Fuerzas en un perfil aerodinámico

Estoy construyendo un avión (Super Baby Great Lakes) y me pregunto algo sobre las superficies aerodinámicas . En particular (este avión está cubierto de tela), me pregunto acerca de las fuerzas de sustentación en las alas principales. He leído algo sobre que es muy importante que la tela se adhiera muy bien en la parte superior del ala a las costillas para que la tela no se separe cuando se genera sustentación.

Mi pregunta es la siguiente: ¿cuánta sustentación se genera por la presión directa de la estela contra la parte inferior del ala debido al alto ángulo de ataque frente a cuánta fuerza de "succión" se genera debido a la baja presión en la parte superior del ala? ¿Es el vacío en la parte superior del ala simplemente una falta de presión atmosférica, o es realmente una fuerza de succión, como una potente aspiradora que podría arrancar la hoja de un cuaderno, por ejemplo?

gracias jay

@Pygmalion es válido. ¿Por qué no? ¿Puedes encontrar un duplicado exacto?
Solo en los últimos dos días hemos discutido este tema dos veces: physics.stackexchange.com/questions/24201 , physics.stackexchange.com/questions/24221 , y dado que estoy aquí por dos semanas, al menos otras dos veces. Además, esta es una pregunta tan compleja que nadie sabe realmente la pregunta exacta. Incluso los ingenieros aeronáuticos no lo hacen. Por eso todavía están construyendo túneles de viento y haciendo experimentos. Y a quién le importa después de todo, no tengo el privilegio de votar por el cierre de todos modos.
Incluso si tuviera el privilegio de votar por el cierre, es posible que no vote de esa manera. Después de todo, hay preguntas mucho más cercanas que merecen la pena que quedaron abiertas, ¿y qué? Simplemente me siento harto de las preguntas sobre vuelos, y si expresar ese sentimiento significa ser un imbécil, me disculpo.
@Pygmalion "nadie sabe realmente la respuesta exacta" Bueno, sabemos que el aire se desvía fuertemente hacia abajo en el borde de salida y que esto se debe en parte al ángulo de ataque positivo y en parte a las diferencias en cómo las capas límite se separan de la lados superior e inferior. Por supuesto, la separación de la capa límite es uno de esos temas en los flujos de fluidos generales que solo se comprende parcialmente y que también es particularmente susceptible de simulación. Suspiro.
@Pygmalion Siempre puede optar por agregar etiquetas a sus "etiquetas ignoradas" si no desea ver tipos particulares de preguntas. Creo que esta es la práctica recomendada (en lugar de quejarse de las preguntas en los comentarios).
@tmac: se recomienda quejarse de duplicados (o duplicados razonablemente posibles), sin importar qué etiquetas lleven.
Si me lo permiten, modificaría eso: se recomienda encarecidamente marcar duplicados y es la práctica recomendada. Puede quejarse todo lo que quiera con nosotros los moderadores en el cuadro de texto de la bandera. Quejarse en los comentarios, por otro lado, no es particularmente útil.

Respuestas (2)

Nunca he visto cifras reales pero, en general, los artículos que he visto sobre el vuelo afirman que "la mayor parte" de la elevación se genera desde el ángulo de ataque y relativamente poca desde el efecto Bernoulli. Sospecho que las cifras exactas son bastante variables y probablemente dependen de si el avión está ascendiendo, descendiendo, ladeándose, etc. y también variarán de un plano a otro. Tal vez por eso no se citan las cifras exactas.

La diferencia de presión entre la parte superior e inferior del ala es bastante real, aunque tenga en cuenta que en la parte superior del ala no hay vacío ya que la presión no disminuye tanto. La presión reducida sobre el ala de hecho tenderá a quitar la piel del ala, o más precisamente, el aire dentro del ala que está a la presión atmosférica normal intentará quitar la piel. Una vez más, no puedo darte cifras exactas; debo admitir que pensé que las cifras aproximadas serían fáciles de calcular, pero Google me ha fallado.

Por cierto, hay un buen artículo de la NASA sobre este tema en http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/wrong1.html e incluso incluye un subprograma Java para que juegues con los detalles del ala. Un artículo más largo y un poco más formal está en http://www.free-online-private-pilot-ground-school.com/aerodynamics.html

Más tarde:

Si una respuesta aproximada estaría bien, entonces podría usar la ecuación de Bernoulli como se describe en http://en.wikipedia.org/wiki/Bernoulli%27s_equation#Incompressible_flow_equation . Aunque esto realmente solo se aplica a fluidos incompresibles, y el aire es obviamente comprimible, el artículo sugiere que sería una aproximación razonable para velocidades bajas.

Reescribiendo la ecuación para que sea más útil para nuestros propósitos da:

PAG = ρ A − ρ v 2 2 − gramo h

dónde A es algo constante y h es la altura No sabemos la constante, pero vamos PAG b o t ser la presión debajo del ala y PAG t o pag sea ​​la presión sobre el ala, entonces podemos tomar la diferencia entre ellos, es decir, la caída de presión entre la parte inferior y superior del ala. Si asumimos que la altura es constante, es decir, podemos ignorar el grosor del ala, obtenemos:

Δ PAG = PAG b o t − PAG t o pag = 0.5 ρ ( v t o pag 2 − v b o t 2 )

No sé a qué velocidad vuela tu avión, pero supongamos que es de 30 m/s y que hay una diferencia de 10 m/s entre la velocidad del aire en la parte superior e inferior del ala, así que eso es v b o t = 30 y v t o pag = 40. Google da la densidad del aire a nivel del suelo como 1,225 kg/m3.

Δ PAG = 0.5 × 1.225 × ( 40 2 − 30 2 ) = 429 PAG a

429 Pa es 4,29 gramos por cm cuadrado o 0,06 libras por pulgada cuadrada, por lo que es completamente insignificante.

Todavía me encuentro queriendo algo concreto sobre con qué fuerza la naturaleza intentará arrancar la cubierta de la parte superior de mis alas. Habiendo dicho eso, John, tu texto y los enlaces que proporcionaste me ayudaron a entender un poco mejor lo que está pasando. Gracias.
Bueno, está bien, actualicé mi respuesta e intenté hacer un cálculo, pero, francamente, hasta que alguien realmente mida la diferencia de presión, ¡no estoy seguro de creer ni una palabra!
Realmente no puedes distinguir entre ángulo de ataque y Bernoulli. El ángulo de ataque hace que el aire se desvíe hacia abajo, y eso no puede suceder sin un diferencial de presión, y Bernoulli es solo una forma de explicar cómo surge ese diferencial de presión. Si el ángulo de ataque es lo suficientemente alto, el flujo se separa de la parte superior del ala y Bernoulli ya no funciona, y mucho menos la corriente descendente, y eso se conoce como pérdida del ala . El ángulo crítico de ataque suele ser de unos 19 grados.
Aquí hay un buen video que muestra con trozos de hilo lo que sucede cuando un ala se detiene. El piloto reduce la potencia y levanta el morro para mantener la altitud. Cuando se alcanza el ángulo de ataque crítico, el hilo ya no queda plano contra la parte superior del ala.

John Rennie hizo una estimación bastante buena, 0,06 libras por pulgada cuadrada son 8,6 libras por pie cuadrado. El Great Lakes Super Baby tiene una carga alar de 9,6 libras por pie cuadrado con un peso bruto máximo. En el peor de los casos, donde toda la sustentación se obtiene succionando la superficie superior, la fuerza de succión sería, por lo tanto, de 9,6 lb/pie cuadrado en vuelo nivelado. durante una maniobra 3G sería de 29 libras/pies cuadrados. Así que ese es un límite superior. Su aspiradora típica extrae alrededor de 20 kPa de succión, o alrededor de 400 libras por pie cuadrado.

Por favor, no digas "chupar" en este contexto. Es dolorosamente incorrecto.
Tienes problemas divertidos con la palabra chupar.
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