Como é a distribuição de pressão sobre a asa de um planador?

A distribuição de pressão sobre a asa de um planador não é diferente da de uma aeronave bem projetada. Um planador pode manter o vôo voando ligeiramente para baixo, de modo que a direção do movimento não seja reta, mas levemente para baixo. Fazer isso no ar ascendente resultará em um vôo sustentado.

Veja o esboço acima: O ângulo da trajetória de vôo $ \ gamma $ é negativo e, ainda no ar, o vetor da trajetória de vôo $ \ text {x} _k $ é paralelo à direção da velocidade aerodinâmica. Devido à inclinação da trajectória de voo, o vector de elevação é inclinado para a frente de tal modo que o seu componente horizontal é exactamente oposto à força de arrasto. Isso é mostrado à direita, onde eu movi os vetores para uma sequência fechada que demonstra que todas as forças se equilibram.

Do ponto de vista do planador, o elevador está apontando para cima e arrastando diretamente para trás, mas a força do peso é levemente inclinada para a frente. De certa forma, parece que o empuxo de um planador é sua força de peso.

Agora deixe o pacote de ar inteiro no qual o planador voa para cima. O planador continuará a afundar nesse ar, mas em relação ao solo ganhará altitude se a velocidade do ar ascendente for alta o suficiente.

Eu acho que você está se aproximando desse problema errado. Se você pensar em como um planador voa, não há componente de força para a frente no aerofólio que se opõe ao arrasto. Por definição, o arrasto é a força que se opõe ao movimento da nave e o levantamento é perpendicular à força de arrasto.

Suponha que nós derrubamos o planador de alguma altura em uma posição de vôo típica (isto é, fuselagem paralela ao solo). A única maneira de este planador voar para a frente (assumindo que não há vento de cauda) é soltando o nariz, criando um ângulo de ataque negativo em relação ao solo. O elevador gerado pelo aerofólio aqui terá componentes horizontais e verticais em relação ao solo. No entanto, você também está perdendo altitude nessa orientação. O ponto aqui é, sem velocidade inicial (impulso para frente), a única maneira de criar velocidade de avanço é converter energia potencial em energia cinética pela perda de altitude, então um ângulo de ataque negativo criará velocidade de avanço, mas custará altitude.

Quanto às suas outras questões em relação ao projeto do aerofólio do planador versus o projeto do aerofólio da aeronave, o perfil aerodinâmico do planador é geralmente de baixa curvatura, baixa elevação e baixo arrasto. Isso ocorre porque, enquanto o aerofólio de cambagem mais alto gera mais sustentação, ele também gera um arrasto significativamente maior. Isso faria com que o planador perdesse o impulso para frente mais rápido. Como o levantamento é uma função da velocidade, seu planador perde a sustentação durante esse tempo e cairá do céu. Com a propulsão, esse aerofólio pode ser usado para transportar cargas mais pesadas (uma vez que mais levantamento é gerado e a propulsão neutraliza diretamente as forças de arrasto). Planadores são tipicamente leves e, portanto, exigem menos sustentação para permanecer no ar. Os perfis de baixo arrasto permitem que eles mantenham o impulso e a velocidade sem perder muita altitude.

Em geral, você sempre quer que a pressão abaixo da asa seja maior que a pressão acima da asa. Assim que esta condição não for cumprida, o avião / planador começará a cair do céu. Observe também que só porque a pressão abaixo é maior que a pressão acima não garante que a aeronave fique no ar. A força ascendente gerada por essa pressão (F = P x Área) deve exceder a força descendente causada pela gravidade (F = Massa x Gravidade).