esto ayudó mucho a reducir la guiñada adversa y les permitió eliminar la cola vertical. También esto hizo que las características de pérdida fueran benignas. Esta distribución de sustentación fue alcanzada por un extenso lavado ( hasta 8° ).

Si agrega estabilidad mediante el control de la computadora, no será necesario el lavado y puede usar una forma en planta elíptica para obtener el mejor rendimiento. Sin embargo, esto tendrá características de pérdida desfavorables y necesita vallas laterales cuando se barre el ala. El barrido moderado agrega estabilidad y amortiguación, pero por encima de una combinación crítica de relación de aspecto y ángulo de barrido, es difícil lograr características de pérdida satisfactorias.

Ángulo crítico de barrido para alas en flecha, del Capítulo 16 de Fluid Dynamic Lift de S. Hoerner . Demasiada relación de aspecto y barrido resultará en un fuerte cabeceo cuando el ala se detenga.

Al agregar algo de cuerda en el ala exterior, puede torcer la incidencia local según la cantidad de cuerda agregada. Esto reducirá el coeficiente de sustentación local y producirá reservas en la pérdida, lo que mejorará mucho las características de la pérdida. Karl Nickel ha publicado un método para calcular la forma en planta óptima para una estabilidad estática determinada con una distribución de sustentación casi elíptica en un amplio rango de velocidades. La clave es su idea de que al ajustar el ala para un ángulo de ataque particular, el piloto ajustará el lavado local moviendo el borde de salida de los elevones hacia arriba. Idealmente, el ala usa varios elevones con una deflexión de compensación creciente hacia la punta del ala. (Por "recortar"No solo me refiero a la reducción de las fuerzas de la palanca, sino también al ajuste de la sustentación local para cancelar cualquier momento de cabeceo).

Tenga en cuenta que ahora la forma en planta está estrechamente acoplada al margen estático y, en consecuencia, a la ubicación del centro de gravedad (cg). Volar con una ubicación del centro de gravedad más adelantada que la ideal significa ángulos de deflexión de elevones más negativos y menor sustentación local en las puntas de lo ideal, y viceversa.

El planeador de ala voladora SB-13 utiliza esta técnica y tiene una relación de conicidad (relación entre la punta y la raíz) de 0,8. Utiliza dos elevones sobre el 50% exterior de la luz, el interior de los cuales viaja 1/3 de la deflexión de la moldura del elevón exterior. El giro es cero para la mitad interior del ala, cambia de 0° a -1,5° en la sección de 0,15 m donde el perfil aerodinámico de la raíz (HQ 34 N) cambia al perfil aerodinámico de la punta (HQ 36 K) para ajustar su diferencia en ángulo de elevación cero y aumenta de nuevo linealmente hacia la punta hasta +0,5° (espero haber entendido ese detalle correctamente, escribiendo todo esto de memoria). El lavado negativo se eligió para permitir que los alerones tuvieran 4° de torsión, por lo que en suma (ala fija y alerones) el ala tiene una torsión creciente hacia las puntas. En vuelo, los elevones siempre tendrán una desviación ligeramente negativa, por lo que el lavado efectivo es aún más fuerte.

SB-13 en vuelo ( fuente de la imagen )

Para responder a sus preguntas directamente:

¿Se necesita (a) un giro?

No necesariamente. Un ala voladora sin barrido no se beneficia mucho del giro. Solo ayudará agregar algo de margen de pérdida en las puntas. Un ala voladora con barrido positivo también puede escapar sin torcerse si el perfil aerodinámico se cambia a lo largo de la envergadura de una inclinación positiva en la raíz a una inclinación negativa en la punta. Si se utiliza el mismo perfil aerodinámico en toda la envergadura, la inclinación de torsión/reflejo es necesaria y no se puede evitar tan pronto como el centro de gravedad esté por delante del punto neutral: será el resultado de recortar el ala para el ángulo de ataque deseado.

¿Cómo hago para calcularlo?

1. Seleccione su margen estático deseado.
2. Seleccione la distribución de elevación deseada en el tramo. Una distribución elíptica dará como resultado la menor resistencia inducida y una distribución en forma de campana brindará una mejor maniobrabilidad.
3. Seleccione la forma en planta que resulte en la distribución de sustentación deseada cuando se consideren los cambios de compensación sobre la velocidad. Utilice varios elevones sobre el tramo para poder ajustar la incidencia local de forma independiente.
4. Twist es entonces una consecuencia necesaria de trimar el avión.

El giro del ala (lavado de alas hacia atrás) ayuda en la velocidad y la estabilidad de pérdida.

Consideremos un avión normal , es decir, los que tienen cola (estabilizador horizontal), en este caso, el ala produce una fuerza hacia arriba, mientras que la cola produce una fuerza hacia abajo. Aquí, a medida que el morro baja, la velocidad aumenta y la sustentación producida por el ala principal significa que el morro se eleva de nuevo. Sucede lo contrario cuando el morro sube: la velocidad disminuye y, a medida que la velocidad del aire disminuye, el morro desciende (ya que la sustentación ahora es menor). Como el ala tiene una incidencia más alta en comparación con la cola, se detiene primero y el estabilizador (que todavía produce sustentación) inclina el morro hacia abajo, sacándolo de la pérdida.

Como no hay un estabilizador horizontal en el caso de aviones sin cola, estos efectos deben incorporarse en el ala misma. Una forma de hacerlo es tener un lavado, tener un ala en flecha con el área exterior con una incidencia menor que la sección interior (raíz).

En este caso, a medida que aumenta la velocidad, la parte delantera del ala (cerca de la raíz en el ala en flecha) produce más sustentación a medida que aumenta la velocidad, elevando el morro. Lo contrario sucede a medida que la velocidad disminuye: el morro se inclina hacia abajo a medida que la sustentación disminuye con la pérdida de velocidad aerodinámica.

A medida que la aeronave se acerca a la entrada en pérdida, la sección interior (en un ángulo de ataque más alto) entra en pérdida primero, mientras que la sección exterior, que está en la parte trasera (debido al barrido del ala), hace que el morro se incline hacia abajo, lo que hace que la aeronave salga. de puesto La ventaja añadida es que las superficies de control siguen siendo funcionales.

Se puede obtener el mismo efecto utilizando un perfil aerodinámico reflejo y un ala sin flecha, con la parte reflejada actuando como cola.

No hay necesidad de usar torsión en un avión de ala voladora SI el perfil elegido ya está reflejado. El uso de torsión generará una envolvente de velocidad óptima muy reducida y también creará un movimiento fugoide longitudinal repetitivo (que suele durar a intervalos de 7 segundos, en embarcaciones de tamaño completo), similar a la marsopa en embarcaciones. Un buen perfil reflejado o una serie pertinente de perfiles que cambien progresivamente desde la raíz hasta la punta funcionarán mejor. La idea básica es tener un/os perfil/es en los que la posición del Cm no se altere excesivamente con cambios de AoI (o AoA en vuelo).