¿Por qué la raíz del ala del A330 tiene un giro pronunciado?

Respuesta corta:

Para crear un embudo para todo el aire que fluye hacia el fuselaje.

Respuesta un poco más larga:

El aire que se acerca a un ala en flecha se acelerará hacia el área con la presión más baja y, por lo tanto, será succionado hacia el centro del ala. El centro mismo mostrará una distribución de presión marcadamente diferente sobre la cuerda que el flujo bidimensional sobre la misma superficie aerodinámica porque aquí la aceleración es mucho menor mientras que la longitud de desaceleración al final de la superficie aerodinámica está comprimida. Si el ala en flecha no tiene torsión y el mismo perfil aerodinámico en el tramo, se obtendrá un patrón de flujo similar al que se muestra a continuación:

Las líneas azules en la superficie del ala son líneas de igual presión (isobaras) y en los gráficos indican el coeficiente de presión en el lado superior de la sección del ala. Las líneas rojas muestran el coeficiente de presión en el lado inferior.

Para maximizar la sustentación alcanzable a la velocidad transsónica, es deseable modificar esta ala de manera que las isobaras se extiendan a lo largo de líneas de igual porcentaje de cuerda en todo el tramo. Para conseguirlo hay que combinar varios trucos:

• Haga que el perfil aerodinámico de raíz sea más grueso en la parte delantera y más delgado en la parte trasera.
• Haga lo contrario para el perfil aerodinámico de la punta: debe hacerse más delgado en la parte delantera y más grueso en la parte trasera.
• Use camber negativo en la raíz del ala.
• Para compensar el ángulo de ataque de elevación cero mucho mayor del perfil aerodinámico de raíz modificado, aumente su incidencia.

El último paso es lo que causa la torcedura en el borde de fuga. Por supuesto, aumentar la cuerda del ala en el centro aumenta este efecto. En el caso del A330 y A340, la incidencia cambia de +4,5° en la raíz a 0° entre 30% y 70% de luz y -2° en la punta cuando está en el suelo y -2° en 70% de luz y -5 ° en la punta en vuelo.

Gracias a @ymb1 que encontró una imagen muy ilustrativa del A330 (que se muestra a continuación, fuente ), el giro de la raíz se vuelve obvio: el perfil aerodinámico de la raíz tiene visiblemente mucho menos inclinación hacia adelante (de hecho, inclinación negativa) y, en consecuencia, un ángulo de elevación cero más alto. . Para producir un coeficiente de sustentación similar, el ala central necesita una mayor incidencia para compensar este cambio en la forma del perfil aerodinámico.

Otro hallazgo de @ymb1 es esta imagen de los perfiles aerodinámicos raíz de Airbus ( fuente). La nariz gruesa es fácil de detectar; es necesario cambiar el área de succión en la raíz del ala en flecha hacia adelante para que la distribución de la presión se vuelva más similar a la del perfil aerodinámico en la mitad del tramo. Además, mientras que la parte superior tiene un tramo largo y recto, la parte inferior es redondeada, lo que en combinación produce una inclinación negativa. El fondo redondeado ayuda a maximizar el grosor relativo. Dado que la cuerda en el ala central aumenta, el coeficiente de sustentación local puede ser más pequeño que en el ala central y exterior y seguir teniendo la misma circulación para una resistencia inducida baja. Lo que se ahorra en sustentación se suma en espesor por eficiencia estructural y para guardar el tren de aterrizaje. La falta de carga trasera (= alta inclinación local en la sección aerodinámica trasera) ayuda a ganar el volumen necesario para las bahías del tren de aterrizaje.

Aquí hay otro, esta vez un English Electric Lightning F.1. Los reflejos en el borde de ataque muestran muy bien cómo se tira hacia abajo en la raíz con mucho camber de nariz allí. Siendo este un diseño de principios de los años cincuenta, esta inclinación de la nariz se utiliza para dar al ala un mejor comportamiento en pérdida y aún no se practicaba la formación de isobar. Tenga en cuenta que la incidencia local no se ha incrementado en la raíz.

EE Lightning F.1, Imperial War Museum, Duxford (Editado), CC BY-SA 2.0 (imagen de Roland Turner de Birmingham, Gran Bretaña; fuente )