Efecto Suelo

Cuando una aeronave se acerca al suelo, le suceden algunos cambios aerodinámicos simultáneos, especialmente en el ala.

Se  modifica la trayectoria del aire que pasa a través del ala que sustenta. En este caso, la cercanía del piso, disminuye los desplazamientos verticales del aire, hacia arriba, delante del ala y hacia abajo, detrás del borde de fuga. Esto, por falta de espacio para hacerlo, y  reduce los vórtices de punta de ala, como si aumentara su envergadura.

Con eso :  1) se reduce el ángulo de ataque inducido (diapositivas # 10 y 11 ) y así disminuye la resistencia inducida Di.

                  2)  con lo anterior, se reduce  la resistencia total D ( diapositiva # 13)

                  3) al disminuir la D total, la relación L/D máxima es mayor y con ello aumenta el     alcance.                

                  4) al reducirse el ángulo de ataque inducido, el mismo ángulo de ataque del ala produce  mayor CL.  Por lo que, si mantenemos la velocidad, la sustentación L será mayor al peso W. Para no ascender tendremos que bajar la nariz, y con eso se acelera el planeador.

                 Disminuye la resistencia inducida y no la resistencia parásita. Quiere decir que tendrá mayor efecto a velocidades del segundo régimen, debajo a la correspondiente a L/D máxima.

Al disminuir la D total necesitaremos menor empuje (menos energía) para equipararla y mantener el vuelo equilibrado (diapositiva # 5 ).

La reducción de resistencia inducida es proporcional al acercamiento al piso, y los porcentajes son medidos respecto a la envergadura. Como dato ilustrativo, para un ala ( en planta) recta: con altura igual a un cuarto de la envergadura, el porcentaje de reducción de Di es de un 24%, cuando la altura es igual a un décimo de la envergadura (para un 15 metros = 1,5 metros),  un  48 %. 

Efecto del Flap

El flap es un dispositivo móvil hipersustentador, ubicado en un sector del borde de fuga del ala, que puede modificar la forma del perfil de esta. Con ello, otorga una versatilidad considerable, en su posibilidad de producir coeficientes de sustentación.  Al variar la velocidad,  tiene que hacerlo también el CL, para que la sustentación L mantenga su valor.

Cualquier  aeronave equipada con flap, tiene posiciones  con valores positivos, que aumentan la curvatura del perfil del ala, y así su coeficiente de sustentación CL, respecto a mismos valores de ángulos de ataques con flap en posición cero (diapositivas # 7 y 8 ).

Simplificando podríamos decir que, al aumentar la curvatura del perfil, el ala acelera más el aire que pasa por el extradós.

Es apropiado usarlo para volar a velocidades  del 2° régimen, debajo de la correspondiente a la mínima resistencia total D, ó de L/D máxima. Permite  reducir la velocidad, disminuyendo a su vez el valor correspondiente a la de pérdida (diapositiva #  14).

Pero al aumentar  su ¨capacidad sustentadora ¨, modificando su curvatura, el perfil se hace más resistente. Con el aumento del coeficiente de sustentación, crece la resistencia inducida, y al modificar su forma el perfil, también lo hace la resistencia parásita.
En el primer punto, generalmente, el flap es más sustentador que resistente. Pero en la posición de ¨landing¨, cuando está más extendido, es muy resistente. Cosa que nos conviene, porque mejora la pendiente de aproximación, con una actitud adecuada para el caso.

Algunos planeadores  disponen de posiciones de flap con valores negativos.  Efectivo en performances  de velocidades superiores al L/D máxima, correspondientes al 1er régimen. La velocidad es el factor que más injerencia tiene en la sustentación , en esta zona  de actuación.

Al selectar flap  en negativo, además de disminuir su CL, disminuimos la curvatura del ala modificando su forma, y de esa manera la resistencia parásita (de forma o de presión, diapositiva # 12).

El flap es de gran utilidad, pero debe ser operado a las velocidades adecuadas, de lo contrario puede aumentar indebidamente la resistencia.

El manual de cada planeador, instruye sobre que velocidad usar para cada posición de flap.

Mi amigo SIR Martín Hidalgo, en su Pik 20, flapeado

Sustentación- Leyes de Newton

                                                                                                         Foto tomada el 14-7-2012 del LL (Lito Fentanes)

      

Hay otro enfoque (físico) que explica cómo el ala genera sustentación, que intentaré 
resumirlo para que lo conozcan y analicen.

Si uno ve una deformación en la masa de aire, significa que hay una fuerza actuando sobre ella.

A toda acción existe una reacción igual y opuesta. El ala mueve la masa 
de aire, generando una fuerza, que es la acción, y la reacción a esa fuerza es la sustentación.

El flujo de aire que pasa por el extradós es desviado hacia abajo ( downwash).
Ese desvío es la acción. La reacción es la sustentación producida en el ala. 

Para conseguir más sustentación, el ala debe desviar una mayor cantidad de aire o aumentar la velocidad de este hacia abajo.

Las alas ¨empujan¨mucho aire hacia abajo, detrás del borde de fuga. Este efecto es generado por la aceleración que se produce en el aire, al pasar por el extradós.
Esta consecuencia del ala desplazándose en el aire, la vemos al tratar el ángulo de ataque inducido, diapositiva # 10.
Quienes sostienen esta teoría, dicen que con la depresión que se produce en el extradós, no sería fuerza suficiente para soportar el peso de la aeronave.  

Diapositiva 1: Flujo en el perfil

El planeador cuando vuela, genera una corriente de aire que pasa a través de las alas.

Tomando una sección del ala, que llamamos perfil, observamos como lo indica la figura, que se produce un estrangulamiento de la corriente de aire que pasa en la cara superior (extradós). Ese estrangulamiento hace que el flujo de aire se acelere y produzca una depresión en esa cara. Mientras que en la parte inferior (intradós) se produce una presión hacia arriba, porque la corriente de aire se desacelera. 

Diapositiva 2: El principio de Bernoulli

¿Cómo se explica el hecho de que  el aire se acelera en la cara superior del perfil y genera una depresión?

Lo explica el principio de Bernoulli (1700). Según muestra la figura, en un tubo por donde circula corriente de aire; en la parte donde se encuentra el estrangulamiento, éste se acelera y eso genera una depresión. Cuando se ensancha, se desacelera y aumenta su presión nuevamente.  

Diapositiva 3 y 4: Fuerzas en el perfil

Los vectores representan la dirección e intensidad de las fuerzas en el perfil.  

Las fuerzas distribuidas en todo el perfil, dan como resultado una fuerza F aplicada en el centro de presión. De la descomposición de esta fuerza, hay una vertical que nos interesa, es la sustentación L. 

También vemos que hay un ángulo formado entre la cuerda del perfil y el aire relativo, llamado ángulo de ataque α (alfa)

La fuerza D es la resistencia, que veremos más adelante.  

Diapositiva 5: Fuerzas en vuelo equilibrado

Para poder estudiar la actuación del planeador, debemos considerarlo en vuelo equilibrado. Esto quiere decir manteniendo una velocidad sin acelerarse ni desacelerarse. 
Las fuerzas que actúan sobre este son: 
Sustentación L, igual y opuesta al peso W.
Tracción o Empuje T, igual y opuesta a la Resistencia D. 
EL empuje se obtiene, en un planeador, de transformar la energía potencial lograda en una térmica al ganar altura, en energía cinética, expresada en velocidad. La energía potencial también aumenta con el peso.