Ao projetar uma aeronave, deve haver uma decisão quanto à proporção da asa. Foi dito que ter uma asa de aspecto mais alto reduzirá o arrasto para a mesma área de asa, no entanto, na maioria das vezes, as asas são mais curtas do que podem ser. Então, minha pergunta é: o que exatamente determina a relação de aspecto de uma asa e por que eles não a fazem o maior tempo possível?
Proporção da tela é a proporção com base na extensão e no acorde das asas de uma aeronave. o palmo é o comprimento das asas medidas entre as pontas das asas e as nas pontas das asas; a acorde é a 'profundidade' da asa do bordo de ataque ao bordo de fuga, medida em linha reta.
Como pouquíssimas aeronaves possuem formas de acordes constantes, isso exige uma fórmula não muito sofisticada para calcular (fonte: NASA), para que possamos efetivamente calcular a média do acorde:
$$ AR = \ frac {b ^ 2} {S} $$
Onde:
$ AR = $ Proporção da imagem
$ B = $ Envergadura
$ S = $ Área da ala
Além da matemática, a proporção é escolhida com base no papel ou nos requisitos de uma aeronave. A necessidade de agilidade determina uma proporção baixa, assim como a necessidade de compacidade. Nos dois casos, as aeronaves de combate e as aeronaves bush se beneficiam de agilidade e tamanho pequeno. As altas taxas de proporção proporcionam grande eficiência de cruzeiro, mas podem ter características de aterrissagem precárias (arrasto alto em baixas velocidades ou altos ângulos de ataque devido à área frontal) que geralmente são compensadas por dispositivos de elevação, como abas e ripas.
Para a segunda metade da sua pergunta: mesmo quando se deseja uma alta proporção, as asas não são feitas o maior tempo possível por dois motivos.
O primeiro é estrutural; as forças de flexão associadas a asas de extremo comprimento são, bem, extremas, e os materiais necessários são bastante espaço-era. Veja planadores de alto desempenho ou, no extremo maluco, aeronaves movidas a energia solar ou humana, para exemplos disso. É apenas difícil de fazer do tamanho de um avião de passageiros.
A segunda razão é mais prática: o espaço é caro. Uma asa de proporção extremamente alta ocupa uma tonelada de espaço em relação ao restante da aeronave. Em uma tentativa de compensar isso, os 777s antigos (que tinham um vão maior que os 767s e 747s) foram oferecidos com pontas de asa dobráveis, mas ninguém comprou essa opção e ela caiu.
Agora vou cometer uma heresia, mas continue lendo para obter uma explicação:
Aumentar a proporção de uma asa não altera seu arrasto induzido. Aumentar a extensão será.
O coeficiente de arrasto induzido de uma asa é $ c_ {Di} = \ frac {c_L ^ 2} {\ pi \ cdot AR \ cdot \ epsilon} $, e isso parece indicar que uma proporção maior AR reduziria o coeficiente de arrasto induzido $ c_ {Di} $. Mas apenas no mesmo coeficiente de elevação $ c_L $!
Agora vamos ver os números reais e comparar duas asas do mesmo intervalo, mas com proporções diferentes. Por uma questão de simplicidade, o wing 1 possui um AR do 5 e o wing 2 possui um AR do 10. Vamos assumir ainda que ambas as asas têm a mesma massa. Como as duas asas têm o mesmo vão, a asa 1 tem o dobro da área da asa 2. Para criar o mesmo elevador, a asa 1 precisa de apenas metade da área por área que a asa 2! Isso significa que $ c_L $ é apenas metade do tamanho da asa 2, e agora vamos ver o arrasto induzido novamente: $ D_i = q_ \ infty \ cdot S \ cdot c_ {Di} $
Asa 1: $ D_ {i_1} = q_ \ infty \ cdot S_1 \ cdot \ frac {c_ {L_1} ^ 2} {\ pi \ cdot AR_1 \ cdot \ epsilon} $
Asa 2: $ D_ {i_2} = q_ \ infty \ cdot S_2 \ cdot \ frac {c_ {L_2} ^ 2} {\ pi \ cdot AR_2 \ cdot \ epsilon} = q_ \ infty \ cdot 0.5 \ cdot S_1 \ cdot \ frac 4 \ cdot c_ {L_1} ^ 2} {\ pi \ cdot 2 \ cdot AR_1 \ cdot \ epsilon} = D_ {i_1} $
Se ambos tiverem a mesma eficiência de amplitude $ \ epsilon $, ambos têm o mesmo arrasto induzido no mesmo elevador. Para reduzir o arrasto induzido, é necessário aumentar a amplitude, independentemente da proporção.
No entanto, uma asa de maior proporção tem vantagens:
mas também desvantagens:
No final, o corda da asa é escolhida para minimizar a massa da asa e produzir o volume mínimo de combustível necessário, e a proporção é apenas uma consequência do período de asa selecionado. Conduzir a massa da asa para baixo também está reduzindo o arrasto induzido, e o $ \ epsilon $ das asas modernas de um avião de passageiros é apenas 0.75 a 0.8, o que mostra a pouca importância que o coeficiente de arrasto induzido tem para encontrar um ótimo global.
Para responder sua pergunta, talvez seja útil lembrar por que uma proporção maior gera menos resistência. Uma proporção maior causa menos arrasto induzido na mesma elevação que um aerofólio com uma proporção menor. Ok, precisamos de uma certa quantidade de elevação e nosso objetivo é obter essa elevação o mais eficiente possível. Permite: Proporção de aspecto mais alta -> menos arrasto, menos arrasto menos queima de combustível, menos queima de combustível -> maior eficiência - perfeita, mas existem outras maneiras de reduzir o arrasto e a segurança, por exemplo, espaço ou peso - uma vantagem maior cria mais resistência à tração e onde você estaciona esta aeronave gigante e significa muito peso para obter força suficiente para esta asa gigante - o peso precisa ser levantado para voar e mais sustentação causa mais resistência.
Ok, acho claro agora, que não é suficiente considerar apenas uma maneira de ajustar a eficiência de sua aeronave. Também existem boas possibilidades, como winglets, para reduzir o arrasto induzido por apenas um pouco de peso extra e também um pouco de arrasto extra de interferência ou uma boa variedade de CGs possíveis, que exigem sustentação negativa esquerda na cauda = menor sustentação necessária na asa. Novos materiais e técnicas de projeto também permitem trabalhar em todas as formas da asa, o que aumenta a eficiência rapidamente. Construir uma boa aeronave é encontrar um bom equilíbrio e, portanto, você não pode se concentrar apenas em uma solução possível.
Espero que minha conversa com fio possa ajudá-lo um pouco, desculpe-me por pilotar essas coisas e acho que todos os meus colegas estão felizes por não ter construído;)
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