Una pregunta sobre los parámetros aerodinámicos

Si una aeronave hipotética, que es un ala voladora recta sin cola y sin fuselaje, tiene las siguientes características:

  • barrido hacia adelante moderado
  • una relación de aspecto = 9
  • un ángulo diedro de 3 grados
  • una ligera disminución de 5 grados en cada borde
  • giro del ala (10 grados de diferencia de incidencia total entre la línea central y la punta del ala)
  • superficie aerodinámica con combadura positiva en la línea central, un poco menos en la raíz, combadura mínimamente positiva en la sección interior, sección exterior simétrica, combadura negativa desde allí hacia las puntas de las alas
  • espesor 10% en las puntas, 15% en la raíz y 20% en la línea central
  • una carga alar baja, es decir, 50 kg/m2
  • CG ligeramente hacia adelante

Y si se considera que la estabilidad requerida en guiñada (guiñada proverse) está asegurada mediante suficiente torsión del ala y perfil aerodinámico simétrico/camber negativo en las puntas,

qué tipo de características de perfil aerodinámico, o incluso mejor, qué ejemplos específicos de perfil aerodinámico (o al menos, una categoría específica de perfil aerodinámico) proporcionarían tanto una baja resistencia inducida como una amplia capacidad de elevación a bajas velocidades de 50KT, pero aún tendrían baja resistencia a velocidades más altas, es decir, a 200 KT?

Específicamente, ¿cuánto cambio de camber y camber reflejo (en proporción a la simetría) debe buscarse para cada uno de los diferentes segmentos de la línea central del ala, la raíz, la sección exterior y la punta del ala?

O, ¿sería suficiente si toda la forma en planta tuviera una forma aerodinámica idéntica (escalada para la longitud de la cuerda debido a la conicidad)?

¿Cuáles serían las posiciones del centro de presión (en porcentaje de cuerda) de tal ala en vuelo lento o en crucero de alta velocidad?

——

Sé que puede ser una pregunta bastante amplia con una miríada de posibles respuestas, pero estaría agradecido de ver algunos ejemplos, para que pueda tener una idea de cuál debería ser la curvatura / curvatura reflejada para estas características del ala, y entender mejor a través de ejemplos

Gracias

Debería conseguir este libro: marskeaircraft.com/new-book-the-wing-%26-i Marske utiliza perfiles aerodinámicos reflejados con un modesto barrido HACIA ADELANTE y un gran timón central y es probablemente el diseñador más exitoso de planeadores de alas voladoras.
Gracias por el comentario. Estaba considerando barrer hacia adelante porque vi algunos ejemplos similares a los que publicaste. camber, etc. son intrigantes: me gustaría mucho saber si la reducción de la resistencia al eliminar el timón quizás no sea un gran beneficio debido a la resistencia adicional debido a la carga negativa (o menos sustentación) en las puntas al usar un gran diferencia de giro del ala
El principal beneficio del barrido hacia adelante es la eliminación de los problemas de flujo a lo largo de la envergadura endémicos de las alas con barrido hacia atrás. Los FW de Marske tienen un comportamiento de pérdida impecable porque el elevador interno es incapaz de alcanzar el AOA de pérdida. Consulte también el canal de YouTube de Rol Klingberg. Aquí hay un video donde habla sobre los problemas de giro con las alas voladoras barridas debido al bloqueo de la punta youtube.com/… . Está diseñando un planeador ultraligero de ala voladora en flecha y tiene un sistema único de timón de punta unidireccional (él lo llama "guiñada automática") que mejora en gran medida la estabilidad de la guiñada.
Vi el ala klingberg en youtube hace un par de semanas, y el video de su planeador en los años 80, este video lo pondré ahora. El barrido hacia adelante es muy interesante, pero necesito comprender mejor los aspectos negativos, además de los momentos de flexión; mientras leo, parece que las alas barridas hacia adelante necesitan un giro hacia arriba en las puntas
No creo que las alas de Marske usen lavado, lo que tendería a promover la entrada en pérdida de la punta que promueve los giros. Marske explota un fenómeno en el que la separación del flujo inicial en el TE hace que el elevador de la raíz del ala sea ineficaz antes de que la pérdida se profundice, lo que impide que cualquier parte del ala se lleve por completo a la pérdida AOA. La historia del Génesis es bastante interesante porque los socios de Marske más o menos lo obligaron a agregar una pequeña superficie horizontal en la parte superior de la aleta. Insistió en que era totalmente innecesario, pero lo agregó cuando los socios amenazaron con arruinar el programa si no cedía.

Respuestas (1)

Para que un ala sea estable por derecho propio, su centro aerodinámico debe permanecer estático con cambios en el ángulo de ataque. El enfoque habitual es barrer el ala y lavar la sección exterior. Debido a que su ala no tiene barrido, solo tiene dos opciones para crear un perfil aerodinámico estable:

  • Un perfil aerodinámico simétrico, es decir, con camber cero.
  • Un perfil aerodinámico arqueado con arqueo reflejo hacia el borde de fuga.

El primero de estos tiene malas características de baja velocidad y en realidad solo se ha utilizado en acrobacias aéreas y en los primeros tipos supersónicos.

El tipo réflex ofrece mejores características a baja velocidad, gracias a su borde de ataque curvado positivamente. RAF 34 proporciona un buen ejemplo; se desarrolló en la década de 1920 cuando se descubrió que el RAF 33, con un reflejo aún mayor, tenía una gran resistencia. RAF 34 tuvo un rendimiento mucho mejor por encima de 200 kt y se usó en varios tipos sin cola (generalmente también barridos y lavados) como los Westland Pterodactyls. Sería un buen punto de partida para su búsqueda.

Pero tenga en cuenta que su ala cónica de "tablón" tendrá características de manejo abismales y una pérdida viciosa e irrecuperable. El lavado puede ayudar un poco aquí, y la posición del CG dependerá de esto, así como, por supuesto, del perfil aerodinámico elegido. Tal vez usarlo como un ala delta podría ser sostenible, ya que la estabilidad del péndulo enmascarará los peores problemas de manejo, ¡pero no me gustaría tomarlo en caso de que se detenga!

Apéndice

Algunos comentarios se han referido a los experimentos Prandtl-D de la NASA dirigidos por Albion Bowers, que deben mucho a la distribución de sustentación "en forma de campana" de Prandtl y la explotación de Reimar Horten en sus alas voladoras. El análisis de Prandtl se aplicó principalmente al ala recta y no se preocupó por la estabilidad o la guiñada. Por el contrario, la implementación de Horten/NASA se aplica exclusivamente a alas voladoras en flecha sin cola, donde la estabilidad y la guiñada probada en el giro son esenciales para un manejo dócil. En este último contexto, a lo largo de los años se han probado muchas variaciones sutiles de perfil aerodinámico a lo largo del tramo. JW Dunne lo anticipó todo, y más, intuitivamente en la era pionera (el archivo del Museo de Ciencias contiene cajas llenas de sus modelos de investigación), pero no era matemático. Las relaciones precisas entre las diversas características de diseño y las características de vuelo resultantes siguen siendo algo confusas y polémicas, y el trabajo de Dunne se ignoró cuidadosamente, por lo que algunos aspectos de la pregunta original aquí siguen sin respuesta. Pero una cosa en la que todos los que he mencionado están de acuerdo; si no agitas tu ala entonces te estás haciendo la vida mucho más difícil.

Gracias por la respuesta. ¿Puede comentar cómo afectaría el barrido hacia adelante con RAF34 a la CA? ¿Qué pasa con el ala de tablón como mencioné, pero con RAF34 y un timón central considerable (como comentó anteriormente John K sobre el planeador Marske)? ¿Puede comentar también sobre este perfil aerodinámico: airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=prandtl-d-root-ns ; es el ala Prandtl de Al Bowers, con guiñada probada. Sin embargo, ese avión tiene un barrido prominente; hay este ejemplo: youtu.be/UsopLXgzpeM ; una versión del ala Prandtl, sin barrido, con forma de delta con borde de ataque cónico.
Además, en una respuesta a una pregunta sobre el giro del ala ( aviation.stackexchange.com/a/24470/53529 ), el usuario Peter Kampf afirmó que las alas en flecha hacia adelante pueden eliminar el giro mediante la inclinación del perfil aerodinámico / tener una inclinación negativa en las puntas (si entendido correctamente). Por favor, hágame saber sus pensamientos sobre esto (editaré la pregunta en consecuencia)
Primera consulta: una aleta central en un ala sin flecha es inútil, mientras que la superficie de control actúa más como un alerón que como un timón. El perfil aerodinámico de Bowers y su AoA varían significativamente a lo largo de su ala, la raíz es solo un extremo. A diferencia de RAF 34, fue diseñado únicamente como la raíz de un ala en flecha. Si está persiguiendo una guiñada pronunciada, entonces el barrido de ala más el lavado más anédrico de punta (según el monoplano Dunne D.7 en.wikipedia.org/wiki/Dunne_D.7 ) y los alerones Frise son sus amigos. Delta es equivalente a cónico y barrido, consulte Lippisch Deltas en.wikipedia.org/wiki/RRG_Delta_I .
Segunda consulta: no vi el barrido hacia adelante mencionado por Peter Kampf, tal vez me lo perdí; de todos modos, el ala barrida hacia adelante necesita un giro hacia arriba en las puntas, no hacia abajo. Además, hay dos tipos de giro, aerodinámico y físico. Parece estar hablando del tipo aerodinámico, que es mucho más sutil.
Tal vez lo entendí mal cuando lo leí, escribió: "un ala con barrido positivo puede desaparecer sin torcerse si el perfil aerodinámico se cambia a lo largo del tramo de inclinación positiva en la raíz a inclinación negativa en la punta".
Gracias por sus comentarios sobre mis dos primeros comentarios. Necesito pensar en estas consideraciones.
"barrido positivo" significa barrido hacia atrás de la manera habitual. Sin embargo, Dunne señaló en 1913 que la comba negativa en la punta (la Zanonia o ala de cuervo) es direccionalmente inestable. Le dio a las puntas una mayor inclinación positiva en su ala en flecha sin cola (el ala de gaviota) para el primer avión estable certificado del mundo, como lo atestiguó el propio Orville Wright en 1910. Para hacer que el tipo de punta con inclinación negativa sea direccionalmente estable, Jose Weiss, Handley Page e Igo Etrich todos tuvieron que agregar colas. La física del vuelo no ha cambiado desde entonces, aunque se ha olvidado una cantidad vergonzosa.
Bien, en ese caso, las alas con barrido hacia adelante (negativo) necesitan un lavado positivo en las puntas y las alas con barrido hacia atrás (barrido positivo) necesitan un lavado negativo o una inclinación negativa (aunque eso es inestable). Sin embargo, cuando releo esto, una cosa me resulta poco clara, ya que dice que el ala debe diseñarse de manera que mantenga el centro aerodinámico "estático", sin embargo, hasta donde he visto, el AC es un geométrico. punto que es constante en la ubicación de la cuerda con cualquier cambio de AoA?
Gracias por el apéndice, resume bastante bien todo el marco de lo que no vi claramente, la interacción de barrido, giro y camber, estabilidad de guiñada, etc. Además, con respecto a mi comentario anterior, supongo que te refieres a que para un ala ser estables los momentos de cabeceo alrededor del centro aerodinámico (el punto neutral) deberían, en todos los ángulos por debajo del AoA crítico, dar como resultado que la aeronave regrese a la trayectoria de vuelo deseada?
El centro aerodinámico se define como el punto alrededor del cual se resuelven los cambios en los momentos de cabeceo aerodinámico (con cambio de AoA). El punto neutral simplemente marca la posición del CG para la estabilidad neutral. Para un vuelo estable, el centro de presión debe coincidir con el CG, y es alrededor del CG que el momento de cabeceo neto debe devolver el avión al vuelo nivelado, moviendo el CP apropiadamente.
Sí, pero por lo que deduzco, el AC también se considera el "punto neutral" de un perfil aerodinámico, ya que el NP de toda la aeronave es en realidad un lugar en el que, si la aeronave gira a su alrededor, los momentos de cabeceo se resuelven y es neutral en estabilidad. Dado que la aeronave gira alrededor del CG, esto solo ocurrirá cuando el CG esté en el punto neutral. En el perfil aerodinámico, lo mismo implica, sin embargo, el ala no vuela sin el resto de la aeronave, por lo que ... se usa el perfil aerodinámico AC porque todo el avión tiene un CG que no es el mismo que el CG del ala. Entonces, se usa CA, pero es básicamente el propio 'punto neutral' del perfil aerodinámico
Una pregunta sobre los parámetros aerodinámicos
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v