Sustentación del avión

Existen muchas teorías sobre cómo se genera la elevación . Desafortunadamente, muchas de las teorías que se encuentran en las enciclopedias, en los sitios web e incluso en algunos libros de texto son incorrectas , lo que genera una confusión innecesaria para los estudiantes.

La teoría descrita en esta diapositiva es una de las explicaciones incorrectas más difundidas. La teoría puede denominarse teoría del "camino más largo" o teoría del "tiempo de tránsito igual". La teoría establece que las aspas aerodinámicas tienen la forma de la superficie superior más larga que la inferior. Las moléculas de aire (las pequeñas bolas de colores de la figura) tienen que viajar más por la parte superior del perfil aerodinámico que por la parte inferior. Para encontrarse en el borde de fuga, las moléculas que pasan por encima del ala deben viajar más rápido que las moléculas que se mueven debajo del ala. Debido a que el flujo superior es más rápido, a partir de la ecuación de Bernoulli, la presión es menor. La diferencia de presión a través del perfil aerodinámico produce la sustentación.

Antes de considerar lo que está mal con esta teoría, investiguemos el flujo real alrededor de un perfil aerodinámico haciendo un par de experimentos usando un simulador de Java que está resolviendo las ecuaciones de flujo correctas . Debajo del simulador hay un cuadro de texto con instrucciones. Asegúrese de que el control deslizante a la derecha del cuadro de texto esté en la parte superior para comenzar los experimentos

Debido a problemas de seguridad de TI, muchos usuarios están experimentando problemas al ejecutar los subprogramas educativos Glenn de la NASA. Los applets se están actualizando lentamente, pero es un proceso largo. Si está familiarizado con los entornos de ejecución de Java (JRE), puede intentar descargar el subprograma y ejecutarlo en un entorno de desarrollo integrado (IDE) como Netbeans o Eclipse. Los siguientes son tutoriales para ejecutar applets de Java en cualquiera de los IDE:

Netbeans

Eclipse

^M

Usemos la información que acabamos de aprender para evaluar las distintas partes de la teoría del "tránsito igualitario".

• {Las aspas aerodinámicas de elevación están diseñadas para que la superficie superior sea más larga que la inferior.} Esto no siempre es correcto. El perfil aerodinámico simétrico de nuestro experimento genera mucha sustentación y su superficie superior tiene la misma longitud que la superficie inferior. Piense en un avión de papel. Su perfil aerodinámico es una placa plana -> arriba y abajo exactamente de la misma longitud y forma y, sin embargo, vuelan muy bien. Esta parte de la teoría probablemente comenzó porque las primeras superficies aerodinámicas estaban curvadas y tenían una forma más larga en la parte superior. Tales superficies aerodinámicas producen mucha elevación y giro de flujo, pero es el giroeso es importante, no la distancia. Hay aspas aerodinámicas modernas de baja resistencia que producen sustentación en la que la superficie inferior es en realidad más larga que la superior. Esta teoría tampoco explica cómo los aviones pueden volar boca abajo, lo que ocurre a menudo en espectáculos aéreos y en combates aire-aire. ¡La superficie más larga está entonces en la parte inferior!

  • {Las moléculas de aire viajan más rápido sobre la parte superior para encontrarse con las moléculas que se mueven debajo en el borde de fuga.} El experimento n. ° 1 nos muestra que el flujo sobre la parte superior de una superficie aerodinámica que se elevaviajar más rápido que el flujo debajo de la superficie aerodinámica. Pero el flujo es mucho más rápido que la velocidad requerida para que las moléculas se encuentren en el borde de fuga. Dos moléculas cercanas entre sí en el borde de ataque no terminarán una al lado de la otra en el borde de salida, como se muestra en el Experimento 2. Esta parte de la teoría intenta proporcionarnos un valor para la velocidad sobre la parte superior del perfil aerodinámico basado en la suposición no física de que las moléculas se encuentran en el extremo de popa. Podemos calcular una velocidad basándonos en esta suposición y usar la ecuación de Bernoulli para calcular la presión, y realizar el cálculo del área de presión y la respuesta que obtenemos no concuerda con la sustentación que medimos para un perfil aerodinámico dado. La sustentación predicha por la teoría "Equal Transit" es mucho menor que la sustentación observada, porque la velocidad es demasiado baja. La velocidad real sobre la parte superior de un perfil aerodinámico es mucho más rápida que la predicha por la teoría del "Camino más largo" y las partículas que se mueven sobre la parte superior llegan al borde de fuga antes de que las partículas se muevan debajo del perfil aerodinámico.

  • {El flujo superior es más rápido y de la ecuación de Bernoulli la presión es menor. La diferencia de presión a través del perfil aerodinámico produce la sustentación.} Como hemos visto en el Experimento # 1, esta parte de la teoría es correcta . De hecho, esta teoría es muy atractiva porque muchas partes de la teoría son correctas. En nuestras discusiones sobre la integración del área de presión para determinar la fuerza sobre un cuerpo sumergido en un fluido, mencionamos que si conocemos la velocidad, podemos obtener la presión y determinar la fuerza. El problema con la teoría del "tránsito igualitario" es que intenta proporcionarnos la velocidad basándose en una suposición no física como se discutió anteriormente.

Puede descargar su propia copia del programa para ejecutarlo sin conexión haciendo clic en este botón: