¿Por qué los sensores de ángulo de ataque en la mayoría de los aviones están montados en el fuselaje delantero en lugar de en las raíces del ala?

Una fuente de información confiable sobre el ángulo de ataque es importante para los aviones, ya que el vuelo en un ángulo de ataque excesivamente alto puede causar que el avión entre en pérdida , lo que generalmente se considera una ocurrencia indeseable. Con este fin, los aviones generalmente tienen varios sensores de ángulo de ataque redundantes (generalmente que consisten en paletas que sobresalen y se alinean con el flujo de aire, pero que a veces usan complicados mecanismos de detección de presión) para advertir de un peligro- alto ángulo de ataque.

Estos sensores, sin embargo, generalmente están montados en el fuselaje delantero, debajo de la cabina, que no es, para la mayoría de los aviones, donde los altos ángulos de ataque realmente causan problemas. Donde AoA importa es en las alas, que producen la mayor parte de la sustentación del avión y que deben evitar que entren en pérdida, y donde la dirección del flujo de aire local no es necesariamente la misma que experimentan los sensores AoA en el fuselaje delantero. . Exactamente cuán diferente es depende (al igual que muchas de las propiedades aerodinámicas de un avión) de la velocidad aerodinámica del avión , razón por la cual las lecturas de los sensores de ángulo de ataque montados en la nariz deben ajustarse para corregir los efectos de la velocidad aerodinámica , que es por eso (por ejemplo)la protección de alto ángulo de ataque en los Airbuses fly-by-wire no funciona en ausencia de datos válidos de velocidad aérea .

Montar los sensores de ángulo de ataque en las raíces del ala del avión, en lugar de debajo de la cabina, permitiría medir el AoA directamente donde cuenta, eliminando la necesidad de corregir sus lecturas de velocidad aerodinámica y permitiendo una medición precisa del ángulo de ataque incluso sin ninguna información de velocidad aerodinámica, entonces, ¿por qué la mayoría de los aviones todavía tienen sus sensores de ángulo de ataque en el fuselaje delantero en lugar de las raíces del ala?

¿Conoce alguna situación en la que el AOA medido en la raíz del ala sea diferente del AOA medido en la cabina, o una situación en la que esa diferencia sea beneficiosa?
@GalacticCowboy Depende de cuán flexibles sean las alas / fuselaje y, por lo tanto, si el AoA medido en las alas podría ser significativamente diferente de la medición en la nariz. Por otra parte, el AoA en la raíz del ala no cambiaría a medida que las alas se doblan hacia arriba/abajo, cambiaría más en las puntas.

Respuestas (2)

¿Sería más preciso instalar la veleta AOA (o, en general, el sensor) en la raíz del ala que instalarla cerca de la nariz? No, no lo sería. De hecho, puede ser un poco peor debido a la corriente ascendente más grande en el borde de ataque del ala y la protuberancia de la paleta puede incluso interferir negativamente con la aerodinámica del ala.

Tradicionalmente, las medidas de AOA se utilizan para la advertencia de entrada en pérdida y, si es necesario, para el impulsor de palanca. Durante las pruebas de vuelo, los umbrales para la activación de la advertencia de entrada en pérdida (y la activación del empujador de palanca) se calibraron según las mediciones locales de AOA de las paletas para cumplir con los requisitos de certificación y minimizar V S / V S R para maximizar el rendimiento.

En las aeronaves FBW, si las leyes de control dependen del AOA, la ley de control normalmente se diseñaría con el AOA de la aeronave (también conocido como AOA de flujo libre) como se especifica en el túnel de viento y/o CFD. Por lo tanto, las mediciones locales del AOA tendrían que corregirse al AOA de la aeronave antes de ser consumidas por las leyes de control. La respuesta a esta pregunta describe los métodos para dicha corrección durante la prueba de vuelo.

Apéndice:

Hay una serie de otros dispositivos de medición AOA además de la paleta y la sonda inteligente (utilizados en A220 y E170, E190). Los más comunes son los orificios de borde de ataque o las lengüetas que se usan en los aviones GA (gracias @JanHudec por señalarlo). Estos operan detectando el movimiento del punto de estancamiento a medida que aumenta el AOA. La desventaja, por supuesto, es que el punto de estancamiento asociado con el margen requerido para entrar en pérdida es diferente en números de Mach variables y en configuraciones de sustentación alta.

Este informe de la NACA contiene una serie de dispositivos de advertencia de pérdida montados en las alas probados en el último siglo.

En aviones grandes, la paleta AoA se instala de esa manera. Pero todas las aeronaves pequeñas detectan la posición del punto de estancamiento directamente en el borde de ataque con una pequeña paleta (activa una advertencia de entrada en pérdida si explota) o un par de puertos (en algunos casos, incluso de forma puramente mecánica; hay un silbato en el tubo de conexión que suena si el aire fluye hacia arriba). Eso no da AoA, solo una advertencia de bloqueo, pero es más simple.
@JanHudec Muy buena información. ¿Es bueno tener estos dispositivos o algunos de ellos son necesarios para cumplir con 23.207?
Cuando la aeronave no tiene paleta AoA (la mayoría de las aeronaves GA pequeñas no la tienen) y necesita una advertencia de entrada en pérdida para 23.207 (a veces, el búfer de entrada en pérdida es suficiente), es necesaria para el cumplimiento. Pero está sobre alas rectas y sin torcer; en alas en flecha torcidas, puede ser más difícil (o demasiado difícil; en alas en flecha se verá gravemente afectado por el deslizamiento lateral) para calibrar.
"En los aviones FBW, si las leyes de control dependen del AOA, la ley de control normalmente se diseñaría con el AOA del avión (también conocido como AOA de flujo libre) como se especifica en el túnel de viento y/o CFD". ¿Por qué las leyes de control de vuelo de las aeronaves fly-by-wire dependen del AoA de flujo libre , en lugar del AoA del ala, dado que (para las aeronaves que producen sustentación con sus alas) lo que realmente importa para las características de vuelo de la aeronave es el AoA del ala, ¿No es el Freestream AoA?
@Sean Podría identificar el límite de pérdida usando AOA medido cerca del ala. Pero las leyes de FBW se basan en modelos, y los modelos de desarrollo se construyen inevitablemente a partir de CFD y datos de túneles, donde es mucho más fácil especificar AOA de flujo libre.

Montar el sensor AoA en la raíz del ala tiene sentido si se producen efectos espurios, como efectos dinámicos rápidos o no linealidades. La medición del AoA es bastante sencilla en el área lineal de la envolvente de vuelo, debajo del AoA de pérdida, y en esta área el mejor lugar para montar el sensor del AoA es un lugar relativamente tranquilo, lo que simplifica la calibración durante las pruebas de vuelo. Como se ha hecho durante décadas.

Sin embargo, los tiempos han cambiado, hay nuevos requisitos que exigen la recuperación desde un puesto completamente desarrollado, no desde una región lineal. Es posible que sigan nuevos requisitos sobre la medición de AoA y la separación de puestos...

Lo que verá pronto es un desarrollo de algo basado en el "Smart Boom" que se usa en los últimos programas de prueba y prescinde de paletas físicas y solo usa puertos en varios lugares en la punta de la pluma para medir la presión y el software calcula AOA . Verás algo así como una pequeña ampolla a cada lado de la nariz con agujeros por todas partes, reemplazando la veleta.
@JohnK: Según esa lógica, ¿no querrías esos sensores de presión en las alas? Después de todo, la presión del aire en las alas es directamente lo que mantiene a un avión en el aire.
@MSalters Smart Probes también sirven como fuentes de velocidad aerodinámica. No querrías que estuvieran cerca del ala debido a la corriente ascendente.
@Jimmy, creo que el punto de MSalters era: los sensores de presión deberían determinar directamente si hay una pérdida en curso, in situ , por así decirlo, sin siquiera necesitar ningún proxy (velocidad del aire y / o AOA).
@leftaroundabout Para que esto funcione, necesitaría sensores de presión en todas partes del ala (qué sucede si la pérdida ocurre en la mitad del ala desde TE, frente a la pérdida cerca de la raíz en LE debido a la formación de hielo, por ejemplo).
@Jimmy, sí, pero los sensores de presión son pequeños, livianos y baratos (a diferencia de las paletas AOA), por lo que parecería lo suficientemente plausible simplemente distribuir 100 de ellos por todo el ala.
@leftaroundabout Ciertamente es plausible. Pero ahora está reemplazando una estimación de estado redundante con N estimaciones de estado acopladas. Simplemente grita complejidad por muy poca ganancia (si es que hay alguna, como se indica en mi respuesta). Los sensores AOA han estado funcionando de manera confiable durante décadas.
@Jimmy: Cierto, pero 7 fallan de cien, simplemente te encoges de hombros. La redundancia es una forma bien entendida de confiabilidad. En cuanto a las "paradas parciales en diferentes partes del ala", su sensor AoA no puede lidiar con la formación de hielo local en absoluto.
¿Por qué los sensores de ángulo de ataque en la mayoría de los aviones están montados en el fuselaje delantero en lugar de en las raíces del ala?
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