Qual é o motivo das más características de baixa velocidade das asas de varredura?

Desvantagens da varredura de asa

• A inclinação da curva de elevação é reduzida pelo cosseno do ângulo de varredura de quarto de corda. Isso significa mais ângulo de ataque para a decolagem, o que requer uma corrida de decolagem mais longa e um trem de pouso mais longo para evitar golpe de cauda na rotação.
• Se você girar o avião, as pontas das asas varridas para trás caem quando a aeronave gira para a decolagem. Isso também pode impulsionar a exigência de um trem de pouso mais longo.
• Os momentos fletores na asa se tornarão momentos de torção quando você alterar o ângulo de varredura. E você precisará alterá-lo pelo menos na raiz da asa onde a asa se conecta à fuselagem. Isso se traduz em uma estrutura mais pesada.
• Se o ângulo de varredura e a proporção de imagem forem grandes o suficiente, a asa mostrará características desagradáveis ​​de estol. A camada limite é varrida em direção às pontas e causa uma separação mais precoce quando a asa pára, e o avião tomba ou rola incontrolavelmente. As cercas laterais ajudam, mas não podem remediar isso completamente.
• Varredura de asa causa um momento de rolagem induzido por guinada, portanto, menos diédrica é necessária. Em aviões de asa alta isso requer o uso de anédrico. Infelizmente, esse momento de rolagem varia com o coeficiente de sustentação, portanto, o momento de rolagem induzido por guinada em uma aeronave varrida é menor que o ideal em alta velocidade e maior em baixa velocidade.
• Para asas voadoras, a varredura permitirá que o centro da aeronave atue para cima e para baixo quando a asa flexionar. Isso cria uma interação poderosa entre o modo de período rápido (que é moderadamente amortecido nas asas voadoras) com o modo de flexão da asa, resultando em vibração.

Em suma, ao escolher, o engenheiro de avião inteligente evita varrer sempre que puder. Mas varrer uma asa para trás ainda é melhor do que varrer para a frente.

Características de baixa velocidade

Um aerofólio inicialmente acelera o ar que flui sobre sua superfície superior e desacelera-o novamente sobre sua parte traseira. Nas asas varridas, essa aceleração-desaceleração afeta apenas o componente de velocidade ortogonal; portanto, o componente de velocidade na direção da amplitude permanece inalterado. Essa é a razão da maior capacidade Mach das asas varridas, mas também faz com que o ar flua primeiro para dentro e depois para fora enquanto atravessa a superfície superior da asa.

Além disso, o atrito desacelera o ar que flui ao redor de um corpo, de modo que uma camada de ar desacelerado circunda cada superfície de um avião. A espessura deste camada limite aumenta com o comprimento do fluxo e, em uma asa varrida, esse atrito inicialmente afeta principalmente o componente de fluxo ortogonal. Em torno do meio do acorde, você encontrará o ar que foi desacelerado principalmente em seu componente de velocidade ortogonal (já que esse componente era tão alto na parte anterior) e agora estará sujeito a mais desaceleração do componente ortogonal, de modo que somente o componente spanwise ser deixado sobre a parte traseira da camada limite. Agora, essa camada limite fluirá apenas na direção da amplitude, de modo que um aumento maciço de ar lento e de baixa energia seja coletado nas pontas.

Uma camada limite espessa causar separação de fluxo precoce, portanto, quando o ângulo de ataque aumenta, o fluxo nas pontas de uma asa varrida para trás se separa primeiro. Isso causará perda de sustentação e, como as pontas também são a parte traseira da asa, deslocará o centro aerodinâmico para frente. Isso, por sua vez, fará a aeronave levantar, o que agrava a condição de estol. Se a separação ocorrer assimetricamente, a aeronave irá rolar além de levantar. No caso do F-100, as superfícies da cauda eram pequenas demais para interromper a afinação; assim, uma vez que a aeronave cruzava a região de estol, ela lançava incontrolavelmente mais e estolava completamente.

As aeronaves de recuo modernas têm um limitador de ângulo de ataque que impede a aeronave de voar para a região de estol. Além disso, as cercas de asa ajudam a manter o fluxo em sentido horário e os geradores de vórtice ajudam a energizar o fluxo, de modo que a separação precoce do fluxo nas pontas das asas seja suficientemente atrasada para evitar o lançamento incontrolável. O F-100 não possuía todos esses remédios.

Cercas laterais em um MiG-17 (foto fonte)

Geradores de vórtice em uma asa do Boeing 737 (foto fonte)

A varredura de asa melhora o desempenho atrasando as ondas de choque e acompanhando o aumento de arrasto aerodinâmico causado pela compressibilidade do fluido em altas velocidades (quase sonoras). No entanto, existem algumas desvantagens associadas à varredura da asa, como:

• A varredura da asa reduz a inclinação da curva de elevação e o coeficiente de elevação máximo da asa. Isso significa que a aeronave de asa varrida deve voar em uma AOA mais alta para alcançar a sustentação máxima.

Fonte: code7700.com

• A varredura da asa induz um fluxo em sentido horário ao longo da asa, o que significa que o ar deve percorrer uma distância maior sobre a asa. Isso significa uma camada limite mais espessa e mais chances de separação do fluxo.

Fonte: boldmethod.com

• O fluxo em sentido horário nas asas varridas aumenta o ângulo de ataque efetivo dos segmentos de asa em relação ao segmento dianteiro vizinho; o resultado sendo os segmentos traseiros da asa empatados primeiro (empada de ponta para asas varridas para trás e empate de raiz para asas varridas para frente). Se a pressão resultante do nariz para cima (devido ao fato de o vetor de elevação avançar) não for corrigida, a aeronave se eleva ainda mais, estendendo a região paralisada, resultando em um ciclo vicioso, resultando em paralisação completa da aeronave.

Esta é a razão da 'dança do Sabre' vivida no F-100 Super Sabre. Isso é ainda mais exacerbado pelos já altos ângulos de ataque durante a decolagem e aterrissagem, como já observado.

Fonte: code7700.com

• Momentos de flexão da asa causam torção no caso de asas varridas. Isso requer o fortalecimento das asas, ou um design complicado. Isso afeta as asas varridas para a frente em maior grau do que as asas varridas para trás e é um dos principais motivos pelos quais as asas varridas para frente não são muito usadas.

• Uma consideração importante devido à varredura da asa é a reversão do aileron de alta velocidade. No caso de ângulos de torção em direção ao fluxo, resultantes do momento de flexão da asa e do arremesso do aileron, se somam, resultando em uma grande quantidade de torção do nariz para baixo da asa, o que reduz a eficácia do aileron. Devido a isso, as asas traseiras varridas têm baixas velocidades de reversão do aileron (enquanto as asas varridas para frente têm valores mais altos). Esse problema não ocorre em asas com varredura constante.