La relación L/D

La resistencia es una fuerza aerodinámica que actúa paralelamente y en dirección opuesta al flujo de aire relativo. La resistencia se opone al movimiento de la aeronave y puede expresarse en forma de coeficiente como un número independiente de la presión dinámica (velocidad) y del área de la superficie del ala.

La resistencia total es el producto del coeficiente de resistencia, la presión dinámica (velocidad representada por la letra Q) y el área de la superficie del ala (representada por S). El coeficiente de resistencia CD es la relación entre la resistencia por unidad de área de un ala determinada con respecto a la presión dinámica. Si el CD de un ala determinada se representara en una gráfica con respecto al ángulo de ataque alfa, el resultado sería una curva típica, tal como se muestra en la figura de debajo.

En alfa bajos, el CD es también bajo y pequeños cambios de alfa producen pequeños cambios en CD. Sin embargo, en alfa más altos el aumento de CD es exponencial. Más allá de la pérdida o ángulo de ataque crítico en CL max hay un gran aumento en CD.

La eficiencia en la producción de sustentación de un ala determinada se puede medir estudiando la relación entre sustentación y la resistencia de esa ala. Veamos un gráfico con las dos curvas a continuación. La resistencia es la curva en color rojo y la sustentación es la curva de color azul.

Cuando se busca la eficiencia, lo que en realidad queremos es que la división L/D nos del valor más alto posible. Las proporciones de CL y CD se pueden calcular para cualquier ángulo de ataque dado. En el gráfico anterior, se muestra que la relación sustentación/resistencia aumenta hasta un máximo de aproximadamente 4 grados que se conoce como el ángulo de ataque óptimo. Por encima de este ángulo de ataque, la relación de L/D disminuye hasta que se alcanza el CLmax. Ver gráfico a continuación en la curva de color amarillo.

El el valor máximo en relación sustentación/resistencia se llama L/D max y ocurrirá aun ángulo de ataque concreto. Si la volamos nuestro avión en este ángulo de ataque óptimo, estaremos generando la menor resistencia posible para la sustentación que se genera en ese momento. Cualquier ángulo de ataque mayor o menor que el requerido para L/D max reducirá la relación sustentación/resistencia y, por lo tanto, aumentará la resistencia. Si el peso de una aeronave cambia, aún será posible alcanzar L/D max en el mismo ángulo de ataque que antes, pero un cambio en el peso requiere un cambio en la velocidad indicada (IAS) para poder mantener el mismo ángulo de ataque con el nuevo peso.

Cuanto menor sea el peso de la aeronave, menor deberá ser la IAS requerida para poder mantener el ángulo de ataque en el L/D max y viceversa. Los cambios de peso en una configuración dada (flaps, tren, etc) o la contaminación del fuselaje o a velocidades inferiores al punto Mach 4 no cambiarán la relación L/D max. 

El tipo de misión o tarea para el que está diseñada una aeronave dicta el rango de relaciones sustentación/resistencia en el que se moverá el punto L/D max, por ejemplo, un avión de vuelo a vela o un planeador de alto rendimiento tendrá un L/D max entre 25 y 60, mientras que un avión comercial de pasajeros lo situará entre 12 y 20. Para un avión entrenador monomotor a pistón, esta relación podría ser de 10 a 15. 

Resumiendo: 

• el valor L/D estará en su punto máximo a un ángulo de ataque específico conocido como el ángulo de ataque óptimo, generalmente es alrededor de unos cuatro grados. 
• A cualquier otro ángulo de ataque tendremos una resistencia mayor con la sustentación generada en ese momento. 
• Los cambios de peso en una configuración dada (flaps, tren, etc) o la contaminación del fuselaje o a velocidades inferiores al punto Mach 4 no cambiarán la relación L/D max.