Ángulo de ataque
En la dinámica de fluidos, ángulo de ataque ()AOA, α, o α α {displaystyle alpha }) es el ángulo entre una línea de referencia en un cuerpo (a menudo la línea de acordes de un airfoil) y el vector que representa el movimiento relativo entre el cuerpo y el fluido a través del cual se mueve. Ángulo de ataque es el ángulo entre la línea de referencia del cuerpo y el flujo entrante. Este artículo se centra en la aplicación más común, el ángulo de ataque de un ala o de un avión que se mueve a través del aire.
En aerodinámica, el ángulo de ataque especifica el ángulo entre la línea de cuerda del ala de un avión de ala fija y el vector que representa el movimiento relativo entre el avión y la atmósfera. Dado que un ala puede tener torsión, es posible que no se pueda definir una línea de cuerda de toda el ala, por lo que simplemente se define una línea de referencia alternativa. A menudo, la línea de cuerda de la raíz del ala se elige como línea de referencia. Otra opción es utilizar una línea horizontal en el fuselaje como línea de referencia (y también como eje longitudinal). Algunos autores no usan una línea de cuerda arbitraria sino que usan el eje de sustentación cero donde, por definición, el ángulo de ataque cero corresponde a un coeficiente de sustentación cero.
Algunos autores británicos han utilizado el término ángulo de incidencia en lugar de ángulo de ataque. Sin embargo, esto puede generar confusión con el término riggers' ángulo de incidencia que significa el ángulo entre la cuerda de un perfil aerodinámico y algún punto de referencia fijo en el avión.
Relación entre ángulo de ataque y coeficiente de sustentación
El coeficiente de sustentación de un avión de ala fija varía con el ángulo de ataque. El aumento del ángulo de ataque está asociado con el aumento del coeficiente de sustentación hasta el coeficiente de sustentación máximo, después de lo cual el coeficiente de sustentación disminuye.
A medida que aumenta el ángulo de ataque de un avión de ala fija, la separación del flujo de aire de la superficie superior del ala se vuelve más pronunciada, lo que lleva a una reducción en la tasa de aumento del coeficiente de sustentación. La figura muestra una curva típica de un ala recta combada. Las superficies aerodinámicas combadas están curvadas de manera que generan algo de sustentación en ángulos de ataque negativos pequeños. Un ala simétrica tiene sustentación cero en un ángulo de ataque de 0 grados. La curva de sustentación también está influenciada por la forma del ala, incluida la sección aerodinámica y la forma en planta del ala. Un ala en flecha tiene una curva más baja y plana con un ángulo crítico más alto.
Ángulo de ataque crítico
El ángulo de ataque crítico es el ángulo de ataque que produce el coeficiente de sustentación máximo. Esto también se denomina "ángulo de ataque de pérdida". Por debajo del ángulo de ataque crítico, a medida que el ángulo de ataque disminuye, el coeficiente de sustentación disminuye. Por el contrario, por encima del ángulo de ataque crítico, a medida que aumenta el ángulo de ataque, el aire comienza a fluir con menos suavidad sobre la superficie superior del perfil aerodinámico y comienza a separarse de la superficie superior. En la mayoría de las formas aerodinámicas, a medida que aumenta el ángulo de ataque, el punto de separación de la superficie superior del flujo se mueve desde el borde de salida hacia el borde de ataque. En el ángulo de ataque crítico, el flujo de la superficie superior está más separado y el perfil aerodinámico o el ala produce su máximo coeficiente de sustentación. A medida que el ángulo de ataque aumenta aún más, el flujo de la superficie superior se separa más completamente y el coeficiente de sustentación se reduce aún más.
Por encima de este ángulo crítico de ataque, se dice que la aeronave está en pérdida. Una aeronave de ala fija, por definición, entra en pérdida en o por encima del ángulo crítico de ataque en lugar de o por debajo de una velocidad aerodinámica particular. La velocidad a la que la aeronave entra en pérdida varía con el peso de la aeronave, el factor de carga, el centro de gravedad de la aeronave y otros factores. Sin embargo, la aeronave siempre entra en pérdida en el mismo ángulo crítico de ataque. El ángulo de ataque crítico o de pérdida suele estar entre 15° y 18° para muchas superficies aerodinámicas.
Algunas aeronaves están equipadas con una computadora de vuelo integrada que evita automáticamente que la aeronave aumente más el ángulo de ataque cuando se alcanza un ángulo de ataque máximo, independientemente de la entrada del piloto. Esto se llama el 'limitador de ángulo de ataque' o 'limitador alfa'. Los aviones modernos que cuentan con tecnología fly-by-wire evitan el ángulo crítico de ataque por medio de software en los sistemas informáticos que gobiernan las superficies de control de vuelo.
En las operaciones de despegue y aterrizaje desde pistas cortas (STOL), como las operaciones de portaaviones navales y los vuelos de travesía STOL, las aeronaves pueden estar equipadas con indicadores de ángulo de ataque o de reserva de sustentación. Estos indicadores miden el ángulo de ataque (AOA) o el Potencial de Elevación del Ala (POWL, o Reserva de Elevación) directamente y ayudan al piloto a volar cerca del punto de pérdida con mayor precisión. Las operaciones STOL requieren que la aeronave pueda operar cerca del ángulo crítico de ataque durante los aterrizajes y en el mejor ángulo de ascenso durante los despegues. Los indicadores de ángulo de ataque son utilizados por los pilotos para obtener el máximo rendimiento durante estas maniobras, ya que la información de velocidad aerodinámica solo está indirectamente relacionada con el comportamiento de pérdida.
Alfa muy alta
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Algunos aviones militares pueden lograr un vuelo controlado en ángulos de ataque muy altos, pero a costa de una resistencia inducida masiva. Esto proporciona a la aeronave una gran agilidad. Un ejemplo famoso es la Cobra de Pugachev. Aunque la aeronave experimenta altos ángulos de ataque a lo largo de la maniobra, la aeronave no es capaz de controlar la dirección aerodinámica ni de mantener el vuelo nivelado hasta que finaliza la maniobra. El Cobra es un ejemplo de supermaniobra ya que las alas del avión están mucho más allá del ángulo crítico de ataque durante la mayor parte de la maniobra.
Superficies aerodinámicas adicionales conocidas como "dispositivos de gran sustentación" incluidas las extensiones de la raíz del ala del borde de ataque permiten que los aviones de combate sean mucho más fáciles de volar "verdaderos" alfa, hasta más de 45°, en comparación con los 20° de las aeronaves sin estos dispositivos. Esto puede ser útil en altitudes elevadas donde incluso maniobras leves pueden requerir ángulos de ataque elevados debido a la baja densidad del aire en la atmósfera superior, así como a baja velocidad en altitudes bajas donde se reduce el margen entre el AoA de vuelo nivelado y el AoA de entrada en pérdida. La alta capacidad de AoA de la aeronave proporciona un amortiguador para el piloto que dificulta la entrada en pérdida del avión (que ocurre cuando se excede el AoA crítico). Sin embargo, los aviones militares generalmente no obtienen un alfa tan alto en combate, ya que le roban velocidad muy rápidamente debido a la resistencia inducida y, en casos extremos, al aumento del área frontal y la resistencia parásita. Tales maniobras no solo reducen la velocidad de la aeronave, sino que también causan una tensión estructural significativa a alta velocidad. Los sistemas de control de vuelo modernos tienden a limitar el ángulo de ataque de un caza muy por debajo de su límite aerodinámico máximo.
Navegación
En la navegación, los principios físicos involucrados son los mismos que para los aviones: una vela es un perfil aerodinámico. El ángulo de ataque de una vela es el ángulo entre la línea de cuerda de la vela y la dirección del viento relativo.
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