Entendo que, durante uma curva ascendente ou descendente, os ângulos de ataque da asa interna e externa são diferentes.
No entanto, não entendo por que, ao subir e girar, a asa externa tem maior AOA do que a asa interna, mas durante a descida e o giro, a asa interna tem maior AOA do que a asa externa.
Esclarecimento: Minha confusão é que, por exemplo, se a AOA for maior para a asa externa, a AOA deve sempre seja maior para a asa externa, independentemente de o avião estar subindo ou descendo.
Aqui está uma maneira - e não a única - de olhar para a dinâmica envolvida--
Imagine uma aeronave em uma curva de altitude constante com bancada 45. Agora imagine que o piloto gradualmente adiciona mais e mais potência e a aeronave entra gradualmente em uma subida cada vez mais íngreme até subir quase em linha reta. Você consegue ver como manter um ângulo de inclinação constante, a aeronave deve realmente rolar em direção à ponta da asa alta? À medida que o ângulo de subida se torna mais íngreme, a manobra se aproxima cada vez mais de uma subida de rolamento vertical, com a direção do rolamento em direção à ponta da asa que era originalmente a ponta da asa alta na curva de altitude constante.
"Voe" pela manobra com a mão ou com um pequeno modelo de aeronave até entender isso.
(Como isso-- https://vimeo.com/128025851#t=157s - o vídeo inicia intencionalmente em 2: 37)
Agora, você pode ver como um movimento de rolamento sempre tende a aumentar o ângulo de ataque da ponta da asa descendente e a diminuir o ângulo de ataque da ponta da asa em ascensão? À medida que a ponta da asa descendente desce através da massa de ar, o vento relativo local sopra "por baixo" em comparação com o vento relativo local mais próximo da linha central da aeronave - isso é um aumento no ângulo de ataque. Da mesma forma, à medida que a ponta da asa ascendente se move pela massa de ar, o vento relativo local sopra "para baixo", ou pelo menos sopra de baixo em um ângulo mais raso do que o vento relativo local mais próximo da linha central da aeronave. Isso é uma diminuição no ângulo de ataque. Essas mudanças no ângulo de ataque criam um efeito conhecido como "amortecimento do rolo" - uma resistência ao rolamento. É por isso que a taxa de rolagem não fica cada vez mais rápida, desde que mantenha os ailerons em uma posição desviada.
Então essa é a resposta para sua pergunta. Em uma curva de subida constante, a aeronave está rolando continuamente em direção à ponta da asa alta, de modo que a ponta da asa alta experimenta um aumento no ângulo de ataque e a ponta da asa baixa experimenta uma diminuição no ângulo de ataque.
Observe que, embora nosso experimento mental envolvesse um aumento contínuo no ângulo e na taxa de subida, a dinâmica básica de que estamos falando está presente mesmo em uma subida em ângulo e taxa constantes. Em uma curva de escalada, uma aeronave deve rolar continuamente em direção à ponta da asa alta para manter o ângulo da margem constante. Caso contrário, o ângulo do banco aumentará. Não é uma questão de aerodinâmica, mas de geometria tridimensional.
Em uma curva descendente, tudo é o mesmo, exceto que, para manter o ângulo da margem constante, a direção do rolamento deve estar na direção da ponta da asa LOW; portanto, a ponta da asa baixa experimenta um aumento no ângulo de ataque e a ponta da asa alta experimenta uma diminuição na ângulo de ataque.
"Voe" pelo estojo de curva descendente com a mão ou por um pequeno avião modelo de mão até entender que o caso extremo de uma curva descendente de banco constante é uma espiral vertical, com a direção do rolo voltada para a ponta da asa que estava originalmente a ponta da asa baixa quando o avião estava girando a uma altitude constante ou com um ângulo de mergulho menor que o vertical.
(Como isso-- https://vimeo.com/128025851#t=128s - o vídeo inicia intencionalmente em 2: 08)
Como nota de rodapé, você pode ver como o "amortecimento" aerodinâmico no rolamento - a tendência de a taxa de rolamento diminuir - exerce uma influência desestabilizadora em uma curva de subida, tendendo a aumentar o ângulo da margem. Em uma curva descendente, o "amortecimento" aerodinâmico no rolo tende a fazer o ângulo da margem diminuir. Isso é muito perceptível em algumas aplicações, como asa-delta e triciclos.
Como outra nota de rodapé, entenda que estamos falando de "ascendente" e "descendente" em relação à massa de ar circundante - um planador não energizado em espiral em uma corrente térmica ainda está em uma curva "descendente" para os fins desta discussão.
Como mais uma nota de rodapé, podemos observar que é fácil ver como o ângulo da margem pode mudar quando aumentamos com taxa de rolagem zero, em alguma versão de um chandelle ou wingover, por exemplo. É mais difícil ver como o ângulo do banco pode ser constante e a taxa de rotação pode ser diferente de zero em uma curva de escalada ou mergulho, mas é verdade, conforme ilustrado nos links de vídeo fornecidos acima. Novamente, é fundamentalmente uma questão de geometria dimensional 3, não aerodinâmica.
Para finalizar, aqui está um link para um diagrama do site "Veja como ele voa", de John S. Dencker, que ilustra como um movimento de rolagem cria uma diferença no ângulo de ataque entre as duas pontas das asas. O diagrama não trata especificamente do caso de banco constante e também visa realmente explicar a "guinada adversa", que é uma questão separada, mas ainda pode ser útil - https://www.av8n.com/how/htm/yaw.html#sec-adverse-yaw
Por enquanto, deixe o AOB da aeronave ser zero, supondo que ele esteja realmente em uma curva plana (apenas estremecendo o caminho). Roubando esta resposta do Reddit, a melhor descrição que eu já vi (minha ênfase destacada abaixo), grizzleeadam
Think of a spiral staircase with an inner handrail and outer handrail. Both handrails must ascend the same vertical distance, however, the outer rail travels a longer distance over a more sweeping path, as it has a larger radius. This means the inner rail is shorter, and reaches the same vertical height in less distance travelled - it must have a steeper angle.
Now try to imagine the rails as the relative wind of a climbing airplane. If the inner wing laid flat across the inner handrail, due to the steeper angle of the inner rail, the outer wing would have a gap at the leading edge - this translates to a higher AOA on the outside wing in a climbing turn.
For a descending airplane, this time the outer wing must lay flat against the outer rail, and the steeper slope of the inner rail would cause a gap at the inner leading edge - a higher AOA of the inner wing in a descending turn
Aqui está uma foto, com as grades desenroladas. A asa interna segue o trilho interno por um caminho mais íngreme. Deixe a asa apoiada nela. A asa externa segue o trilho externo por um caminho menos íngreme. A diferença entre a borda principal da asa e o trilho externo no aumento da AOA que ele vê ao seguir o trilho em sua espiral ascendente.
Para uma descida, os papéis se invertem, com a asa externa agora tendo uma AOA mais baixa no interior.
Para acomodar um ângulo de inclinação na compreensão do problema, basta deslocar a grade interna para baixo.
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Outra foto. Desta vez, eu tenho um quadro de referência fixo do corpo com o eixo X para fora do nariz, o eixo Y para fora da asa esquerda e o eixo Z para cima (eu sei, deve ser invertido, mas fica melhor assim). A estrutura fixa do corpo é incorporada em uma estrutura inercial com cerca de graus de rolo 45 (imagine a asa esquerda saindo do eixo Y) e um pouco de inclinação. Esta é uma aeronave em uma curva de escalada. O vetor de rotação no quadro inercial é reto (linha tracejada). Essa rotação deve ser a soma vetorial de rotações em torno dos eixos X, Y e Z. A quantidade dessas rotações é apenas a projeção do vetor de rotação nesses eixos (as grossas setas pretas). Como o nariz é levantado, há projeção no eixo X; portanto, há rotação.
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