¿Cuál es el efecto del grosor del perfil aerodinámico en la sustentación aerodinámica?

En el capítulo 2 de su libro Fluid Dynamic Lift , Sighard Hoerner analiza la influencia del grosor yendo al extremo de un perfil aerodinámico con una sección transversal circular:

Suponiendo que lográramos mediante el control de la capa límite alrededor del lado trasero, desplazar los puntos de estancamiento desde cero (en el lado delantero) y desde 180° (en el lado trasero) ambos hacia 90° (en el punto más bajo) , sin perder impulso, la pendiente de su curva de sustentación sería dCL/dα =4π, en lugar de = 2π, como en las secciones de lámina delgada.

Como desea una expresión matemática: esta es la aproximación lineal que da:

$$c_{L\alpha} \approx 0.11 + 0.09\cdot\frac{t}{c}$$

Tenga en cuenta que la pendiente de la curva de elevación es por grado.$\frac{t}{c}$es el espesor relativo del perfil aerodinámico. En la figura 21 de ese capítulo, utiliza el concepto de ángulo de sustentación, el ángulo en el que el coeficiente de sustentación alcanza la unidad, para mostrar cómo la pendiente de la curva de sustentación varía con el espesor de la superficie aerodinámica. Este gráfico debe demostrar cuán limitada es la aplicabilidad de la aproximación en la realidad.

El ángulo de sustentación de las secciones aerodinámicas en función de su relación de espesor ( fuente de la imagen ).

El estancamiento está dominado por la separación del flujo, y el efecto de desplazamiento de un perfil aerodinámico se suma a las tensiones en la capa límite que determinan cuándo se separa el flujo . Por otro lado, el grosor está indirectamente influenciado por el radio de punta del perfil aerodinámico, y esto a su vez determina el pico de succión en la punta y en ángulos de ataque más altos. Un pico de succión más alto también estresa la capa límite. En consecuencia, tanto un radio de punta demasiado pequeño (y un grosor de superficie aerodinámica demasiado pequeño) como un grosor demasiado alto reducen el coeficiente de sustentación máximo. El punto dulce está en un espesor de alrededor del 10%.

En el capítulo 4, Hoerner examina en detalle esa dependencia. El siguiente gráfico no incluye perfiles aerodinámicos delgados muy curvados , y el límite recto para perfiles aerodinámicos delgados es engañoso.

Coeficiente de sustentación máximo de varios tipos de superficies aerodinámicas en función de su relación de espesor ( fuente de la imagen ).