¿Qué causa el flujo de aire hacia el fuselaje cerca de la aleta?

Estoy tratando de entender cómo los winglets son beneficiosos para reducir la resistencia inducida y encontré este artículo;

https://www.boldmethod.com/learn-to-fly/aerodynamics/how-winglets-work-to-reduce-drag-and-how-wingtip-vortices-form/

En el contexto del artículo anterior, la componente de velocidad hacia debe ser hacia el fuselaje cuando se genera un vórtice en la punta sin aleta. Pero al agregar un winglet, el vórtice se desprendería en la punta del winglet y el componente de velocidad visto por el winglet debería estar lejos del fuselaje. ¿Puede alguien darme una idea de lo que realmente está sucediendo?

¿Es cierta la explicación de que los winglets en realidad producen una resistencia negativa?

El winglet funciona como una vela en un barco ceñido a bordo; la mayor parte de la sustentación es lateral, pero hay un pequeño componente de empuje hacia adelante que impulsa el barco hacia adelante, y el winglet proporciona suficiente empuje hacia adelante para exceder su arrastre en AOA altos. Es por eso que solo se ven, en su mayoría, en aviones a gran altura que navegan a baja velocidad indicada. También está el lavado hacia afuera del winglet, que redirige el campo de vórtices en la dirección opuesta, debilitando la circulación. Párese debajo de un winglet y notará que su línea de cuerda está un poco hacia afuera, para optimizar su AOA en la circulación local.
@JohnK He estado leyendo un poco y parece haber cierto debate sobre el comportamiento de los winglets como velas. Aunque no he podido encontrar ninguna teoría satisfactoria que sugiera otros métodos de trabajo.
Tenga en cuenta la expansión de mi respuesta. Espero que esto ayude a respaldar el razonamiento de @JohnK.

Respuestas (1)

La succión sí.

El flujo de aire sigue gradientes de presión, y la succión que crea sustentación sobre el ala superior atrae más aire, no solo desde la parte delantera del avión (lo que explica el ángulo de ataque inducido), sino también desde el costado.

La explicación del arrastre inducido en la página de Boldmethod es bastante buena; solo las gemas como los vórtices de las puntas de las alas se curvan hacia arriba y alrededor de las puntas de las alas, empujando el aire que fluye sobre el ala hacia abajo y el gráfico con flechas rectas en un ala en flecha necesitan mejorar.

La mejor redacción sería: La sustentación se crea acelerando el aire que fluye sobre el ala hacia abajo; esto a su vez hace que se acelere más aire del costado hacia el centro del ala.

Con respecto a la comparación de los winglets con las velas: la aceleración lateral del aire cerca de la punta provoca un flujo de aire doblado hacia adentro por encima de la punta del ala. Si ahora coloca allí una superficie que crea fuerza lateral, su vector de elevación se inclinará hacia adelante por este flujo de aire doblado hacia adentro. Esto producirá un pequeño componente de empuje junto con una gran fuerza lateral, tal como lo hace una vela cuando navega cerca del viento. Este efecto funciona de la misma manera que el flujo inclinado hacia abajo sobre el ala, lo que hace que el vector de sustentación del ala se incline ligeramente hacia atrás, provocando una resistencia inducida. Por lo tanto, podría llamar al efecto beneficioso del empuje inducido por el winglet. Al igual que la resistencia inducida, es mayor con coeficientes de sustentación elevados.

Por supuesto, doblar este winglet completamente como una extensión de tramo será aún más beneficioso.

Gracias Sr. Kampf. ¿Estoy en lo correcto al deducir que en todos estos casos la mayor parte del vórtice todavía se desprende en la punta del ala y no en la punta del ala?
Hay un gran campo de flujo que circula alrededor de la punta del ala que se extiende mucho más allá de la longitud del ala, debilitándose a medida que te alejas. El winglet solo está extrayendo energía de la sección central más fuerte de la circulación para ayudar a debilitarla y obtener un poco de beneficio de empuje. El objetivo de Whitcomb con el winglet era obtener el beneficio de un aumento de la envergadura sin ocupar el espacio real adicional a lo largo de la envergadura y sin la carga de flexión adicional en la raíz del larguero, ya que el impacto estructural del winglet se absorbe en la base del winglet y no agregar a la flexión general del ala.
El mejor artículo sobre winglets que he visto fue un artículo de Peter Garrison (que diseñó su propio avión y voló alrededor del mundo con él) en la revista FLYING hace muchos años, donde lo describe perfectamente en términos sencillos.
@Mridul Vorticidad se derrama a lo largo de todo el tramo y se enrolla en los dos vórtices . Lo que sucede en la punta es solo una pequeña parte del todo.
Supongo que se podría decir que el ala en sí es un gran generador de vórtices, siendo un ala delta la versión más extrema.
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