Por que a asa elíptica do Spitfire quase não foi copiada por outras aeronaves da Guerra Mundial 2?

Curiosamente, não consegui encontrar uma resposta para esta pergunta no site, mas encontrei uma resposta de Peter Kämpf em Quora. Ele apresenta os mesmos argumentos que eu queria mencionar, então vou repeti-los aqui.

Asas elípticas são muito boas - aerodinamicamente. Se você deseja minimizar o arrasto induzido para um determinado requisito de elevação, você acaba com uma asa elíptica.

Mas um avião não é apenas aerodinâmica. Você também deve considerar:

• Peso, uma asa elíptica não é estruturalmente eficiente e levará a um peso mais alto, o que leva a requisitos de elevação mais altos, o que levará a um arrasto mais induzido, mesmo com uma asa muito eficiente.
• Controlabilidade, onde e como a asa pára determina se você pode se recuperar de uma parada. Asas elípticas empurram a ponta primeiro, levando a um comportamento ruim.
• Manufaturabilidade, uma asa totalmente elíptica é muito difícil de fazer, com suas curvas duplas. Isso tornará a asa mais cara.

Se você incluir esses fatores, verá que terá um compromisso. Se você usar o cone da asa (que é um pouco mais próximo da forma aerodinâmica ideal), mas muito mais fácil de fabricar e muito mais leve, verá que terá um design melhor no geral.

Uma análise de como o design de uma asa muda se você incluir os requisitos estruturais foi feita por Jones e pode ser encontrada aqui.

Bem, a resposta curta é que a asa elíptica foi usada em muito mais aeronaves do que este artigo deixa transparecer.

Todos os seguintes usaram uma asa elíptica e também existem outras:

• Lutador alemão Heinkel 112
• Bombardeiro alemão Heinkel 111
• Alemão Heinkel 70
• US P35
• US P43
• Reggiane italiana 2000
• Bombardeiro japonês de mergulho Aichi D3A "Val"
• Tempestade do vendedor ambulante britânico

Resposta curta: as asas elípticas são muito caras para fabricar. Uma asa trapezoidal com uma torção geométrica ou aerodinâmica definida pode chegar muito perto de uma distribuição de elevação elíptica (distribuição ideal de elevação ao longo da envergadura, portanto, o principal objetivo do projeto da asa).

Muitos aviões ainda usam asas elípticas - mais ou menos.

o que a matemática nos diz é que a configuração de asa mais eficiente para uma determinada extensão de asa deve ter uma distribuição de elevação elíptica *. A maneira mais óbvia de implementar isso é tornar suas asas elípticas.

Mas os projetistas de aeronaves aprenderam com a experiência de fabricar o Spitfire que as asas elípticas são mais difíceis de fabricar, resultando em aumento de custo e tempo de fabricação.

Então, mais tarde na guerra, quando os recursos ficaram escassos e todos assumiram que estavam competindo com os alemães para construir aviões melhores e mais rápidos, os projetistas decidiram deliberadamente usar asas retas para facilitar a produção e reduzir custos. O P51 Mustang foi projetado dessa maneira.

Mas aprendemos que tornar a asa elíptica não é a única maneira de ter uma distribuição elíptica de sustentação. Para obter a distribuição elíptica do elevador, você pode:

• Faça sua asa mais elíptica
• Adicione washout para ajustar a distribuição do elevador ao longo da asa
• Alterar perfil do perfil aerodinâmico da raiz para a ponta para alterar a distribuição do elevador
• Faça qualquer combinação dos itens acima (por exemplo, lavagem + pontas arredondadas)

Muitos aviões ainda usam asas elípticas. Especialmente quando a economia de combustível é um dos principais objetivos do projeto de direção. É que eles não olhar elíptico.

* note: There is evidence that this may not be accurate. It is true that if you fix your wingspan the maths will output an elliptical distribution but if you fix your weight (ie. lift at cruise) the most efficient distribution turns out to be something else (something bell shaped) but you end up needing to extend your wingspan

A principal desvantagem da asa elíptica do Spitfire foi a quantidade de trabalho necessária para construí-la. No geral, o Spitfire exigia cerca de cinco vezes mais horas-homem para construir o equivalente alemão mais próximo, o Messerschmitt Bf 109.