Original article: http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/airfoil.html

La pérdida de ala de secciones transversales

El trabajo desarrollado con Szu-Chuan Wang. Este trabajo fue posible gracias al apoyo de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea.

 

La pérdida de ala

La pérdida es un fenómeno indeseable cuando las alas de aeronave sufren la mayor resistencia del aire y el levantamiento reducido. Es posible que sea un accidente aéreo.

La pérdida ocurre cuando el avión está a un gran ángulo de ataque (el ángulo de ataque es el ángulo entre el avión y la dirección del vuelo). Se puede suceder durante el despegue o el aterrizaje cuando la velocidad del vuelo es relativamente baja: a baja velocidad las fuerzas aerodinámicas son proporcionalmente menor y la única manera elevarla suficientemente para que pueda llevar el peso del avión es pilotar el avión a un ángulo de ataque más grande. Si un piloto distraído deja caer mucho la velocidad el avión superará el ángulo crítico y ocurre la pérdida.

Debido a la pérdida el ala elabora menos levantamiento y arrastra más; el aumento de resistencia provoca que la velocidad reduzca más de manera que el ala elabora aún menos levantamiento. En efecto, el avión cae del aire. El suelo está esperándolo abajo.

 

Por qué ocurre la pérdida

¿Por qué las alas pierden? Esto debido a los procesos en la capa límite, la capa del aire retrasado cerca de la superficie del ala. Para que el ala sea eficaz, el aire debe fluir completamente alrededor de la primera fila de ala. A un ángulo de ataque grande el aire en la capa límite cerca de la primera fila no lo consigue y entonces separa de superficie alar.

A continuación se ofrece una simulación numérica en la que la pérdida alar se puede observar en la sección transversal. La primera fila está a la izquierda, el borde fuga está a la derecha. Durante la simulación la capa límite está representada en vórtices (los tornados en miniatura) que aparecen en los puntos negros y blancos, según la dirección de giro. El ala lanza al ángulo de ataque de 30 grados causando la pérdida:

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_100.gift = 1 (starts pitching)

En la primera imagen el ala se desplaza a un ángulo de ataque reducido (aquí se puntúa a cero). Observe que los vórtices de capa límite se mantiene cerca del ala hasta que se laven aguas abajo. A ángulo cero de ataque falta el levantamiento y hay sólo poca resistencia.

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_200.gift = 2

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_300.gift = 3

El ala comenzó a lanzar pero los vórtices de capa límite permanecen cerca del ala. Ahora el ala produce el esfuerzo considerable de levantamiento y queda una pequeña resistencia.

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_350.gift = 3.5

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_425.gift = 4.25

t = 5 (ends pitching)

El ángulo de ataque ha crecido demasiado. Los vórtices de la capa límite han separado de la superficie superior de ala y el flujo de entrada ya no torce alrededor de la primera fila. El ala está perdida que causa una resistencia significativa. Sin embargo, mucho levantamiento queda sin cambios porque los vórtices separados aún están por encima de el ala.

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_600.gift = 6

Cuando los vórtices separados atravesan el borde de fuga el levantamiento empieza a dejar.

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_700.gift = 7

Ahora el ala produce menos levantamiento y mucha resistencia. Sin embargo, es más fácil para el aire correr alrededor del borde de fuga de ala sin levantamiento y el flujo vuelve a fijar.

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_750.gift = 7.5

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_775.gift = 7.75

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_800.gift = 8

El flujo ha vuelto a fijar en gran medida y el coeficiente de levantamiento (la eficiencia de levantamiento) se restablece con carácter temporal. Por desgracia, eso establecerá un nuevo ciclo de separación; además, la resistencia aumentada reduce mucho la velocidad del aire para producir bastante levantamiento, incluso a un buen coeficiente de levantamiento.

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_850.gift = 8.5

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_875.gift = 8.75

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/a_900.gift = 9

Aquí se puede observar la evolución de levantamiento, la resistencia y los coeficientes del momento:

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/cl.gifhttp://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/cd.gifhttp://www.eng.fsu.edu/~dommelen/research/airfoil/cm.gif

 

Cómo podemos restablecerse de la pérdida

Para restablecerse de la pérdida el piloto tiene que reducir el ángulo de ataque para bajarlo bastante. Aunque el avión ya está cayendo hacia el suelo en un ángulo inclinado el piloto debe empujar la tira hacia adelante para poder dirigir el morro aún más abajo. Haciendo eso podemos reducir el ángulo de ataque y así pues la resistencia.

El avión empieza a acelerar bajando aún más aprisa. Pero apenas el avión ha acelerado la velocidad de manera que el ala vuelve soportando el peso del avión el piloto retira para aumentar el ángulo de ataque una vez más (esta vez guardando el rango admisible) y restablece el levantamiento de el ala.

Naturalmente, para restablecerse de la pérdida eso conlleva cierto grado de pérdida de altura. Las pérdidas son aún peligrosas a baja altitud. La potencia del motor puede ayudar a reducir la pérdida de altura por la aumentación de la velocidad y también apoyando volver el flujo sobre el ala.

La dificultad de restablecimiento de la pérdida depende de tipo de avión. Algunos aviones que se enfrentan la dificultad de restablecimiento tienen montado la palanca de mando vibradora: la palanca de mando vibradora alerta al piloto que pronto va a ocurrir la pérdida. Las características de la pérdida también se dependen de la carga de avión; el centro de gravedad del avión hay que ser puesto más adelante.

 

Las barrenas

La pérdida peor es la barrena cuando el avión cae abajo en la forma espiral. La pérdida puede convertirse en una barrena a través del esfuerzo a un lado en un momento poco apropiado.

Los mecanismos de la barrena son muy complicados. Dependiendo del avión (y ¡de manera que está cargado!) será más dfícil o prácticamente imposible restablecerse de la barrena. El restablecimiento necesita buenos rendimientos de la superficie de la cola de avión; normalmente el restablecimiento conlleva el uso del timón para parar la barrena y también tenemos que utilizar el elevador para romper la pérdida. Sin embargo, los alas pueden provocar el bloqueo del flujo de aire hacia la cola. Si el centro de gravedad del avión está muy atrás eso tiende a hacer más difícil el restablecimiento. El piloto puede quedarse desorientado por los efectos vertiginosos de la barrena y aplicar las correcciones incorrectas.

 

Aunque el avión ha sido bien diseñado, tiene la carga admisible y se restablece perfectamente, la pérdida de altura durante la barrena puede ser muy grande. Como las pérdidas y barrenas son más frecuentes durante el despegue y el aterrizaje puede pasar así que no habrá bastante altura. Bajo de las directrices de la FAA para los pilotos privados se necesita aprobar el curso sobre las pérdidas, pero no se requiere aprobar el curso sobre las barrenas. El curso sobre las pérdidas permite al piloto reconocer la próxima pérdida y tomar medidas correctoras antes de que se pueda ocurrir una pérdida o una barrena verdadera.

 

Shih, C., Lourenco, L., Van Dommelen, L. \& Krothapalli, A. (1992) El flujo no permanente después de pitching aerodinámico a un ritmo constante. AIAA Journal 30 1153-1161.





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