¿Por qué los bordes de fuga del perfil aerodinámico apuntan hacia abajo?

El borde de fuga y el perfil aerodinámico apuntan principalmente hacia abajo. ¿Hay alguna razón para eso? El lavado hacia abajo aumenta la resistencia y el lavado hacia abajo se debe a la dirección del aire que apunta hacia abajo. Si el borde de fuga se hace horizontal (o tal vez apuntando hacia arriba), pueden producir menos lavado hacia abajo y aún se puede satisfacer la condición de Kutta .

¿Cuáles son las razones específicas de esta forma?

Downwash es el resultado de la elevación (o viceversa, dependiendo de cómo se mire).
No hay ascensor sin flujo descendente, por lo que generalmente se considera bastante importante. Esto vuelve a todo eso de la Tercera Ley de Newton . Un ala perfectamente horizontal (a 0 AoA) no crea sustentación y un ala que desvía el aire hacia arriba crearía sustentación negativa.
@reirab Solo para aclarar, una superficie aerodinámica simétrica perfectamente horizontal no genera sustentación. Hay perfiles aerodinámicos diseñados para levantar en 0 e incluso ángulos de ataque negativos.
@StallSpin Sí, correcto. Por "ala perfectamente horizontal", quise decir que el ala no está desviando la corriente de aire hacia arriba o hacia abajo (es decir, es un ala simétrica en 0 AoA).

Respuestas (4)

Tiene razón, el borde de fuga no necesita apuntar hacia abajo. Tome perfiles aerodinámicos simétricos: aquí el borde de fuga corre paralelo a la cuerda del perfil aerodinámico. O tome perfiles aerodinámicos reflejos (como el HQ 34 del planeador sin cola SB-13 ): aquí el borde de fuga apunta hacia arriba, y aún así este avión vuela.

Pero para crear sustentación con la menor resistencia posible, ayuda que el borde de fuga apunte ligeramente hacia abajo. ¿Por qué? Porque entonces será menos en el camino del flujo local deseado. La sustentación se crea acelerando el aire hacia abajo . El ala desvía el aire que fluye sobre ella y el borde de salida debe reflejar este ángulo de desviación.

Pero, como siempre, demasiado no es bueno: el perfil aerodinámico Eppler 417 del planeador SB-7 era un diseño extremo con demasiada inclinación trasera . Se dice que los pilotos aún podían limpiar las gotas de lluvia cerca del borde de fuga después de aterrizar cuando habían cruzado una lluvia una hora antes. Esto significa que el flujo de aire se separó mucho antes del borde de salida en la superficie superior, y las gotas de lluvia no serían arrastradas por el flujo separado. La separación del flujo aumenta la resistencia, y este efecto muestra que la forma del Eppler 417 tenía demasiada inclinación hacia abajo en el borde de salida.

Si el avión es grande y pesado, la curvatura trasera de su perfil aerodinámico puede ser más alta; a continuación se muestra un caso extremo. Este es un perfil aerodinámico supercrítico temprano diseñado por McDonnell-Douglas, y la parte trasera altamente combada le permite integrar flaps Fowler muy efectivos . Los flaps ayudan porque permiten cambiar la dirección en la que apunta el borde de fuga: los coeficientes de sustentación bajos no requieren deflexión de flaps, o incluso ángulos de flaps negativos en planeadores, y cuanto mayor sea el requisito de sustentación, más se extenderán los flaps, apuntando. cada vez más hacia abajo.

peine blanco 523

Lo mismo es cierto para las superficies de control: dependiendo del cambio de elevación deseado, su borde posterior apuntará hacia arriba o hacia abajo. Vea a continuación un ejemplo en el que tracé la distribución de presión para tres desviaciones de flaps en un gráfico. La presión de la superficie superior e inferior se muestra mediante líneas codificadas por colores, y las líneas inferiores pertenecen a la superficie inferior. Las líneas discontinuas muestran la presión no viscosa y las líneas continuas la distribución de la presión con efectos de fricción agregados. Cuanto más anchas estén separadas dos líneas del mismo color, más elevación se crea. Tenga en cuenta el gráfico de contorno a continuación, que sigue el esquema de color de los gráficos de presión.

E502 con tres ángulos de aleta

Si hay ranuras para revitalizar el flujo, los ángulos de borde de fuga extremos son posibles y ayudan a crear mucha sustentación a baja velocidad, lo que ayuda a los aviones a entrar en aeródromos pequeños. Vea a continuación los flaps de tres ranuras del Boeing 727 , que fue diseñado para el tráfico regional desde y hacia pequeños aeropuertos.

Flaps de triple ranura del Boeing 272 en posición de aterrizaje

Como siempre Pedro. Creo que no queda casi nada que agregar después de una de tus respuestas :) +1
Si la sustentación se produce acelerando el aire hacia abajo, entonces cuanto mayor sea la corriente descendente, mayor será la sustentación. El vórtice inducido por la elevación también produce más flujo descendente y, por lo tanto, debería proporcionar más elevación, ¿verdad? Pero, la mayoría de los libros dicen que el vórtice inducido por la sustentación reduce el AOA efectivo a medida que la corriente descendente es mayor y, por lo tanto, la sustentación se reduce. ¿Cómo se reduce el AOA efectivo si hay una corriente descendente?
@Selva: La corriente descendente va junto con una corriente ascendente delante del ala. El campo de succión sobre el ala acelera y dobla el flujo de aire; busque aquí una explicación más larga. Tal vez esta sería una buena pregunta propia.
Lo haré como una nueva pregunta, ya que ayudará a otros.
Solo me pregunto, ¿qué tan bajos están los flaps al aterrizar? (Dado que incluso están detrás del engranaje principal, supongo que es extremadamente bajo).
@yo': ¿Ves el parachoques en la parte trasera del fuselaje? Eso hará un gran contacto primero, protegiendo las aletas.
¡Ay inteligente! ¡Gracias!

Esta pregunta analiza diferentes formas de explicar por qué las alas generan sustentación. La explicación de Newton (las alas suben empujando el viento hacia abajo) puede explicar por qué el borde de fuga de un ala apunta hacia abajo. Esto aumentará el ángulo en el que el aire se dirige hacia abajo y, por lo tanto, aumenta la sustentación.

Leí que el efecto suelo se debe a la disminución del ángulo de flujo descendente. Si, como dijiste, la corriente descendente aumenta la sustentación, entonces el efecto suelo debería disminuir la sustentación. Pero ese no es el caso. Corrígeme si estoy equivocado.
El efecto suelo combinado con el enfoque de Newton para explicar la sustentación se cubre aquí Aviation.stackexchange.com/a/11396/4197
Entonces, si entiendo correctamente, el efecto suelo reduce la resistencia inducida al reducir el ángulo de flujo descendente. Pero al mismo tiempo, la elevación también debería reducirse, pero se compensa con el efecto de amortiguación (acumulación de alta presión entre la superficie inferior y el suelo), ¿estoy en lo correcto? Por favor, corríjame si estoy equivocado
Puedes ver que la fuerza resultante ( F r mi s ) está bajo un ángulo (≈ el ángulo de flujo descendente, α mi F F ). La componente vertical de esta fuerza resultante es la sustentación. ( L = F r mi s pecado ⁡ α mi F F ) , la componente horizontal es la resistencia inducida ( D = F r mi s porque ⁡ α mi F F ) . El efecto suelo reduce el ángulo de flujo descendente (por lo tanto, coloca la fuerza resultante más vertical). Esto aumenta la sustentación y disminuye la resistencia.
@Selva: Tienes toda la razón.

El lavado hacia abajo aumenta la resistencia y el lavado hacia abajo se debe a la dirección del aire que apunta hacia abajo. Si el borde de fuga se hace horizontal (o tal vez apuntando hacia arriba), pueden producir menos lavado hacia abajo y aún se puede satisfacer la condición de Kutta.

Hay una razón muy importante por la que no queremos intentar disminuir la cantidad de flujo descendente que generan las alas: ¡la cantidad de flujo descendente es igual a la cantidad de sustentación!

Un avión en vuelo recto y nivelado debe producir una cantidad de flujo descendente igual a su propio peso. Si produce menos flujo descendente que eso, caerá. No hay forma de evitarlo.

De qué manera los "puntos" del borde posterior están relacionados con el ángulo de ataque en vuelo, no de la forma en que alguien podría haber dibujado arbitrariamente una imagen de sección.

Si alguna vez ha visto un avión volando boca abajo (en relación con el flujo de aire), incluso entonces, el borde de fuga sigue apuntando hacia abajo, a pesar del ala invertida.

Siempre apunta hacia abajo, porque esa es la única forma de generar la sustentación necesaria para contrarrestar el peso de la aeronave. Incluso si inventó su propio borde de fuga que apunta hacia los lados o hacia arriba, el flujo de aire en sí tendrá que "bajar" después de la obstrucción que colocó allí, si la nave va a volar.

Las formas de las alas generalmente se optimizan utilizando Navier-Stokes para encontrar formas que produzcan sustentación con poca resistencia, y esas ecuaciones producen los mejores resultados con el borde de fuga hacia abajo.

¿Por qué los bordes de fuga del perfil aerodinámico apuntan hacia abajo?
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