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reseña del número anterior: divulgación científica: ¿cuántos tipos de perfiles hay en las alas de los aviones (1)

la velocidad de despegue, aterrizaje y maniobrabilidad del ala de flecha variable, delta y trapezoidal no son tan buenas como las del ala recta. sin embargo, la resistencia al vuelo a alta velocidad del ala recta es demasiado grande. se pueden usar medios mecánicos para hacer el alerón trasero del ala. el ángulo de pastoreo se puede cambiar según sea necesario durante el vuelo, ¿no sería lo mejor de ambos mundos? este es el origen del ala en flecha variable.

el concepto de alas en flecha variable parece simple, pero existen muchos problemas en su implementación. en primer lugar está la cuestión de la estabilidad del vuelo. a medida que aumenta el ángulo de barrido del ala, el centro de sustentación se mueve gradualmente hacia atrás, y pronto habrá el problema de que el centro de sustentación está lejos del centro de gravedad. incluso si la enorme cola horizontal puede suprimirlo, generará una gran resistencia. , y la ganancia no valdrá la pena. para reducir el movimiento del centro de elevación, el ala en flecha variable solo se puede dividir en dos secciones, la bisagra se coloca fuera de la sección interior fija, mientras que la sección exterior móvil se reduce, sacrificando el efecto del ala en flecha variable. simplificar el diseño de ingeniería.

para minimizar los problemas de estabilidad del vuelo, la sección móvil del su-17 solo representa la mitad de la envergadura; la sección móvil del f-14 es una proporción mayor, pero aún tiene una sección fija grande. hay muchos problemas específicos con el ala en flecha variable: no es fácil encontrar un lugar para que se arraigue el tren de aterrizaje debajo del ala, el tanque de combustible del ala no se puede diseñar en la sección móvil, lo que reduce en gran medida el total del ala el espacio del tanque de combustible y los pilones de armas debajo del ala deben girar sincrónicamente con la sección móvil para mantener el tren de aterrizaje. las armas transportadas apuntan hacia adelante y, junto con los problemas mecánicos inherentes del ala de barrido variable, el barrido variable. el ala eventualmente se volverá muy pesada, lo que contrarresta en gran medida las ventajas aerodinámicas del ala de barrido variable.

después de una breve aparición en las décadas de 1960 y 1970, las alas de barrido variable ahora rara vez se utilizan. el tu-160, que voló por primera vez en 1981, fue el último avión de ala de barrido variable producido recientemente.

para las alas de barrido hacia adelante, alas de barrido grande y alas delta, la resistencia se reduce a través del ángulo de barrido, pero el aire en realidad solo está interesado en el ángulo de barrido oblicuo y no le importa si el ala se barre hacia adelante o hacia atrás. entonces, ¿cuáles son los beneficios de las alas en flecha hacia adelante? el flujo de aire en el sentido de la envergadura en un ala barrida hacia adelante es hacia adentro, y la carrocería eventualmente bloqueará naturalmente el flujo en el sentido de la envergadura, mejorando la eficiencia del ala para generar sustentación.

más importante aún, las alas barridas hacia adelante retrasan en gran medida el problema de la pérdida de la punta del ala. el aire es viscoso y esta viscosidad forma una capa límite (también llamada capa límite) en la superficie del ala. en la capa límite, el flujo de aire es lento y se pierde el efecto de generar sustentación. cuando se vuela en un ángulo de ataque alto, el flujo de aire fluye a lo largo de la envergadura del ala en flecha, lo que hace que la capa límite se acumule hacia la punta del ala, lo que hace que la punta del ala se detenga primero, lo que hace que el centro de sustentación se mueva hacia la raíz del ala. provocando que el morro del avión se eleve aún más y, en última instancia, provocando que todo el avión se detenga.

las alas barridas hacia adelante son diferentes. las puntas de las alas tienen un flujo de aire "limpio", se produce una acumulación de capa límite en las raíces de las alas, la pérdida de sustentación es pequeña y los alerones mantienen un control de balanceo eficaz. las alas barridas hacia adelante no tienen el problema de pérdida en la punta del ala hasta que casi toda el ala se ha entrado en pérdida, lo cual es mucho más tarde que un ala barrida hacia atrás. esto es beneficioso para mejorar la maniobrabilidad.

al aire sólo le interesa el "barrido" del ala, no importa si se barre hacia adelante o hacia atrás, por lo que el ala también se puede barrer hacia adelante. la imagen de abajo debería ser el x-29 estadounidense, que es otro. avión de investigación de ala en flecha hacia adelante.

sin embargo, las alas barridas hacia adelante también tienen un defecto esencial: la divergencia aeroelástica. las alas no son rígidas, pero tienen cierto grado de flexibilidad.

el flujo de aire sobre la superficie del ala genera sustentación, y la sustentación actúa sobre el ala, por lo que la punta del ala tiende a girar hacia arriba con la raíz del ala como punto de apoyo. dado que el punto de apoyo del ala barrida hacia adelante está detrás de la punta del ala, la punta del ala barrida hacia adelante tiene una tendencia natural a girar hacia atrás y hacia arriba. el movimiento hacia arriba hace que el ángulo de ataque local del ala aumente, generando una mayor sustentación, más lejos. agravando la torsión hacia atrás y hacia arriba.

si no se controlan, las estructuras pueden dañarse rápidamente debido a una torsión excesiva. el punto de apoyo del ala en flecha está delante de la punta del ala, y la punta del ala tiene una tendencia natural a girar hacia adelante y hacia arriba bajo la acción de la sustentación. este problema no ocurre cuando se reduce el ángulo de ataque local. en los primeros días, debido a limitaciones materiales, las alas en flecha hacia adelante no podían resolver el problema de la divergencia aeroelástica y las alas en flecha hacia atrás se convirtieron en la única opción. después de la aparición de los materiales compuestos, se puede utilizar la llamada "sastrería aeroelástica", es decir, mediante la disposición inteligente de las direcciones de las fibras, la rigidez estructural es mayor en la dirección normal que en la dirección del tramo, y los problemas causados ​​por la divergencia aeroelástica se puede superar hábilmente.

sobre el ala oblicua

tanto las alas en flecha como las alas en flecha hacia adelante son simétricas, o los dos lados se juntan hacia atrás o ambos lados se mueven hacia adelante juntos. pero desde la perspectiva de la reducción de la resistencia, no hay ninguna razón por la que un lado no pueda ser barrido hacia adelante y el otro hacia atrás para formar un ala oblicua asimétrica.

dado que no importa si avanza o retrocede, también está bien avanzar y retroceder. este es un ala oblicua. este es el avión de investigación estadounidense ad-1.

(al despegar y aterrizar, es plano, como un avión normal de ala recta. después del despegue, se convierte en un ala oblicua cuando vuela a alta velocidad, con un extremo hacia adelante y el otro hacia atrás).

en comparación con las alas en flecha y las alas en flecha hacia adelante, la distribución del área de la sección transversal total de las alas oblicuas a lo largo del eje del fuselaje es relativamente uniforme, lo que es beneficioso para satisfacer la ley del área transónica y reducir la resistencia transónica.

las alas oblicuas fijas tienen ventajas, pero las alas oblicuas de barrido variable son las que brillan.

las alas tradicionales de barrido variable tienen problemas con la posición de las bisagras, pero las bisagras de las alas oblicuas de barrido variable sólo tienen una posición ideal: en el medio, y otras posiciones son superfluas. dado que el peso en ambos lados está equilibrado, el diseño mecánico del ala oblicua inclinada hacia atrás es un poco más simple, que es como la diferencia entre extender las manos hacia afuera para transportar directamente un cubo o llevar una carga en el hombro. aerodinámicamente, los cambios en el ángulo de pendiente también mantienen el movimiento del centro de sustentación prácticamente sin cambios, simplificando el diseño de la estabilidad del vuelo.

el ala oblicua resuelve inesperadamente el problema de cambiar el ala en flecha, pero el lugar donde el ala oblicua puede demostrar mejor su superioridad es el ala volante.

las alas y el fuselaje de los aviones tradicionales están separados: las alas generan sustentación y el fuselaje transporta personas y carga. sin embargo, el fuselaje no genera sustentación y es "peso muerto". este problema provoca una gran tensión en las raíces del ala y es estructuralmente ineficiente. la mejor manera es tener toda la carga dentro del ala, donde los requisitos de resistencia estructural son mínimos. en teoría, si la sustentación y la gravedad en cada punto del ala están exactamente compensadas, se puede hacer un avión con papel, minimizando el peso estructural. por supuesto, en la realidad esto es imposible. antes de llegar al cielo, el peso ya ha atravesado la piel del papel. sin embargo, esto demuestra que la dirección general del ala volante, que no tiene fuselaje y sólo alas, es correcta.

el ala volante utiliza la estructura del ala para transportar la carga, lo que maximiza la eficiencia aerodinámica de la estructura y elimina los problemas de tensión en la raíz del ala. este es el b-2 americano.

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ala elíptica

si no se genera empuje, toda la energía transferida por el avión al aire formará resistencia, y los vórtices de las puntas de las alas son una parte muy importante de la resistencia al vuelo. diseñe adecuadamente la distribución de la sustentación para que se genere menos sustentación cerca de las puntas de las alas y, naturalmente, se reduzca la resistencia generada por el flujo alrededor de las puntas de las alas. esta es la idea de un ala elíptica. la famosa forma elíptica del caza británico spitfire. jet en la segunda guerra mundial así surgió el ala moldeada.

el famoso ala elíptica del avión de combate británico spitfire está diseñado para reducir el flujo en la punta del ala y optimizar la distribución de sustentación, como se muestra en la imagen de arriba.

una extensión natural del ala elíptica es el ala redonda. el ala circular no sólo concentra las partes generadoras de sustentación hacia la raíz del ala, sino que también se ajusta más a la ley del área, especialmente en el caso de un ala volante circular sin fuselaje. este tipo de disco volador no solo es adecuado en teoría para todos los rangos de velocidad, desde el vuelo estacionario hasta la velocidad supersónica, sino que también es el favorito de la gente de ciencia ficción. sin embargo, es un diseño ideal que es difícil de dejar de lado. el problema del control de vuelo es más difícil de resolver. no solo es muy difícil el brazo de control, sino que también se debe reconsiderar el diseño del motor, la boquilla y la superficie de control.

el más extremo es, por supuesto, el platillo volante. este es el avrocar canadiense. fue diseñado para la fuerza aérea de los ee. uu., por lo que está pintado en la fuerza aérea de los ee. uu., como se muestra en la imagen de arriba.

aletas

otra forma de resolver el problema del flujo de las puntas de las alas es utilizar aletas, que son aletas verticales que se colocan en las puntas de las alas e impiden directamente el flujo de las puntas de las alas. aerodinámicamente, los winglets extienden la envergadura efectiva y aumentan la sustentación. si se diseñan correctamente, los winglets pueden lograr una envergadura efectiva que excede la "envergadura" real, pero los winglets también aumentan la resistencia y el peso, y también generan resistencia aerodinámica de interferencia en la transición de la superficie del ala.

sin alas elípticas ni platillos voladores, los aletas pueden reducir eficazmente el impacto del flujo alrededor de las puntas de las alas.

los alerones pueden extenderse hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo, o pueden extenderse sólo hacia arriba. la elección entre los dos es, naturalmente, una compensación entre aumentar la sustentación y reducir el peso y la resistencia. los winglets son un enfoque muy eficaz cuando se aprovecha el potencial de diseños antiguos o cuando la envergadura está limitada por las condiciones del aeropuerto. pero cuando se diseña un ala desde cero, aumentar la envergadura suele ser más sencillo y eficaz.

una breve historia del desarrollo de los winglets.

los alerones no sólo se mueven hacia arriba, sino que también pueden caer hacia abajo. este es el ala del a320.