Mejor respuesta
Por lo general, se entiende que el arrastre de perfil está compuesto por dos tipos de arrastre…. presión (o Form) arrastre y fricción de la piel arrastre. Si piensa en esto gráficamente, es útil comprender los distintos tipos de arrastre. Como su nombre lo indica, la forma del objeto es un gran factor determinante en el cálculo de este tipo de arrastre. Entonces, el perfil, o el área expuesta al flujo de aire, es lo que influye en la cantidad de resistencia que cae en esta categoría. Si de alguna manera reduce esa exposición al flujo de aire, reduce este tipo de arrastre.
Los dos tipos de arrastre que componen el arrastre del perfil:
El arrastre por fricción de la piel es causado por la fricción de un fluido al pasar sobre la piel de un cuerpo. Como puede imaginar, esto aumenta con la velocidad y el área de la superficie expuesta al flujo de aire … la superficie a veces se conoce como la «superficie mojada».
El arrastre de presión , o como se le suele llamar habitualmente, el arrastre de forma, es el efecto integrado de la presión estática en la superficie mojada de un objeto.
Espero que ayude.
Respuesta
Si la capa límite se separa del perfil aerodinámico, ¿aumenta o disminuye el coeficiente de sustentación? ¿Por qué? ¿La fuerza de arrastre aumenta o disminuye? ¿Por qué?
Para ayudar a responder esta pregunta, extraje un par de imágenes de este video de presentación de mi amigo y colega, el Dr. Patrick Hanley.
Analiza, exporta e imprime perfiles aerodinámicos NACA de 4, 5 y 6 dígitos .
Esto muestra el coeficiente de sustentación frente al ángulo de ataque. Este gráfico se llama curva de elevación. Aquí están las curvas de sustentación para tres perfiles diferentes.
Todos alcanzan su coeficiente de sustentación máximo en un ángulo de ataque de aproximadamente 15 °. El coeficiente de sustentación cae después de ese punto. Esta reducción en el coeficiente de sustentación se llama pérdida y se debe a la separación en la capa límite sobre la que preguntaste.
Aquí hay una gráfica del coeficiente de sustentación versus el coeficiente de resistencia. Esto se denomina polar de arrastre.
La mayoría de los polares de arrastre no muestran lo que sucede con el coeficiente de arrastre más allá del punto donde el ala establos. Este lo hace, y por eso lo estoy usando.
Si sigue las curvas hacia arriba y hacia arriba, verá que los coeficientes de elevación alcanzan un máximo (en pérdida) y luego comienzan a caer nuevamente . Pero también puede ver que los coeficientes de arrastre continúan aumentando. Eso responde a otra parte de tu pregunta. La resistencia continúa aumentando cuando el ala se detiene.
La parte más difícil de tus preguntas son los por qué. Pero lo intentaré. Un aspecto difícil es encontrar imágenes para ilustrar. Encontré algunos en este enlace:
El El problema es que las imágenes ilustran algo que el autor está mostrando que tiene que ver con el control de la separación mediante el uso de corrientes eléctricas. De eso trata la anotación sobre ánodo y cátodo. Voy a usar las imágenes y fingiré que la corriente eléctrica no está sucediendo. Aún ilustrará conceptualmente las ideas que quiero describir.
Primero, aquí hay una imagen de flujo bastante normal (flujo no separado) sobre un perfil aerodinámico:
No he leído el documento que acompaña a esto, así que estoy adivinando en parte. La región de sombra, creo, es una región que no estaba iluminada por una luz que brillaba desde arriba. Esto me lleva a creer que se trata de medidas experimentales reales en lugar de líneas de flujo calculadas. También creo que el flujo se mantiene unido por el efecto eléctrico porque la notación dice que el ánodo está pulsado. Esta ala tiene un ángulo de ataque bastante grande y, sin el efecto eléctrico, el flujo se separaría. Pero solo quiero que imagines que esto representa un flujo normal sobre un ala. Pero ocurriría en un ángulo de ataque menor.
Ahora, ¿qué sucede cuando obtenemos un flujo separado?
Puede ver una región sobre la parte trasera del ala donde se separa el flujo. En esta región, la presión en esa parte trasera es menor de lo que hubiera sido sin la separación. Esa es una región de flujo recirculante y es una región de baja presión. Esa baja presión es lo que aumenta la resistencia. Está succionando la superficie y tiene un componente al revés y eso es una fuerza de arrastre.
Aquí está la parte complicada. Si esa es una región de baja presión y está succionando en la parte posterior del ala, ¿por qué no aumenta la sustentación? Eso es un poco más difícil de explicar. En esa región, el incremento es mayor. Pero el flujo sobre la parte delantera del ala se ve afectado cuando cambia el flujo sobre la parte trasera.Si compara el flujo sobre la parte frontal del ala en las dos imágenes de arriba, verá que las líneas están más juntas en la primera imagen y más separadas en la segunda imagen. Aquí están uno al lado del otro en la misma escala:
El cuadro rojo que agregué muestra cómo se concentra el flujo en un región más pequeña para el flujo de la izquierda (sin separación de flujo) frente al flujo de la derecha que está estancado. Esto significa que el flujo de la izquierda es más rápido que el de la derecha. Entonces, sobre esa sección superior del ala, hay más succión en el ala izquierda y menos succión en el ala derecha. Es decir, cuando el ala se detiene (a la derecha) el flujo se ralentiza sobre la parte delantera del ala. Eso provoca una gran reducción en la sustentación en la parte delantera y esa reducción supera el aumento de la sustentación en la parte posterior del ala en la región separada. Es por eso que la elevación neta disminuye con la separación de la capa límite.
Armados con ese entendimiento, también podemos predecir que habrá un momento de nariz hacia abajo cuando el flujo se separe. Más elevación en la espalda y menos elevación en la parte delantera inclinarán la nariz hacia abajo. Necesitamos encontrar una trama diferente para comprobarlo.
Aquí tienes una. Copié esto de algún lugar en la web, pero estoy muy seguro de que esta imagen proviene del libro «Theory of Wing Sections», de Abbott y von Doenhoff, así que lo daré como atribución.
A la izquierda, tenemos la conocida curva de elevación y a la derecha tenemos el arrastre polar. Por cierto, observe cómo el polar de arrastre se detiene en la pérdida. No muestra que el arrastre aumente después de ese punto. No sé por qué truncaron los datos de esa manera.
Pero también vemos una gráfica del coeficiente de momento, C\_m. en el mismo gráfico que la curva de elevación. Por convención, definimos un coeficiente de momento nariz hacia arriba como positivo . Vemos que el coeficiente de momento cae rápidamente en ángulos de ataque superiores a unos 15 °, que es donde esta ala se detiene. Eso es exactamente lo que predijimos que sucedería. Ese es un momento de nariz hacia abajo. También sucede en la dirección opuesta en el lado izquierdo del gráfico cuando el ala está boca abajo y se detiene en ese lado.
Bueno, esa fue una respuesta larga y complicada. Me sorprende haber podido encontrar suficiente información en la web para ilustrar todo esto. Realmente no esperaba lograr eso cuando comencé esta respuesta. Pero al final resultó bien.