3.3.2: Flujo sobre un ala finita

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Figura 3.21: Croquis del coeficiente de sustento a lo largo de una envergadura.

La Figura 3.21 muestra la distribución del coeficiente de sustento a lo largo de la envergadura de cuatro alas rectangulares volando en flujo incompresible con un ángulo de ataque de 10 [grados]. Las cuatro alas utilizan el mismo perfil aerodinámico y difieren en la ampliación (8,10,12, e infinito). Se puede observar que si el agrandamiento es infinito el ala se comporta como la superficie aerodinámica bidimensional\(y\) (\(c_l (y)\)constante). Por otro lado, si el agrandamiento es finito,\(c_l (y)\) muestra un máximo en la raíz del ala (\(y = 0\)) y va a cero en la punta del ala (\(y/c = A/2\)). A medida que disminuye la ampliación, el máximo\(c_l (y)\) también disminuye.

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Figura 3.22: Sendero torbellino

La explicación detrás de este comportamiento se debe a la diferencia de presiones entre extrados e intrados. En particular, en la región cercana al borde marginal, existe una corriente de aire que rodea el borde marginal que pasa de los intrados, donde la presión es mayor, a extrados, donde la presión es menor, dando lugar a dos vórtices, uno en cada borde girando en sentido horario y antihorario. Este fenómeno produce aguas abajo un sendero torbellino. La figura 3.22 lo ilustra.

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Figura 3.23: Ángulo efectivo de ataque.

La presencia de este rastro modifica el campo fluido y, en particular, modifica la velocidad que ve cada perfil aerodinámico del ala. Además de la velocidad de transmisión libre\(u_{\infty}\), una velocidad inducida vertical,\(u_i\), debe agregarse (Ver Figura 3.23). Cuanto más cerca del borde marginal, mayor es la velocidad inducida. Por lo tanto, el ángulo efectivo de ataque del perfil aerodinámico es menor que el ángulo geométrico, lo que explica tanto la reducción en el coeficiente de sustento (con respecto al coeficiente bidimensional) como el hecho de que esta reducción es mayor cuando uno se acerca al borde marginal.