O Wright Flyer voaria melhor com aerofólios mais grossos?

Would the Wright Flyer have flown better with thicker airfoils?

O Wright Flyer: Provavelmente não. A maioria das outras aeronaves: Definitivamente sim.

Aerofólios finos são melhores em um ângulo específico de ataque e seu arrasto aumenta rapidamente se você se afastar desse ângulo em ambas as direções. O pequeno raio de ponta só permitirá que o ar negocie a borda principal corretamente quando o ponto de estagnação fica bem no centro da borda de ataque, o que acontece no ângulo de ataque do projeto. Então um aerofólio fino funciona muito bem - é por isso que os flaps com ranhuras devem ser finos: seu fluxo é direcionado pela asa à frente deles.

O Wright Flyer eu tinha energia suficiente para ficar no ar com a menor velocidade de arrasto, de modo que ele voou em apenas um ângulo de ataque. É claro que os irmãos Wright tinham muito pouco conhecimento de aerodinâmica para selecionar apenas a cambagem direita para posicionar o ponto de desenho do aerofólio em seu ponto de operação. A cambagem no Flyer eu provavelmente estava muito alta, porque em aviões posteriores os Wrights reduziram a curvatura do aerofólio. Não mais espesso, mas um aerofólio diferente provavelmente teria mostrado melhores resultados.

Por que fez os Wrights usar um aerofólio fino, afinal? Eles seguiram o conselho de Otto Lilienthal, que projetou seus aerofólios a partir de seções transversais de asas de pássaros. As aves podem variar a sua asa em voo, por isso ajustam a asa de tal forma que o ponto de estagnação fica sempre na sua posição ideal. Lilienthal até descobriu que aerofólios grossos tinham melhor desempenho, mas não entendiam por que e preferiam seguir a Mãe Natureza em seus aerofólios.

De Projeto do AlAA Wright Flyer - Relatório WF 84 / 09-1 de Fred EC Culick :

So the Wrights followed Lilienthal and used thin, highly cambered airfoils resembling the cross-sections of birds' wings. They were misled to believe that airfoils of that sort produced the highest ratio of lift/drag. There is in fact much truth in this conclusion if data are taken for small wings at the low speeds the Wrights used in their wind tunnel tests.

As duas principais vantagens de um aerofólio espesso são

1. a maior flexibilidade que ele oferece em várias condições de voo.
2. a vantagem estrutural de usar uma longarina interna e acabar com o suporte de arame, mesmo em bi- e triplanos.

Comparação da espessura do aerofólio por D.R. Kirk, Instituto de Tecnologia da Flórida (foto fonte )

Apenas para refutar o equívoco de que aerofólios finos têm uma L / D fraca: eles não têm, pelo menos em um ângulo pequeno de região de ataque. Abaixo estão os gráficos L / D e inclinação da curva de elevação do aerofólio Gö 417, algo como o mouse de laboratório de aerofólios finos. Conseguir um coeficiente de elevação de quase 1,6 em um número de Reynolds de 1 milhão é uma grande conquista, e fazê-lo com esse baixo arrasto duplamente.

Fonte: Airfoiltools.com

    

Havia várias outras limitações no primeiro Flyer além do aerofólio - o motor pesava quatro vezes o que os irmãos tinham prometido (porque o bloco era moldado, em vez de fabricado a partir de chapa), e teria sido insuficiente padrões de hoje, mesmo se tivesse entregue a especificação. A máquina inteira chegou em pouco menos de 300 kg; um ultraleve moderno desse tamanho pesaria menos da metade e teria quase o dobro da potência.

Dadas essas limitações, o aerofólio é uma consideração relativamente menor. Sim, existem aerofólios modernos que funcionariam melhor em termos de coeficiente e de levantar para arrastar - mas o que mais teria ajudado seria economizar 40 quilos. no peso do motor.

Vale a pena notar que, através da Primeira Guerra Mundial, com aeronaves voando a quatro ou cinco vezes a velocidade do primeiro Flyer, em altitudes de até 4000 m, invertidas e outras manobras acrobáticas, o que nós chamamos de relativa fina, Aerofólios curvados persistiram. Olhe para a seção de asas de um Sopwith Camel - embora um pouco mais grosso e mais inclinado do que o aerofólio original do Flyer, ele ainda era mais fino do que qualquer coisa que você encontre hoje, exceto em planadores e ultraleves.

Como a espessura e a curvatura afetam as características de voo é assunto para um livro de nível universitário completo, mas versão curta: mais camber tende a aumentar o coeficiente de sustentação em alguma faixa de ângulo de ataque, mas aumenta o arrasto em proporção; A adição de espessura aumenta o coeficiente em uma faixa AoA mais ampla, com menos aumento de arrasto, mas tem menos efeito em AoA baixo do que o aumento de camber. Há um compromisso, com ambos aumentados em quantidades semelhantes, que incluem os bem conhecidos Clark Y, NACA 6409 e 6412, e muitos outros aerofólios comuns usados na aviação geral, especialmente quando a madeira e o tecido eram os materiais de construção.