Cálculo de Arrastre Inducido en Alas con Altas Relaciones de Aspecto

Cálculo de Arrastre Inducido en Alas con Altas Relaciones de Aspecto

Sabemos que el arrase inducido se genera de manera innata al generarse sustentación en el ala, al pasar el ala sobre el viento relativo el flujo de aire en la parte superior del ala se desvía hacia el cuerpo de la aeronave mientras que en la parte inferior es desviada hacia afuera, al encontrarse estos flujo en la punta del ala, chocan y rebotan, generando vórtices que desvían hacia abajo el avión. A menores velocidades el arrastre inducido es menor, en contraparte a mayores velocidades es mayor. La relación de aspecto es un valor adimensional que incluye las variables de la envergadura del ala y la superficie alar, dependiendo que configuración tengamos del ala, se aplica una formula especial. Esto es a manera introductoria para definir los conceptos que se utilizaran en el transcurso del contenido.

Este ensayo se basara en un artículo de investigación llamado Induce Drag of High-Aspect Ratio Wings, escrito por James K. Nathman en el año 2005. Es un reconocido Ingeniero inscrito en el SAE International con varios artículos de investigación relacionados a cálculos analíticos y utilizando programas computacionales de los distintos tipos de arrastre que es sometido el avión.

Realmente lo leído en esta artículo es complejo de entender, debido a que no contamos aun con los conocimientos necesarios para poder figurar el procedimiento que se llevó a cabo para calcular el arrastre inducido. Sin embargo tratare de explicar los métodos que utilizaron y los resultados que arrojaron.

Nathman utilizó un programa llamado VSAERO 7 que calcula el arrastre inducido del ala a través del análisis analítico de Trefftz. En su escrito, utiliza nomenclatura muy parecida vista en clase, como es el caso del Aspect Ratio, coeficiente de levantamiento y arrastre, no obstante utiliza terminología un poco compleja y con traducciones no exactas al español, tal es el caso de normalwash que investigando es la orientación del flujo una vez que sale por la punta de ala, en este caso para ese término es a 0 grados y cuando tiene un ángulo de ataque, se le llama downwash.

Somete también variable como el contorno de la estela producida, límite de la superficie, que este termina hasta la extensión de la estela debido a que en ella también se genera vorticidad. Este método se resuelve mediante el uso de integrales y es aplicable para superficies geométricas con forma arbitraria.

El programa de VSAERO constantemente es comparado con otros programas que menciona el autor como es el PMARC que utiliza un método de bajo orden o el PANAIR que utiliza un método de alto orden. En el método que utiliza el autor cabe recalcar que utilizan un término que se llama spanwise que es usada para describir la orientación de una medida a través de la cuerda y ésta es importante debido a que lo subdividen en paneles para hacer más eficientes los cálculos de arrastre. Es obvio que los métodos de alto orden de los programas se aproximarán con mayor exactitud al método analítico y en las distintas gráficas que el autos plasma se corrobora dicha información.

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