La importancia del ángulo de ataque II

Siguiendo con el tema que introdujimos en el primer post, hoy vamos a ver la medición y algunos efectos y consecuencias del ángulo de ataque. 

La sustentación del ala es consecuencia de los efectos del aire cuando interactúa con esta. Como se puede ver en la ilustración el aire que pasa por la parte superior e inferior del ala se divide, no siendo cierta la teoría popular que predica que las partículas de aire que recorren más distancia en el extradós llegan al mismo tiempo que las que lo hacen por el intradós. La realidad experimental en los túneles de viento nos dice que pasados 70 mili segundos en el ejemplo, las partículas que pasan por encima ya han abandonado el perfil, mientras que las que pasan por debajo todavía no lo han hecho. 

El ángulos de ataque se define como el ángulo que forma la línea de cuerda media de una ala con el viento relativo o vector del vuelo (flight path vector). 

El flujo de aire hacia arriba que se produce en los puntos de remanso del borde de ataque y los que se generan hacia abajo en el borde de salida, entre otros muchos factores, determina el verdadero AoA del ala. 

En la imagen que sigue se puede ver el efecto del ángulo de ataque en una corriente de aire. Cuando no existe ángulo de ataque la sustentación es nula o mínima. Al incrementar el ángulo a 5º se obtiene sustentación. Si aumentamos al doble 10º obtendremos mucha más sustentación- Todo tiene un límite. El límite del AoA es la pérdida. Obtener una indicación de este parámetro es fundamental para que un piloto pueda prevenirla.

Pero en las cabinas de vuelo de la mayoría de los reactores este valor se mide de forma indirecta. Ello es así debido a que los sensores para el AoA se suelen montar en el morro del avión o en la parte delantera del fuselaje y no en el ala.

La autoridad de aviación civil norteamericana FAA (simplificando mucho) suele decir: "el AoA es el mejor parámetro para detectar y prevenir la pérdida". Ello es debido un avión entrará siempre en pérdida al mismo AoA con una configuración determinada. Esta afirmación en realidad no es del todo correcta. En puridad, el ángulo de ataque de la pérdida, también varía con el número de Mach local sobre el ala (ver gráfico).  El AoA de la pérdida durante el vuelo de crucero a gran altitud puede llegar a ser de unos 6 ó 7 grados menos que al nivel del mar debido al flujo de Mach local sobre el ala. A bordo del AF447, la BEA observó que la diferencia entre el AoA en crucero normal en Mach 0.82 y la advertencia de la pérdida fue de alrededor de 1.5 grados en nivel de vuelo 350.

En realidad la cantidad de sustentación disponible está en función del AoA (relativo al Coefficient of Lift), Número de Mach local sobre el ala, densidad del aire y superficie completa o área del ala. Manteniendo todos los demás parámetros constantes y asumiendo la normalización de la configuración y los parámetros del aire, el AoA es una medida directa de la cantidad de sustentación disponible en cada momento. A la vez, el AoA es una medida del margen que nos queda hasta que se produzca una pérdida. Además de esto, la indicación del AoA puede responder más rápidamente que el indicador de velocidad a los efectos que producen los controles de vuelo y potencia. Un instrumento que muestre el AoA puede también responder más rápidamente a otras variables que afecten a las características aerodinámicas, como por ejemplo el efecto de los dispositivos hipersustentadores o aerofrenos.

Los indicadores de AoA de tres colores

Desde hace ya mucho tiempo que existen los indicadores de ángulo de ataque. La Marina de los Estados Unidos los montaba ya en muchos de sus cazas sobre el panel de instrumentos o cerca del HUD. Estos indicadores, llamados a veces “indexers” son los que ayudan al piloto de los F-18, por ejemplo, en el apontaje. El famoso mantra que siguen los aviadores navales (a ellos no les gusta el nombre de piloto), es conocido por muchos aficionados. El famoso "meatball" ayuda al apontaje de forma visual, basándose en las propiedades de las lentes fresnel y un sistema de autoestabilización. "Line-up" (alineado correctamente con la pista), y por supuesto AoA. Desde que los cadetes comienzan a estudiar en la academia de vuelo de la Marina se les mete esto en la cabeza.

Debajo se puede ver un apontaje nocturno y se aprecia el indicador de AoA a la izquierda del HUD.

Para los curiosos que quieran saber como se hace la indicación de la senda de planeo desde un buque, debajo de la foto se pueden ver los documentales que explican como funciona la llamada meatball o lente Fresnel de la marina (en inglés con subtítulos  en inglés)

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https://greatbustardsflight.blogspot.com/2017/12/la-envolvente-de-vuelo.html

https://greatbustardsflight.blogspot.com/2015/04/el-angulo-de-ataque-y-la-perdida.html

https://greatbustardsflight.blogspot.com/2017/09/la-importancia-del-angulo-de-ataque-iii.html

https://greatbustardsflight.blogspot.com/2018/11/variando-la-sustentacion-con-el.html