La variación del perfil aerodinámico marcará una diferencia significativa en el flujo de aire sobre el ala, por lo que la variación adecuada según el perfil de sustentación debería mejorar el rendimiento aerodinámico general. ¿Pero por cuánto? ¿Lo utilizan los principales fabricantes de aviación? No puedo encontrar ninguna información confiable sobre esto.
Todo buen diseño varía al menos el grosor: mientras que la raíz debe ser más gruesa para encerrar un larguero eficiente, la punta se puede optimizar para la aerodinámica , lo que generalmente da como resultado un grosor de la raíz del 16 % al 21 % y un grosor de la punta entre el 9 %. y 13%. Mire la guía incompleta de Dave Lednicer sobre el uso de superficies aerodinámicas para obtener una colección exhaustiva de aeronaves y sus respectivas superficies aerodinámicas de raíz y punta. Generalmente, las aeronaves más grandes tienden a usar superficies aerodinámicas más gruesas porque las leyes de escala dictan que su estructura tiene que soportar cargas más altas.
Los diseños transsónicos, como los aviones comerciales, deben prestar especial atención al grosor porque una superficie aerodinámica más gruesa se encontrará con un flujo supersónico local a números de Mach de vuelo más bajos. Además, un ala más gruesa almacenará más combustible y será más ligera, por lo que el compromiso es de alrededor del 13 % de grosor de media. Con superficies aerodinámicas supercríticas , se ha generalizado el uso de un espesor de raíz del 15 % y un espesor de punta del 11 %. Desafortunadamente, las superficies aerodinámicas exactas de los aviones modernos no se publican.
Otra razón para variar los perfiles aerodinámicos es el barrido del ala. Con el mismo perfil aerodinámico sobre el tramo, las isobaras en la superficie mostrarían menos barrido, lo que crearía una fuerte recuperación de la presión en el ala central (con potencial de entrada en pérdida temprana) y picos de succión cerca del borde de ataque en las puntas. Tal patrón de isobaras utilizará el área del ala disponible de manera menos eficiente, por lo que los diseñadores se esfuerzan por hacer que las isobaras sean paralelas al ángulo de barrido local ajustando los perfiles aerodinámicos locales. En la raíz, el grosor máximo debe desplazarse hacia adelante, mientras que las superficies aerodinámicas de punta necesitan un grosor máximo más hacia atrás. Además, la comba cerca de la raíz se reduce hasta el punto en que se utiliza una comba negativa a lo largo de la sección media de la cuerda del perfil aerodinámico.
Aquí hay algunos más antiguos:
Type Root airfoil Tip airfoil
Boeing 377 Stratocruiser Boeing 117 (22%) Boeing 117 (9%)
Douglas DC-7 NACA 23016 (16%) NACA 23012 (12%)
Lockheed 749 Constellation NACA 23018 (18%) NACA 4412 (12%)
Lockheed 385 L-1011 TriStar ? 12.4% ? 9%
Saab 340 NASA MS(1)-0316 (16%) NASA MS(1)-0312 (12%)
Tupolev Tu-104 PR-1-10S-9 (15.7%) PR-1-10S-9 (12%)
Vickers VC-10 Pearcey 13% Pearcey 9.75%
VFW 614 NACA 63A015 (15%) NACA 65A012 (12%)
Las técnicas modernas de CFD y las estructuras compuestas permiten optimizar el contorno local en la intersección del ala y el fuselaje, de modo que no se utiliza un perfil aerodinámico de raíz única, sino una variación continua que retrasa la separación del flujo local y la fuerza de choque tanto como sea posible. Esto también significa que no se utilizan perfiles aerodinámicos de serie, y la mayoría de los diseños modernos tienen sus perfiles aerodinámicos hechos a medida.
Seguro que las principales compañías aeronáuticas están utilizando la variación del perfil aerodinámico a lo largo de la envergadura del ala. Hay una serie de consideraciones al decidir las secciones aerodinámicas y su cambio cuando se trata de aeronaves, como su efecto en la formación de ondas de choque (importante para aviones transónicos), las consideraciones de peso y costo (en el diseño y fabricación del ala con diferentes secciones ). La mayoría de los aviones grandes utilizan variaciones de perfil aerodinámico a lo largo del tramo; las excepciones a esto son los aviones más pequeños (GA), aunque no todos (y palas de rotor más pequeñas).
Una buena fuente de diferentes superficies aerodinámicas utilizadas en aeronaves es la base de datos de coordenadas de superficies aerodinámicas Urbana-Champaign de la Universidad de Illinois y también airfoiltools . Como ejemplo, las herramientas de superficie aerodinámica enumeran las superficies aerodinámicas utilizadas en el Boeing 737:
Raíz: Grosor máximo 15,4 % a 19,6 % de cuerda; Camber máx. 0,2 % a 5 % de cuerda
Midspan: Grosor máximo 12,5 % a 29,7 % de cuerda; Camber máx. 0,8 % al 10 % de cuerda
Consejo: Grosor máx. 10,8 % al 40 % de cuerda; Camber máx. 1,6 % al 20 % de cuerda
Puede ver que el espesor se reduce a medida que avanzamos a lo largo del vano mientras que la curvatura aumenta. Básicamente, esto es para optimizar el peso (larguero más grueso en la raíz) y el rendimiento aerodinámico (las superficies aerodinámicas más delgadas son mejores en altitudes más altas y velocidades más altas ).
Nota: la mayoría de las aeronaves modernas de las grandes empresas (como Boeing y Airbus) utilizan perfiles aerodinámicos internos que se desarrollan específicamente para sus proyectos y son información confidencial; es muy dudoso que esté disponible. Pero con la disponibilidad de códigos CFD modernos y técnicas de fabricación (especialmente compuestos), podemos estar seguros de que las secciones aerodinámicas varían a lo largo del tramo.