Como o downwash afeta o ângulo de ataque?
Muitos livros de aerodinâmica, bem como muitas respostas aqui e em sites semelhantes, afirmam que o downwash a jusante de uma asa induz um ângulo de ataque mais baixo do que apenas olhar para a direção do fluxo e a orientação da corda faria você acreditar. Em seguida, eles frequentemente dizem que a sustentação é perpendicular a essa "direção do fluxo induzido", explicando que o componente paralelo à direção do fluxo originalmente percebido é o arrasto induzido. Eu luto com essa ideia, porque meu entendimento atual de sustentação dita que o downwash em si é um produto da geração de sustentação e, portanto, um produto do ângulo de ataque.
Além disso, ao observar as visualizações dos campos de fluxo ao redor de uma asa, podemos ver tanto o upwash à frente da asa quanto o downwash atrás dela. Intuitivamente, estou inclinado a pensar que o downwash, sendo a jusante da asa, não pode mais afetar a dinâmica do fluxo ao redor da asa. Por outro lado, o upwash, sendo a montante da asa, deve afetar o fluxo ao redor dela, aumentando o ângulo de ataque e, portanto, a sustentação produzida.
A única explicação que encontrei é esta, embora eu não tenha certeza se ela está correta:
Uma vez que qualquer asa que produza sustentação deve introduzir um downwash líquido no ar circundante, o movimento médio do ar em toda a asa também deve ser negativo. Acho que meu problema com essa explicação é que sempre pensei no ângulo de ataque como uma função apenas da orientação da corda e da direção do fluxo. É correto supor que, olhando para o campo de fluxo ao redor de uma asa, o "ângulo de ataque tradicional" não importa tanto, já que as grandes velocidades de fluxo induzidas na frente da asa farão o ângulo de ataque "aerodinâmico" real, ou seja, o ângulo em que o ar que se aproxima realmente atinge a asa (em oposição ao ângulo entre a direção do fluxo livre e a linha de corda) difere significativamente?
Peço desculpas se minha pergunta não for muito compreensível, tive muita dificuldade em formulá-la. Em qualquer caso, ficaria feliz por uma resposta e tentarei o meu melhor para esclarecer o que não está claro.
Respostas
É correto supor que, olhando para o campo de fluxo em torno de uma asa, "ângulo de ataque tradicional" não importa tanto, já que as grandes velocidades de fluxo induzidas na frente da asa farão o ângulo de ataque "aerodinâmico" real, ou seja, o ângulo em que o ar que se aproxima realmente atinge a asa (em oposição ao ângulo entre a direção do fluxo livre e a linha de corda) difere significativamente?
Sim. Basta observar o ângulo em que as venezianas estão apontando para baixo: elas são orientadas para a direção local do fluxo, que é fortemente para cima na borda de ataque quando o coeficiente de sustentação é alto.
Configuração típica de pouso de uma asa de avião comercial, de um artigo de AMO Smith , McDonnell-Douglas, no Journal of Aircraft, Vol 12 No 6, 1975. Como sempre: Linhas de corrente convergentes indicam fluxo acelerado e queda de pressão, enquanto linhas de fluxo divergentes mostram fluxo em desaceleração e aumento pressão.
Observe que o flap com fenda dupla aqui é fundamental para induzir este ângulo de fluxo local íngreme: Sem ele, a asa não produziria quase tanta sustentação e a sucção no lado superior seria muito mais fraca, causando menos curvatura local da direção do fluxo .
Observe também que o ângulo de ataque do aerofólio é 0 ° enquanto as linhas de fluxo que entram no desenho à esquerda já têm um ângulo de lavagem ascendente marcado. O mesmo acontece no reverso do lado direito onde o fluxo mostra um downwash distinto. Esta é uma simulação 2D e, a uma distância infinita do aerofólio, a direção do fluxo é estritamente horizontal. Em ambos os lados, porque este aerofólio não produz arrasto induzido no fluxo 2D (efeito também conhecido como paradoxo de d'Alembert ).
Em uma asa real, no entanto, os efeitos da ponta reduzem a inclinação da curva de sustentação, de modo que a seção local da asa mostrará um coeficiente de sustentação menor no mesmo ângulo geométrico de ataque. Agora a sucção e a lavagem ascendente são reduzidas (mas ainda existem) e o ar que flui da asa deixa-a com um componente adicional de velocidade descendente. O padrão de fluxo de campo distante agora não tem mais a simetria de upwash igual e downwash. Em vez disso, o ângulo de lavagem descendente é aumentado para duas vezes a magnitude do ângulo de lavagem ascendente reduzido porque a influência dos vórtices livres na esteira deve ser adicionada. O resultado é uma inclinação para trás da soma de todas as forças de pressão que atuam na asa, que chamamos de arrasto induzido.
a lavagem a jusante de uma asa induz um ângulo de ataque que é menor ...
Portanto, adicione um estabilizador horizontal à sua imagem e aumente e diminua o AOA (você também pode baixar os flaps).
O que é interessante é que, como o estabilizador horizontal é geralmente configurado para produzir elevação negativa (força descendente), a lavagem descendente aumentará seu AOA negativo .
Ao soltar os flaps em um 172, a inclinação do nariz para cima é muito perceptível.
Ângulo de ataque AoA, proporção de aspecto A e ângulo de deflexão downwash E, estão ligados por:
sin E = 4 sin AoA / (2 + A)
Derivação aqui: Chris Waltham, Flight without Bernoulli https://booksc.org/book/45382205/a4710b