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 encuentra. Moviente. [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 en el aire.
En aerodinámica , ángulo de ataque especifica el ángulo entre la línea de cuerda del ala de un avión de ala fija y el vector que representa el movimiento relativo entre el avión 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 como línea de referencia la línea de cuerda de la raíz del ala . 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 llevar a confusión con el término ángulo de incidencia de los aparejadores, que significa el ángulo entre la cuerda de un perfil aerodinámico y algún punto de referencia fijo en el avión. [6]
El coeficiente de sustentación de un avión de ala fija varía según el ángulo de ataque. El aumento del ángulo de ataque está asociado con un aumento del coeficiente de sustentación hasta el coeficiente de sustentación 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 desde 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 de un ala recta curvada . Los perfiles aerodinámicos curvados están curvados de 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 la sección del perfil aerodinámico 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 llama " 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 aumenta el ángulo de ataque, el aire comienza a fluir con menos suavidad sobre la superficie superior del perfil aerodinámico y comienza a separarse de la superficie superior. En la mayoría de las formas de perfiles aerodinámicos, 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 el ala produce su coeficiente de sustentación máximo. A medida que el ángulo de ataque aumenta aún más, 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 de ataque crítico, se dice que el avión está en pérdida. Un avión de ala fija, por definición, se detiene en o por encima del ángulo crítico de ataque en lugar de en o por debajo de una velocidad aerodinámica particular . La velocidad a la que el avión entra en pérdida varía según el peso del avión, el factor de carga , el centro de gravedad del avión y otros factores. Sin embargo, el avión siempre entra en pérdida en el mismo ángulo crítico de ataque. El ángulo de ataque crítico o de pérdida suele ser de entre 15° y 18° para muchos perfiles aerodinámicos.
Algunas aeronaves están equipadas con una computadora de vuelo incorporada que evita automáticamente que la aeronave aumente más el ángulo de ataque cuando se alcanza un ángulo de ataque máximo, independientemente de la intervención del piloto. Esto se denomina "limitador de ángulo de ataque" o "limitador alfa". Los aviones modernos que cuentan con tecnología fly-by-wire evitan el ángulo crítico de ataque mediante software en los sistemas informáticos que gobiernan las superficies de control de vuelo. [8]
En operaciones de despegue y aterrizaje desde pistas cortas ( STOL ), como operaciones de portaaviones navales y vuelos STOL fuera de pista, los aviones pueden estar equipados con indicadores de ángulo de ataque o de reserva de elevación . Estos indicadores miden directamente el ángulo de ataque (AOA) o el potencial de sustentación del ala (POWL, o Lift Reserve) 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 de ataque crítico 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 aérea sólo está indirectamente relacionada con el comportamiento de pérdida.
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Algunos aviones militares son capaces de lograr un vuelo controlado con ángulos de ataque muy altos, pero a costa de una resistencia inducida masiva . Esto proporciona al avión una gran agilidad. Un ejemplo famoso es la Cobra de Pugachev . Aunque la aeronave experimenta altos ángulos de ataque durante toda la maniobra, la aeronave no es capaz de controlar la dirección aerodinámica ni de mantener un 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 de ataque crítico durante la mayor parte de la maniobra.
Superficies aerodinámicas adicionales conocidas como "dispositivos de gran elevación", incluidas las 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 aproximadamente 20° de los aviones sin estos dispositivos. Esto puede ser útil en altitudes elevadas, donde incluso maniobras ligeras pueden requerir ángulos de ataque elevados debido a la baja densidad del aire en la atmósfera superior, así como a baja velocidad a baja altitud, donde se reduce el margen entre el AoA de vuelo nivelado y el AoA de pérdida. La alta capacidad de AoA del avión proporciona un amortiguador para el piloto que hace que la entrada en 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 le quita velocidad al avión muy rápidamente debido a la resistencia inducida y, en casos extremos, al aumento del área frontal y la resistencia parásita. Estas maniobras no sólo ralentizan el avión, sino que también provocan 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 necesaria ]
En la navegación , 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.
