¿Qué efecto tiene la carga alar (alta y baja) en el rendimiento de la aeronave?

He leído que la velocidad de pérdida está determinada en parte por la carga alar. Corríjame si me equivoco: "Las aeronaves con carga alta tienen más peso en relación con el área de sus alas, por lo tanto, la velocidad de pérdida aumenta (a medida que aumenta el requisito de sustentación)".

También he leído que "los aviones más rápidos tienen una mayor carga alar". No entendí tranquilamente esa afirmación.

¿Y la carga alar es peso /área del ala o masa /área del ala?

Respuestas (3)

La carga alar, como estándar de la industria norteamericana, se define como peso/área de referencia del ala (W/S). Pero, de nuevo, no hay nada de malo en definirlo como masa/área; así que tenga cuidado con las comparaciones con la literatura.

Como ha citado correctamente en su OP, una gran carga alar afecta inversamente el rendimiento, esto incluye el rendimiento de despegue y el rendimiento de giro, todo debido a una mayor velocidad de pérdida. Suponiendo un coeficiente de sustentación máximo constante, cuanto mayor sea la carga alar, mayor será la velocidad de pérdida:

V s = W S 2 ρ C L metro a X

Sin embargo, una gran carga alar es beneficiosa desde la perspectiva de la comodidad de conducción y ofrece un beneficio estructural (es decir, ahorro de peso) al considerar las cargas de ráfagas. Suponiendo el mismo nivel de ráfaga, cuanto más rápido vuela un avión, mayor aceleración vertical (G) experimenta. Una relación particularmente destacada y aproximada se puede encontrar en 14 CFR 23.341 (antes de Admt 64), donde el factor de carga de la ráfaga viene dado por:

norte z = 1 + k gramo tu d mi V a 498 ( W / S )

En lo anterior, k gramo es el factor de alivio de ráfagas que aumenta con W/S, tu d mi es la velocidad de la ráfaga en ft/s (encontrada en 23.333 y disminuye con la altitud), V es la velocidad aerodinámica equivalente en kt, a es la pendiente de la curva de sustentación. Como puede ver, el factor de carga disminuye al aumentar la carga alar y aumenta al aumentar la velocidad aerodinámica.

Para los propósitos de peso y balance y para expresar valores de carga alar, peso y masa son lo mismo y los términos se usan indistintamente (verá "Peso y Balance" y " Masa y Balance " usados ​​en la documentación).

Entonces, la carga alar se refiere a la relación entre el área de las alas en relación con la masa o el peso total. La carga alar normalmente se expresa, en América del Norte, en lb/sqf, y en jurisdicciones métricas, en N o Kg/m2.

A medida que vas más rápido, el ala es capaz de soportar una masa/peso dado con cada vez menos área total, y es más eficiente en general, si tu prioridad es ir rápido , para reducir el área del ala, manteniendo el mismo peso/masa. , para aprovechar eso. Esto se debe a que el AOA (L/D máx.) más eficiente del perfil aerodinámico se encuentra en un ángulo bastante alto y, desde una perspectiva de eficiencia de velocidad, desea navegar lo más cerca posible de ese AOA para minimizar la resistencia inducida.

El efecto secundario de esto son velocidades de vuelo mínimas aún más altas que de otra manera, pero si su prioridad era ir rápido, vive con eso. Los flaps de las alas le permiten hacer trampa, al menos en parte, para salir de este problema, al hacer que su ala pequeña trabaje mucho más a baja velocidad de lo que lo haría sin flaps, luego puede retraerlos para que estén fuera de la imagen cuando usted quiero ir rápido.

Realmente no es tan diferente del esquí acuático en un esquí pequeño frente a un esquí grande. Puede ir más rápido en el esquí pequeño de "carga de esquí alto", pero tiene que ir más rápido para subir al escalón.

El esquí pequeño también montará olas mucho mejor. Lo mismo con las alas; Uno de los beneficios de las alas pequeñas muy cargadas es un mejor andar en baches y necesitas esa característica, ya que vas más rápido, si quieres hacerlo cómodamente.

Ves este efecto claramente con aviones ligeros. El Thorp T-18 se las arregla con solo 86 pies cuadrados de área de ala con un peso bruto de 1600 libras, para navegar a 180 mph. El Pazmany PL-2 tiene más o menos la misma configuración general y todo el peso, pero tiene 116 pies cuadrados de área alar, una carga alar significativamente menor y navega entre 25 y 30 mph más lento con la misma potencia y la mayor parte se debe a las alas más grandes y menor carga alar.

El Thorp también aterriza y despega unas 10 mph más rápido, lo cual es malo, pero también navega mucho mejor por el aire, lo cual es bueno (tengo un PL-2 y he volado en un Thorp en el pasado).

Los dioses de la aviación dan y ellos quitan...

"Peso y masa son lo mismo". No, no lo son. En el espacio, un objeto puede ser ingrávido, pero siempre conservará su masa. El peso se mide en N, la masa se mide en kg.
Bueno, usted no tiene que obtener toda la ciencia-y. Para nuestros propósitos lo es. Los aviones para propósitos de W&B no se miden en N, solo en kg o lbs, y los términos peso y masa se usan indistintamente.
Newton está llorando en su tumba.
Bueno, si lo desea, puede escribir cartas desagradables a todos los gerentes de Weights Group en los distintos OEM.
Sí. "Peso" es solo masa atraída por la gravedad, por lo que técnicamente masa es el mejor término, pero el mundo ha estado usando el término "peso" desde siempre. Pero como dije, al menos en América del Norte, la carga alar se expresa en libras por pie cuadrado, en función del peso total, o la masa, por así decirlo.
Su respuesta es la más correcta del grupo, pero podría ser más completa si ampliara por qué el ala más pequeña es "más eficiente en general". (Aparte de las razones estructurales, siempre tendrá menos resistencia parásita y, por lo tanto, tendrá menos resistencia en general a velocidades más altas). Además, otro "efecto secundario" relacionado es el techo reducido (dada una velocidad máxima/Mach limitada).
Se agregaron algunas cosas.
Espera, "14 grados más o menos" está alrededor de max L en lugar de "max L/D". El AoA óptimo es mucho más bajo. Además, su explicación solo es válida si por "más rápido" entiende IAS. De lo contrario, se puede decir que con alas más grandes, puedes volar más alto, y eso también conducirá a un AoA más alto (~más óptimo).
AOA óptimo para L/D máx. de todo el ala y el cuerpo de la aeronave juntos, sí, porque el ala normalmente se configura con una incidencia de unos pocos grados. Pero la L/D máxima del perfil aerodinámico por sí sola está entre 12 y 15 grados, pero tendrías que establecer la incidencia en ese nivel para tener un ángulo de cubierta nivelado para explotarlo, por lo que es totalmente poco práctico y solo se usa para ilustrar el concepto. En velocidad, debe relacionarlo con IAS para simplificar las cosas; de lo contrario, debe comenzar a tener en cuenta las altitudes y las temperaturas, agregando complejidad innecesaria con el fin de explicar un concepto.
El AoA para L/D máx. de un perfil aerodinámico típico suele estar por debajo de 5° , que, "por cierto", es aproximadamente el ángulo de incidencia típico del ala. Max L (y así ~14°) es relevante para la discusión, pero solo en el contexto de despegue/aterrizaje/pérdida. Para un crucero óptimo, desea estos 3-4 °, pero con alas más grandes y alta velocidad, tendrá menos, y ese es el problema (en términos de L / D). En cuanto a la velocidad, IAS es sencillo para nosotros los pilotos, pero no tanto para la gente "normal". (Sin embargo, no me opongo, es solo una nota).
Sí, mi cerebro pedo. Saqué parte de la parte ofensiva.

En la velocidad de pérdida, según esta respuesta , la carga alar se define como:

L S = C L ⋅ ½ ρ V 2
.

L es la fuerza de sustentación proporcionada por el ala, a 1 g de vuelo constante, el ala solo necesita contrarrestar la gravedad, por lo que L = W. Tenga en cuenta que se requiere usar la fuerza de sustentación L: en las maniobras, el ala debe proporcionar más fuerza de sustentación, y la carga alar aumenta.

Entonces, con un perfil de ala dado y C L metro a X , a mayor carga alar, la velocidad de pérdida es mayor.

los aviones más rápidos tienen mayor carga alar

Sí, de hecho, a constante C L y el área del ala S, se puede crear más sustentación a mayor velocidad. O se requiere menos área de ala para un peso de compensación de sustentación dado.

¿Y la carga alar es peso/área del ala o masa/área del ala?

Como se indicó, la carga alar es sustentación /área alar, que se convierte en peso/área alar en condiciones estables de 1 g.

El ala siempre está cargada por la fuerza de sustentación que genera. En situaciones de 1G, la sustentación es de hecho igual a la fuerza que la gravedad ejerce sobre la masa de la aeronave, pero es importante saber en qué circunstancias esto es válido.
Esa es la verdadera carga alar. Pero la comparación de peso con el área del ala da manzanas con manzanas, por ejemplo, si comparo mi modelo r/c con un Cessna 152: ¿cuáles son mis proporciones de peso/masa con el área del ala? Es por eso que el peso o la masa se pueden usar indistintamente. Cualquier unidad utilizada para peso (o área) funciona para formar proporciones siempre que los términos sean consistentes. Agradezco a las personas que se toman el tiempo para discutir y resolver estos conceptos básicos.
Esto es combinar la carga alar W / S y factor de carga norte . L / S = norte W / S . Ambas expresiones son matemáticamente correctas pero en términos de uso estándar de los términos L / S no se conoce como carga alar.
¿Qué efecto tiene la carga alar (alta y baja) en el rendimiento de la aeronave?
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