¿Son malas las alas de gran sustentación para velocidades más rápidas?

Cada perfil aerodinámico tiene un rango de coeficientes de sustentación donde el flujo alrededor del ala es más favorable. Los perfiles aerodinámicos con camber alto cambian este rango a coeficientes de sustentación más altos. Ahora la pregunta se reduce a: ¿Con qué coeficiente de sustentación operará la aeronave de manera más eficiente?

La eficiencia de los aviones de transporte se maximiza cuando ninguno de los tres parámetros de carga útil, alcance y velocidad se puede cambiar sin reducir el producto de los tres. Resulta que el peso del ala tiene una gran influencia en esto, especialmente para aviones grandes : un ala más pesada reducirá la posible carga útil. Es mejor limitar la envergadura del ala de modo que la relación entre la envergadura y la cuerda esté entre 7 y 10: esto limitará el momento de flexión en la raíz del ala y permitirá construir el ala más ligera. Con esta relación de aspecto, el coeficiente de elevación óptimo para el mejor rendimiento de transporte es de alrededor de 0,4 a 0,6, un número en el que la superficie aerodinámica de baja inclinación se sentirá como en casa.

Sin embargo, con un coeficiente de sustentación tan bajo, el perfil aerodinámico de alta inclinación, por otro lado, experimentará un fuerte pico de succión en el lado inferior de su morro. A números de Mach de vuelo altos, esto conducirá a un flujo supersónico local y un gran aumento en la resistencia, así como cargas cíclicas en el ala ( golpes ).

Ahora podría argumentar correctamente que el ala podría ser mucho más pequeña con un perfil aerodinámico de alta inclinación para la misma sustentación. Sí, pero el ala también debe adaptarse a las condiciones de despegue y aterrizaje, y debe tener suficiente volumen para contener el combustible del viaje. Y para esta condición de aterrizaje, el ala de un avión comercial tendrá incluso más comba que la superficie aerodinámica de su ejemplo:

Configuración típica de aterrizaje del ala de un avión, de un artículo de AMO Smith , McDonnell-Douglas, en Journal of Aircraft, Vol 12 No 6, 1975.

¿Qué pasa si cambias el ángulo de ataque del ala de gran sustentación? Apuntando la parte delantera del ala hacia abajo, lo que hace que se levante más hacia adelante.

El motor de la aeronave crea un movimiento hacia adelante.

Las alas (y el cuerpo) de la aeronave absorben parte de esta energía de movimiento hacia adelante para crear sustentación y resistencia.

Si simplemente cambia el ángulo de ataque para que el vector de sustentación apunte hacia una dirección más hacia adelante (en lugar de solo hacia arriba), aún crea la resistencia en proporción a la sustentación. Por lo tanto, si quieres volar a alta velocidad, es mejor tener un ala con menos sustentación, lo que resulta en menos resistencia.

Por otro lado, la relación sustentación/resistencia también depende del ángulo de ataque. Entonces, si cambia el ángulo de ataque lejos del mejor ángulo de relación (en cualquier dirección), obtendrá menos sustentación y más resistencia. Desafortunadamente, la proporción empeora más rápido para los cambios negativos (nariz hacia abajo) que para los cambios positivos (nariz hacia arriba).