¿Por qué el punto de arrastre mínimo no se encuentra con el punto en la mejor polar Cl/CD?

El "arrastre mínimo" a 2 grados en la imagen 4.3 es solo Cd mínimo (coeficiente, no fuerza). Es la posición más aerodinámica y generará la menor cantidad de arrastre aquí, para una velocidad dada. Sin embargo, no generará mucha sustentación, si es que la hay. De hecho, si desea volar nivelado (es decir, a 1 g), tendrá que volar tan rápido que la resistencia seguirá siendo costosamente grande. Más grande que si volara en un ángulo más óptimo de 5 grados.

Si Cl fuera constante durante aoa, el mejor Cl/Cd se produciría de hecho en el mínimo de Cd. (una cantidad fija dividida por la cantidad más pequeña), por desgracia, Cl y Cd aumentan con el aumento de aoa, alcanzando una mejor relación Cl/Cd (en su ejemplo) a 5 grados en la imagen 4.7.

Después de ese punto, el Cd aumentará mucho más que el Cl, empeorando así la relación.

Es necesario distinguir entre los coeficientes y las fuerzas.

Los coeficientes son números adimensionales que se utilizan para comparar fenómenos de flujo a diferentes velocidades, escalas o condiciones atmosféricas. Los coeficientes de fuerza son las fuerzas normalizadas por un área de referencia (para eliminar los efectos de tamaño), la velocidad al cuadrado dividida por dos (para eliminar los efectos de velocidad) y la densidad del aire (para eliminar los efectos atmosféricos). Matemáticamente hablando:

El coeficiente de arrastre más bajo se encuentra en un coeficiente de sustentación más bien bajo. Para crear suficiente sustentación para soportar su propio peso, el avión tiene que volar bastante rápido allí. Esta alta presión dinámica en este punto polar significa que la fuerza de arrastre total es mayor que en un punto polar ligeramente por encima de él.

En el punto de mejor L/D, la relación entre ambas fuerzas alcanza un mínimo, por lo que en realidad el arrastre más bajo para una sustentación determinada se encuentra en este punto.

Solo si ignora la sustentación (digamos, en una inmersión vertical donde el objetivo es alcanzar la velocidad más alta), el punto del coeficiente de arrastre más bajo también será el punto de menor arrastre (a la misma presión dinámica). Para generalizar: el punto de arrastre mínimo se desplaza entre el punto polar L/D máximo y el punto mínimo$c_D$punto polar con el coseno del ángulo de la trayectoria de vuelo. Entre 90° y 270° ángulo de trayectoria de vuelo (vuelo invertido) cambia entre el mínimo$c_D$y el punto polar L/D mínimo (donde la sustentación es negativa).

En la primera imagen, se muestra que el punto de arrastre mínimo es exactamente igual que la relación L/D máxima

Esto tiene sentido, al menos en el contexto del vuelo lineal a altitud constante, porque la sustentación debe ser igual al peso y, por lo tanto, es constante, por lo que si maximizamos la L/D, también debemos minimizar la resistencia. (Además, si maximizamos L/D, simultáneamente maximizamos Cl/Cd).

Pero dado que la velocidad aerodinámica no es fija ya que el ángulo de ataque varía, no se deduce que al minimizar el Arrastre, también estemos minimizando el Cd, y esa es la clave para resolver su dilema.

A pesar de la etiqueta engañosa en el tercer gráfico, el punto marcado en realidad no es el punto de Arrastre mínimo. Más bien, es el punto donde se minimiza el coeficiente de arrastre. En el contexto del vuelo lineal a altitud constante, donde L = W pero la velocidad aerodinámica puede variar libremente a medida que varía el ángulo de ataque, el punto de coeficiente de arrastre mínimo es completamente diferente del punto de arrastre mínimo .