¿Cuáles son unos aviones con forma de ala invertida?

Para comprender mejor mi pregunta, consideremos el principio detrás de la sustentación generada por el ala: la superficie superior del perfil aerodinámico está curvada para desviar el aire hacia abajo utilizando el efecto Coanda. De acuerdo con la 3.ª Ley de Newton, la desviación hacia abajo del aire en forma de sustentación produce una reacción igual.

Tomado de *simhq.com*

Así que aquí está mi pregunta: ¿por qué algunos aviones no están diseñados para parecerse a una sección transversal masiva de un ala desde un lado? Por ejemplo, un Cessna C172 parece un ala invertida (con el lado curvo en la parte inferior, lo que podría crear una "ascensor inversa" tirando de él hacia abajo. Desde ese aspecto, ¿el Cirrus SR22 y el Cessna TTx son más fáciles de levantar? Su parte superior del fuselaje es relativamente más curvo que su parte inferior cuando se ve desde un lado. ¿O estoy cometiendo un error, se debe a las filosofías de diseño de ala alta y ala baja?

Tomado de *flyawaysimulation.com* Tomado de *aircraftbluebooks.com*

1. El perfil aerodinámico generalmente no es constante a lo largo del tramo, 2. " La superficie superior del perfil aerodinámico está curvada para aumentar la distancia del aire que viaja por encima del ala ", no para aumentar la distancia, sino para desviar el aire hacia abajo sin agregar demasiado mucho arrastre (hay superficies aerodinámicas con ambos lados curvos o simétricos ).
@mins: Gracias por la aclaración. Me disculpo por mi comprensión defectuosa de la sustentación generada por un perfil aerodinámico. He editado la pregunta para definir mejor la sustentación, pero ¿podría decirme por qué hay tantas teorías variadas sobre cómo funciona un ala? / ¿las láminas de aire crean sustentación? ¡Gracias! : )
Sólo hay una teoría real. Las ecuaciones de Navier-Stokes. Y luego muchas descripciones más o menos simplificadas o fenomenológicas. Muchos de ellos demasiado simplificados o incorrectos.
@VladimirF Entonces, ¿cómo han aparecido estas teorías (como la teoría del principio de Bernoulli, Downwash, Impact Lift, etc.)?
La pregunta de Bernoulli se deriva directamente de la N.-S. ecuaciones bajo ciertas suposiciones de simplificación. Las otras son descripciones fenomenológicas.
La teoría de la sustentación de Bernoulli también es incorrecta, ya que se basa en una suposición falsa. Básicamente, la teoría de Bernoulli dice que dos partículas adyacentes que se separan (una para viajar por la parte superior y otra para viajar por la parte inferior) se encontrarán en el borde posterior y, por lo tanto, la que viajó a lo largo de la trayectoria curva debe ir más rápido. Esto es falso, las partículas no se encuentran en el borde posterior; de hecho, las partículas de la superficie superior alcanzan el borde posterior mucho antes que las partículas de la superficie inferior. Hay algunos videos muy buenos de pruebas de túnel de viento que muestran esto.
Disputo la premisa de la pregunta. Cuando observo las ilustraciones de los dos aviones, veo una parte inferior más o menos plana, con la superficie superior protuberada en la parte delantera, al igual que el perfil aerodinámico. Aprecio que haya un bulto en la parte inferior, pero es bastante insignificante en comparación con la burbuja de la cabina.
@DavidRicherby: agradezco su argumento: el Cessna TTx en la ilustración tiene una parte inferior ligeramente curvada, pero aún no es tan pronunciada como la parte inferior del C172, que se ve sorprendentemente similar al diagrama de perfil aerodinámico (también en cuestión) invertido sobre su eje horizontal. Además, la parte superior del TTx tiene una curva general, en comparación con la distintiva "joroba" del C172. Me disculpo porque no puedo explicar esto mejor sin un diagrama.
@AnandS Estoy de acuerdo si quitas la cabina. Pero eso me parece un "si" demasiado grande.
@DavidRicherby Pero dado que la cabina del C172 se eleva abruptamente desde la parte superior, no permite que el aire fluya tan suavemente como lo hace el TTx, que comienza a curvarse justo detrás de la hélice y termina justo en frente de la cola... ¿O sí? ?
@DJ319 No, te equivocas. La ecuación de Bernoulli no asume tal cosa. Solo ciertas explicaciones erróneas del ascensor dicen eso. La ecuación de Bernouli no es 100% precisa, pero funciona bastante bien cuando las pérdidas viscosas son pequeñas. Y son lo suficientemente pequeños normalmente.
La foto de Cessna parece tener la punta del ala estándar caída, puede dar una impresión engañosa del perfil real del ala.
@VladimirF No es la ecuación de Bernoulli, la teoría de elevación de Bernoulli. Las fuerzas viscosas son bastante grandes en los aviones y representan una gran parte de la resistencia.
@DJ319 La teoría de la sustentación que explica la sustentación mediante la ecuación de Bernoulli no necesita ninguna reunión de partículas en el borde de fuga. Simplemente no lo hace. Necesita aire más rápido en el lado de succión y el aire ES realmente más rápido allí. Es incluso más rápido que la imagen ingenua de tiempos iguales de vuelo. La ecuación de Bernoulli funciona muy bien para el cálculo básico de elevación. Y la fuerza viscosa explica el arrastre por fricción de la piel (que puede o no ser de la misma magnitud que el arrastre de la forma), pero juega un papel muy pequeño para el levantamiento. Solo para el arrastre.
@VladimirF Parece que nos enseñaron diferentes definiciones de la teoría de elevación de Bernoulli. Esto es a lo que me refiero a grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/wrong1.html . Veo que el artículo lo llama teoría del tránsito igual. Entonces, tal vez ahí es donde está mi confusión, pero recuerdo que me enseñaron esto como la teoría de sustentación de Bernoulli cuando hice Dinámica de fluidos.
@ DJ319 Incluso la página a la que se refiere NO llama a esta descripción incorrecta "teoría de elevación de Bernoulli" . Y correctamente, porque esto no es tal cosa. Mire aquí owlcation.com/stem/Aerodynamics-The-Theory-of-Lift en "Teorías correctas de elevación: Bernoulli y Newton" .

Respuestas (1)

Su sensación intuitiva de que el fuselaje podría usarse para crear sustentación adicional es correcta. De hecho, algunas aeronaves tienen una forma específica de tal manera que el fuselaje podría proporcionar una sustentación sustancial (y eso excluye cualquier diseño de 'ala voladora' donde el fuselaje se mezcla completamente con el ala).

Sin embargo, estos son generalmente aviones de combate supersónicos. A velocidades supersónicas, incluso el fuselaje tubular "normal" creará una sustentación significativa, dado un ángulo de ataque decente. Además, las tomas de aire del motor, si están diseñadas correctamente, crearán aún más sustentación.

En los aviones GA, por otro lado, el efecto debe ser insignificante y las consideraciones estructurales (sí, incluido el ala alta/baja) son mucho más importantes.

La principal consideración aerodinámica para el fuselaje es, en general, minimizar su resistencia y reducir la interferencia con otras partes, principalmente el ala. En este sentido, por cierto, el C172 (o cualquier avión de ala alta) es más 'amigable'. El diseño de ala alta tiene menos interferencia negativa entre el ala y el fuselaje; de hecho, puede ser incluso positivo. En términos simples, la parte del ala sobre el fuselaje todavía crea sustentación, y probablemente más que todo el fuselaje (aunque no tengo números a mano).

También debo señalar debidamente que el principio de generación de sustentación tiene poco que ver con la longitud geométrica de las superficies superior e inferior. Es un error popular. De hecho, el aire se mueve más rápido sobre la superficie superior, pero esto se debe a razones completamente diferentes. Hay varias buenas explicaciones de elevación en este sitio.

Muy completo y simple al mismo tiempo: ¡excelente respuesta! Entonces, ¿la diferencia en la forma del fuselaje de un C172 y el SR22 se debe solo a factores de diseño de ala baja y ala alta?
@AnandS, es difícil probar la cláusula 'única' sin meterse en la cabeza de los diseñadores. Pero sí, diría principalmente eso. Al menos para el SR22, incluso el atractivo estético podría ser un factor.
@AnandS La razón principal por la que la parte inferior del avión se inclina hacia la cola es para evitar golpes de cola en el despegue y el aterrizaje. Cuanto mayor sea el ángulo entre el suelo y la parte inferior de la cola, más podrá girar el avión con las ruedas todavía en el suelo.
Un ala voladora no tiene fuselaje en absoluto. Un avión en el que el fuselaje se funde suavemente con el ala, como el F-15, es un avión con fuselaje combinado .
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