Avión Subsónico y Supersónico Cap-3

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Avión Subsónico y Supersónico Cap-3

On junio 25, 2014, Posted by , in El mundo de la aviación, tags , With No Comments

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Alas en Flecha

El objetivo de las alas en flecha es retrasar la divergencia de la resistencia a números de Mach mayores que los que corresponderían al caso sin flecha.

Considérese un ala, formada por un perfil cuyo Mach crítico es Mcr, con flecha.

  • Las características aerodinámicas de una sección del ala con flecha están gobernadas principalmente por la componente de la velocidad incidente normal al borde de ataque, es decir, V∞cos Ω
  • El número de Mach efectivo es pues M∞cos Ω
  • El número de Mach de vuelo puede incrementarse hasta Mcr/ cos Ω sin que se presente la divergencia de la resistencia.
  • Dado que el flujo sobre el ala es tridimensional, no se llega hasta un M∞ tan alto, aunque sí se puede volar por encima de Mcr

Las alas en flecha tienen como inconveniente un mal comportamiento en la entrada en pérdida

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Flecha positiva (desventajas):

  • En aviones con flecha positiva, se produce un flujo en la dirección de la envergadura (hacia las puntas) que hace que los perfiles de las puntas sean más propensos a entrar en pérdida.
  • Esto supone un problema en aviones de combate ya que pueden perder efectividad de alerón, y por tanto maniobrabilidad.
  • Al empezar la pérdida en las puntas, se provoca un momento de encabritado que aumenta el ángulo de ataque y acentúa más la entrada en pérdida (Sabre dance )

 

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Flecha negativa:

  • En las alas con flecha negativa, la componente en la dirección de la envergadura recorre el ala hacia el encastre. Se consigue mayor maniobrabilidad y mejor comportamiento ante entrada en pérdida .
  • Como contrapartida, las alas en flecha negativa presentan inestabilidades aeroelásticas, y se necesita reforzar mucho la estructura.

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Dispositivos para mejorar la entrada en pérdida.

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Oblique Wings

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Régimen Supersónico

En régimen supersónico los perfiles suelen ser delgados, con bordes de ataque agudos, con objeto de reducir la intensidad de las ondas de choque, un borde de ataque redondeado produciría una onda de choque desprendida por delante del mismo, que daría lugar a una resistencia muy elevada.

En tales casos se puede aproximar el perfil por una placa plana a ángulo de ataque pequeño

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Perfiles Supersónicos

Borde de ataque anguloso, ejemplo F-104

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La característica principal de los flujos supersónicos es la aparición de ondas de choque y ondas de expansión

  • Es importante señalar que los flujos en el extradós y en el intradós son independientes: la corriente no rebordea el borde de ataque
  • El efecto global en la distribución de presiones es una fuerza aerodinámica normal a la placa, cuya componente perpendicular a la corriente incidente es la sustentación
  • La componente en la dirección de la corriente es la resistencia de onda (cuyo origen es no viscoso)

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Un análisis teórico aproximado (válido para ángulos de ataque pequeños) proporciona los siguientes resultados:

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Al aumentar M∞, tanto Cl como Cdw disminuyen. No obstante también se aumenta la presión dinámica, por lo que la sustentación y la resistencia pueden aumentar.

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Debido a la distribución uniforme de presiones en la placa plana para régimen supersónico, el centro aerodinámico está situado en el punto ½ de la cuerda más retrasado que en régimen subsónico (1/4).

En régimen supersónico la curvatura y el espesor del perfil no contribuye a la sustentación global, sólo contribuye el ángulo de ataque.

La ecuación Cl es en general válida para perfiles delgados, independientemente de su forma.

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El espesor contribuye a la resistencia de onda:

  • Si se considera un perfil simétrico a ángulo de ataque cero, la distribución de presión que se obtiene es la misma para el extradós y el intradós.
  • La presión que actúa sobre la parte frontal del perfil es mayor que la que actúa sobre la parte posterior, de donde se deduce una fuerza neta en la dirección de la corriente.

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La curvatura si la hubiese también contribuiría a la resistencia de onda, en la práctica no hay curvatura, ya que no contribuye a la sustentación global, y el espesor es el necesario atendiendo a razones estructurales.

 

Sergio Esteban Roncero

Francisco Gavilán Jiménez

Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos

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