Angulo de ataque

En dinámica de fluidos , el ángulo de ataque ( AOA , α o ) es el ángulo entre una línea de referencia en un cuerpo (a menudo la línea de cuerda de un perfil aerodinámico ) y el vector que representa el movimiento relativo entre el cuerpo y el fluido a través del cual se mueve. ^[1] El ángulo de ataque es el ángulo entre la línea de referencia del cuerpo y el flujo que se aproxima. Este artículo se centra en la aplicación más común, el ángulo de ataque de un ala o perfil aerodinámico que se mueve a través del aire.${\estilo de visualización \alpha}$

En aerodinámica , el ángulo de ataque especifica el ángulo entre la línea de cuerda del ala de una aeronave de ala fija y el vector que representa el movimiento relativo entre la aeronave 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, se elige la línea de cuerda de la raíz del ala como línea de referencia. Otra opción es utilizar una línea horizontal en el fuselaje como línea de referencia (y también como eje longitudinal). ^[2] Algunos autores ^{[3] [4]} no utilizan una línea de cuerda arbitraria, sino que utilizan 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. ^[5] Sin embargo, esto puede generar confusión con el término ángulo de incidencia de los aparejadores, que significa el ángulo entre la cuerda de un perfil aerodinámico y algún dato fijo en el avión. ^[6]

El coeficiente de sustentación de un avión de ala fija varía con el ángulo de ataque. El aumento del ángulo de ataque se asocia con un aumento del coeficiente de sustentación hasta el máximo, después del cual el coeficiente de sustentación disminuye. ^[7]

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 para un ala recta combada . Los perfiles aerodinámicos combados están curvados de tal manera que generan algo de sustentación en pequeños ángulos de ataque negativos. 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 su 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.

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 el ángulo de ataque aumenta, el aire comienza a fluir menos suavemente sobre la superficie superior del perfil aerodinámico y comienza a separarse de la superficie superior. En la mayoría de las formas de perfil aerodinámico, 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 ala está produciendo su coeficiente de sustentación máximo. A medida que aumenta aún más el ángulo de ataque, el flujo de la superficie superior se separa más completamente y el coeficiente de sustentación se reduce aún más. ^[7]

Por encima de este ángulo crítico de ataque, se dice que el avión está en pérdida. Por definición, un avión de ala fija está en pérdida en el ángulo crítico de ataque o por encima de él, en lugar de en una velocidad aerodinámica determinada o por debajo de ella . La velocidad aerodinámica a la que el avión entra en pérdida varía con el peso del avión, el factor de carga , el centro de gravedad del avión y otros factores. Sin embargo, el avión normalmente entra en pérdida en el mismo ángulo crítico de ataque, a menos que prevalezcan condiciones de formación de hielo . El ángulo crítico de ataque o de pérdida suele rondar los 15° - 18° para muchos perfiles aerodinámicos.

Algunas aeronaves están equipadas con un ordenador de vuelo integrado que impide automáticamente que la aeronave aumente aún más el ángulo de ataque cuando se alcanza el ángulo de ataque máximo, independientemente de la acción del piloto. Esto se denomina «limitador del ángulo de ataque» o «limitador alfa». Los aviones de pasajeros modernos que cuentan con tecnología fly-by-wire evitan el ángulo de ataque crítico mediante software en los sistemas informáticos que controlan las superficies de control de vuelo. ^[8]

En operaciones de despegue y aterrizaje desde pistas cortas ( STOL ), como las operaciones de portaaviones navales y los vuelos STOL fuera de pista, 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 sustentación del ala (POWL, o reserva de sustentación) 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 pilotos utilizan los indicadores de ángulo de ataque para obtener el máximo rendimiento durante estas maniobras, ya que la información de la velocidad aerodinámica solo está relacionada indirectamente con el comportamiento de pérdida.

Algunos aviones militares son capaces de lograr un vuelo controlado en ángulos de ataque muy altos, pero a costa de una enorme resistencia inducida . Esto proporciona al avión una gran agilidad. Un ejemplo famoso es el Cobra de Pugachev . Aunque el avión experimenta altos ángulos de ataque durante toda la maniobra, el avión no es capaz ni de control direccional aerodinámico ni de mantener el vuelo nivelado hasta que finaliza la maniobra. El Cobra es un ejemplo de supermaniobra ^{[9] [10]} ya que las alas del avión están mucho más allá del ángulo crítico de ataque durante la mayor parte de la maniobra.

Las superficies aerodinámicas adicionales conocidas como "dispositivos de alta sustentación", que incluyen extensiones de raíz de ala en el borde de ataque, permiten a los aviones de combate un alfa "verdadero" de vuelo mucho mayor, hasta más de 45°, en comparación con los 20° de los aviones sin estos dispositivos. Esto puede ser útil a grandes altitudes, donde incluso una maniobra leve puede requerir ángulos de ataque altos debido a la baja densidad del aire en la atmósfera superior, así como a baja velocidad y a baja altitud, donde el margen entre el AoA de vuelo nivelado y el AoA de pérdida es reducido. La alta capacidad de AoA del avión proporciona un amortiguador para el piloto que hace que la pérdida del avión (que ocurre cuando se excede el AoA crítico) sea más difícil. Sin embargo, los aviones militares generalmente no obtienen un alfa tan alto en combate, ya que priva al avión de velocidad muy rápidamente debido a la resistencia inducida y, en casos extremos, al aumento del área frontal y la resistencia parásita. Estas maniobras no solo ralentizan el avión, sino que 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. ^{[ cita requerida ]}

En la navegación a vela , los principios físicos implicados son los mismos que en los aviones: una vela es un perfil aerodinámico. ^[11] El ángulo de ataque de una vela es el ángulo entre la línea de cuerda de la vela y la dirección del viento relativo.

• Boom de datos aéreos , mide el ángulo de ataque
• Relación de avance
• Ejes principales de la aeronave
• Ángulo de deslizamiento lateral
• Principio de Bernoulli
• Ecuación de arrastre
• Efecto Küssner
• Elevación (fuerza)

• Lawford, JA y Nippress, KR; Calibración de sistemas de datos aéreos y sensores de dirección de flujo (OTAN) Grupo asesor para la investigación y el desarrollo aeroespacial, AGARDograph No. 300 Vol. 1 (AGARD AG-300 Vol. 1); "Calibración de sistemas de datos aéreos y sensores de dirección de flujo"; Aeroplane and Armament Experimental Establishment, Boscombe Down, Salisbury, Wilts SP4 OJF, Reino Unido
• Informe de la USAF y la OTAN RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1 (2001).