¿Por qué el diagrama polar de un avión depende del peso?

¿Alguien puede responder a esta pregunta? Aunque está relacionado con la aviación, de hecho es un problema de mecánica de fluidos:

https://aviation.stackexchange.com/questions/54192/why-is-polar-curve-of-a-glider-dependent-on-flight-load

Hasta ahora solo obtuve muchas respuestas insatisfactorias. Tal vez aquí hay expertos en mecánica de fluidos.

Según tengo entendido, la curva polar es solo una propiedad de la geometría. Proporciona un C yo i F t y un C d mi s C mi norte d . Dados esos coeficientes, la velocidad de un planeador se puede calcular con matemáticas simples, ya que la fuerza en dirección y perpendicular al flujo de aire se calcula mediante F i = C i ⋅ ρ ⋅ v ² .

Incluso si eso no es cierto debido a las no linealidades de cualquier razón, siempre imagino que la aeronave se prueba en un canal de viento de velocidad de aire dada con un ángulo de ataque dado: en ese caso (supongo) el flujo de aire y las fuerzas asociadas no pueden ser diferentes del caso real. Pero entonces el peso no puede ser relevante. Por supuesto, diferentes pesos dan lugar a diferentes velocidades, pero esto se puede explicar completamente en base al diagrama polar.

Entonces, ¿por qué el diagrama polar depende del peso?

Respuestas (1)

Siento algunos conceptos erróneos de su pregunta:

  1. La curva polar cambia con la carga alar porque una carga alar más alta cambia todos los puntos polares a una velocidad más alta. Esto trae consigo un número de Reynolds más alto, por lo que las fuerzas viscosas se vuelven más pequeñas en relación con las fuerzas de inercia. En palabras sencillas: la aeronave experimenta relativamente menos arrastre por fricción cuando vuela con una mayor carga alar. Para los planeadores modernos, la diferencia entre una carga alar ligera (digamos, 35 kg/m²) y una carga alar pesada (alrededor de 50 kg/m²) suele ser tan alta como un aumento en la mejor L/D de 3 a 4%.
  2. Los datos del túnel de viento siempre necesitan ser interpretados. Cada túnel está calibrado para llegar a factores de túnel que deben aplicarse a los datos de prueba para obtener resultados utilizables. Las diferencias provienen de varios efectos: números de Mach y Reynolds más pequeños , la vecindad de las paredes del túnel que afecta la estructura del vórtice alrededor del modelo, la inevitable estructura necesaria para montar el modelo dentro del túnel y las diferencias en el flujo del modelo que bloquea parte de la cruz del túnel. sección son los más importantes. Además, la deformación elástica entre el modelo y el original es diferente si la elasticidad del modelo no se ha escalado con precisión, y esto solo se puede hacer para un punto polar.
Hubo un gran error de mi parte: Lilienthal-polar (valores C para un ángulo de ataque dado) son constantes, y de eso deduje erróneamente que la velocidad polar también es constante; esto, por supuesto, es incorrecto. Las curvas para diferentes cargas alares (pesos) escalan con relación de peso y están sujetas a una transformación de curva simple. Entonces no hay magia detrás, toda la pregunta fue un poco "tonta".
Pero ahora mencionas que el número de Reynolds está cambiando debido al cambio de velocidad. Sin embargo, esto debe ser un efecto de segundo orden, porque aplicar la transformación de escala simple a la curva polar de velocidad para un cambio de peso termina en la curva correcta, sin considerar el número de Reynolds. Parece que esto no necesita ser considerado en la práctica. ¿O entendí mal tu explicación con respecto a (1)?
@michael: Sí, es un efecto de segundo orden, pero volar con o sin lastre de agua marca una diferencia notable. No es solo la L/D lo que mejora, sino también el manejo a baja velocidad en general. Por supuesto, con el agua, los círculos para las térmicas se hacen más amplios, por lo que esto no se puede hacer con ningún tiempo.
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