¿Por qué los vórtices en las puntas de las alas afectan la corriente ascendente por delante del perfil aerodinámico?

Este es un tema fascinante, y realmente se reduce a la mecánica del ascensor. Físicamente, se generan corrientes ascendentes y descendentes a medida que el aire acelera/desacelera y se curva alrededor del LE del ala. En las puntas de las alas, el aire de mayor presión se curva hacia arriba y genera los vórtices con los que estamos familiarizados. De hecho, también se generan vórtices en el borde de fuga del ala, pero no tan notorios. Obviamente, esta imagen es insatisfactoria ya que no nos da ninguna idea que levantar.

De acuerdo con la teoría del flujo potencial (irrotacional, incompresible e invisible), la sustentación se genera siempre que haya una circulación neta de aire. Un modelo particularmente exitoso, la teoría de la línea de elevación, modela la envergadura del ala como una colección de vórtices de herradura en forma de U : hay un vórtice unido en la ubicación de la envergadura y dos brazos de vórtice de arrastre que se extienden hasta el campo lejano.

Así que ahí lo tienes. Un vórtice individual genera una pequeña corriente descendente a medida que gira el flujo hacia abajo en esa ubicación, y se genera una pequeña corriente ascendente a medida que gira el flujo hacia arriba. Si procede a hacer los cálculos y suma todas las influencias en cualquier punto del tramo, el efecto neto es una corriente descendente (que cambia el AOA efectivo y da lugar a la resistencia inducida como mencionó).

Si hace lo mismo para una ubicación por delante del LE, obtendrá una corriente ascendente neta e inversa para TE. Esto parece intuitivo: si se aleja y trata a todo el ala como una sola circulación, la circulación debe ser en el sentido de las agujas del reloj (suponga que el aire proviene de la izquierda), con el aire moviéndose hacia arriba a la izquierda y moviéndose hacia abajo a la derecha.

Hay modelos más complejos, como redes de vórtice, paneles de vórtice, etc. Pero esta teoría es bastante intuitiva e introduce la resistencia inducida. Por cierto, la resistencia inducida es un fenómeno de duración finita. Si tiene un lapso infinito, recupera por completo el coeficiente de sustentación 2D y la resistencia inducida desaparece, aunque los vórtices permanecen.

Aunque los vórtices de punta generalmente se consideran como un pequeño tornado horizontal que se emite desde la punta del ala del borde de salida, en realidad es un gran campo de flujo que se extiende por delante y por detrás, y también más allá de la punta. Tanto el flujo ascendente como el flujo de circulación de la punta comienzan muy por delante del ala. Es más intenso cerca de la superficie de la punta hacia la parte posterior.

Puede ver esto si examina un winglet que se encuentra debajo de él y observa que la línea de cuerda de su perfil aerodinámico apunta hacia afuera un par de grados para maximizar el AOA en la circulación de la punta, porque el campo de flujo de circulación comenzó bien al frente y el flujo ya se está curvando hacia adentro. en el borde de ataque del winglet.

Más hacia el interior, es solo la "onda de proa" ascendente del cuerpo móvil del ala que está delante de ella, pero hacia la punta, la corriente ascendente ya está comenzando a circular hacia la parte superior, mientras todavía está ascendente, por lo que el ángulo neto es más alto. .