¿Cómo afecta la velocidad a la sustentación?

La ecuación de elevación es

dónde$S$es el área del ala,$C_L$coeficiente de elevación,$\rho$densidad del aire y$v$velocidad aerodinámica. Uso de unidades de medida$\text{m}^2$para$S$,$\text{m}/\text{s}$para$\text{v}$, y$\text{kg}/\text{m}^3$para$\rho$, el resultado es ascensor en$\text{N}$(newtons).

En cuanto a las superficies aerodinámicas simétricas, también funcionan bastante bien, y la ecuación anterior es perfectamente válida para ellas. Si es cierto que a cero grados su$C_L$es cero, dan cero elevación independientemente de la velocidad (cero veces cualquier cosa es cero).

Si tiene un perfil aerodinámico fijo en un túnel de viento, la sustentación aumenta con el cuadrado de la velocidad del aire.

Sin embargo, un avión real generalmente solo necesita suficiente sustentación para equilibrar su peso, por lo que, a medida que vuele más rápido, también disminuirá el ángulo de ataque para mantener constante la sustentación.

Por el contrario, si un piloto quiere más sustentación para hacer un giro cerrado, por lo general aumentará el ángulo de ataque en lugar de aumentar la velocidad.

La elevación también aumenta con la densidad del aire y el área del ala (según la respuesta de xxavier), ¡pero eso generalmente está fuera del control del piloto!

Es difícil (imposible, en realidad) predecir lo que sucede basándose únicamente en la velocidad del aire.

Para obtener un resultado significativo, debe utilizar el número de Reynolds. Normalmente, tendrá un gráfico completamente separado para cada número de Reynolds probado. En un número de Reynolds diferente, no solo con el cambio de sustentación, sino que también es probable que cambie la forma básica de la línea Cl/alfa (p. ej., a medida que el número de Reynolds cae, es bastante rutinario obtener una pérdida mucho más "nítida", que es decir, donde su gráfico muestra una caída agradable y suave en la sustentación a medida que aumenta el AoA, a un número de Reynolds más bajo, fácilmente podría tener solo una pérdida mínima de sustentación y luego caer mucho más rápidamente. Por ejemplo, aquí hay un gráfico Cl/AoA para un perfil aerodinámico NACA 6409:

La línea dorada está en Re=1,000,000, la verde azulado en Re=50,000. Ambos son bastante bajos, pero al menos dan una idea general. Obsérvese en particular que las curvas tienen formas sustancialmente diferentes. En Re=1M, la sustentación aumenta casi linealmente con AoA, justo hasta que se aproxima a la pérdida (en cuyo punto se aleja con bastante suavidad). En Re=50K, el aumento es mucho menos lineal y Cl aumenta bruscamente poco antes de detenerse, luego cae como una roca, casi sin previo aviso.

Pero también tenga en cuenta que se trata del número de Reynolds. La velocidad del aire baja con una cuerda grande actúa de manera muy similar a una velocidad del aire mucho más alta con una cuerda mucho más pequeña.

Para un ejemplo concreto, las superficies aerodinámicas utilizadas en los impulsores de un motor a reacción funcionan a altas velocidades del aire, pero tienen cuerdas extremadamente pequeñas. Esto da un número de Reynolds muy bajo a pesar de la alta velocidad del aire. Incluso para un jet supersónico, los impulsores a menudo funcionan con un número de Reynolds más bajo que el ala principal de algo como un Piper Cub o un Cessna 172.

¡Bienvenido a Aviation Stack Exchange, James! Una respuesta simplificada sería:

La sustentación es producida por el flujo de aire alrededor del ala (la expresión para esto se da en la respuesta de xxavier). Si aumenta la velocidad, aumentará el flujo de aire alrededor del ala. Dado que todo lo demás se mantiene constante, obtendrá más sustentación. (En la vida real, las consecuencias del aumento de la velocidad y la sustentación son numerosas, pero están más allá del alcance de esta pregunta)

Para un perfil aerodinámico simétrico con AoA cero, el Cl sería 0 y la velocidad no tendría ningún efecto sobre la sustentación: independientemente de la velocidad, la sustentación sería cero.