¿La elevación para arrastrar varía con algo más allá de la geometría?

Las ecuaciones básicas tanto para la sustentación como para la resistencia muestran dependencia de v 2 , densidad del aire y algunas constantes . De un vistazo, la relación de elevación a arrastre no debería depender de nada más que de la geometría del plano. Aunque me doy cuenta de que en aerodinámica las cosas rara vez son tan simples, entonces, me pregunto qué tan constantes son en realidad estas constantes.

En particular, digamos que usamos un motor de cohete aumentado por aire muy eficiente (para que el empuje no se degrade con la presión del aire) de un empuje moderado, suficiente para lograr el despegue y una tasa de ascenso modesta. También logramos de alguna manera proteger el avión del sobrecalentamiento. A medida que asciende, la densidad del aire disminuye y la velocidad aumenta. ¿Podría alcanzar finalmente la velocidad orbital? ¿O encontrará condiciones en las que no pueda acelerar para ganar más sustentación ni ascender para reducir la resistencia?

Respuestas (1)

Sí, es muy posible que el avión golpee una pared donde ya no es posible acelerar mientras asciende. Esto se llama la barrera del sonido. Además de la geometría, tanto el número de Reynolds como el número de Mach influyen en L/D.

Como regla general, el coeficiente de arrastre de elevación cero al menos se duplica cuando se acelera a Mach 1. La esbeltez y el barrido ayudan a mantener este aumento bajo, pero algo es inevitable. A continuación se muestra una gráfica con datos de prueba del Memorando de investigación A55F06 de NACA vinculado para alas de diferente relación de aspecto.

Figura 9 del Memorando de investigación de NACA A55F06
Figura 9 del Memorando de investigación A55F06 de NACA ( fuente de la imagen )

Solo para que no crea que esto se puede superar con un diseño inteligente, a continuación se muestra una encuesta sobre el aumento de la resistencia aerodinámica de los aviones supersónicos, tomada de un curso breve sobre diseño de aviones de combate impartido por Ray Whitford. Si bien los ingenieros podrían reducir el aumento de la resistencia al aumentar la experiencia, la carrocería de Sears-Haack muestra que existe un límite inferior teórico que no se puede evitar.

Encuesta de aumento de arrastre supersónico

Encuesta de aumento de arrastre supersónico por Ray Whitford. Tenga en cuenta que aquí se representa el aumento absoluto en la resistencia general. Este gráfico incluye todos los efectos, como el arrastre de recorte, que contribuyen al aumento del arrastre supersónico.

Sin embargo, esto se puede superar insertando una inmersión corta que ayuda a ganar suficiente energía cinética para superar la joroba de arrastre poco después de Mach 1. Pero debe comenzar con suficiente exceso de empuje para que cualquier empuje neto quede en la región supersónica.

Por cierto, el empuje de su cohete ideal aumentará en el camino hacia arriba porque la presión atmosférica cae. Esto dará como resultado un aumento en la diferencia de presión entre la cámara de empuje y la presión exterior.

¿Cuánto más allá de Mach 1 se extiende la "joroba de arrastre"?
@SF. Depende de la aeronave. El F-16 nunca se recupera pero se mantiene en un valor alto hasta Mach 1.6. Los aviones sin barrido tienen una joroba muy grande (es completamente posible un factor de 5 en el coeficiente de arrastre subsónico) pero se recuperan rápidamente una vez que son completamente supersónicos. Pero nunca en ningún lugar a su nivel subsónico.
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