Haveria alguma vantagem para uma asa com uma superfície superior côncava?

A ideia por trás desse design parece ser que a principal causa do aumento de uma asa é que o topo tem uma área maior do que o fundo, por isso, se nós substituir uma superfície superior com uma forma diferente, mas a mesma área, vamos ainda obter elevador similar.

Esta é a ideia por trás da teoria do tempo de trânsito igual, que é incorreto, discordando de várias maneiras com com observações reais de fluxos de ar que passam por aerofólios e forças de levantamento que resultam. A NASA produziu uma refutação básica mas completa dessa teoria; entre os pontos que eles fazem são

The lift predicted by the "Equal Transit" theory is much less than the observed lift, because the velocity is too low. The actual velocity over the top of an airfoil is much faster than that predicted by the "Longer Path" theory and particles moving over the top arrive at the trailing edge before particles moving under the airfoil.

e

There are modern, low-drag airfoils which produce lift on which the bottom surface is actually longer than the top.

O que você geralmente quer em um aerofólio é que ele estabeleça linhas de corrente que carregam o ar a uma velocidade muito alta por cima e atiram para baixo além do bordo de fuga. A velocidade não é determinada pela área de superfície ou comprimento ao longo da superfície superior; a velocidade é determinada por outras coisas, e duas moléculas de ar que começam perto uma da outra mas vão em lados diferentes da asa (uma no topo, uma na parte inferior) chegam à borda de fuga quando suas respectivas velocidades as levam até lá, geralmente não ao mesmo tempo uma da outra.

Colocando um grande espaço oco no topo da asa onde o ar pode se acumular e, em seguida, forçando-o ao longo de uma segunda corcunda para obter para o bordo de fuga parece contraproducente. Isso pode apenas levar a asa a parar em ângulos relativamente baixos de ataque, o que limitaria a quantidade de sustentação que você pode obter. Mas eu não sou um designer de aerofólios e não sei exatamente qual seria o resultado.

Uma asa com uma superfície interna (côncava) no topo gerará um aumento negativo para muitos ângulos positivos de ataque, e realmente não será muito levantada. Curvando a superfície superior é basicamente criando um aerofólio de cabeça para baixo (porque o elevador é negativo).

Dê uma olhada em um ângulo de ataque de 0 ° em uma asa com uma curvatura de -14.24%:

Você pode ver que estamos gerando muita elevação negativa (-3955 lbs) e muito arrasto, resultando em uma relação L / D grande (negativa).

Vamos aumentar o AoA até obtermos um coeficiente de aumento ligeiramente positivo:

Você pode ver que o AoA é extremo para uma pequena quantidade de sustentação, mal superando o arrasto. O AoA de 15.2 ° é necessário, o que leva o aerofólio basicamente para o stall porque o fluxo vai se separar rapidamente da asa.

Compare tudo isso com um aerofólio "normal":

Em um pequeno AoA de 3,5 °, você está gerando 1.000 libras de sustentação e apenas 90lbs de arrasto, com uma relação L / D de 11 +.

Se você gostaria de brincar com aerofólios e ver os resultados que eu tenho acima, você pode baixar Programa FoilSim da NASA

Bem, a asa produz sustentação acelerando o ar para baixo. Isso é resultado da terceira lei do movimento (princípio de ação e reação). E aplica-se em cada ponto ao longo da asa - quanto menor a pressão, maior o aumento, mas também a aceleração para baixo do ar que flui sobre a asa.

Agora, isso funciona apenas até certo ponto. Se a superfície se curvar muito depressa, o ar não poderá mais segui-lo devido à inércia, se soltará e a bolsa embaixo se encherá de ar estagnado à pressão ambiente, eliminando a sucção e a sustentação com ele. Isso é stall.

A asa normal distribui a aceleração do ar ao longo do acorde. No entanto, como o ar segue sua forma, ele iria acelerar muito na primeira parte, depois voltar um pouco antes da segunda corcunda e acelerar muito para baixo novamente ao longo da segunda corcunda.

A sua asa precisa de uma curvatura maior nas duas saliências para compensar a parte côncava que gera o levantamento negativo. Principalmente a primeira corcunda é crítica, porque aumentar o ângulo de ataque apenas aumenta a curvatura perto da borda de ataque (enquanto as abas aumentam ainda mais a popa). Então, eu esperaria que sua asa parasse mais cedo.

Eu também esperaria que a asa tivesse um maior arrasto, porque haveria mais mudanças nas condições de fluxo e cada mudança significaria perder alguma energia para a viscosidade.

Também acima compara as asas com o mesmo coeficiente de sustentação. Para alcançá-lo, sua asa provavelmente teria que ser mais espessa, já que precisa compensar o levantamento negativo na parte central. Qual é outro motivo para ter um maior arrasto de forma também.

Nenhuma vantagem à vista em qualquer lugar.