¿Por qué una disminución en la relación de grosor del ala aumenta el peso del ala?

Answer 1

Bueno, en sí mismo, hacer que tu ala sea más delgada no aumenta su masa, por supuesto. Sin embargo, terminas con un ala más pesada, si quieres que cumpla con las mismas restricciones de diseño que un ala con una superficie de sustentación más gruesa, por ejemplo, la fuerza g máxima sostenible (factor de carga).

Ahora, no soy exactamente un ingeniero estructural o aerodinámico, por lo que podría equivocarme en los detalles. La esencia de esto, sin embargo, es que un ala compuesta de una superficie aerodinámica más delgada tiene mucha menos resistencia a ser torcida y doblada a lo largo de la envergadura por las fuerzas aerodinámicas. Además de las preocupaciones obvias sobre la integridad estructural, incluso cuando esto no cree un riesgo para la seguridad del vuelo, puede causar efectos aerodinámicos adversos como la inversión del alerón, o su ala podría simplemente apartarse de los parámetros calculados de elevación y arrastre debido a su forma distorsionada.

Para evitar que suceda, se ve obligado a usar más soportes estructurales (en comparación con un ala más gruesa) o una lámina más gruesa / más densa para la piel de su ala. Y así es como terminas con un ala más pesada.

Answer 2

En primer lugar, creo que debemos tener en cuenta que la disminución de la relación de espesor no siempre conduce al aumento de peso. Sí, hay una tendencia, pero eso no es una certeza. Muchas variables están involucradas en la consideración del diseño y la iteración de tal manera que se obtiene ese valor de peso.

Las 2 respuestas anteriores que he leído han cubierto la respuesta principal, pero creo que hay un punto que no se ha declarado explícitamente y que potencialmente puede causar un malentendido:

El solo hecho de aumentar la masa / peso de la estructura de una aeronave no siempre conduce a su diseño óptimo de integridad estructural.

Sí, hay una tendencia, pero esa no es la mejor manera. Hay al menos como sé 2 variables clave que contribuyen a la integridad. Simplemente se denominan rigidez a la flexión-torsión y resistencia al pandeo.

Durante el vuelo, especialmente el vuelo extremadamente maniobrado, los aviones pueden ganar una gran multitud de carga G. Los aviones de combate, incluso en algún tipo, tienen que soportar más de 9 cargas G (9 veces su carga de vuelo nivelada). Para acomodar esta carga, teniendo la restricción de la forma del ala que tiene que ser súper delgada (por razones de eficiencia aerodinámica supersónica), intuitivamente agregaremos masa al ala (es decir, agregando el grosor de la piel ), ¿verdad? Pero en cambio, al ingeniero se le ocurre la idea de agregar larguero / larguero para endurecer el panel de la piel (al lado de las costillas). Mediante este método, de tal forma de algoritmo de optimización, podemos reducir la cantidad de masa añadida, y aún así podemos mantener su rigidez de flexión-torsión igual al método anterior.

Y también, si imagina el ala durante una maniobra de alta carga, las fuerzas de elevación comprimirán la parte superior del ala. El hecho interesante de la adición de refuerzo es que no solo podemos mantener la adición de masa a su valor mínimo, sino que también podemos aumentar la resistencia al pandeo (específicamente la resistencia al pandeo local) del ala.

A-340-500 pandeo del ala

ejemplo para fallas estructurales de aeronaves comerciales causadas por el pandeo del panel de piel rígido.

Answer 3

El aumento en el peso no se debe al ala en sí, ya que debería ser más ligero dado el volumen más bajo. Pero recuerde que tiene el propósito de soportar el peso de todo el avión. El grosor más bajo significa menos espacio para los mástiles de envergadura y, por lo tanto, debe colocar más mástiles para soportar el peso del avión.

En resumen, el ala se vuelve menos eficiente estructuralmente, lo que requiere más masa para mantener su resistencia.