¿Los perfiles aerodinámicos de pared a pared producen arrastre inducido?

Las paredes de un túnel de viento detienen la fuga de aire alrededor de las secciones exteriores de un perfil aerodinámico, y la distribución de presión en la sección central es la misma que en las secciones exteriores (si ignoramos la interferencia con las paredes).

¿Significa eso que la resistencia inducida es cero?

Pero, palabras brillantes del miembro @JanHudec:

El lapso infinito no tiene nada que ver con no tener fines. La relación entre la sustentación y la resistencia inducida aumenta con la envergadura. Si fija la sustentación y varía el intervalo, la resistencia inducida tenderá a cero ya que el intervalo tiende a infinito. Eso significa que, en el límite, un ala de envergadura infinita que genera una sustentación finita (¡y por lo tanto vuela con un coeficiente de sustentación cero!) tendrá una resistencia inducida cero".

¿Eso significa que un perfil aerodinámico de pared a pared no es un perfil aerodinámico 2D teórico y, por lo tanto, produce una resistencia inducida que es menor que la de un ala 3D (para la misma sustentación)?

Un ala de pared a pared en un túnel de viento debe compararse mejor con una en efecto suelo y no como un segmento de un ala infinita. Ambos son similares ya que el ala infinita estará infinitamente cerca del suelo, en relación con su envergadura. Dado que el perfil aerodinámico en el túnel todavía está por encima del suelo (= pared del túnel), la resistencia inducida es menor que en vuelo libre, pero todavía hay algo de resistencia inducida. Solo cuando la superficie aerodinámica se fusione con el fondo del túnel desaparecerá la resistencia inducida.

Respuestas (2)

Un ala de pared a pared en un túnel de viento debe compararse mejor con una en efecto suelo y no como un segmento de un ala infinita. Ambos son similares ya que el ala infinita estará infinitamente cerca del suelo, en relación con su envergadura.

La opinión de que un ala infinita no tiene resistencia inducida es engañosa. Cuando trazamos la cantidad de arrastre inducido sobre la relación de aspecto, el arrastre inducido tenderá a cero para una relación de aspecto infinita. Pero, ¿qué significa eso en términos prácticos? Esa ala infinita también produce una sustentación infinita al empujar una cantidad infinita de aire hacia abajo en una cantidad finita. La resistencia inducida todavía está allí, pero se vuelve insignificante en relación con la sustentación.

Mejor mirar lo que sucede en la realidad . Vale la pena mostrar la imagen de la respuesta vinculada nuevamente aquí:

Perfil aerodinámico en túnel de viento con líneas de humo

La resistencia inducida es la consecuencia de la sustentación. La sustentación es la consecuencia del flujo de aire alrededor del obstáculo que la superficie aerodinámica representa para el aire. Si bien es menor que en vuelo libre, todavía ocurre algo de aceleración hacia abajo del aire, pero pronto el suelo lo detiene. Por lo tanto, aunque es menor que en vuelo libre, todavía hay algo de resistencia inducida y solo desaparecerá cuando el perfil aerodinámico se fusione con el fondo del túnel.

Ahora es crucial saber qué es realmente la resistencia inducida. El aire se acelera hacia abajo mientras fluye sobre el ala y la fuerza de reacción a esta aceleración es la sustentación. Dado que eso no sucede instantáneamente sino gradualmente, parte de la sustentación se crea en un flujo ya inclinado hacia abajo, por lo que la fuerza de reacción a esto, al ser perpendicular al flujo local, apunta ligeramente hacia atrás. Este componente hacia atrás es arrastre inducido.

Las líneas de humo se ven nítidas en los dos tercios izquierdos de la imagen, pero muestran un patrón divergente en el tercio más a la derecha. Como podemos ver dentro del túnel de viento, vemos todo el ancho del flujo. Creo que la divergencia muestra la diferencia entre las líneas de flujo en el centro y cerca de las paredes del túnel de viento. Los que están en el centro son los que más se desvían hacia abajo, mientras que los de los lados muestran menos desviación e incluso un componente hacia arriba cerca de la parte inferior. Creo que esto se debe al movimiento descendente de la estela en la sección central que empuja el flujo cerca de las paredes del túnel hacia un lado y hacia arriba. Esto indica más sustentación en el centro, menos sustentación cerca de las paredes y el comienzo de la acumulación típica de estela.

El ideal del ala de envergadura infinita produce una sustentación instantánea y uniforme en toda la envergadura porque su cuerda es muy pequeña en relación con la envergadura. No se puede decir lo mismo del ala real en efecto suelo.

No hay almuerzo gratis. Siempre que se produzca sustentación, habrá arrastre inducido.

Si seguimos estrictamente la definición de arrastre: arrastre total = arrastre de elevación cero (fricción de la piel + arrastre de presión) + arrastre inducido , entonces el arrastre de presión y el arrastre de fricción de la piel se miden solo en un ángulo de elevación cero y el arrastre inducido se mide cada vez que el ala produce sustentación. si el ala de pared a pared en un ángulo de elevación cero muestra un total = 500 N y un AoA de 15 ° muestra un total = 700 N, entonces la resistencia inducida es 200 N (si asumimos que la fricción superficial no cambia con un AoA pequeño).......
....... Mire de esta manera, resulta que el ala de pared a pared produce más resistencia inducida que el ala con las puntas abiertas, PERO RECUERDE AL MISMO AoA. Si medimos a la misma sustentación, entonces el ala con las puntas abiertas tiene una mayor resistencia inducida, porque debe establecerse en un AoA MÁS ALTO para producir la misma sustentación que un ala de pared a pared. ¿Estás de acuerdo?
@Сократ El ala con las puntas abiertas tendrá una relación de aspecto más pequeña y producirá proporcionalmente más resistencia inducida con la misma sustentación y necesitará un ángulo de ataque más alto debido a la menor pendiente de la curva de sustentación. Hasta ahora puedo estar de acuerdo. Sin embargo, no sé si la resistencia inducida sería mayor para el ala de pared a pared en el mismo AoA; esto sería especulación sin datos concretos.
However, I do not know whether induced drag would be higher for the wall-to-wall wing at the same AoA – this would be speculation without concrete data Aquí tenemos este tema, pero creo que la respuesta aceptada es incorrecta... Aviation.stackexchange.com/questions/77573/…
will only disappear when the airfoil merges with the bottom of the tunnel.El perfil aerodinámico seguirá produciendo algo de sustentación con la curvatura del lado superior, pero ¿por qué entonces la resistencia inducida será cero?
@Сократ Porque no se doblará el flujo una vez que el perfil aerodinámico se fusione con el suelo. No habrá flujo descendente ni inclinación hacia atrás de la fuerza aerodinámica.
No hay flujo descendente detrás del borde posterior del perfil aerodinámico, pero el perfil aerodinámico va en dirección descendente en la superficie superior desde aproximadamente 1/4 de la línea de cuerda hasta el borde posterior, debido a la forma de la superficie superior. Creo que esto también es un flujo descendente..?
@Сократ … pero el flujo también debe aumentar en la parte delantera. Ya no debería haber flujo descendente neto.

Sí, la fuga en las puntas de las alas es lo que produce la resistencia inducida y, dado que está bloqueada en el túnel de viento, la resistencia inducida es cero. O como dice Wikipedia :

...un ala con una relación de aspecto infinita (envergadura/longitud de cuerda) y una sección aerodinámica constante no produciría resistencia inducida. Las características de un ala de este tipo se pueden medir en una sección del ala que abarca el ancho de un túnel de viento, ya que las paredes bloquean el flujo transversal.

Me gustaría ver algunos estudios con medidas para llevar. No tomaría Wikipedia como una fuente autorizada.
La explicación de Wikipedia cita las ecuaciones usuales que definen D i y C D , i . Allí, a medida que la envergadura o la relación de aspecto llegan al infinito, esos valores llegan a cero. Dado que un ala de envergadura infinita no tiene flujo en la envergadura, un segmento amurallado de la misma (que también carece de flujo en la envergadura) es una aproximación válida, excepto por el arrastre en las propias paredes del túnel de viento.
@Camille El arrastre inducido proviene de los vórtices de arrastre. No veo por qué el ala delimitada por la pared no se desprendería. La teoría lineal a partir de la cual se predice la resistencia inducida en realidad no predice ningún flujo a lo largo del ala.
Cierto, el "flujo a lo ancho" está más allá de la punta del ala, pero a Сократ le gusta seguir las reglas, así que lo estoy haciendo en lugar de encontrar una ecuación que modele la resistencia inducida como una función de la fuerza del vórtice.
¿Los perfiles aerodinámicos de pared a pared producen arrastre inducido?
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