¿Por qué el vórtice creado por el ala afecta su propio ángulo de ataque?

De acuerdo con la teoría del flujo potencial, sabemos que la sustentación generada por las alas se debe al vórtice que crea. En el caso de un ala finita en 3D, también hay un flujo en el sentido de la envergadura debido a la fuga de la punta desde la superficie inferior a la superior. Entonces, si supongamos que el ala se mueve hacia la izquierda, entonces la dirección del vórtice debería ser en el sentido de las agujas del reloj, lo que a su vez debería producir una corriente ascendente en lugar de una corriente descendente . Esto debería causar un aumento en el ángulo de ataque en lugar de una disminución.

Entonces, la corriente descendente generada debería ser válida para un ala que viaja detrás del ala original, pero decimos que hay corriente descendente en el ala original.

Entonces, ¿dónde es que estoy cometiendo un error, la dirección del vórtice? En caso afirmativo, ¿cuál es la explicación correcta? Por favor explique.

Respuestas (2)

Los vórtices de punta de ala crean tanto flujo ascendente como descendente; La corriente descendente se encuentra dentro de la envergadura y afecta el ángulo de ataque del ala, mientras que la región ascendente se encuentra fuera de la envergadura y puede ser utilizada por otra aeronave (o pájaro) que vuele detrás y por encima del ala.

El flujo inducido por la corriente descendente reduce el ángulo de ataque efectivo del ala (finito) y provoca la resistencia inducida.

A ver si esta imagen aclara tu duda.

vórtice de borde de salida

Fuente: aerospaceweb.org

Considere la corriente ascendente antes del ala y la corriente descendente después del ala (sección).

Lavado ascendente y descendente

Fuente: theairlinepilots.com

Como puede verse, el flujo de aire frente al ala está ligeramente dirigido hacia arriba por la corriente ascendente. Ahora, el ángulo que forma el ala con el punto de referencia horizontal (es decir, el flujo de aire relativo) es el mismo.

Sin embargo, el flujo de aire está ligeramente girado hacia arriba y el ala ve el aire que le llega en un ángulo diferente en comparación con el flujo de aire relativo. Como resultado, el ángulo de ataque efectivo (definido como el ángulo de ataque que se encuentra entre la cuerda de un perfil aerodinámico y el flujo de aire efectivo) se reduce , de modo que el flujo de aire relativo y efectivo se ve así:

Flujo de aire efectivo

Fuente: theairlinepilots.com

Esta diferencia entre los flujos de aire relativos y efectivos es lo que causa la resistencia inducida.

Arrastre inducido

Fuente: theairlinepilots.com

Quizás también podría mencionar que lo mismo sucede delante y detrás del ala. Directamente en frente del ala se produce un flujo ascendente, mientras que detrás del ala se produce un flujo descendente, consulte encrypted-tbn3.gstatic.com/…
@aeroalias Gracias por esta imagen tan relevante. Pero ese es exactamente mi punto, si todos los efectos de flujo inducido prevalecen detrás de las alas, ¿cómo es que el ángulo de ataque que depende del flujo por delante del ala se altera?
@ROIMaison si se produce una corriente ascendente antes del ala, ¿no debería aumentar el AoA?
@Manish Ver la respuesta editada.
Muchas gracias por la explicación detallada, empezando por lo fundamental. Creo que me confundí con la suma vectorial de velocidades, mientras que en realidad, el flujo se está rotando.
¿Por qué hay un lavado hacia arriba? Los vórtices solo comienzan en la parte superior del ala, entonces, ¿por qué los vórtices provocarían un lavado por delante del ala?
¿Cómo se reduce el ángulo de ataque si el flujo se empuja hacia arriba? El ángulo de ataque aumentaría.
@Crafterguy y aeroalias: ¡parte de la respuesta no es cierta! El vórtice de la punta del ala produce un componente de velocidad descendente delante del ala y también detrás de ella. Ver mi respuesta para más información.

Cerca del ala, la circulación limitada debida a la sustentación conduce a una corriente ascendente delante del ala y una corriente descendente detrás del ala similar al flujo producido por un ala elevadora bidimensional de envergadura infinita.

Un efecto muy importante lo genera el flujo debido al par de vórtices que componen la estela (en las puntas de las alas). La lámina semi-infinita de vorticidad distribuida en la estela produce una componente de velocidad descendente en la corriente libre por delante del ala, en el ala y aguas abajo, como se ilustra en la figura.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La corriente descendente de la estela conduce a una reducción en el ángulo de ataque del ala en relación con la corriente libre, lo que reduce la sustentación. Además, la corriente descendente gira el vector de flujo que se aproxima en el ala, lo que genera un componente de resistencia, como se muestra. El cambio en el ángulo de ataque debido a la corriente descendente generada por la estela es tg(a) = (Uz/U∞)

Fuente:

UNIVERSIDAD DE STANFORD, Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, Aerodinámica Aplicada AA 200A, Instructor: Brian Cantwell, cantwell@stanford.edu

Enlace: AA200_Ch_12_Wings_of_Finite_Span_Cantwell.pdf

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