Se trata de una simple pregunta de aerodinámica sobre el vórtice de herradura. Según parece, los bordes de fuga laterales provocan la corriente descendente en el ala del avión. Sin embargo, como la circulación es constante, la corriente descendente también lo es. Esto intuitivamente no tiene sentido para mí, ya que si el avión no se está moviendo, todavía habría downwash. ¿Cómo es posible? ¿O es que estoy malinterpretando algo?
Respuestas
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Pirx
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Está usted malinterpretando varias cosas. Si el avión no se mueve, entonces no hay vórtice de herradura. Si el ala está en movimiento (o tenemos un ala que genera sustentación en un flujo uniforme), entonces la corriente descendente no es constante. De hecho, para el modelo simple de línea de sustentación de Prandtl, la corriente descendente se volverá singular en las puntas de las alas, lo que hace que el modelo no sea físico. Artículo de Wikipedia sobre el tema . Para obtener un modelo que pueda al menos aproximar el flujo de una manera físicamente significativa, es necesario utilizar teoría de la línea de elevación que supone una superposición infinita de vórtices de herradura infinitesimales. La distribución de la circulación resultante dependerá de la geometría del ala, y nunca podrá ser constante para un ala finita.
La magnitud de la circulación $\Gamma$ en cualquier posición de la envergadura a lo largo del ala se deduce de una condición cinemática (la condición de Kutta), y será proporcional a la velocidad del flujo libre.
TRF
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66
En los comentarios anteriores pareces haber respondido a tu propia pregunta sin saberlo. Tomemos por ejemplo el teorema de Kutta-Joukowski, que describe la elevación alrededor de un objeto bidimensional. La sustentación por unidad de longitud viene dada por, $$ L = -\rho_{\infty} V_{\infty} \Gamma $$ donde $\rho_{\infty}$ es la densidad de la viga libre, $V_{\infty}$ es la velocidad del flujo libre, y $\Gamma$ es la circulación alrededor del objeto. La primera cosa que se perdió fue que si no hay velocidad de la corriente libre (es decir. $V_{\infty} = 0$ ), entonces no hay elevación. Esa parte es obvia, pero la elevación es cero independientemente del valor de la circulación. Sin embargo, la definición de circulación viene dada por la integral de línea, $$ \Gamma = \oint_C V \cdot ds $$ donde $C$ es un contorno cerrado alrededor del objeto bidimensional, $V$ es la velocidad a lo largo del contorno, y $ds$ es una distancia infinitesimal a lo largo del contorno. Obviamente, en el caso de un perfil aerodinámico en el que no existe velocidad de flujo libre, entonces $\Gamma = 0$ . Por lo tanto, en el caso $V_{\infty} = 0$ obtenemos una elevación nula de la primera expresión, pero también una circulación nula de la segunda expresión.
Devolus
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118
En los primeros años del vuelo, la electricidad era algo nuevo y excitante, y dio la casualidad de que el ecuaciones que podían calcular la intensidad de un campo electromagnético funcionaba igual de bien al calcular el cambio de flujo local efectuado por un ala. Lo que es la corriente eléctrica en un cable se convertía en la vorticidad en un vórtice, y la fuerza y orientación del campo magnético inducido eran equivalentes a los cambios de flujo inducidos. Así que el vocabulario de la electricidad se trasladó a la aerodinámica, igual que la investigación del cerebro utilizó vocabulario de la informática cuando era un tema candente.
Ahora nos quedan conceptos abstractos como circulación o arrastre inducido. Sería mucho más descriptivo utilizar conceptos o nombres propios, pero los autores de libros técnicos lo aprendieron así y son demasiado perezosos para explicar mejor la aerodinámica.
Y ahora déjame darte mi consejo: Si no quieres operar o escribir un código de flujo potencial, hazte un favor y olvídate de todo eso. Es mucho mejor interpretar la sustentación como la consecuencia de un campo de presiones alrededor de un ala que acelera el aire que fluye alrededor de esta ala hacia abajo. Cuando un ala se aproxima a velocidad subsónica, la zona de baja presión sobre su superficie superior aspirará aire por delante de ella. El aire se elevará y acelerará hacia el ala y será aspirado hacia esa zona de baja presión. Una vez allí, "verá" que el ala que tiene debajo se curva alejándose de su trayectoria, y si esa trayectoria permaneciera inalterada, se formaría un vacío entre el ala y el aire. A regañadientes, el aire cambiará de rumbo y seguirá el contorno del ala. Esto requiere una presión aún menor para hacer que las moléculas cambien de dirección. Este aire que fluye rápido y a baja presión aspirará a su vez aire nuevo por delante y por debajo de él, seguirá desacelerando y recuperará su antigua presión sobre la mitad trasera del ala, y saldrá con su nueva dirección de flujo.
Ten en cuenta que la sustentación sólo puede producirse si el contorno superior del ala se inclina hacia abajo y se aleja de la trayectoria inicial del aire que fluye alrededor del borde de ataque del ala. Puede tratarse de una inclinación o de un ángulo de ataque: ambos tienen el mismo efecto. Dado que la comba permite un cambio gradual del contorno, es más eficaz que el ángulo de ataque.
Si no hay movimiento de aire (ya sea causado por el movimiento del ala o por la rotación de un Rotor Flettner ), no se desarrollará ningún campo de succión ni ninguna aceleración descendente del aire sobre un ala combada o inclinada. La sustentación será nula, al igual que la corriente descendente y, sí, la circulación.
Y si insistes en una explicación dentro de la teoría del flujo potencial: Cuando el ala desacelera a un ángulo de ataque constante, la fuerza del vórtice disminuye. Cuando el ala se haya detenido por completo, el vórtice ligado también habrá desaparecido.
