Como a relação de aspecto de uma asa afeta seu levantamento?

" A fórmula de sustentação da asa mostra que a elevação de uma asa é proporcional à sua área ".

Isso é absolutamente verdade. No entanto, uma asa gera elevação e arrasto. Arrastar é de duas naturezas: Arrastar parasitas e arrasto induzido pelo elevador . A soma de todo o arrasto é o arrasto total:

^{Fonte: Wikipedia}

O arrasto induzido diminui com a velocidade e tem sua origem em vórtices de ponta de asa. Os vórtices aumentam a velocidade do downwash e modificam o ângulo de ataque efetivo. Que por sua vez muda a direção da força aerodinâmica, criando uma força oposta à direção do vôo:

^{Arrasto induzido, fonte: Wikipedia}

Arraste induzido devido a vórtices de ponta, se nós podemos fazer vórtices menos eficientes, então nós também reduzimos o arrasto induzido. A maneira de fazer isso é ter asas longas, então o efeito de descida dos vórtices afeta apenas uma parte da asa:

^{Vortices da ponta, fonte: Wikipedia}

Pesquisas demonstraram que o arrasto induzido é dependente da relação de aspecto , não apenas no vão da asa . Isso pode ser entendido facilmente: a quantidade de ar em um vórtice de ponta é maior quando o acorde é grande.

Portanto, a resposta à sua pergunta é: sim, o levantamento é proporcional à área da asa, mas a relação de elevação / arrasto é proporcional ao formato da asa. É por isso que as asas mais longas são preferidas, elas minimizam a energia perdida no combate ao arrasto.

" Por que as asas mais convencionais têm a mesma forma (retângulos retesados)? "

As asas mais longas são melhores para eficiência de combustível, mas temos outros problemas na fila do projetista, e algumas podem ser resolvidas selecionando planform de asa , por exemplo:

• Queremos evitar que a baia seja abrupta (às custas de criar menos levantamento):
  
  

• Queremos atrasar a criação de um fluxo supersônico local em asas supercríticas usadas em aviões comerciais. Ao voar a M 0,8, o fluxo de ar é acelerado para produzir sustentação, algumas áreas da asa atingem velocidade supersônica (Mach> 1). A onda de choque associada cria um arrasto adicional. Ao varrermos a asa, adicionamos um componente no sentido do movimento ao fluxo de ar, o que diminui a velocidade da corda, de modo que a onda de choque aparece apenas para uma velocidade aerodinâmica mais alta:
  
  

Por outro lado, a asa sweptback tende a parar na ponta primeiro, o que não é nada bom, pois quando uma baia aparece precisamos de ailerons para evitar que ela se agrave, e ailerons estão localizados nas pontas para aumentar sua eficácia. Assim, as asas varridas também são torcidas de modo que o ângulo de ataque da ponta seja menor do que o da raiz, forçando a baia a começar na raiz da asa.

Uma proporção maior (dada a mesma área de asa) significa mais alcance de asa e menos arrasto dependente de elevação. No mesmo ângulo de ataque, maior proporção também significa mais sustentação ( dentro dos limites ).

O elevador é produzido desviando o fluxo de ar para baixo. Quanto mais ar puder ser afetado, mais eficiente será a produção do elevador. Talvez você queira ler alguns respostas por aqui se você deseja saiba mais .

O que você descreve é uma asa de corpo esguio / a>. A maior parte da deflexão é feita pelos primeiros poucos por cento do acorde desta asa, e o restante não será capaz de aumentar mais a sustentação, trabalhando no ar já desviado. Consequentemente, a mesma área de asa criará menos força de sustentação, pelo menos no fluxo subsônico. Pegue o XB-70 , por exemplo: Sua carga máxima de asa (massa dividida por área) foi de 420 kg / m². A asa de balanço B-1 , que poderia esticar suas asas para fora lentamente velocidade de vôo, tem uma carga máxima de asa de 1190 kg / m², no entanto, o método de cálculo da sua área de asa não inclui a grande seção delta à frente da asa principal. Ainda assim, uma diferença considerável permanece e mostra que a mesma área da asa pode criar mais sustentação quando esticada.

A "fórmula de sustentação da asa" que você citou é uma aproximação simples e não é usado para o projeto detalhado das asas.

Razões práticas pelas quais as asas convencionais têm a forma de que dependem muitas considerações de projeto, incluindo a missão da aeronave. o respostas que você recebeu endereço algumas dessas questões.

Esteja ciente, porém, de que existem muitos equívocos no design das asas. Um equívoco comum é que: "Arrasto induzido sendo causado por vórtices de ponta, se nós podemos tornar os vórtices menos eficientes, então nós também reduzimos o arrasto induzido."

Essa é uma ótima simplificação. O arrasto induzido depende da forma da asa inteira, não apenas da relação de aspecto e dos vértices da ponta.

O ex-companheiro técnico da Boeing, Doug Maclean, discute esse equívoco em em particular, e muitos outros em seu livro: Entendendo Aerodinâmica - Argumentando a partir da Física Real.

Você pode falar muito sobre a conversa de Maclean:

Equívocos comuns na aerodinâmica