El coeficiente de sustentación ( C L ) es un coeficiente adimensional que relaciona la sustentación generada por un cuerpo elevador con la densidad del fluido alrededor del cuerpo, la velocidad del fluido y un área de referencia asociada . Un cuerpo de elevación es una lámina o un cuerpo completo con soporte de lámina, como un avión de ala fija . C L es una función del ángulo del cuerpo al flujo, su número de Reynolds y su número de Mach . El coeficiente de elevación de la sección c lse refiere a las características de elevación dinámica de una sección de lámina bidimensional , con el área de referencia reemplazada por la cuerda de la lámina . [1] [2]
Definiciones
El coeficiente de elevación C L está definido por [2] [3]
- ,
dónde es la fuerza de sustentación , es la superficie relevante y es la presión dinámica del fluido , a su vez vinculada a la densidad del fluido , y a la velocidad de flujo . La elección de la superficie de referencia debe especificarse ya que es arbitraria. Por ejemplo, para los perfiles cilíndricos (la extrusión 3D de un perfil aerodinámico en la dirección del tramo) siempre está orientado en el sentido del tramo, pero mientras que en la aerodinámica y la teoría del perfil aerodinámico delgado, el segundo eje que genera la superficie es comúnmente la dirección en sentido de la cuerda:
resultando en un coeficiente:
mientras que para superficies aerodinámicas gruesas y en dinámica marina, el segundo eje a veces se toma en la dirección del espesor:
resultando en un coeficiente diferente:
La relación entre estos dos coeficientes es la relación de espesores:
El coeficiente de sustentación puede aproximarse utilizando la teoría de la línea de sustentación , [4] calculado numéricamente o medido en una prueba de túnel de viento de una configuración completa de la aeronave.
Coeficiente de elevación de sección
El coeficiente de sustentación también puede usarse como una característica de una forma particular (o sección transversal) de un perfil aerodinámico . En esta aplicación se denomina coeficiente de elevación de sección. . Es común mostrar, para una sección particular del perfil aerodinámico, la relación entre el coeficiente de sustentación de la sección y el ángulo de ataque . [5] También es útil mostrar la relación entre el coeficiente de elevación de la sección y el coeficiente de resistencia .
El coeficiente de sustentación de la sección se basa en un flujo bidimensional sobre un ala de envergadura infinita y sección transversal no variable, por lo que la sustentación es independiente de los efectos del tramo y se define en términos de , la fuerza de sustentación por unidad de luz del ala. La definición se vuelve
donde L es la longitud de referencia que siempre debe especificarse: en aerodinámica y teoría del perfil aerodinámico, generalmente la cuerda del perfil aerodinámico se elige, mientras que en dinámica marina y para puntales generalmente el espesor esta elegido. Tenga en cuenta que esto es directamente análogo al coeficiente de arrastre, ya que la cuerda se puede interpretar como el "área por unidad de tramo".
Para un ángulo de ataque dado, c l se puede calcular aproximadamente usando la teoría de la superficie aerodinámica delgada , [6] calculada numéricamente o determinada a partir de pruebas en túnel de viento en una pieza de prueba de longitud finita, con placas terminales diseñadas para mejorar los efectos tridimensionales. . Las gráficas de c l versus el ángulo de ataque muestran la misma forma general para todos los perfiles aerodinámicos , pero los números particulares variarán. Muestran un aumento casi lineal en el coeficiente de sustentación al aumentar el ángulo de ataque con un gradiente conocido como pendiente de sustentación. Para una delgada superficie de sustentación de cualquier forma la pendiente de elevación es π 2 /90 ≃ 0,11 por grado. En ángulos más altos se alcanza un punto máximo, después del cual se reduce el coeficiente de sustentación. El ángulo en el que se produce el coeficiente de sustentación máximo es el ángulo de pérdida del perfil aerodinámico, que es aproximadamente de 10 a 15 grados en un perfil aerodinámico típico.
El ángulo de pérdida para un perfil dado también aumenta con los valores crecientes del número de Reynolds; de hecho, a velocidades más altas, el flujo tiende a permanecer unido al perfil para retrasar más la condición de pérdida. [7] [8] Por esta razón, a veces, las pruebas en túnel de viento realizadas con números de Reynolds más bajos que la condición de la vida real simulada a veces pueden dar una retroalimentación conservadora que sobrestima la pérdida de perfiles.
Las aspas aerodinámicas simétricas necesariamente tienen gráficas de c l frente al ángulo de ataque simétrico con respecto al eje c l , pero para cualquier superficie aerodinámica con comba positiva , es decir asimétrica, convexa desde arriba, todavía hay un coeficiente de sustentación pequeño pero positivo con ángulos de ataque menores que cero . Es decir, el ángulo en el que c l = 0 es negativo. En tales superficies aerodinámicas con un ángulo de ataque cero, las presiones en la superficie superior son más bajas que en la superficie inferior.
Ver también
- Relación elevación-arrastre
- Coeficiente de arrastre
- Lámina (mecánica de fluidos)
- Momento de lanzamiento
- Ala de control de circulación
- Eje de elevación cero
Notas
- ^ Clancy, LJ (1975). Aerodinámica . Nueva York: John Wiley & Sons. Secciones 4.15 y 5.4.
- ^ a b Abbott, Ira H. y Doenhoff, Albert E. von: Teoría de las secciones del ala . Sección 1.2
- ^ Clancy, LJ: Aerodinámica . Sección 4.15
- ^ Clancy, LJ: Aerodinámica . Sección 8.11
- ^ Abbott, Ira H. y Von Doenhoff, Albert E .: Teoría de las secciones del ala . Apéndice IV
- ^ Clancy, LJ: Aerodinámica . Sección 8.2
- ^ Katz, J. (2004). Aerodinámica del coche de carreras . Cambridge, MA: Bentley Publishers. pag. 93. ISBN 0-8376-0142-8.
- ^ Katz, J; Plotkin, A (2001). Aerodinámica de baja velocidad: de la teoría del ala a los métodos del panel . Prensa de la Universidad de Cambridge. pag. 525.
Referencias
- LJ Clancy (1975): Aerodinámica . Pitman Publishing Limited, Londres, ISBN 0-273-01120-0
- Abbott, Ira H. y Doenhoff, Albert E. von (1959): Teoría de las secciones del ala , Publicaciones de Dover Nueva York, # 486-60586-8