¿La corriente descendente creada por la resistencia inducida aumenta o disminuye la sustentación?

No es "esto causa eso", todo está sucediendo al mismo tiempo. Dejame explicar:

Para entender la aerodinámica, me ayudó ignorar todo lo que se habla de vórtices e inducción, y centrarme en el campo de presión alrededor de un ala. Cuando se desarrolló la teoría del vuelo, la electricidad era nueva y emocionante, y sucedió que la inducción eléctrica podía transferirse a la sustentación. Ahora todos los autores todavía copian las explicaciones de hace un siglo, pero son totalmente poco intuitivas.

Cada molécula de aire se encuentra en un equilibrio dinámico entre efectos inerciales, de presión y viscosos. Inercial significa que la masa de la partícula quiere seguir viajando como antes y necesita fuerza para convencerse de lo contrario. Presión significa que las partículas de aire oscilan todo el tiempo y rebotan en otras partículas de aire. Cuanto más rebote, más fuerza experimentan. Viscosidad significa que las moléculas de aire, debido a esta oscilación, tienden a asumir la velocidad y dirección de sus vecinas.

Ahora al flujo de aire: cuando un ala se acerca a una velocidad subsónica, el área de baja presión sobre su superficie superior aspirará aire delante de ella. Véalo de esta manera: arriba y abajo de un paquete de aire tenemos menos rebote de moléculas (= menos presión), y ahora el rebote constante del aire debajo y arriba de ese paquete empujará sus moléculas de aire hacia arriba y hacia ese ala. El paquete de aire se elevará y acelerará hacia el ala y será succionado hacia esa área de baja presión. Una vez allí, "verá" que el ala debajo de él se curva alejándose de su ruta de viaje, y si esa ruta permaneciera sin cambios, se formaría un vacío entre el ala y nuestro paquete de aire. De mala gana, el paquete cambiará de rumbo y seguirá el contorno del ala, pero no sin extenderse (= pérdida de presión). La propagación ocurre en la dirección del flujo: el paquete se distorsiona y se estira a lo largo, pero se contrae en la dirección ortogonal al flujo. Este aire de flujo rápido y baja presión, a su vez, aspirará aire nuevo por delante y por debajo, desacelerará y recuperará su antigua presión sobre la mitad trasera del ala, y fluirá con su nueva dirección de flujo.

Un paquete de aire que termina debajo del ala experimentará menos elevación y aceleración, y en la parte convexa de las superficies aerodinámicas muy combadas experimentará una compresión. También tiene que cambiar su trayectoria de flujo, porque el ala combada y/o inclinada empujará el aire debajo de ella hacia abajo, creando más presión y más rebotes desde arriba para nuestro paquete debajo del ala. Cuando ambos paquetes lleguen al borde posterior, habrán adquirido cierta velocidad descendente.

Detrás del ala, ambos paquetes continuarán su camino hacia abajo por un tiempo debido a la inercia y empujarán el aire debajo de ellos hacia abajo y hacia los lados. Por encima de ellos, este aire, que antes había sido empujado hacia los lados, ahora llenará el espacio por encima de nuestros dos paquetes. Macroscópicamente, esto parece dos grandes vórtices. Pero el aire en estos vórtices ya no puede actuar sobre el ala, por lo que no afectará la resistencia ni la sustentación. Consulte aquí para obtener más información sobre ese efecto , incluidas imágenes bonitas.

¿Qué es levantar?

Siguiendo la imagen de un campo de presión descrito anteriormente, la sustentación es la diferencia de presión entre la superficie superior e inferior del ala. Las moléculas rebotan contra la piel del ala más en el lado inferior que en el superior, y la diferencia es la sustentación.

O mira la imagen macroscópica: una cierta masa de aire ha sido acelerada hacia abajo por el ala, y esto requirió que una fuerza actuara sobre ese aire. Esta fuerza es lo que mantiene el avión en el aire: Ascensión.

De cualquier manera, llegarás al mismo resultado. Por cierto: ¡la mayor parte del cambio de dirección ocurre en la parte delantera del perfil aerodinámico, no en el borde de fuga!

Arrastre inducido

La idea errónea sobre esos "vórtices en las puntas de las alas" y la resistencia inducida es difícil de erradicar. La mayoría de los autores copian lo que se ha escrito antes sin entender claramente el tema. Por lo tanto, lo repito aquí nuevamente: el arrastre inducido es la parte que apunta hacia atrás del vector de fuerza de presión. Los vórtices son solo una consecuencia de la corriente descendente, que a su vez es una consecuencia de la creación de sustentación. A la misma velocidad, una mayor resistencia inducida está ciertamente vinculada a una mayor sustentación, pero la causalidad es diferente: la sustentación y la resistencia inducida son parte de las presiones que actúan sobre el ala. Si suma todas las fuerzas de presión que actúan sobre un ala, su vector resultante apuntará ligeramente hacia atrás. La componente a lo largo de la corriente es la resistencia y la componente ortogonal a la dirección del movimiento es la sustentación. Esta es solo una definición, hecha para simplificar.

Creo que la respuesta dada por Peter Kampf es confundir la resistencia a la presión con la resistencia inducida.

El arrastre de presión es, como él dijo, el resultado de la fuerza de presión que actúa sobre el ala que tiene un componente horizontal (arrastre) y un componente vertical (ascenso). La resistencia inducida se debe principalmente al efecto que los vórtices de las puntas de las alas tienen en el flujo de aire.

Los vórtices hacen que el aire que tiene delante, es decir, el aire que está encima de las alas, aumente su velocidad hacia abajo. Esto tiene el efecto de sustentación negativa o carga aerodinámica. Esto significa que para la misma cantidad de sustentación, el piloto debe aumentar el ángulo de ataque.

Sin embargo, esto también significa que la resistencia ha aumentado a medida que el piloto ha aumentado el ángulo de ataque. Este aumento en la resistencia es lo que se denomina resistencia inducida. La fórmula para el coeficiente de arrastre inducido es$Cl^2/(\pi \cdot AR \cdot e)$donde$Cl$es el coeficiente de sustentación,$AR$es la relación de aspecto y$e$es la eficiencia de Oswald que relaciona la forma del ala con la resistencia inducida que crea.

Desde aquí puede ver que aumentar la velocidad de la aeronave reduce la resistencia inducida, ya que para la misma sustentación, una aeronave que viaja más rápido requiere una menor$Cl$. Creciente$AR$reduce la resistencia inducida, ya que tener alas más largas significa que los vórtices de las puntas de las alas están más lejos, por lo que los vórtices afectan menos al ala. Y$e$solo depende de la forma de tu ala. El valor óptimo de$e$es 1 para un ala cargada elípticamente.

En realidad, hay dos fuentes de arrastre inducido (consulte el artículo de wikipedia . Una fuente se describe bien en la publicación de Peter.

Pero la otra fuente es la resistencia del vórtice, de los vórtices de las puntas de las alas (turbulencia), que dependen de la relación de aspecto del ala, así como de los tratamientos de las puntas de las alas, como los winglets. Al final, los vórtices en las puntas de las alas reducen la tasa de planeo (L/D) de la aeronave. Entonces, si producen un poco de sustentación, no ayuda porque la resistencia ha aumentado en un factor mayor, lo que reduce la L/D.