¿Por qué los aviones de ala baja tienen un diedro más alto que los aviones de ala alta?

Hay varias fuentes para un momento de balanceo inducido por deslizamiento lateral:

1. El ángulo diedro$\nu$del ala, lo que aumentará el ángulo local de ataque$\alpha$en el ala de barlovento según$\Delta\alpha = \beta\cdot sin\nu$;$\beta$siendo el ángulo de deslizamiento lateral,
2. El ángulo de barrido$\varphi$del ala , que en un deslizamiento lateral provoca un barrido del flujo de aire sobre el ala de barlovento (y un mayor efecto de barrido en el ala de sotavento). El cambio local en el ángulo de ataque es$\Delta\alpha = (cos(\varphi±\beta)-cos\varphi)\cdot(\alpha-\alpha_0)$y es proporcional al ángulo de ataque,
3. El flujo cruzado alrededor del fuselaje (vea el boceto a continuación para ver una ilustración, lo siento, no hay una fórmula simple aquí), y
4. La ubicación de la cola vertical, o más precisamente, la fuerza lateral creada sobre ella por un ángulo de deslizamiento lateral en relación con la ubicación del centro de gravedad. Este efecto dictó el anédrico de aviones como el F-104 Starfighter .

Consulte esta respuesta para obtener una explicación más completa del efecto 3. El siguiente boceto se tomó de la respuesta vinculada y muestra una configuración de ala alta y baja en deslizamiento lateral. Las flechas azules finas indican el componente lateral del flujo de aire$v_{\infty}\cdot sin\beta$.

Al final, un poco de balanceo debido al deslizamiento lateral es bueno, pero se debe evitar demasiado, y se usa diedro para complementar los otros efectos, de modo que el total sea el correcto. Un ala alta ya proporciona cierto momento de balanceo positivo debido al deslizamiento lateral (negativo$c_{l_{\beta}}$: Cuando desvías el timón hacia la izquierda, el deslizamiento lateral resultante también debería hacer rodar la aeronave hacia la izquierda), por lo que el ala no necesita contribuir tanto (por medio del diedro) como en las aeronaves de ala baja.

El diedro (o, para el caso, incluso un centro de gravedad bajo) no hará rodar el nivel de la aeronave: ¡no hay forma aerodinámica de lograr eso! Dihedral solo le dará un momento de balanceo cuando el avión se deslice lateralmente.

Las aeronaves de ala alta ya tienen una mejor estabilidad de balanceo debido a su centro de gravedad vertical ubicado debajo del ala que las aeronaves de ala baja (con el centro de gravedad vertical ubicado sobre el ala).

De una fuente que no sea Wikipedia :

Si el centro de gravedad está debajo del ala, el peso tiende a restaurar la posición vertical. Esto se conoce como estabilidad pendular o efecto quilla. Si el CG está por encima del ala, el peso se está desestabilizando.

Peter Kampf tiene razón: el avión no conoce la diferencia entre la gravedad y las fuerzas g (aceleración) que experimenta en un giro. Cuando la bola está centrada, eso significa que la "gravedad/aceleración" está tirando "directamente hacia abajo" del fuselaje ("hacia abajo" desde la perspectiva del avión, no desde la perspectiva del horizonte). El avión no es capaz de "ver" ninguna otra gravedad, porque la gravedad es lo mismo que la aceleración. Entonces, cuando estás en un giro perfectamente equilibrado, con la bola centrada, la atracción gravitacional proveniente de la tierra no es relevante, excepto que se une a la aceleración del giro para crear una nueva dirección "hacia abajo" para el avión.

Para entender esto mejor, necesitas visualizar el mismo "experimento mental" que usó Einstein cuando llegó a entender la gravedad como mera aceleración y nada más. Puso a un hombre dentro de una caja cerrada flotando en el espacio, con el hombre flotando en el medio de la caja. Luego enganchó una cuerda a la caja y la aceleró suavemente en una dirección, simulando la gravedad. Desde la perspectiva del hombre dentro de la caja cerrada, podría haber estado sentado sobre la superficie de la tierra. Todo lo relacionado con la aceleración y la gravedad, desde la perspectiva del hombre en la caja, era idéntico. Esto ayudó a Einstein a ver que la gravedad no era "como" la aceleración. La gravedad ES aceleración. Entonces, cuando usa la aceleración (cambio de dirección en un giro; fuerza centrífuga) para cambiar la dirección de "abajo" en un giro, el avión no conoce en absoluto la diferencia entre el verdadero "abajo" y su nuevo "abajo" ajustado por la aceleración de giro. La gravedad no puede "jalar" el péndulo del fuselaje hacia abajo en ninguna otra dirección que no sea la dirección de "abajo" como lo indica la bola en su indicador de giro y alabeo. Entonces, la única forma en que el diedro y el efecto pendular del fuselaje pueden hacer rodar las alas de nuevo al nivel, es si el giro no está perfectamente coordinado, es decir, la bola ha rodado en la dirección verdadera "hacia abajo" y no en la dirección "hacia abajo" del avión. Entonces, tal vez volar con los pies planos en el piso no sea algo tan malo después de todo. el péndulo del fuselaje hacia abajo en cualquier otra dirección que no sea la dirección de "abajo" como lo indica la bola en su indicador de giro y alabeo. Entonces, la única forma en que el diedro y el efecto pendular del fuselaje pueden hacer rodar las alas de nuevo al nivel, es si el giro no está perfectamente coordinado, es decir, la bola ha rodado en la dirección verdadera "hacia abajo" y no en la dirección "hacia abajo" del avión. Entonces, tal vez volar con los pies planos en el piso no sea algo tan malo después de todo. el péndulo del fuselaje hacia abajo en cualquier otra dirección que no sea la dirección de "abajo" como lo indica la bola en su indicador de giro y alabeo. Entonces, la única forma en que el diedro y el efecto pendular del fuselaje pueden hacer rodar las alas de nuevo al nivel, es si el giro no está perfectamente coordinado, es decir, la bola ha rodado en la dirección verdadera "hacia abajo" y no en la dirección "hacia abajo" del avión. Entonces, tal vez volar con los pies planos en el piso no sea algo tan malo después de todo.