¿Los vórtices en las puntas de las alas causan una disminución en el componente de sustentación de la fuerza aerodinámica y los aviones necesitan tirar de más AoA para compensar?

Lo que sabe acerca de los vórtices en las puntas de las alas es lo que se puede encontrar en Internet, pero en realidad no es cierto. Es como decir que las calles mojadas provocan lluvia.

Tu forma de explicar las cosas confunde causa y efecto. El vórtice es el efecto pero no la causa del flujo de creación de arrastre. Y el flujo de creación de elevación, por cierto. Pero nadie afirma que el vórtice de la punta sea la fuente de sustentación, lo cual es igualmente falso y usa exactamente la misma lógica.

Los vórtices de punta de ala son solo la punta de una hoja de vórtice completa que sale del ala. Esta hoja de vórtice es la consecuencia de que el ala acelera el aire hacia abajo. Ahora, en lugar de repetirme todo nuevamente, permítame señalarle las muchas otras respuestas que explican lo que está sucediendo:

• Esta respuesta explica en detalle cómo se crea la sustentación y cómo se logra la aceleración hacia abajo del aire.
• Esta respuesta entra en la formación de la estela y los vórtices en las puntas de las alas.
• Esta respuesta muestra por qué una mayor envergadura reduce la resistencia inducida. Importa poco si las puntas de las alas están giradas hacia arriba, hacia abajo o continúan en línea recta: una mayor envergadura reduce la resistencia inducida.

Encontrará que su imagen de un vector de sustentación inclinado hacia atrás es correcta y, de hecho, un ala más estrecha experimentará una mayor inclinación. Además, para lograr la misma sustentación, un ala más angosta necesita más ángulo de ataque y generará más resistencia inducida. Tienes razón otra vez aquí, pero en lugar de un efecto de bola de nieve cada vez mayor, la resistencia aumenta con el cuadrado de la sustentación cuando aumenta el ángulo de ataque.

Idealmente, todos los aviones tendrían una envergadura infinita. Pero eso aumentaría mucho el peso del ala, por lo que los diseñadores se conforman con un compromiso en el que el ala crea la menor resistencia para una sustentación neta determinada (elevación total menos la sustentación necesaria para transportar el ala).

Ahora a las preguntas en los comentarios:

Entonces, el objetivo de un ala con una relación AR más alta no es reducir los vórtices ... ¿Es simplemente reducir el AoA requerido que se necesita?

El objetivo de un AR más alto (más preciso: más luz por elevación) es involucrar más aire en la creación de la elevación. Esto reduce la fuerza del vórtice unido, por lo que indirectamente se trata de la reducción del vórtice. La reducción de AoA no es un problema aquí: en el flujo 2D no viscoso, una superficie aerodinámica no produce resistencia, independientemente de AoA. Lo que produce arrastre es el campo de flujo de vórtice cuando el intervalo es limitado.

la reducción de vórtices es simplemente cómo vemos que está funcionando, per se?

Sí, la fuerza reducida del vórtice ligado da como resultado una fuerza reducida del vórtice de estela.

¿Por qué [los diseñadores] también se preocupan por el acorde?

Para eso, permítame referirlo a esta respuesta , y tal vez a esta también .

¿Es correcto decir que podemos medir la energía que pierde un avión debido a la resistencia inducida midiendo la energía en los vórtices?

Sí. Pero medir la fuerza del vórtice es más difícil que medir el ángulo de flujo descendente en el intervalo, lo que da el mismo resultado. Para pérdidas viscosas, esta es de hecho una forma práctica de medir la resistencia mediante el uso de un rastrillo de estela (consulte las respuestas a esta pregunta para obtener más información).