¿Habría volado mejor el Wright Flyer con superficies aerodinámicas más gruesas?

¿Habría volado mejor el Wright Flyer con superficies aerodinámicas más gruesas?

El aviador de Wright: Probablemente no. La mayoría de los otros aviones: Definitivamente sí.

Los perfiles aerodinámicos delgados son mejores en un ángulo de ataque específico y su resistencia aumenta rápidamente si se aleja de este ángulo en ambas direcciones. El pequeño radio del borde de ataque solo permitirá que el aire negocie el borde de ataque correctamente cuando el punto de estancamiento esté justo en el centro del borde de ataque, lo que sucede en el ángulo de ataque de diseño. Entonces, un perfil aerodinámico delgado funciona muy bien; es por eso que los flaps ranurados deben ser delgados: su flujo está dirigido por el ala que está delante de ellos.

El Wright Flyer I tenía la potencia justa para mantenerse en el aire a su velocidad de arrastre más baja, por lo que voló en un solo ángulo de ataque. Por supuesto, los hermanos Wright tenían muy poco conocimiento de la aerodinámica para seleccionar la inclinación adecuada para colocar el punto de diseño del perfil aerodinámico en su punto de operación. La inclinación del Flyer I probablemente era demasiado alta, porque en aviones posteriores, los Wright redujeron la inclinación del perfil aerodinámico. No es más grueso, pero una superficie aerodinámica diferente probablemente podría haber mostrado mejores resultados.

De todos modos, ¿ por qué los Wright usaron un perfil aerodinámico delgado? Siguieron el consejo de Otto Lilienthal, quien diseñó sus superficies aerodinámicas a partir de secciones transversales de alas de pájaro. Las aves pueden variar la inclinación de sus alas en vuelo, por lo que ajustan el ala de manera que el punto de estancamiento siempre se encuentre en su posición óptima. Lilienthal incluso descubrió que los perfiles aerodinámicos gruesos funcionaban mejor, pero no entendió por qué y prefirió seguir a la Madre Naturaleza en sus perfiles aerodinámicos.

Del Proyecto AlAA Wright Flyer de Fred EC Culick - Informe WF 84/09-1 :

Así que los Wright siguieron a Lilienthal y usaron superficies aerodinámicas delgadas y muy combadas que se asemejaban a las secciones transversales de las alas de los pájaros. Fueron engañados al creer que las superficies aerodinámicas de ese tipo producían la relación más alta de sustentación/resistencia. De hecho, hay mucha verdad en esta conclusión si se toman datos de alas pequeñas a las bajas velocidades que los Wright utilizaron en sus pruebas en el túnel de viento.

Las dos ventajas principales de un perfil aerodinámico grueso son

1. la mayor flexibilidad que da en diversas condiciones de vuelo.
2. la ventaja estructural de utilizar un larguero interno y eliminar el arriostramiento de alambre, incluso en biplanos y triplanos.

Comparación del grosor del perfil aerodinámico por DR Kirk, Florida Institute of Technology ( fuente de la imagen )

Solo para refutar la idea errónea de que las superficies aerodinámicas delgadas tienen un L/D pobre: ​​no lo han hecho, al menos en una región de ángulo de ataque pequeño. A continuación se muestran los gráficos de pendiente de la curva de sustentación y L/D del perfil aerodinámico Gö 417, algo así como el ratón de laboratorio de los perfiles aerodinámicos delgados. Lograr un coeficiente de sustentación de casi 1,6 con un número de Reynolds de 1 millón es todo un logro, y hacerlo doblemente con esa baja resistencia.

Fuente: Airfoiltools.com

Había varias otras limitaciones en el primer Flyer además del perfil aerodinámico: el motor pesaba cuatro veces más de lo que les prometieron a los hermanos (porque el bloque fue fundido, en lugar de fabricado a partir de láminas), y habría tenido poca potencia para los estándares actuales incluso si se hubiera entregado a las especificaciones. Toda la máquina pesaba poco menos de 300 kg; un ultraligero moderno de ese tamaño pesaría menos de la mitad y tendría casi el doble de potencia.

Dadas esas limitaciones, el perfil aerodinámico es una consideración relativamente menor. Sí, hay perfiles aerodinámicos modernos que funcionarían mejor en términos de coeficiente y de elevación a arrastre, pero lo que más habría ayudado habría sido ahorrar alrededor de 40 kg. sobre el peso del motor.

Vale la pena señalar que durante la Primera Guerra Mundial, con aviones que volaban a cuatro o cinco veces la velocidad del primer Flyer, a altitudes de hasta 4000+ m, maniobras acrobáticas invertidas y otras, persistió lo que llamaríamos superficies aerodinámicas combadas relativamente delgadas. . Mire la sección del ala de un Sopwith Camel, aunque un poco más gruesa y con una curvatura más profunda que el perfil aerodinámico del Flyer original, aún era más delgada que cualquier cosa que encontrará hoy, excepto en alas delta de una sola superficie y ultraligeros.

La forma en que el espesor y la inclinación afectan las características de vuelo es tema de un libro de texto completo de nivel universitario, pero una versión corta: más inclinación tiende a aumentar el coeficiente de sustentación en algún rango de ángulo de ataque, pero aumenta la resistencia en proporción; agregando un coeficiente de aumento de grosor en un rango de AoA más amplio, con menos aumento de resistencia, pero tiene menos efecto en AoA bajo que el aumento de camber. Existe un compromiso, con ambos aumentados en cantidades similares, que incluye los conocidos Clark Y, NACA 6409 y 6412, y muchos otros perfiles aerodinámicos comunes utilizados en la aviación general, especialmente cuando la madera y la tela eran los materiales de construcción.