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Conferencia-32 Definiciones de Geometría

(Hora de la diapositiva: 00:17)

Vamos a echar un vistazo a algunos parámetros de geometría de ala. Ahora, la configuración geométrica básica de un ala se supone que es un ala trapezoidal y estos son algunos de los parámetros geométricos importantes. El primer parámetro es el acorde de raíz, que es el acorde del ala no en el lugar donde se conecta con el fuselaje, sino en la ubicación de la línea central extendida del fuselaje.

Por lo tanto, esto es un error muy común, a veces muchas personas toman el acorde de raíz como la ubicación donde el ala y el fuselaje están físicamente reunidos, pero, el acorde de raíz se define teóricamente como el acorde del ala cuando se encuentra con la línea del centro teórico extendido del fuselaje. También tienes cuerda de punta, que como sugiere el nombre es el acorde del ala cuando está en la punta. La distancia entre los 2 extremos del ala se llama como la banda de distribución de la mitad de ella se llama como el semi-span s. S se reserva normalmente como el área de referencia del ala del parámetro, que es el área del ala como se ve en la vista superior, incluyendo la parte que está sumergida dentro del fuselaje. Aunque el área del urdido en esta figura es la definición de área de referencia de ala, es una referencia. Por lo tanto, mientras todo el mundo entienda lo que significa, no habrá confusión. Por lo tanto, es importante recordar la definición del área de referencia del ala.

A continuación, tienes grosor t, que como puedes ver en esta figura es la distancia máxima entre la parte superior y la superficie inferior de la aerolámina que tienes el acorde C, que es la distancia entre el borde delantero y el borde trasero del velamen o el ala. Y el ángulo de ataque es el ángulo que se hace por el vector de viento ambiental con una línea de referencia en la aeronave.

Hay algunos parámetros derivados como la relación taper, que es una proporción del acorde de punta al acorde de raíz. Hay una relación de aspecto que es una indicación de su esbeltez se define como el cuadrado del lapso sobre el área de referencia del ala. Y tenemos una relación de espesor a acorde o la relación t/c, que es la relación del espesor máximo dividido por el acorde aerodinámico medio del ala.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 03:20)

Ahora, los parámetros geométricos de ala como el camber de la aerolamina, la relación de espesor de la relación de aspecto de la lámina de aire, la relación de taper y el ángulo de barrido de borde delantero, todos afectan las características aerodinámicas y el peso bastante sustancialmente. Y se resume en este gráfico en particular. Pero echemos un vistazo a cada uno de estos elementos uno por uno para tener un mejor entendimiento. El primer parámetro que afecta es el camber. El camber de la lámina de aire esencialmente es una indicación de su curvatura.

Por lo tanto, la línea negra es para la geometría de línea base de la aeronave base y la línea roja es para el efecto del cambio o aumento en un parámetro en particular. Por lo tanto, notamos aquí que a medida que aumenta el camber entonces el coeficiente de elevación aumenta. De hecho, usted tiene una línea que es casi paralela a la línea original. Por lo tanto, el coeficiente de elevación aumenta, pero el coeficiente de arrastre también aumenta en lo que al peso se refiere efecto de camber en el peso de la aeronave no es tan sustancial.

Y los valores típicos de camber que se ven se encuentran entre el 0% que es un aerofilm simétrico a alrededor del 6% del acorde. La relación de espesor de la hoja de aire es otro parámetro que afecta a la curva de CLα, principalmente aumenta el ángulo en el que se pone. Por lo tanto, aumenta el CLmax, pero también aumenta el coeficiente de arrastre. Sin embargo, cuando usted tiene un mayor espesor a la proporción de acordes, generalmente puede llegar con un peso de ala más baja.

Esto no es muy intuitivo porque mucha gente piensa que un ala más gruesa en realidad debe de peso más porque piensan que es más grande en tamaño. Sin embargo, recuerde que uno de los componentes principales de la aeronave que es pesada es el principal y el spar trasero o el spar que están presentes y los propios spars consisten en una brida y una red. Ahora, en un ala con mayor grosor a la proporción de acordes, estas bridas de spar están más lejos porque la web es más grande en tamaño.

Y porque son más grandes ahí adentro, porque están lejos que tienen un nos da. Da un momento más alto de inercia y un momento más alto de inercia le da un valor más pequeño del momento de flexión, que es la carga principal que un spar tiene que llevar. Por lo tanto, hasta un punto, aumentar t/c en realidad puede conducir a una reducción en el peso de la aeronave.

El peso del ala el rango de valores para los aviones subsónicos es entre alrededor de 5 a 18%. Y para los aviones supersónicos, la proporción de grosor a acorde se mantiene baja debido al alto arrastre entre el 3 al 7%. El siguiente parámetro importante es la relación de aspecto, la relación de aspecto es un parámetro aerodinámico muy importante, como menciono, es una indicación de la esbeltez del ala. Mejora el coeficiente de arrastre inducido K y en realidad reduce el arrastre inducido debido a eso.

Y otro problema con la relación de aspecto creciente es cuanto más se aumenta la relación de aspecto más esbelta se convierte el ala y un ala esbelta va a ser más propensa a problemas aeroelásticos debido a la flexibilidad. Y también, para hacerlo suficientemente rígido, tenemos que proporcionar un apoyo enorme y eso lleva a un aumento en el peso del ala. De hecho, el aumento de la relación de aspecto del ala conduce a un aumento muy grande en el peso del ala.

Y el ala es aproximadamente el 12% del peso de la aeronave en la mayoría de los casos entre el 10 al 12%. Por lo tanto, afecta sustancialmente el peso de la aeronave. Por lo tanto, la relación de aspecto de valor recomendado es entre 7 a 9 o tal vez 10 para aviones subsónicos, excepto aquellos que están diseñados para una resistencia muy larga y para aviones supersónicos, el valor recomendado es entre 2 y 4. La proporción de taper es otro parámetro que es muy importante para reducir tanto el peso del ala como el arrastre inducido de la aeronave.

Sin embargo, dar un gran taper va a crear un problema con la distribución del ascensor. Por lo tanto, la proporción de taper generalmente es de entre 4 a 14 para aviones subsónicos y de 2 a 5 para aviones supersónicos.
Y por último, nos fijamos en el ángulo de barrido de borde líder. El ángulo de barrido definitivamente reduce C D0 pero aumenta el coeficiente de arrastre inducido y hace que el ala pesada. Por lo tanto, los aviones subsónicos normalmente no vemos que estén atados a más de 35 grados.

Pero para los aviones supersónicos normalmente se ve el barrido de 35 a 70 grados o incluso más a veces, puede que se tenga en cuenta que la única ventaja de la barrida de ala de montar es reducir el arrastre a altas velocidades y para todas las demás consideraciones, el barrido de ala es en realidad perjudicial. Por lo tanto, el barrido de alas no debe ser proporcionado a menos que sea esencial por razones aerodinámicas puras.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 09:23)

El plantón de ala de referencia siempre se considera trapezoidal y ya hemos visto el efecto de la relación de aspecto. Si aumenta la relación de aspecto vemos que el arrastre inducido se reduce.
Pero otra cosa buena es que el ángulo en el que se estancará la aeronave también va a reducir.
Por lo tanto, el L/D subsónico de la aeronave aumenta debido al arrastre inducido reducido. Pero como ya mencioné, hay un aumento sustancial en los incidentes de torsión del barrido de peso del ala diédrica son otros parámetros que son muy importantes en cuanto a la elección geométrica de una aeronave se refiere.
(Consulte la hora de la diapositiva 10:07)

Por lo tanto, no le mencioné que la proporción de taper de la aeronave el beneficio de eso es que le da una construcción fácil, pero hace que el ala pesada si usted no da taper entonces usted tiene un ala rectangular y le da un ala más pesada. Cuando usted tiene una relación de taber inferior, entonces usted tiene un ala más ligera porque el momento de flexión de la raíz del ala se reduce. Sin embargo, la concentración del ascensor se mueve hacia la punta.

Por lo tanto, por lo tanto, como el valor de la proporción de taper reduce esa punta empezar a cargarse y eso significa que los consejos empezarán a estancarse primero y eso no es deseable en cuanto a controllabilidad se refiere.
Para una buena controlabilidad en el escenario post stall, no queremos que los consejos para paralizar primero queremos que la ruta se paralice primero, porque cuando la ruta se para primero da algún tipo de vibración y sensación física a la cola.

Y también, si la ruta se para antes de la punta, entonces los alerones que normalmente son fuera de borda están en ala no estancada. Por lo tanto, todavía están proporcionando el momento requerido para la controlabilidad. Mientras que, si los puestos de la punta primero, entonces los alerones que están en las puntas también estarán en la condición estancada y será ineficaz. Por lo tanto, será difícil recuperarse de una perturbación especialmente en rollo. Por lo tanto, el valor de compromiso de la relación en papel es normalmente entre; 0.4 a 0.6 en la mayoría de los aviones. Gracias por su atención ahora vamos a pasar a la siguiente sección.

Conferencia-33 Opciones para el diseño del ala

(Consulte la hora de la diapositiva 00:29)

Veamos las opciones disponibles para el trazado del ala. En términos generales, tenemos 3 opciones; puede ser un ala alta, una ala media o una ala baja. Cada posición tiene sus propias ventajas y desventajas que ahora examinaremos.
(Consulte la hora de la diapositiva 00:38)

Por lo tanto, estas son las imágenes de algunos aviones famosos que tienen estas configuraciones. La alta configuración de ala que se muestra aquí es la aeronave Dornier 228 dash 212 que fue producida bajo licencia por HAL Kanpur.

(Consulte el tiempo de la diapositiva 01:06)

Bajo las alas bajas, tenemos un vistazo aquí en el Airbus A 380 dash 100 aviones. Y para la mitad del ala el ejemplo elegido es el de la aeronave RAFALE que se está adquiriendo. Primero comencemos mirando los beneficios del diseño de las alas altas.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 1:29)

El primer y principal beneficio de un diseño de ala alta es permitir la facilidad en la carga y descarga de carga porque el ala se monta por encima del fuselaje; de ahí que la altura del fuselaje tiende a ser baja. Este es un ejemplo muy bueno de un avión de carga militar.
(Inicio de vídeo: 02:00)
Este es el avión C 5 Galaxy y vamos a echar un vistazo a cómo se usa para cargar y descargar carga pesada. En este clip, vemos un gran número de artículos que se cargan en la aeronave. Vemos un helicóptero, con sus palas de rotor, los aviones del C5 Galaxy pueden manejar 2 grandes tanques de abrams, varios de estos jeeps y una enorme cantidad de carga. Todo esto se puede cargar fácilmente debido a la configuración de la rampa dada en la parte posterior del fuselaje y se puede ver cuando se mueve en estos elementos pesados, los amarramos en el suelo de la aeronave con las anclas que impiden el movimiento relativo de estos elementos cuando la aeronave está operando.
(Fines de video: 03:10) Así, todos los aviones militares, que son de carga pesada, generalmente tienen una alta configuración de ala y un piso muy bajo del fuselaje.
(Consulte la hora de la diapositiva: 03:26)

Una ventaja más de un diseño de ala alta es que puedes construir el ala entera en una sola pieza y luego ponerla literalmente sobre el fuselaje, adjuntarla con algunos pernos y puedes apoyarla externamente usando llaves como la que se ve en esta aeronave. Por lo tanto, esto da una enorme ventaja estructural y resulta en una estructura de peso ligero.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 03:55)

El tercer beneficio de un diseño de ala alta es permitir un mejor rendimiento de despegue y aterrizaje corto, porque tenemos un enorme ala ininterrumpida montada sobre el fuselaje, puedes tener aletas sobre un lapso mucho más grande y ya que estás lejos del suelo, también podrás tener un menor efecto suelo. El efecto del suelo es útil cuando usted tiene el despegue, pero puede ser perjudicial cuando usted viene para la tierra. Así que, en un ala alta, ya que el ala está muy lejos del suelo, tienes un menor efecto suelo y de ahí que tengas un mejor rendimiento del puesto.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 04:45)

Hay un cuarto beneficio de diseño de alta ala que es dar un mejor desempeño en el campo áspero por el desempeño de campo áspero que significa operar la aeronave de pistas y aeropuertos que no están pavimentadas y se mantienen adecuadamente de tierras herbosas, etc.
(Video Starts: 05:10) Echemos un vistazo a un video que nos muestra la versatilidad de este avión llamado Twin Otter.
Esta aeronave está siendo operada desde una granja desde un campo en una granja. Y como se puede ver, a medida que la aeronave entra en tierra, hay un gran número de golpes que el tren de aterrizaje tiene que encontrar. Y por eso, se echa mucho barro y suciedad. Un ala alta es muy útil, porque en una configuración de ala alta, el ala está lejos de toda esta suciedad, nubes que se están echando hacia arriba.
(Fines de vídeo: 05:10) (Consulte el tiempo de la diapositiva 05:45)

Este es un ejemplo del montaje del ala alta, se puede ver que se puede tener un a través y a través de spar. Como puedes ver aquí, el spar puede ser a través del spar trasero y este es el spar delantero. Ambos pueden ser a través y a través. Y eso lleva a tremendas ventajas estructurales.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 06:08)

Ahora el ala alta también tiene algunos inconvenientes. Un inconveniente es visible en este avión, se puede ver el tren de aterrizaje de la aeronave se monta debajo del motor montado Nacelle, pero se puede ver el tren de aterrizaje es muy delgado. En la mayoría de los aviones de ala alta, usted no tiene la opción de montar el tren de aterrizaje como este; tendremos que montarlos en el lado del fuselaje, lo que conduce a sus propios problemas.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 06:42)

Un tema serio de preocupación para un ala alta es la poca visibilidad de los pilotos, especialmente cuando se convierten en un vuelo de ida y vuelta. Como puede ver aquí, la vista del lado del puerto de este piloto está obstruida en gran medida por la presencia de esta estructura de ala en particular. Ahora, hay que proporcionar características especiales en la aeronave. Por ejemplo, puedes ver en esta aeronave, en realidad han creado un corte en el ala en la raíz y en la parte superior del dosel de fuselaje.

Eso es en realidad una cobertura de perspex y esta cobertura de perspex está permitiendo una buena vista. Por lo tanto, se afirma que en este avión en particular llamado Zenith 701 hay una muy buena visibilidad hacia adelante y hacia abajo disponible para el piloto y también un poco de visibilidad lateral porque el ala está teniendo un tipo especial de configuración. Pero lo que nos muestra que hay que proporcionar ciertas características especiales en la aeronave para aumentar su visibilidad durante el vuelo de vuelta y escalada si se trata de un diseño de altura.
(Consulte la hora de la diapositiva 08:03)

Otro inconveniente del diseño de alta ala, que he discutido hace unos minutos también se debe a que el tren de aterrizaje es pesado, el tren de aterrizaje es pesado porque el tren de aterrizaje no se puede montar siempre en el ala, se puede ver el tren de aterrizaje se monta aquí a lo largo del lado del fuselaje, es necesario tener una cantidad suficiente de pista de rueda para la estabilidad en el movimiento del suelo.

Y por lo tanto, es necesario tomar las principales ruedas de tren de aterrizaje poco a poco y que conduce a la necesidad de proporcionar este blister en particular en el tren de aterrizaje. Por lo tanto, estas ampollas son las que sabes que crean mucho arrastre. Así que, mientras están en el suelo, se puede ver que el tren de aterrizaje es visible.
(Consulte la hora de la diapositiva 08:59)

Y cuando la aeronave despega y el tren de aterrizaje se retrae, hay un requisito para estas ampollas grandes en el fuselaje y estas ampollas crean un lastre adicional y también un peso adicional.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 09:17)

Pasemos a la disposición de la mitad del ala. El diseño de ala media es un diseño en el que como podemos ver en este Piper PA-60-600 aerostar el ala está montada en el centro del fuselaje.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 09:32)

Ahora, la ventaja más importante de un diseño de ala media es la ventaja aerodinámica. Un avión de ala media tiene el menor arrastre de interferencia y también tiene estabilidad neutra. Estos parámetros hacen que sea la configuración de elección para todos los aviones acrobáticos en la mayoría de los aviones y aviones acrobáticos, observamos que vamos por un diseño de ala media.
(Consulte la hora de la diapositiva 10:03)

Sin embargo, un diseño de ala media conduce a una restricción en el diseño de la estructura de transporte por medio de la estructura y el spar porque en circunstancias normales en un avión de ala media, el spar transportado a través de la estructura pasará por el fuselaje y eso creará un montón de problemas o la perturbación en la cabina de pasajeros. Una solución para tal problema es tener una configuración en la que toda la cabina de pasajeros esté por delante del ala como la de esta aeronave de chorro Hansa.

En este avión como podemos notar, el montaje del fuselaje y la estructura de las alas está detrás de la cabina de pasajeros. Se trata de un avión jet de negocios de 10 asientos. Así que los pasajeros están sentados delante del ala.
(Consulte la hora de la diapositiva 11:03)

Otro ejemplo de esta configuración es el avión Piaggio P 180 avanti, donde se puede ver con claridad que los pasajeros están sentados frente al ala y se tiene un carry a través de estructura del ala dándole suficiente rigidez estructural. Así que, cuando se puede ir para tal tipo de llevar a través de la estructura, entonces la mitad de ala es posible. Pero aparte de estos 2 ejemplos, hay muy pocos aviones que realmente tienen una configuración de media ala para un avión de pasajeros.
(Hora de la diapositiva: 11:53)

(Hora de la diapositiva: 11:56)

Por último, llegamos a la configuración de ala baja como la de este avión de bomberos escupitajos. El primer beneficio de un diseño de ala baja es que conduce a una menor masa estructural y esto se vuelve extremadamente importante y relevante, cuando miramos a grandes aviones de transporte como el airbus A 380 o el Boeing 787. En estas aeronaves, se ha demostrado que la configuración brillante conduce al menor peso estructural posible.
Aquí hay una fotografía del área de sujeción del ala en el fuselaje para un avión de pasajeros se puede notar que hay esta enorme estructura y una configuración de ala baja en realidad le permite tener una cabina de pasajeros ininterrumpida ubicada por encima del ala.

(Consulte el tiempo de la diapositiva 12:53)

Esta es otra fotografía de la misma aeronave que muestra las 2 alas que se traen para el montaje en la ubicación.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 13:04)

En caso de una estructura de carga como he mencionado, usted es capaz de proporcionar un transporte a través de la estructura y a través de una estructura de transporte a través del spar, usted tiene una mejor transferencia de carga y tiene una estructura más ligera. Como se puede ver en esta figura, el spar entero pasa realmente por el ala y el fuselaje de forma ininterrumpida.
(Consulte la hora de la diapositiva a las 13:30)

Un beneficio más de la disposición de ala baja es que le da seguridad adicional durante los accidentes. En caso de que haya un mal aterrizaje, en el que digamos que el tren de aterrizaje está arrugado o hay una ráfaga de neumáticos. O como en este caso, cuando se ve para un avión de JetBlue había en una nosrueda cerrada y en realidad se volvió hacia los lados. Y cuando el avión llegó a aterrizar, el neumático de la nosrueda en realidad estaba tan caliente que la nosrueda se incendió.

Ahora, si estuviéramos mirando una configuración de alta ala para un accidente similar, el fuego habría llegado de inmediato a la cabina de pasajeros y habría causado daños graves y lesiones a los pasajeros. Vemos en esta figura, cómo el ala de la aeronave en realidad viene como una capa protectora en entre la parte afectada y la porción dañada abajo y los pasajeros en la cabina. Por lo tanto, desde el punto de vista de la seguridad de los pasajeros, el ala baja es algo que entra entre usted y la madre tierra en caso de un accidente durante el aterrizaje.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 14:49)

Una configuración de ala baja también permite el montaje de motores en la proximidad del suelo, y por lo tanto para la tripulación de mantenimiento. Es muy fácil para ellos cuidar los motores o hacer la inspección y las actividades de mantenimiento como el caso en esta fotografía de un avión Boeing 737 dash 100.
(Consulte el tiempo de la diapositiva 15:15)

Pero entonces, cuando usted va por los cambios en la longitud del fuselaje, cuando se va para las mejoras de la aeronave, la misma ubicación de ala baja que dio una ventaja de los motores cercanos se convierten en un problema porque como en este caso, este es un ejemplo de los mismos aviones Boeing 737, pero ahora esto es dash 600 versión la versión 600 tenía más los motores CFM 36, que eran más eficientes que el GTA DS que se utilizan antes en los motores 100 y dash 200, pero estos motores eran más grandes en tamaño.

Ahora, no podemos cambiar la ubicación del montaje del motor tan fácilmente porque eso requeriría una reelaboración y rediseño estructural mayor. Por lo tanto, para asegurar que las modificaciones estructurales sean mínimas, la ubicación donde se monta el motor no está perturbada. Y por lo tanto, si tienes que poner un motor de mayor diámetro, la única opción que tienes es crear una entrada no circular tendrás que crear un fondo plano para que se pueda mantener la distancia mínima entre el fondo de la góndola y el suelo que es típicamente de 18 pulgadas por requisito. Por lo tanto, en una configuración de ala baja, el beneficio de tener motores cerca del suelo para dar servicio pronto puede convertirse en una desventaja, si usted está mirando las versiones de mayor crecimiento de la misma aeronave, en la que usted tiene que proporcionar tales características especiales y formas a la góndola del motor para acomodar en la misma ubicación.

(Consulte el tiempo de la diapositiva 17:11)

Veamos algún otro inconveniente de la disposición de las alas bajas. Dado que el ala está más cerca del suelo, hay una posibilidad mucho más grande de que el objeto extranjero sea ingerido por los motores en el ala y también creando un problema? (Hora de inicio del video: 17:29) Aquí hay un video de la aeronave Vampire que está despegando de una pista de aterrizaje y se ve muy pronto cuando el motor de la aeronave está envuelto en el RPM más alto que es usted ve que el escape del chorro está realmente creando daños en la pista. Ahora, en los aviones de baja altura, este escombro de la pista o de cualquier objeto extranjero puede crear mucho problema con la ingestión de los escombros por los motores o daños.
(Hora de Final de Video: 17:53) Así que, en la configuración de ala baja, este es un problema de alta ala es mejor que usted está esperando tal clase de disturbios desde el suelo. Gracias por su atención; ahora vamos a pasar a la siguiente sección.