Quais são os efeitos de escala dos perfis aerodinâmicos da ponta da asa GA?

Se você observar apenas os aerofólios isoladamente, o aerofólio de ponta mais curta será interrompido em um ângulo de ataque ligeiramente mais baixo e elevará o coeficiente (eu uso o ângulo de ataque em vez da velocidade, pois ambos devem ser equivalentes). Possui apenas metade do número de Reynolds do aerofólio raiz e, portanto, as forças de viscosidade são duas vezes maiores em relação às forças inerciais. Isso é agravado pelos ailerons da asa externa: uma deflexão para baixo forçará mais a camada limite, movendo o estol para ângulos de ataque ainda mais baixos.

A diferença exata depende do aerofólio. Abaixo, colei a Figura 18 do capítulo 4 do livro Fluid Dynamic Drag, de Sighard Hoerner. Sua asa tem um acorde de 6 ft na raiz e 3 ft na ponta, correspondendo a um Reynolds o número de 3.25 milhões na raiz e metade na ponta na velocidade 50 kts. Observe a escala logarítmica do eixo X abaixo: O ponto de milhão de 2 está na metade do caminho entre o milhão de 1 e o milhão de pontos de 10.

Mas há mais: com uma asa 50% cônica e sem torção, a carga mais alta é talvez de 60% do intervalo - é aí que a asa cheia irá parar primeiro. Em seguida, você deve assumir uma fuselagem na raiz. Dependendo da distribuição da pressão local, a raiz pode até começar a parar mais cedo. Você com certeza conhece comparações como a abaixo para a distribuição de elevação e o comportamento de paralisação de diferentes plataformas (fonte) O seu é o caso C (conicidade moderada):

Minha recomendação é claramente contrária à forma de plano proposta. Combinado com cargas de aileron, será muito propenso a barracas de gorjeta. Dado o perfil aerodinâmico "correto", ele mostrará um amortecimento positivo do rolo, ou seja, rolará sozinho assim que a barraca começar de um lado. Existem várias etapas para tornar a asa mais benigna:

• Use um aerofólio mais fino (10% -12%) na ponta do que na raiz (aqui 15% -17% é uma boa opção). Por que essa ajuda é mostrada na Figura 23 abaixo, novamente retirada do capítulo 4 do livro Fluid Dynamic Drag de Sighard Hoerner.
• Use menos conicidade. 70% de acorde de ponta em relação ao acorde raiz fornece o melhor valor para o arrasto induzido e deixa mais margem contra paradas de ponta.
• Use um aerofólio com características benignas de estol. Definitivamente, evite os aerofólios NACA com dígito 5.
• Use pelo menos 2 ° de lavagem. Isso parece pouco, mas tem um impacto profundo no comportamento do estol.

Q2) What would the stall characteristics be (root vs tip) if we scaled the tip chord 50% but did not change the thickness?

Você quer dizer a mesma espessura absoluta, então o aerofólio da ponta tem o dobro da espessura relativa que o aerofólio raiz? Isso garantiria um comportamento de estol muito ruim e é claramente um layout ruim. Embora a raiz se beneficie de um aerofólio mais espesso (longarina mais leve, mais espaço interno para trem de pouso e combustível), a ponta não possui esse benefício. O combustível próximo às pontas é mais frequentemente um passivo (inércia do rolo, pressão interna do tanque nas rotações). Fabricar uma longarina com um único cone é apenas marginalmente mais complicado do que uma longarina de espessura constante. Os flanges precisam ser afilados nos dois casos - isso cria mais trabalho.

Para obter a margem mais alta para a deflexão do aileron, a espessura recomendada da ponta é 10% - 12%, não mais. Muitos projetos até usaram um aerofólio de ponta de% 9 com sucesso. Além disso, o uso de deflexão diferencial de aileron é altamente recomendado. Deixe o movimento da borda inferior para baixo do aileron ser apenas metade do que o movimento da borda superior para cima. Isso melhorará a resistência ao estol e ajudará a reduzir as forças dos ailerons, especialmente em alto ângulo de ataque.

Meu exemplo favorito para um layout de asa ruim é o Dornier Seastar. Foi projetado há mais de 40 anos atrás por um monte de engenheiros antigos da Dornier que basicamente repetiram o que haviam feito no Dornier 17 outros 40 anos antes. Enquanto o primeiro protótipo herdou uma asa retangular do Do-28, o "novo" design da asa usava um NACA 23015, sem washout e tinha uma taxa de afilamento de 0.7. Durante um vôo de teste inicial, o avião virou de costas durante os testes de baixa velocidade. Felizmente, isso aconteceu a uma distância suficiente do solo, para que essa perturbação pudesse ser rapidamente corrigida, mas exigia a adição de um nariz caído na asa externa.

Agora observe o Beech Bonanza: mesma forma de planta e aerofólio raiz muito semelhante (NACA23016.5), mas um NACA 23012 na ponta e 3 ° de lavagem. E muito melhores características de baixa velocidade. O uso de um aerofólio NACA 6 com dígitos melhoraria ainda mais, veja o Piper Cherokee, por exemplo.

A asa trapezoidal é uma forma que estamos vendo em nossos caças modernos, mas existe em várias formas e em diferentes proporções e formas desde os 1930s, quando os designers tomam conhecimento dos efeitos do arrasto na faixa de velocidade mais alta. Os primeiros projetos apresentavam uma frente reta e uma traseira cônica; os projetos posteriores varriam a frente e as costas; o supersônico F16 tem uma frente varrida e as costas retas; A taxa de rolagem também é aprimorada com esse design, além da capacidade de lidar com cargas G mais altas.

A inclinação (reversa) da parte traseira parece focar na redução do arrasto, a frente em melhorar o desempenho em alta velocidade. Mas o velho Hershey, oriundo dos 1920s e anteriores, é claramente uma escolha muito boa para aeronaves GA.

Suas características de estol, começando pela raiz e fornecendo bastante buffet, adicionam um grau de segurança muito importante nessa classe de aeronave.

Embora o espessamento da ponta da asa ajudasse (isso foi aplicado aos deltas), é basicamente uma tentativa de consertar o que foi desfeito com a conicidade.

As asas de Hershey são muito fáceis de fabricar, basicamente rolando uma folha retangular sobre as costelas e a longarina. Um trapézio com espessura variável pode ser feito com maior dificuldade. E o trapézio pode ser melhorado com lavagens, venezianas e retalhos, embora com maior custo e complexidade.

Dependendo da aplicação, é uma alternativa viável. Para o GA simples, a regra de Hersheys.