Coeficiente de elevación

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Cantidad sin dimensiones relativa al elevador a la densidad del fluido y la velocidad sobre un área

En dinámica de fluidos, el coeficiente de sustentación ( $C L$ ) es una cantidad adimensional que relaciona la elevación generada por un cuerpo de elevación con la densidad del fluido alrededor del cuerpo, la velocidad del fluido y un área de referencia asociada. Un cuerpo de sustentación es una lámina o un cuerpo completo que soporta una lámina, como un avión de ala fija. $C L$ es una función del ángulo del cuerpo al flujo, su número de Reynolds y su número de Mach. El coeficiente de sustentación de la sección $c l$ se refiere a las características de sustentación dinámica de una sección de lámina bidimensional, con el área de referencia reemplazado por el acorde de lámina.

Definiciones

El coeficiente de elevación C_L está definido por

{displaystyle C_{mathrm {L} }equiv {frac {L}{q,S}}={frac {L}{{frac {1}{2}}rho u^{2},S}}={frac {2L}{rho u^{2}S}}}

Donde $L,$ es la fuerza de elevación, $S,$ es la superficie pertinente y $q,$ es la presión dinámica del fluido, a su vez ligada a la densidad del fluido $rho ,$ , y a la velocidad de flujo $u,$ . La elección de la superficie de referencia debe especificarse ya que es arbitraria. Por ejemplo, para perfiles cilíndricos (la extrusión 3D de un airfoil en la dirección de la nalgada) siempre está orientada en la dirección de la nalgada, pero mientras que en la aerodinámica y la teoría del flujo de aire delgado el segundo eje que genera la superficie es comúnmente la dirección del acorde:

{displaystyle S_{aer}equiv c,s}

resultando en un coeficiente:

{displaystyle C_{mathrm {L},aer}equiv {frac {L}{q,c,s}},}

mientras que para perfiles aerodinámicos gruesos y en dinámica marina, el segundo eje a veces se toma en la dirección del espesor:

{displaystyle S_{mar}=t,s}

resultando en un coeficiente diferente:

{displaystyle C_{mathrm {L},mar}equiv {frac {L}{q,t,s}}}

La relación entre estos dos coeficientes es la relación de espesor:

{displaystyle C_{mathrm {L},mar}equiv {frac {c}{t}}C_{mathrm {L},aer}}

El coeficiente de sustentación se puede aproximar usando la teoría de la línea de sustentación, calculada numéricamente o medida en una prueba de túnel de viento de una configuración de aeronave completa.

Coeficiente de elevación de sección

El coeficiente de elevación también se puede utilizar como una característica de una forma particular (o sección transversal) de una lámina de aire. En esta aplicación se llama la coeficiente de elevación $c_{{text{l}}}$ . Es común mostrar, para una sección específica de airfoil, la relación entre coeficiente de elevación de la sección y ángulo de ataque. También es útil mostrar la relación entre coeficiente de elevación de la sección y coeficiente de arrastre.

El coeficiente de elevación de la sección se basa en el flujo bidimensional sobre un ala de lapso infinito y la sección transversal no variante por lo que el ascensor es independiente de los efectos de la longitud y se define en términos de $l$ , la fuerza de elevación por unidad de ala. La definición se convierte en

{displaystyle c_{text{l}}={frac {l}{q,L}},}

donde L es la longitud de referencia que siempre debe ser especificado: en la aerodinámica y la teoría del airefoil generalmente el acorde de airefoil $c,$ es elegido, mientras que en la dinámica marina y para struts generalmente el espesor $t,$ es elegido. Tenga en cuenta que esto es directamente análogo al coeficiente de arrastre, ya que el acorde puede ser interpretado como el "área por espacio unitario".

Para un ángulo de ataque determinado, c_l se puede calcular aproximadamente utilizando la teoría de la superficie aerodinámica delgada, calcularse numéricamente o determinarse a partir de pruebas de túnel de viento en una prueba de longitud finita pieza, con placas finales diseñadas para mejorar los efectos tridimensionales. Los gráficos de c_l versus el ángulo de ataque muestran la misma forma general para todas las superficies aerodinámicas, pero los números particulares variarán. Muestran un aumento casi lineal en el coeficiente de sustentación al aumentar el ángulo de ataque con un gradiente conocido como pendiente de sustentación. Para un perfil aerodinámico delgado de cualquier forma, la pendiente de elevación es π²/90 ≃ 0,11 por grado. En ángulos más altos se alcanza un punto máximo, después del cual se reduce el coeficiente de sustentación. El ángulo en el que se produce el coeficiente de sustentación máximo es el ángulo de pérdida del perfil aerodinámico, que es de aproximadamente 10 a 15 grados en un perfil aerodinámico típico.

El ángulo de pérdida para un perfil determinado también aumenta con los valores crecientes del número de Reynolds; de hecho, a velocidades más altas, el flujo tiende a permanecer adherido al perfil durante más tiempo retrasando la condición de pérdida. Por esta razón, a veces, las pruebas en túnel de viento realizadas con números de Reynolds más bajos que las condiciones de la vida real simulada, a veces pueden dar una retroalimentación conservadora que sobrestima la pérdida de perfiles.

Las superficies aerodinámicas simétricas necesariamente tienen gráficos de c_l frente al ángulo de ataque simétrico sobre el eje c_l, pero para cualquier superficie aerodinámica con inclinación positiva, es decir, asimétrico, convexo desde arriba, todavía hay un coeficiente de sustentación pequeño pero positivo con ángulos de ataque menores que cero. Es decir, el ángulo en el que c_l = 0 es negativo. En tales superficies aerodinámicas con un ángulo de ataque cero, las presiones en la superficie superior son menores que en la superficie inferior.

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