Considere un gran avión comercial que se acerca para aterrizar. La parte exacta que me interesa es la bengala (donde el avión sube pero en realidad no sube más por encima del suelo), con los flaps extendidos, pero antes de que entre en juego cualquier efecto de suelo.
En comparación con el crucero normal, ¿aumenta, disminuye o no cambia mucho la relación de elevación a arrastre?
El aumento del ángulo de ataque aumenta tanto la sustentación como la resistencia, pero probablemente no en las mismas proporciones. No estoy muy seguro de en qué dirección va la curva para un perfil aerodinámico típico.
Además, hay una complicación realmente dura: la bengala también hace que los motores apunten hacia arriba también. Esto significa que algo de "ascenso" es generado directamente por el componente vertical de empuje de los motores. No es realmente ascensor; una forma más precisa de decirlo es que las alas no necesitan producir tanta sustentación como antes, porque los motores contribuyen directamente a contrarrestar la gravedad.
Eso podría sugerir que la L/D de hecho disminuye, lo que parece tan contradictorio.
Los números reales de L/D en ambas etapas del vuelo serían la respuesta más sólida posible. Pero me pregunto si los L/D citados por los fabricantes se derivan de una simple prueba en un túnel de viento (con diferentes AoA y configuración de flaps) o si realmente tienen en cuenta los motores que apuntan hacia arriba y su empuje típico durante el arranque (que sería medirse mejor como un porcentaje del peso de la aeronave en ese punto, y el desorden se complica).
En la bengala ya estás en efecto suelo. Tal vez deberíamos comparar la aproximación final con la de crucero.
La respuesta es simple: L/D es mucho peor en la configuración de aproximación. El ala compra la mayor capacidad de elevación con un aumento de arrastre relativamente mayor. Esto no es del todo malo: si el L/D es demasiado alto, un aterrizaje preciso se vuelve mucho más difícil. Además, un poco más de resistencia le permite hacer funcionar los motores por encima del ralentí, por lo que la puesta en marcha para dar una vuelta lleva menos tiempo. En general, desea que la L/D esté entre 5 y 10 para aterrizar. Demasiado, y la aproximación se vuelve demasiado superficial para una selección precisa del punto de toma de contacto, y demasiado poco , y pierde demasiada energía en el enderezamiento, por lo que desacelera demasiado rápido en esa fase final donde se reduce la velocidad de descenso.
Compare eso con la L/D de los aviones modernos en crucero, que es de alrededor de 16 para diseños como el Boeing 747 y más de 20 para el Boeing 787 o el A350.
Puedes estudiar esto a bajo precio en planeadores. Elige uno con flaps potentes, como el ASW 20 o el ASH 25 . Trate de aterrizar con todos los alerones y alerones completamente extendidos: nunca llegará a un aterrizaje suave, pero déjese caer sobre la rueda en algún lugar antes de que se complete la bengala. Luego intente aterrizarlos con flaps configurados para un vuelo lento y sin spoilers: necesita una pista muuuy larga para hacerlo.
La contribución de los motores a la sustentación durante el arranque es muy moderada. No funcionan a plena potencia, e incluso si lo hicieran, su empuje combinado sería solo quizás el 30% del peso del avión. Dado que no apuntan directamente hacia arriba, sino solo unos 10 °, el componente vertical sería solo del 5% incluso con empuje total. En realidad, funcionan un poco por encima del ralentí y su contribución de elevación es solo del 2% como máximo.
Comparación de efectividad del tipo de aleta ( fuente de la imagen ). La L/D es solo para la sustentación máxima, no al 60 %, lo que sería más representativo para un coeficiente de sustentación de aproximación, pero la tendencia a una L/D más baja con un coeficiente de sustentación máxima más alto debería ser obvia.
La relación L/D suele ser menor, es decir, peor en configuración de aterrizaje que en crucero. Básicamente, los dispositivos de sustentación alta en el ala compensan cierta eficiencia (L/D) por sustentación adicional. En cierto sentido, esto es lo que desea porque en ese punto le preocupa más obtener más sustentación a menor velocidad.
La siguiente tabla de NACA Technical Note 1930 muestra el cambio en la relación L/D en diferentes configuraciones en comparación con el crucero.
Imagen de un análisis del efecto de la relación sustentación-arrastre y la velocidad de pérdida en la velocidad de pérdida y las características de la llamarada de aterrizaje por J.Calvin Lovell y Stanley Lipson
La NASA utilizó un avión CV 990 para llevar a cabo estudios de aproximación y aterrizaje de baja relación L/D, que indican que, en condiciones de aterrizaje, a medida que se extienden los flaps, la relación L/D empeora. Los datos se obtuvieron con una deflexión del 100 por ciento del spoiler (freno de velocidad) en configuraciones de flaps de 0 , 10 , y 27 con 100 spoiler (ajustes del freno de velocidad).
Imagen de la Nota técnica de la NASA D-6732 Estudios de aproximación y aterrizaje con relación de elevación a arrastre baja utilizando un avión CV-990 por Berwin M. Kock, Fitzhugh L. Fulto11, Jr. y Fred ]· Drinkwater III
Debido a los efectos aerodinámicos, pasaron a utilizar 36 flaps y 25 por ciento de spoilers en su lugar. Los datos de los modelos de túnel de viento de la NASA también indican que a medida que se extienden los alerones, la relación L/D disminuye.
Imagen de Influencia del rendimiento aerodinámico a baja velocidad en el ruido de la comunidad aeroportuaria por Andrew March; Datos del documento técnico de la NASA 1580 Rendimiento aerodinámico a baja velocidad de un modelo de transporte de ala supercrítica de alta relación de aspecto equipado con aletas de doble ranura de envergadura completa y ensanchamiento parcial por Morgan, HL, Jr. y Paulson, JW, Jr.
La primera referencia tiene datos para otros aviones Boeng (727,747, etc.) que también indican que la relación L/D sufre a medida que se extienden los flaps.
En un sentido simple, podemos pensar así: la aeronave está volando cerca de la relación L/D máxima (para aviones comerciales de hélice y de derivación grande) durante el crucero. Cualquier cambio de esta configuración probablemente resultará en una menor relación L/D. Esto es lo que sucede durante el aterrizaje.
Los motores contribuyen solo en una cantidad mínima al 'ascenso' durante el aterrizaje. Hay algunas razones para esto. El empuje suele ser un poco más pequeño que el ascensor. Sumado a esto, los motores no suelen estar a su máxima potencia durante el aterrizaje de aviones comerciales. Además, el ángulo de cabeceo es bastante pequeño durante el aterrizaje en un avión normal. Juntando todo esto, la contribución del empuje suele ser insignificante.
J walters