¿De qué depende el centro de sustentación?

He leído en muchos lugares que el centro de sustentación es aproximadamente un cuarto de cuerda del ala y que la sustentación posterior a la pérdida (la parte desarrollada en la superficie inferior) tiene una cuerda media central. Lo último tiene sentido; la presión se distribuye más o menos uniformemente (o al menos simétricamente) en la superficie inferior. Pero, ¿qué determina el centro de presión en la superficie superior?

Las líneas de corriente normalmente se ven así:

líneas aerodinámicas alrededor del ala

y el campo de presión así:

campo de presión alrededor del ala
(fuente: av8n.com )

Pero nunca he visto una explicación de por qué la presión debería ser más baja en la parte delantera (aunque es el borde posterior el que realmente impulsa la circulación). ¿O solo puede explicarse mediante el cálculo numérico del campo de presión y velocidad?

¿También es posible describir (al menos aproximadamente) cómo depende esto de la forma del perfil aerodinámico (como una placa plana o un perfil aerodinámico supercrítico con el punto más grueso más hacia atrás) o solo es posible mediante un cálculo numérico?

Me pregunto si la imagen compartida en la pregunta reciente physics.stackexchange.com/q/129502/26969 sería útil. Muestra la gran componente de fuerza hacia adelante en la superficie superior. ¿Aceleración del aire sobre el perfil aerodinámico?
@Floris: La imagen muestra que el campo de presión es tal que el centro de elevación está en un cuarto de longitud hacia adelante. No explica por qué es así.
Es una buena pregunta. Me gusta esta fuente . El programa que usa para calcular el flujo alrededor de un perfil aerodinámico debería dar la respuesta.
@MikeDunlavey: ya he leído esa fuente hace algún tiempo. Muestra el campo de presión y eso, pero luego pasa por alto que depende del ángulo de ataque y la forma y realmente no lo explica mucho.
@Jan: La parte de su pregunta que no estoy seguro de poder responder es: ¿qué produce el flujo ascendente? ¿Podría ser la presión más baja sobre el ala que atrae el aire principal?
@MikeDunlavey: Creo que la presión más baja de arriba explica adecuadamente el flujo ascendente. La parte que no entiendo es por qué la reducción de presión es mayor en la parte delantera en lugar de repartirse por la superficie. Hm, supongo que reescribiré la pregunta.
@Jan: Esa parte no me molesta: de improviso, es donde hay la mayor curvatura de flujo. De todos modos, como dije, creo que es una buena pregunta.
@MikeDunlavey: Que esa sea una respuesta, por favor; la parte sobre la curvatura del flujo es lo que me faltaba.

Respuestas (2)

En la aproximación no viscosa, suponiendo un flujo potencial, la distribución de la presión superficial en el perfil aerodinámico se deriva en última instancia de la solución de una ecuación integral. Sin entrar en detalles, esto significa que el valor del coeficiente de presión en un punto de la superficie del perfil aerodinámico dependerá de la forma del perfil aerodinámico en todas partes a lo largo de la cuerda del perfil aerodinámico. Un comentario corolario es que las nociones intuitivas de que la presión se ve afectada por la curvatura local del perfil aerodinámico, aunque fundamentalmente siguen siendo válidas, por supuesto, no serán suficientes para comprender la distribución de la presión en general. Notaré que la distribución de presión típica y clásica en un perfil aerodinámico, así:

ingrese la descripción de la imagen aquí

ciertamente no es válido para todos los perfiles aerodinámicos, y ciertamente no para los perfiles aerodinámicos modernos de alto rendimiento. Un ejemplo de una forma de perfil aerodinámico y distribución de presión para el llamado perfil aerodinámico laminar es este:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede ver que en este caso tenemos una distribución de presión completamente diferente, con un centro de presión que está aproximadamente en la mitad de la cuerda, no en C / 4 .

Finalmente, encontramos que, en una buena aproximación al menos para superficies aerodinámicas prácticas, podemos usar la teoría de superficies aerodinámicas delgadas que nos dice que la ubicación del centro de presión está determinada principalmente por la forma de la línea de inclinación de la superficie aerodinámica (aproximadamente la línea en el medio entre la superficie superior e inferior), y solo levemente afectado por su distribución de espesor. Consulte el artículo de Wikipedia sobre superficies aerodinámicas para obtener más detalles.

Creo que es una buena pregunta.

Sin profundizar en el cálculo numérico, asumo que la presión más baja sobre el ala está en el área donde la curvatura del flujo es mayor.

En cuanto a la corriente ascendente, no estoy seguro, pero el aire principal puede ser empujado hacia arriba por la presión reducida de arriba.

AGREGADO: Esto es esencialmente lo que @Floris quiso decir en su comentario, refiriéndose a la aceleración.

Esto fue básicamente lo que quise decir cuando dije "mayor aceleración" en mi primer comentario: el aire tiene que cambiar de dirección y se necesita una fuerza para permitir que eso suceda. La fuerza es proporcionada por la presión del aire más allá, por lo que se "agota" y la parte superior de la lámina de aire está "protegida" de la presión más allá.
¿De qué depende el centro de sustentación?
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