Generador de vórtice
Un generador de vórtices (VG) es un dispositivo aerodinámico que consiste en una pequeña paleta generalmente unida a una superficie de sustentación (o perfil aerodinámico, como el ala de un avión) o una pala de rotor de una turbina eólica. Los VG también se pueden unir a alguna parte de un vehículo aerodinámico, como el fuselaje de un avión o un automóvil. Cuando el perfil aerodinámico o el cuerpo están en movimiento en relación con el aire, el VG crea un vórtice que, al eliminar una parte de la capa límite de movimiento lento en contacto con la superficie del perfil aerodinámico, retrasa la separación del flujo local y el estancamiento aerodinámico, mejorando así la efectividad de las alas y las superficies de control, como flaps, elevadores, alerones y timones.
Método de operación
Los generadores de vórtice se utilizan con mayor frecuencia para retrasar la separación del flujo. Para lograr esto, a menudo se colocan en las superficies externas de los vehículos y las palas de las turbinas eólicas. Tanto en las palas de las aeronaves como en las de las turbinas eólicas, generalmente se instalan bastante cerca del borde de ataque del perfil aerodinámico para mantener un flujo de aire constante sobre las superficies de control en el borde de salida. Los VG son típicamente rectangulares o triangulares, aproximadamente tan altos como la capa límite local, y se extienden en líneas longitudinales, generalmente cerca de la parte más gruesa del ala. Se pueden ver en las alas y colas verticales de muchos aviones.
Los generadores de vórtice se colocan de manera oblicua para que tengan un ángulo de ataque con respecto al flujo de aire local para crear un vórtice de punta que atrae aire exterior enérgico y que se mueve rápidamente hacia la capa límite de movimiento lento en contacto con la superficie. Es menos probable que se separe una capa límite turbulenta que una laminar y, por lo tanto, es deseable garantizar la eficacia de las superficies de control del borde de salida. Los generadores de vórtice se utilizan para desencadenar esta transición. Otros dispositivos, como los vórtilones, las extensiones de borde de ataque y los manguitos de borde de ataque, también retrasan la separación del flujo en ángulos de ataque elevados al reactivar la capa límite.
Ejemplos de aeronaves que usan VG incluyen ST Aerospace A-4SU Super Skyhawk y Symphony SA-160. Para los diseños transónicos de ala en flecha, los VG alivian los posibles problemas de bloqueo por impacto (por ejemplo, Harrier, Blackburn Buccaneer, Gloster Javelin).
Instalación posventa
Muchos aviones llevan generadores de vórtices de paletas desde el momento de la fabricación, pero también hay proveedores del mercado de repuestos que venden kits VG para mejorar el rendimiento STOL de algunos aviones ligeros. Los proveedores del mercado de accesorios afirman (i) que los VG reducen la velocidad de pérdida y las velocidades de despegue y aterrizaje, y (ii) que los VG aumentan la efectividad de los alerones, los elevadores y los timones, mejorando así la capacidad de control y la seguridad a bajas velocidades. Para los kitplanes experimentales y de fabricación casera, los VG son baratos, rentables y se pueden instalar rápidamente; pero para las instalaciones de aeronaves certificadas, los costos de certificación pueden ser altos, lo que hace que la modificación sea un proceso relativamente costoso.
Los propietarios instalan VG del mercado de accesorios principalmente para obtener beneficios a bajas velocidades, pero una desventaja es que tales VG pueden reducir ligeramente la velocidad de crucero. En las pruebas realizadas en un Cessna 182 y un Piper PA-28-235 Cherokee, revisores independientes han documentado una pérdida de velocidad de crucero de 1,5 a 2,0 nudos (2,8 a 3,7 km/h). Sin embargo, estas pérdidas son relativamente menores, ya que el ala de un avión a alta velocidad tiene un ángulo de ataque pequeño, lo que reduce al mínimo la resistencia del VG.
Los propietarios informaron que en tierra, puede ser más difícil quitar la nieve y el hielo de las superficies de las alas con VG que con un ala suave, pero los VG generalmente no son propensos a la formación de hielo en vuelo, ya que residen dentro de la capa límite del flujo de aire. Los VG también pueden tener bordes afilados que pueden rasgar la tela de las cubiertas del fuselaje y, por lo tanto, pueden requerir la fabricación de cubiertas especiales.
Para los aviones bimotores, los fabricantes afirman que los VG reducen la velocidad de control de un solo motor (Vmca), aumentan el consumo de combustible cero y el peso bruto, mejoran la eficacia de los alerones y el timón, proporcionan una conducción más suave en turbulencia y hacen que el avión sea más plataforma de instrumentos estable.
Aumento del peso máximo al despegue
Algunos kits de VG disponibles para aviones ligeros bimotor pueden permitir un aumento en el peso máximo de despegue. El peso máximo de despegue de un avión bimotor está determinado por los requisitos estructurales y los requisitos de rendimiento de ascenso de un solo motor (que son más bajos para una velocidad de pérdida más baja). Para muchos aviones bimotores ligeros, los requisitos de rendimiento de ascenso de un solo motor determinan un peso máximo más bajo que los requisitos estructurales. En consecuencia, cualquier cosa que se pueda hacer para mejorar el rendimiento de ascenso con un solo motor inoperativo provocará un aumento en el peso máximo de despegue.
En los EE. UU. desde 1945 hasta 1991, el requisito de ascenso con un motor inoperativo para aviones multimotor con un peso máximo de despegue de 6000 lb (2700 kg) o menos era el siguiente:
Todos los aviones multimotores tienen una velocidad de estancamiento Vs0{displaystyle V_{s0} más de 70 millas por hora tendrá una tasa constante de subida de al menos 0,02()Vs0)2{displaystyle 0,02(V_{s0} {2} en pies por minuto a una altitud de 5.000 pies con el motor crítico inoperante y los motores restantes que operan a no más que la potencia continua máxima, la hélice inoperante en la posición de arrastre mínima, aterrizando engranajes retractados, aletas de ala en la posición más favorable...
Donde Vs0{displaystyle V_{s0} es la velocidad de estantería en la configuración de aterrizaje en millas por hora.
La instalación de generadores de vórtice generalmente puede provocar una ligera reducción en la velocidad de pérdida de un avión y, por lo tanto, reducir el rendimiento de ascenso requerido con un motor inoperativo. El requisito reducido para el rendimiento de ascenso permite un aumento en el peso máximo de despegue, al menos hasta el peso máximo permitido por los requisitos estructurales. Por lo general, se puede lograr un aumento en el peso máximo permitido por los requisitos estructurales especificando un peso máximo de combustible cero o, si ya se especifica un peso máximo de combustible cero como una de las limitaciones del avión, especificando un nuevo peso máximo de combustible cero más alto. peso. Por estas razones, los kits generadores de vórtices para muchos aviones ligeros bimotor van acompañados de una reducción del peso máximo de combustible cero y un aumento del peso máximo de despegue.
El requisito de velocidad de ascenso con un motor inoperativo no se aplica a los aviones de un solo motor, por lo que las ganancias en el peso máximo de despegue (basado en la velocidad de pérdida o en consideraciones estructurales) son menos significativas en comparación con las de 1945-1991 mellizos.
Después de 1991, los requisitos de certificación de aeronavegabilidad en los EE. UU. especifican el requisito de ascenso con un motor inoperativo como un gradiente independiente de la velocidad de pérdida, por lo que hay menos oportunidades para que los generadores de vórtices aumenten el peso máximo de despegue de los aviones multimotor cuyo la base de certificación es FAR 23 en la enmienda 23-42 o posterior.
Peso máximo de aterrizaje
Debido a que los pesos de aterrizaje de la mayoría de los aviones ligeros están determinados por consideraciones estructurales y no por la velocidad de pérdida, la mayoría de los kits VG aumentan solo el peso de despegue y no el peso de aterrizaje. Cualquier aumento en el peso de aterrizaje requeriría modificaciones estructurales o volver a probar la aeronave con el peso de aterrizaje más alto para demostrar que aún se cumplen los requisitos de certificación. Sin embargo, después de un vuelo prolongado, es posible que se haya utilizado suficiente combustible, por lo que la aeronave vuelve a estar por debajo del peso máximo de aterrizaje permitido.
Reducción de ruido de aeronaves
Se han utilizado generadores de vórtice en la parte inferior del ala de los aviones de la familia Airbus A320 para reducir el ruido generado por el flujo de aire sobre las ventilaciones circulares de ecualización de presión para los tanques de combustible. Lufthansa afirma que se puede lograr una reducción del ruido de hasta 2 dB.
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