¿Qué es el centro aerodinámico y cómo se relaciona con el momento de lanzamiento?

De acuerdo, he estado tratando de entender el centro aerodinámico y el momento de lanzamiento. Wikipedia realmente no está ayudando mucho, pero por lo que puedo deducir, el momento de lanzamiento es una fuerza causada por la sustentación del perfil aerodinámico que actúa hacia arriba desde el Centro aerodinámico (elevación) y que actúa alrededor del centro de gravedad (por lo tanto, la cola debe configurarse para contrarrestar esto. ¿Puede alguien ayudarme aquí?

Respuestas (1)

Un momento de cabeceo es todo momento que actúa alrededor del eje lateral. Dado que un momento es la combinación de una fuerza y ​​un brazo de palanca, la magnitud del momento depende de la elección del punto de referencia, el punto alrededor del cual se define el momento de cabeceo. Para la mecánica de vuelo, es útil elegir el centro de gravedad para todos los momentos de cabeceo, porque entonces la fuerza del peso no agregará un momento de cabeceo propio. Además, el centro de gravedad es especial porque este es el punto alrededor del cual gira el avión durante el vuelo.

Supongo que confundes centro aerodinámico y centro de presión. Para mí, ayuda usar el término "punto neutral" en lugar de centro aerodinámico. ¿Por qué?

El centro de presión describe claramente qué es: si integras todas las presiones que actúan perpendicularmente al flujo de aire, la fuerza resultante actúa en el centro de presión, al igual que todas las masas se suman en el centro de gravedad (que, por lo tanto, debe ser mejor llamado el centro de masa).

A diferencia del centro de masa, este centro de presión no está fijo, sino que se mueve cuando cambia el ángulo de ataque. Si el perfil aerodinámico tiene camber positivo, el centro de presión se mueve hacia adelante con un ángulo de ataque creciente. Si ahora aleja su punto de referencia del centro de presión, debe reemplazar la fuerza de elevación por la combinación de la fuerza de elevación y un momento (par de torsión). El movimiento del centro de presión es tal que en un punto el par de torsión es constante independientemente del ángulo de ataque y sustentación. Este es el centro aerodinámico o punto neutral, y creo que "punto neutral" describe mucho mejor lo que es: el único punto donde el par de tracción se comporta de manera neutral con respecto a los cambios de ángulo de ataque.

La verdadera razón de este nombre es que la estabilidad longitudinal estática es neutral (ni positiva ni negativa) si el centro de gravedad cae en el punto neutral.

En vuelo estable, el momento de cabeceo alrededor del centro de gravedad debe ser cero; de lo contrario, el avión mostrará un movimiento de cabeceo acelerado. Para poner a cero el momento de cabeceo, el centro de presión se desplaza a una línea vertical que pasa por el centro de gravedad. Este cambio se puede hacer agregando o restando sustentación en la cola, lo que a su vez se realiza ajustando la desviación del elevador o la incidencia del estabilizador (si el avión tiene un estabilizador móvil)

Fondo

En la teoría del flujo potencial, la sustentación se puede calcular como la superposición lineal de una contribución de la inclinación y una del ángulo de ataque. Mientras que la parte de sustentación relacionada con la inclinación es constante, la parte relacionada con el ángulo de ataque varía linealmente con este parámetro. El centro de presión de la parte de camber está en algún lugar en la mitad de la cuerda (los detalles dependen de la línea de camber; con un perfil aerodinámico de Joukowski , el centro de presión está precisamente en la mitad de la cuerda). El centro de presión de la parte dependiente del ángulo de ataque está en el cuarto de cuerda (el centro del área debajo de la distribución de sustentación de Birnbaum a lo largo de la cuerda). La parte importante es la autosimilitud de las distribuciones de Birnbaum para diferentes ángulos de ataque: el centro de presión de la parte dependiente del ángulo de ataque es constante.

Dado que la sustentación con un ángulo de ataque cero proviene únicamente de la comba, el centro de presión está alrededor de la mitad de la cuerda y avanza hacia el punto de un cuarto de cuerda a medida que aumenta el ángulo de ataque. El par de torsión de la contribución de sustentación relacionada con la comba alrededor del punto de cuarto de cuerda también es constante, y dado que la parte de sustentación dependiente del ángulo de ataque tiene su centro de presión exactamente en este cuarto de punto, no agregará un momento de cabeceo de propia en este punto. Ergo, el par de arranque de sustentación en flujo potencial es constante si el punto de referencia es el punto de cuarto de cuerda.

Dato curioso: el centro de presión se moverá hasta el infinito a medida que el ángulo de ataque se reduzca al ángulo de ataque de elevación cero.

Estoy de acuerdo, el término "centro aerodinámico" es un poco incómodo. Para mí, es útil usar el término "enfoque" por, supongo, las mismas razones: así es como se llama en mi idioma nativo :)
Muy bien respondido. ¿Hay alguna forma matemática de demostrar que debe haber al menos un "punto neutral" donde el par es constante a través de un cierto rango de AoA?
@Radu094: Sí, usando la teoría del flujo potencial. Si agrega la realidad, entonces la respuesta es no, pero el flujo potencial aún brinda una buena aproximación de la realidad siempre que la separación del flujo sea limitada.
@Peter, un pequeño problema, aunque entiendo por qué esto generalmente se presenta de esta manera, la razón por la cual el CG es la opción más apropiada como punto de referencia es porque en vuelo libre, cualquier cuerpo sin restricciones gira sobre su centro de masa (también conocido como Centro de la Gravedad) la fuerza de la gravedad no tiene nada que ver con esto. Este principio se aplica incluso en el espacio exterior, lejos de cualquier fuerza gravitacional, los cuerpos tienen un centro de masa y girarán alrededor de ese punto si se les aplica una fuerza en cualquier lugar que no sea a través de ese centro de masa.
@CharlesBretana: Buen punto, agregué este aspecto.
@Peter, al repensar esto, podría ser más adecuado para mí haberlo expresado no como lo hice, sino haber dicho que el centro de gravedad tiene un nombre incorrecto, que este punto de referencia debería haber sido llamado centro de masa (incluso en aviación), ya que no tiene nada que ver con la Gravedad, sino con la inercia, (tanto lineal como rotacional), y con la conservación del momento, (tanto lineal como angular).
@CharlesBretana: Tiene toda la razón, pero el lenguaje es algo heredado, con todos los defectos que ha acumulado con el tiempo. Preferiría usar el término más familiar.
@Peter, estoy de acuerdo... Pero cuando no parece demasiado pedante, me gusta agregar detalles adicionales cuando hablo sobre temas como este, para no exacerbar explícitamente (o tácitamente) los malentendidos comunes que mal nombran o conceptos pobremente nombrados tienden a producir.
@CharlesBretana: Estoy de acuerdo nuevamente. Edité el texto nuevamente, pero dudo en profundizar más en este tema ya que la pregunta es sobre el centro de presión.
@Peter, mis disculpas, no te pedí que hicieras más cambios, solo explicaba por qué hago estos comentarios. Me mete en problemas a veces. ¡Eres un caballero y un erudito!
@CharlesBretana: El objetivo aquí debería ser llegar a la mejor respuesta posible. Estoy muy agradecido por su ayuda para mejorar este, así que no se disculpe.
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