¿Cómo produce el motor sustentación aerodinámica en un alto ángulo de ataque?

Esta respuesta afirma que "en un ángulo de ataque alto, el motor produce sustentación aerodinámica". En el contexto de esa respuesta, nos preocupa el aumento del par que eleva el morro del avión con respecto al centro de gravedad, por lo que debemos reducir nuestra interpretación de la palabra, por lo demás vaga, "elevación" como el componente de fuerza que es perpendicular al ala o al fuselaje de un avión. Definimos el ángulo de ataque como el ángulo entre el fuselaje y la dirección del flujo de aire entrante en el infinito (palabra abreviada para "razonablemente lejos"). Es muy diferente del ángulo que hace el fuselaje con la horizontal a alta velocidad mientras que muy cerca de esta última a muy baja velocidad. Me desconcierta de dos maneras.

  1. Afirma que el motor en sí produce una fuerza perpendicular al fuselaje además del empuje paralelo al fuselaje y al ala, a pesar de que el empuje del motor se dirige paralelo al fuselaje y, por lo tanto, al ala. ¿Cómo se produce esa fuerza perpendicular?

  2. Afirma que la fuerza perpendicular al fuselaje así producida depende del ángulo de ataque. ¿Cómo funciona?

Me gustaría ver una aclaración técnica de esta afirmación o algunas referencias que la respalden o refute, mejor si vienen con derivación matemática.

Editar:

Algunas respuestas a continuación observan que cuando el avión se mueve, sin el motor encendido, contra el flujo de aire, parte del flujo de aire se curva hacia abajo para concluir que se ejerce una fuerza neta perpendicular al fuselaje. No es tan simple como mirar parte de la corriente de flujo, ya que parte de la corriente de flujo sube por encima del punto de separación. La fuerza neta es la integración de toda la presión en toda la superficie, y la presión en el lado opuesto del objeto presiona en la dirección opuesta. De hecho, en un flujo potencial, la paradoja de D'Alembert muestra que la presión neta es exactamente cero. Por supuesto, el flujo de aire real no es un flujo potencial, pero esto refuta la lógica demasiado simple de usar el flujo de aire hacia abajo para derivar la fuerza perpendicular del fuselaje.

Sin embargo, cuando el motor está encendido, especialmente a alta potencia. La situación puede ser diferente siempre que el flujo de aire fluya constantemente en dirección hacia abajo mucho después de salir del motor. El impulso del flujo de aire a través del motor puede abrumar otras partes del flujo de aire. Pero el argumento debe ser más sofisticado que solo la dirección descendente del flujo de aire.

"La sustentación se define como la fuerza externa ejercida perpendicularmente sobre el ala o el fuselaje del avión". - Nunca he escuchado esa definición antes; ¿de dónde lo estás sacando? Hasta donde yo sé, la sustentación se define como el componente de la fuerza aerodinámica que es perpendicular al viento relativo (no al fuselaje). De estos dos posibles significados de la palabra "ascensor", ¿por cuál estás preguntando?
@TannerSwett: Ahora me doy cuenta de que hay ambigüedad en la palabra "levantamiento". Ahora he editado la pregunta. Por favor revise.
Hans, ¿qué quieres decir exactamente con "Es muy diferente del ángulo que el fuselaje hace con la horizontal a alta velocidad mientras que muy cerca de este último a muy baja velocidad". ? ¿Quizás quiere decir que el ángulo de incidencia es insignificante en un AoA alto? Diría que la divergencia más prominente entre el tono y el AoA se debe a la subida o la bajada, no a la velocidad.
Además, ¿por qué definió la sustentación como perpendicular al ala y al fuselaje (que, por cierto, puede diferir en un ángulo llamado ángulo de incidencia) en lugar de la fuerza más comúnmente aceptada perpendicular al vector de velocidad de flujo libre? (No quiero ser pedante, pero dado que parece que desea una respuesta definida con precisión, también podría ser útil definir la pregunta con precisión)
@Sanchises: En aras de la simplicidad, asumo que el eje de la sección transversal del ala es paralelo al eje del avión. La dirección de la velocidad de la corriente libre no suele ser horizontal. Cuando el avión se mueve a gran velocidad y asciende o desciende, el ángulo entre el eje del fuselaje y la corriente libre (AOA) es diferente del que existe entre el fuselaje y el horizonte. Solo cuando el avión se mueve horizontalmente mientras su eje no es horizontal (nariz arriba), los dos ángulos son iguales. Estoy tratando de distinguir AOA desde el ángulo del eje del fuselaje con el horizonte. Eso es todo.

Respuestas (5)

Cualquier cosa, incluso una placa de metal crea "elevación" cuando está bajo un ángulo con un flujo de aire. La sustentación no es un atributo mágico de las "alas", es solo una consecuencia física de la ley de conservación del impulso: cuando empujas una corriente de aire hacia abajo, la fuerza reactiva es hacia arriba.

el fuselaje/motores también actúan como superficies de sustentación menores: cuando están bajo un ángulo, de manera ineficiente, redirigen el flujo de aire hacia abajo.

Para el motor, esto también se debe un poco a la definición de empuje: las ecuaciones de empuje consideran una entrada en la misma dirección del vector de empuje. Entonces, la entrada y el compresor redirigen el flujo "hacia abajo" bajo altos ángulos de ataque. - Este efecto tiene que aparecer en alguna parte: como una fuerza de sustentación generada por el motor.

Estás confundiendo los conceptos. Consulte la nota en el último párrafo de mi pregunta.
No lo soy, como dije, de hecho, hay un componente vertical de empuje cuando está bajo un ángulo. Sin embargo, la ecuación de confianza para un motor "espera" una confianza paralela a la dirección del motor. Bajo altos ángulos de ataque esto ya no se sostiene. Entonces, el compresor tiene que hacer un trabajo adicional para alinear el flujo de aire. - Sin embargo, esta alineación se omite de la ecuación de confianza, pero proporciona una fuerza perpendicular a la dirección del motor , por lo tanto, una fuerza de elevación. (tanto un arrastre de elevación como un componente hacia arriba).
@Hans: esta respuesta es correcta: tiene dos componentes, uno de las presiones en el exterior de la góndola y otro del componente vertical de empuje. Mencionar ambos en una respuesta no significa que estén confundidos.
@PeterKämpf y paul23: Correcto. Confundí el ángulo de ataque con el ángulo del fuselaje con la línea horizontal. Debe ser el ángulo entre el flujo de aire entrante en relación con el avión y el fuselaje. Los dos están cerca cuando la velocidad del avión es muy baja. Sin embargo, su uso de las palabras "arriba" y "abajo" me lleva a pensar que simplemente se está refiriendo a la dirección vertical relativa a la gravedad, mientras que a mí me preocupa la dirección relativa al plano mismo. Sería genial si pudieras modificar tu primer párrafo. Además, conozco la fuerza del flujo de aire en una placa no paralela.
"Cuando empujas una corriente de aire hacia abajo, la fuerza reactiva es hacia arriba". Cierto, pero no tiene en cuenta la fuerza neta sobre un objeto en una corriente de flujo, ya que parte de la corriente de flujo sube por encima del punto de separación. La fuerza neta es la integración de toda la presión en toda la superficie, y la presión en el lado opuesto del objeto presiona en la dirección opuesta. De hecho, en un flujo potencial, la paradoja de D'Alembert muestra que la presión neta es exactamente cero. La fuerza dinámica de fluidos es más complicada que solo mirar una parte de la corriente de flujo.
@Hans Lo mejor de la física es que funciona independientemente de la situación. No importa cómo se cambie el flujo de aire (presión o desviación). La causa de esto es, de hecho, las distribuciones de presión, sin embargo, este "detalle" es de poca importancia para toda la pregunta de "cómo x genera sustentación". -- Peor aún: no puede usar las ecuaciones de forma cerrada estándar para resolver esto, esas ecuaciones usan una aproximación de cuerpo delgado. Una forma alargada bajo un ángulo de ataque positivo doblará el flujo de aire hacia abajo.
También me gustaría enfatizar que incluso cuando el motor está "apagado", el aire puede fluir libremente a través del motor. No se agrega combustible al motor, por lo que cualquier fuerza en una dirección diferente a la paralela a la trayectoria de vuelo (arrastre) no puede ser la causa del empuje. Dado que la geometría de la admisión y la góndola completa doblan el aire hacia abajo. Se aplica una fuerza al flujo de aire y la aeronave tiene una fuerza reactiva resultante hacia arriba. Esto es "levantamiento".
Mi uso de la paradoja de D'Alembert (a lo que usted se refiere como ecuación de forma cerrada) no es para derivar la fuerza per se, sino para señalar la insuficiencia de mirar solo localmente la línea de corriente como lo hace en su declaración "cuando empuja un corriente de aire hacia abajo, la fuerza reactiva es hacia arriba". Como señalé debajo de la respuesta de DeltaLima, este tipo de argumento solo funciona para un gran empuje del motor con la velocidad del aire de escape muy alta. Supongamos que apagamos el motor. ¿Cómo argumenta a favor de la fuerza extra perpendicular al fuselaje?
Mire la imagen aerodinámica en physics.stackexchange.com/questions/111659/… etiquetada Re ≪ 1. El flujo es principalmente hacia abajo con partes hacia arriba. Según su argumento, debería haber una fuerza ascendente neta en el perfil aerodinámico. No hay. es cero
Tengo dificultad para entender esa pregunta. Sin embargo, sé por experimentos personales usando un túnel de viento de baja velocidad que incluso después de entrar en pérdida todavía hay sustentación positiva en un ala. - y puede aumentar nuevamente después de alcanzar el "mínimo de bloqueo" users.acsol.net/~nmasters/vortex-lift/lettertoTWITT.html (dado que el área es en su mayoría/completamente inútil para fines prácticos).

Afortunadamente, usted tiene una pregunta muy claramente redactada. Desafortunadamente, sin embargo, la derivación matemática simple que desea no está dentro del alcance de una respuesta regular aquí (y sería todo menos simple).

Estoy de acuerdo en que algunas de las otras respuestas confunden elevación y empuje, pero creo que esto tiene más que ver con definiciones y conceptos poco claros. Así que permítanme primero sacar las definiciones del camino:

La sustentación se define como la fracción de la fuerza aerodinámica que es perpendicular a la dirección del flujo en el infinito. Esta dirección es igual (pero opuesta) a la dirección del movimiento si no hay viento. Entonces, por definición, la sustentación de todos los componentes de la aeronave apunta en la misma dirección.

El empuje se define ... bueno, no existe una definición común que sea tan simple como la de sustentación. El empuje se crea acelerando el aire. Pero lo mismo es cierto para la sustentación, por lo que necesitamos definir un límite que separe la aceleración que se interpreta como sustentación y la que se interpreta como empuje. Esto es contabilidad: debe sumar meticulosamente todas las presiones que actúan en todas las superficies de la aeronave y luego decidir a cuál llamar sustentación y cuál llamar empuje.

Suceden muchas cosas alrededor de los labios de admisión de los motores de los ventiladores, especialmente a baja velocidad. El diámetro de admisión está dimensionado para un compromiso entre el despegue, cuando el motor succiona una gran cantidad de aire y el vuelo a alta velocidad, cuando parte del aire que fluye hacia el motor se derramará sobre los labios de admisión , para fluir alrededor de la góndola. En el caso del 737 MAX, el compromiso se cambió a un diámetro más pequeño para mantener manejable el tamaño de la góndola. Por lo tanto, en el 737 MAX obtienes mucha succión en esos labios de admisión. La entrada está ligeramente inclinada para admitir un flujo uniforme en un ángulo de ataque alto, por lo que la entrada ya está doblando bastante el flujo. Esta flexión del flujo es elevación, ¿o no? La componente vertical del empuje también es el resultado de esta flexión del flujo.

Lo importante es dónde sucede esto: los motores del MAX se han desplazado un poco hacia adelante, por lo que esta succión de labios tiene un brazo de palanca grande y desestabilizador. Y la succión crece con el ángulo de ataque, desproporcionadamente uniforme, debido a la entrada en ángulo. Al final, aquí es de donde proviene la mayor parte del momento desestabilizador, y seguro que es perpendicular al fuselaje.

EDITAR: Ahora he tenido algo de tiempo para la respuesta más matemática deseada por @Hans, pero no profundizaré más allá de los cálculos del primer orden de magnitud porque las cifras sólidas son difíciles de encontrar. Por ejemplo, no encontré las cifras de flujo másico para los motores CFM LEAP 1B del 737 MAX, pero esta fuente ( gracias@mins!) debería estar lo suficientemente cerca. Los 485 kg/s citados allí para un empuje de 145 kN deberían escalar a 436 kg/s para los 130 kN del LEAP 1B. Siguiente suposición: el ángulo de ataque del avión es de +15° (¡recuerde, no hay flaps cuando el MCAS está activo!), por lo que el cambio en la dirección del flujo efectuado por la admisión es de 436 kg/s por 15°. Este trabajo tiene que hacerse en la cara de entrada porque una vez que el flujo está dentro de la entrada, ya fluye con el ángulo de la góndola. Las dimensiones de entrada son la tercera pieza de conjetura aquí y asumo 1,7 m en la cara de entrada. La última suposición es la densidad del aire; Uso 1,15 kg/m³ para lo que sigue.

Esto ahora nos permite calcular el impulso entrante: 436 kg = 379 m³ de flujo a través de un área de π·0.85² = 2.27 m². Esto necesita una velocidad de flujo de 167 m/s (Mach 0,5 al nivel del mar, parece muy creíble).

A continuación, los labios de admisión deben agregar una aceleración hacia abajo a una componente de velocidad vertical de sen(15°)·167 = 43,2 m/s. La fuerza necesaria para ello es de 436 kg/s·43,2 m/s = 18,84 kN, y todo tiene que actuar sobre los labios de admisión. Para ponerlo en perspectiva: un 737 MAX 9 completamente cargado tiene una masa de unas 80 toneladas, por lo que pesa alrededor de 785 kN. Dado que tenemos dos motores, la fuerza total requerida para la flexión del flujo en las caras de entrada es el 4,8 % del peso del avión. En el brazo de palanca aumentado de la nueva ubicación del motor, esto ya está provocando un notable cabeceo de morro hacia arriba.

Sin pedir una derivación matemática completa que estoy seguro está fuera del alcance de esta respuesta; ¿Tiene una idea del orden de magnitud de este efecto de succión de labios en comparación con el levantamiento aerodinámico de solo la forma de la góndola (como en la respuesta de Mike Swonsun)? (A modo de comparación, este último aparentemente es aproximadamente el 1% del ascensor total en un 747)
Parece una respuesta esclarecedora. Permítame analizar el derrame del labio de admisión antes de discutir algunos detalles con usted.
Esta "succión" de admisión puede crear sustentación con un AOA alto dentro de la góndola desde la parte superior debido a la desviación del flujo (como la parte inferior de un ala) y desde la parte inferior (vacío local/separación de flujo) como la parte superior de un ala (los lados se cancelan) ? ¿Qué han creado aquí? ¿Dónde se debe montar? Gracias por mejorar la comprensión de este, ahh, fenómenos.
@RobertDiGiovanni: Tenga en cuenta que la velocidad del flujo dentro del conducto es considerablemente mayor, por lo que las fuerzas de succión en el labio inferior y en el interior de la entrada son mucho mayores que en el labio superior y en el exterior de la góndola cuando la entrada vuela en un ángulo positivo de ataque.
Al ver algunas similitudes aquí con el Lippisch Aerodyne, donde el empuje se dirigía hacia abajo para controlar el tono. Puede ser mejor que el motor resuelva su propio problema. Pequeños elevones en el escape también podrían proporcionar control de cabeceo y balanceo (empuje diferencial para guiñada) dando a la aeronave control de 3 ejes incluso con la pérdida completa de alerones, elevador y timón. Espero que puedan convertir esto en positivo.
@ Peter Kampf Sí, y en realidad eso haría 4 superficies de elevación, inferior y superior exterior, y superficies interiores desde la entrada.
Consulte la parte "Editar" de mi pregunta.
@Hans: Si encuentra demasiado mundana la explicación de que la sustentación se crea acelerando el aire hacia abajo, me temo que no puedo ayudarlo. El flujo de masa de combustible es demasiado pequeño para agregar una contribución significativa, por lo que solo queda aire sobre el cual puede actuar la aeronave. Además, en presencia de un motor en marcha, no puede suponer un flujo potencial. ¡Estamos agregando energía dentro del motor!
En cuanto al efecto del empuje del motor, precisamente por ser plenamente consciente de que el flujo está lejos de ser un flujo potencial, específicamente trato el tema de manera diferente y usando un párrafo aparte, diciendo que "la situación puede ser diferente..." No sé si entiende mi argumento, que es que sin el motor, la dirección de parte de la línea de corriente es insuficiente para deducir la dirección de la transferencia de momento, en parte porque las líneas de corriente en otras partes corren en dirección opuesta. La paradoja de d'Alembert da un ejemplo de este tipo. ¿Estás en desacuerdo?
@Hans: Como no sé qué imagen de qué líneas aerodinámicas tienes en mente, me temo que no entiendo la segunda mitad de tu comentario. ¿Leíste mi edición? Le sugiero que dé un paso atrás en sentido figurado y mire la situación desde una distancia mayor. Menos enfoque en líneas de corriente individuales y más en los primeros principios y el panorama general.
La razón por la que miro la línea aerodinámica es que encuentro que la afirmación de usted y de los demás "el ascensor se crea acelerando el aire hacia abajo" es vaga y engañosa. El flujo que tengo en mente es la imagen superior aquí physics.stackexchange.com/a/126286/17354 . La línea aerodinámica por encima y por debajo del perfil aerodinámico fluye en gran medida hacia abajo, pero hacia arriba en algunas partes de la parte delantera y trasera. ¿Qué puedes concluir de la dirección local de la línea de corriente? Ciertamente no es que la fuerza neta desaparezca. Estoy en gran medida de acuerdo con la respuesta de @DeltaLima. Sin embargo, señalé la sutileza y la aplicabilidad de la misma en mi comentario debajo.
@Hans: Las líneas aerodinámicas alrededor de esa superficie aerodinámica provienen del flujo viscoso en un número de Reynolds muy por debajo de la unidad , mientras que los números de Reynolds del avión de pasajeros están en decenas de millones . Ese es un régimen completamente diferente y lo que ves en esa respuesta se parece poco al 737 MAX. La respuesta en Physics SE lo dice mucho. Y, por favor, hágame saber si nuestra explicación de elevación es engañosa: ¿qué más hay para crear elevación?
No entendiste mi lógica. Usted sostiene que la dirección de la línea de corriente es suficiente para deducir la dirección de la fuerza neta. Estoy aislando su criterio y pidiéndole que lo ponga a trabajar para deducir la fuerza neta en ese diagrama citado (aunque con un número de Reynolds pequeño). No veo por qué este criterio funciona solo para un número de Reynolds alto si eso es lo que protestará. Después de todo, ¿no se supone que esto proviene de la conservación del impulso? ¿Qué tiene esto que ver con el número de Reynolds?
@Hans: ¿Qué diagrama? ¿Qué criterio? Creo que si preguntas más claramente, la respuesta es fácil. Con respecto a las líneas de corriente: aún debe observar la continuidad: dibuje un cuadro alrededor de lo que le interese e integre todos los flujos de masa entrantes y salientes. Deben equilibrarse exactamente. Por lo tanto, las velocidades de entrada y salida alrededor de un avión comercial deben ser similares. Con esas velocidades y flujos de masa, solo necesitas integrar el impulso (mira cómo lo hice en la respuesta) y obtienes sustentación. ¿Qué está faltando?

No es solo el empuje del motor el que produce sustentación en ángulos de ataque elevados. Las superficies inferiores de la góndola del motor TAMBIÉN producen sustentación aerodinámica en ángulos de ataque elevados.

Incluso con empuje inactivo, se produce una sustentación aerodinámica adicional. Todas las góndolas del motor hacen esto.

El problema con el B737 MAX es que las góndolas del motor están colocadas más adelante y tienen un "momento" de elevación mayor que los motores anteriores utilizados en el B737.

Explicación correcta: las góndolas producen sustentación aerodinámica, tal como lo hace el fuselaje. Sin embargo, con los motores inactivos se produciría menos sustentación. Una gran parte proviene de la succión en los labios de admisión a baja velocidad y alta potencia. Lip-o-succión, si quieres.
Gracias Pedro He editado mi respuesta.

Un motor produce sustentación adicional cuando se encuentra bajo ángulos de ataque elevados (y empuje elevado) porque hace que el flujo de aire se curve hacia abajo. Para un avión que vuela en una trayectoria horizontal con un ángulo de ataque alto, el flujo de aire se acerca al motor horizontalmente y sale del motor en un ángulo hacia abajo, cerca del ángulo de ataque negativo.

Para hacer que el flujo gire hacia abajo, el motor debe ejercer una fuerza hacia abajo sobre el flujo de aire. De acuerdo con la tercera ley de Newton, hay una fuerza opuesta en el motor. El componente de esta fuerza que es perpendicular al flujo de aire entrante no perturbado es la fuerza de sustentación adicional causada por el motor.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Una forma de analizar el empuje de un motor es observar la tasa de cambio del impulso del aire que fluye a través y alrededor de la turbina.

El momento es el producto de la masa y la velocidad: pag → = metro V → Como ves, el impulso es una cantidad vectorial.

La tasa de cambio del impulso pag → ˙ de una masa es igual a la fuerza sobre el objeto.

Al analizar el cambio de impulso del aire que fluye alrededor del motor, podemos determinar el vector de empuje del motor.

En la imagen de abajo, el eje del motor está perfectamente alineado con el flujo de aire entrante. Elijo un volumen imaginario alrededor del motor, tal que la presión estática en el límite sea igual a la presión estática más adelante del motor. Debido a que la presión límite = pag 0 en cada punto del límite, la integral de presión sobre la superficie del volumen, la fuerza neta resultante sería cero.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Los límites superior e inferior se eligen para estar a lo largo de las líneas de corriente.

El límite izquierdo está experimentando una entrada constante de aire; el flujo es uniforme a través del límite izquierdo.

El límite derecho es experimentar una salida constante de aire; el flujo no es uniforme debido a la diferencia en la velocidad del flujo en el núcleo y la sección de derivación del motor.

El flujo de entrada de masa a través del límite izquierdo es igual al flujo de salida de masa a través del límite derecho; Aquí descuido el combustible quemado.

La entrada de impulso a través del límite izquierdo. pag → ˙ i norte es igual a metro ˙ V → = ∬ yo ρ ( V → ⋅ norte ^ ) V → d A

El flujo de salida del impulso a través del límite derecho. pag → ˙ o tu t es igual a ∬ r ρ ( V → ⋅ norte ^ ) V → d A

La diferencia entre la entrada de cantidad de movimiento (indicada por el vector azul debajo del dibujo) y la salida de cantidad de movimiento (indicada por el vector rojo debajo del dibujo) es la fuerza ejercida sobre el volumen de aire. El empuje (indicado por el vector negro) es la fuerza de reacción.

Cuando ahora introducimos un ángulo de ataque, el volumen límite cambiará de forma. También el impulso de entrada y salida será diferente. Lo más importante es que el empuje generado ya no es puramente axial; el vector de empuje desarrolla una componente transversal. Esta es la sustentación adicional (y un poco de resistencia) que el motor crea en un alto ángulo de ataque.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Cuando el motor está montado muy por delante del centro de gravedad, una situación de ángulo de ataque alto/empuje alto provocará un momento de cabeceo hacia arriba. Este es el caso del Boeing 737 MAX donde este efecto estaba cambiando las características de manejo en ángulos de ataque altos. Para asegurarse de que el manejo fuera similar al de los modelos 737 anteriores, Boeing introdujo el, ahora infame, Sistema de Aumento de Características de Maniobra (MCAS).

¿el motor a reacción no está funcionando en el aire (qué "flujo" se está desviando)? Aquí hay 2 fuentes de empuje, del ventilador y del chorro. El aire es estacionario (sin energía cinética) antes de ser ingerido. Pero también podríamos mencionar el efecto de torque alrededor del CG.
Pero la góndola (grande) desvía el aire hacia abajo.
Buena explicación, pero se pueden agregar dos cosas: a baja velocidad, este efecto es particularmente grande debido a la alta relación de derivación de los nuevos motores, y luego se obtiene aún más sustentación debido a la distorsión del flujo alrededor de los labios de admisión. Como se muestra en su dibujo, el aire pasa directamente a través de la admisión, pero en realidad el motor aspira aire de un área más amplia a baja velocidad, creando una elevación adicional en los labios de admisión. Ah, y corrija su última oración: esta elevación adicional es exactamente el vector de fuerza de empuje inclinado.
@PeterKämpf, haces un comentario interesante sobre el levantamiento de los labios. A menor velocidad esta fuerza aumentará, pero veremos una fuerza opuesta en el labio superior. Necesito hacer algunos dibujos y cálculos adicionales esta noche (incluiré las matemáticas en mi actualización). Por ahora no puedo (todavía) estar de acuerdo en que la sustentación adicional sea exactamente el empuje inclinado para el vector.
Usted dice: "Un motor produce sustentación adicional cuando está bajo ángulos de ataque altos (y empuje alto) porque hace que el flujo de aire se curve hacia abajo". No es tan simple como mirar parte de la corriente de flujo, ya que parte de la corriente de flujo sube por encima del punto de separación. La fuerza neta es la integración de toda la presión en toda la superficie, y la presión en el lado opuesto del objeto presiona en la dirección opuesta. De hecho, en un flujo potencial, la paradoja de D'Alembert en.wikipedia.org/wiki/D%27Alembert%27s_paradox muestra que la presión neta es exactamente cero.
@PeterKämpf Parece que usamos definiciones ligeramente diferentes del vector de empuje. En el contexto de esta pregunta, había pensado en el empuje como el componente de la fuerza aerodinámica total en el motor que está alineado con el eje del motor. Cualquier fuerza transversal debida a alfa / beta puede descomponerse en fuerza de sustentación, arrastre y fuerza lateral.
Tienes razón, es una cuestión de definición, y la forma en que lo haces es muy legítima.
+1. Está claro ahora. Sin embargo, creo que hay una sutileza aquí. La razón por la que funciona este análisis de observar solo localmente las velocidades de entrada y salida sin calcular el flujo que rodea todo el objeto es que el flujo de aire que sale del motor es hipersónico, mientras que el flujo a lo largo de la superficie exterior del motor es mucho más bajo que el sónico. velocidad. Calcular la fuerza sobre un objeto, por ejemplo, un cilindro hueco, en un flujo de aire a velocidad subsónica, no será tan fácil. Ese fue el punto de mi último comentario.

Es admirable buscar el plano superior de sofisticación para obtener una mayor comprensión.

Primero, el aire es comprimible, por lo que D'Alembert está descartado. Probablemente no sería cierto si la velocidad fuera lo suficientemente grande para la cavitación, pero primero consideré navegar acorazados con el extremo romo para ver si se podía recuperar más energía a medida que el flujo regresa al borde de fuga. También hay alguna evidencia de que el aire que se encrespa hacia arriba y hacia el frente de un ala delgada con cámara inferior (o una vela de foque) le otorga propiedades de sustentación casi mágicas a través de la recuperación de la energía de arrastre.

Pero en lo que respecta al motor que crea una fuerza de sustentación de 90 grados a partir de su empuje (haciendo que la definición de sustentación sea aún más específica), podemos estar hablando de la imposibilidad sin la desviación de la corriente de aire por alguna otra estructura física. Inclinar el motor fuera de la dirección de desplazamiento crea algunas ideas interesantes, pero ¿existe la tendencia a cabecear o levantar sin el capó alrededor del ventilador?

Será interesante ver (más allá del software) qué hacen para solucionar esto. Es posible que quieran echar un vistazo a un RB-57 Canberra.

No entiendes la lógica de mi argumento. El uso de la paradoja de D'Alembert no es para calcular (la presión neta) sino para refutar el argumento utilizado en muchas de las respuestas aquí.
Gracias de todos modos.
Además, para los fluidos compresibles, siempre que no sean viscosos, irrotacionales y subsónicos, se cumple la paradoja de D'Alembert, a diferencia de lo que usted afirma. La razón de la presión neta en el flujo de aire es que el aire es viscoso, no su compresibilidad.
El agua no es viscosa, pero el aire tiene viscosidad. ¡¡¡Oh por favor!!! Me encanta la teoría, pero soy más un tipo de aplicaciones. Gracias otra véz.
Sí, el aire tiene viscosidad. ¿Estás de acuerdo o en desacuerdo? También he especificado con precisión la definición de ascensor. No sé cuál es tu argumento.
Es que se debe considerar la viscosidad y la masa del aire, y sus variaciones en la presión (compresividad) es uno de los fundamentos de la sustentación, junto con la desviación del flujo másico. Pero la recuperación de energía de arrastre (que es en lo que D'Alembert pudo haber estado pensando) ciertamente vale la pena estudiarla. Seguiré leyendo con interés los escritos suyos y de Peter.
¿Cómo produce el motor sustentación aerodinámica en un alto ángulo de ataque?
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