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revisão da edição anterior: ciência popular: quantos tipos de aerofólios existem nas asas dos aviões (1)

a velocidade de decolagem, pouso e manobrabilidade da asa de varredura variável, asa delta e asa trapezoidal não são tão boas quanto as da asa reta. no entanto, a resistência ao voo em alta velocidade da asa reta é muito grande, então. meios mecânicos podem ser usados ​​para fazer a asa traseira da asa. o ângulo de rasante pode ser alterado conforme necessário durante o vôo, não seria o melhor dos dois mundos? esta é a origem da asa varrida variável.

o conceito de asas varridas variáveis ​​parece simples, mas existem muitos problemas na sua implementação. primeiro, há a questão da estabilidade do voo. à medida que o ângulo de varredura da asa aumenta, o centro de sustentação se move gradualmente para trás e logo haverá um problema de que o centro de sustentação está longe do centro de gravidade. mesmo que a enorme cauda horizontal possa suprimi-lo, isso trará um enorme arrasto. , e o ganho não compensará a perda. para reduzir o movimento do centro de sustentação, a asa de varredura variável só pode ser dividida em duas seções. a dobradiça é colocada fora da seção interna fixa, enquanto a seção externa móvel é reduzida, sacrificando o efeito da asa de varredura variável. simplificar o projeto de engenharia.

a fim de minimizar os problemas de estabilidade de vôo, a seção móvel do su-17 representa apenas metade da envergadura da asa do f-14 é uma proporção maior, mas ainda possui uma grande seção fixa. existem muitos problemas específicos com a asa varrida variável: não é fácil encontrar um lugar para o trem de pouso inferior se enraizar, o tanque de combustível na asa não pode ser projetado na seção móvel, o que reduz bastante o total na asa espaço do tanque de combustível e os pilares das armas sob as asas precisam girar sincronizadamente com a seção móvel para manter o trem de pouso. as armas transportadas estão apontadas para a frente e, juntamente com os problemas mecânicos inerentes à asa de varredura variável, a varredura variável. a asa acabará por se tornar muito pesada, o que compensa bastante as vantagens aerodinâmicas da asa de varredura variável.

depois de uma aparição de curta duração nas décadas de 1960 e 1970, as asas de varredura variável raramente são usadas. o tu-160, que voou pela primeira vez em 1981, foi a última aeronave de asa de varredura variável recentemente produzida.

para asas de varredura para frente, asas de varredura grandes e asas delta, o arrasto é reduzido através do ângulo de varredura, mas o ar está realmente interessado apenas no ângulo de varredura oblíqua e não se importa se a asa é varrida para trás ou para frente. então, quais são os benefícios das asas inclinadas para a frente? o fluxo de ar no sentido da envergadura em uma asa inclinada para frente é para dentro, e o corpo eventualmente bloqueará naturalmente o fluxo no sentido da envergadura, melhorando a eficiência da asa na geração de sustentação.

mais importante ainda, as asas inclinadas para frente atrasam muito o problema de estol nas pontas das asas. o ar é viscoso e essa viscosidade forma uma camada limite (também chamada de camada limite) na superfície da asa. na camada limite, o fluxo de ar é lento e o efeito de geração de sustentação é perdido. ao voar em um ângulo de ataque alto, o fluxo de ar flui ao longo da envergadura da asa varrida, fazendo com que a camada limite se acumule em direção à ponta da asa, fazendo com que a ponta da asa pare primeiro, fazendo com que o centro de sustentação se mova em direção à raiz da asa, fazendo com que o nariz da aeronave suba ainda mais e, por fim, fazendo com que toda a aeronave entre em estol.

as asas inclinadas para frente são diferentes. as pontas das asas estão em fluxo de ar "limpo", o acúmulo de camada limite ocorre nas raízes das asas, a perda de sustentação é pequena e os ailerons mantêm um controle de rotação eficaz. as asas inclinadas para frente não apresentam o problema de estol na ponta da asa até que quase toda a asa tenha estolado, o que é muito mais tarde do que uma asa inclinada para trás.

o ar só está interessado na “varredura” da asa. não importa se ela é varrida para frente ou para trás, então a asa também pode ser varrida para frente. aeronave de pesquisa de asa voltada para frente.

no entanto, as asas inclinadas para a frente também apresentam uma falha essencial: a divergência aeroelástica. as asas não são rígidas, mas possuem um certo grau de flexibilidade.

o fluxo de ar sobre a superfície da asa gera sustentação, e a sustentação atua na asa, de modo que a ponta da asa tende a girar para cima com a raiz da asa como fulcro. como o fulcro da asa inclinada para frente está atrás da ponta da asa, a ponta da asa inclinada para frente tem uma tendência natural de torcer para trás e para cima. o movimento ascendente faz com que o ângulo de ataque local da asa aumente, gerando maior sustentação, ainda mais. agravando a torção para trás e para cima.

se não forem controladas, as estruturas podem ser rapidamente danificadas devido à torção excessiva. o fulcro da asa varrida está na frente da ponta da asa, e a ponta da asa tem uma tendência natural de girar para frente e para cima sob a ação da sustentação. este problema não ocorre quando o ângulo de ataque local é reduzido. nos primeiros dias, devido a limitações de material, as asas inclinadas para frente não conseguiam resolver o problema da divergência aeroelástica, e as asas inclinadas para trás tornaram-se a única opção. após o surgimento dos materiais compósitos, pode-se utilizar a chamada "alfaiataria aeroelástica", ou seja, através do arranjo inteligente das direções das fibras, a rigidez estrutural é maior na direção normal do que na direção do vão, e os problemas causados ​​por a divergência aeroelástica pode ser superada de forma inteligente.

sobre asa oblíqua

tanto as asas varridas quanto as asas varridas para frente são simétricas, ou os dois lados são varridos para trás juntos ou ambos os lados são varridos para frente juntos. mas do ponto de vista da redução do arrasto, não há razão para que um lado não possa ser varrido para frente e o outro lado para trás para formar uma asa oblíqua assimétrica.

como não importa se você varre para frente ou para trás, também não há problema em varrer para frente e para trás. esta é uma asa oblíqua. esta é a aeronave de pesquisa americana ad-1.

(ao decolar e pousar, ela é plana, assim como uma aeronave comum de asa reta. após a decolagem, ela se torna uma asa oblíqua ao voar em alta velocidade, com uma extremidade inclinada para frente e a outra extremidade inclinada para trás.)

em comparação com asas varridas e asas varridas para frente, a distribuição total da área da seção transversal das asas oblíquas ao longo do eixo da fuselagem é relativamente uniforme, o que é benéfico para satisfazer a lei da área transônica e reduzir o arrasto transônico.

as asas oblíquas fixas têm vantagens, mas as asas oblíquas variáveis ​​são onde elas brilham.

as asas tradicionais de varredura variável são perturbadas pela posição da dobradiça, mas as dobradiças das asas oblíquas de varredura variável têm apenas uma posição ideal: no meio, e outras posições são supérfluas. como o peso de ambos os lados é equilibrado, o projeto mecânico da asa oblíqua inclinada para trás é um pouco mais simples, o que é como a diferença entre estender as mãos para fora para carregar diretamente um balde ou carregar uma carga no ombro. aerodinamicamente, as mudanças no ângulo de inclinação também mantêm o movimento do centro de sustentação praticamente inalterado, simplificando o projeto de estabilidade de voo.

a asa oblíqua resolve inesperadamente o problema de mudar a asa varrida, mas o lugar onde a asa oblíqua pode demonstrar melhor sua superioridade é a asa voadora.

as asas e a fuselagem das aeronaves tradicionais são separadas, com as asas gerando sustentação e a fuselagem transportando pessoas e carga. porém, a fuselagem não gera sustentação e é "peso morto". esse problema causa grande tensão nas raízes das asas e é estruturalmente ineficiente. a melhor forma é colocar toda a carga dentro da asa, onde os requisitos de resistência estrutural são mínimos. teoricamente, se a sustentação e a gravidade em todos os pontos da asa estiverem exatamente compensadas, um avião poderá ser feito de papel, minimizando o peso estrutural. claro, isso é impossível na realidade. antes de chegar ao céu, o peso já pressionou a pele do papel. porém, isso mostra que a direção geral da asa voadora, que não possui fuselagem e apenas asas, está correta.

a asa voadora utiliza a estrutura da asa para transportar a carga, o que maximiza a eficiência aerodinâmica da estrutura e elimina problemas de tensão na raiz da asa. este é o b-2 americano.

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asa elíptica

se o empuxo não for gerado, toda a energia transferida pela aeronave para o ar formará arrasto, e os vórtices nas pontas das asas são uma parte muito importante da resistência ao vôo. projete adequadamente a distribuição de sustentação de modo que menos sustentação seja gerada perto das pontas das asas e a resistência gerada pelo fluxo ao redor das pontas das asas seja naturalmente reduzida. esta é a ideia de uma asa elíptica. o famoso formato elíptico do caça spitfire britânico. jato na segunda guerra mundial foi assim que surgiu a asa moldada.

a famosa asa elíptica do caça a jato britânico spitfire foi projetada para reduzir o fluxo nas pontas das asas e otimizar a distribuição de sustentação, como mostrado na imagem acima.

uma extensão natural da asa elíptica é a asa redonda. a asa circular não apenas concentra as partes geradoras de sustentação em direção à raiz da asa, mas também está mais em conformidade com a lei de área, especialmente no caso de uma asa voadora circular sem fuselagem. este tipo de disco voador não é apenas adequado para todas as faixas de velocidade, desde pairar até velocidade supersônica, mas também é um dos favoritos dos fãs de ficção científica. no entanto, é um design ideal que é difícil de abandonar. o problema do controle de vôo é mais difícil de resolver. não apenas o braço de controle é muito difícil. em suma, o projeto do motor, do bocal e da superfície de controle deve ser reconsiderado.

o mais extremo é, claro, o disco voador. este é o avrocar canadense. foi projetado para a força aérea dos eua, por isso é pintado na força aérea dos eua, como mostra a foto acima.

asas

outra maneira de resolver o problema do fluxo nas pontas das asas é usar winglets, que são winglets verticais que ficam nas pontas das asas e evitam diretamente o fluxo nas pontas das asas. aerodinamicamente, os winglets estendem a envergadura efetiva e aumentam a sustentação. se projetados corretamente, os winglets podem atingir uma envergadura efetiva que excede a "envergadura" real, mas os winglets também aumentam o arrasto e o peso, e também trazem arrasto de interferência aerodinâmica na transição da superfície da asa.

sem asas elípticas ou discos voadores, os winglets podem efetivamente reduzir o impacto do fluxo ao redor das pontas das asas.

os winglets podem ser estendidos para cima e para baixo ao mesmo tempo, ou podem ser estendidos apenas para cima. a escolha entre os dois é naturalmente uma compensação entre aumentar a sustentação e reduzir o peso e o arrasto. winglets são uma abordagem muito eficaz quando se aproveita o potencial de designs antigos ou quando a envergadura é limitada pelas condições do aeroporto. mas ao projetar uma asa do zero, aumentar a envergadura costuma ser mais simples e eficaz.

uma breve história do desenvolvimento de winglets

os winglets não apenas giram para cima, mas também podem cair para baixo. este é o winglet do a320.