Un generador de vórtice ( VG ) es un dispositivo aerodinámico , que consiste en una pequeña paleta generalmente unida a una superficie de elevación (o perfil aerodinámico , como el ala de un avión ) [1] o a una pala del rotor de una turbina eólica . [2] Los VG también pueden acoplarse a alguna parte de un vehículo aerodinámico, como el fuselaje de un avión o un automóvil. Cuando el perfil aerodinámico o el cuerpo está en movimiento con respecto al aire, el VG crea un vórtice , [1] [3] que, al eliminar parte de la capa límite de movimiento lento en contacto con la superficie del perfil aerodinámico, retrasa la separación del flujo local. y pérdida aerodinámica , mejorando así la eficacia de las alas y las superficies de control , como flaps , elevadores , alerones y timones . [3]
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 vehículos [4] y palas de turbinas eólicas. Tanto en las palas de los aviones 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. [3] Los VG son típicamente rectangulares o triangulares, aproximadamente tan altos como la capa límite local , y se extienden en líneas transversales generalmente cerca de la parte más gruesa del ala. [1] Se pueden ver en las alas y colas verticales de muchos aviones de pasajeros .
Los generadores de vórtice se colocan oblicuamente para que tengan un ángulo de ataque con respecto al flujo de aire local [1] para crear un vórtice en la 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 una capa límite turbulenta se separe que una laminar y, por lo tanto, es deseable para garantizar la eficacia de las superficies de control del borde de salida. Para desencadenar esta transición se utilizan generadores de vórtices. Otros dispositivos, como vortilons , extensiones de borde de ataque y manguitos de borde de ataque , [5] también retrasan la separación del flujo en ángulos de ataque altos al reactivar la capa límite. [1] [3]
Ejemplos de aviones que utilizan VG incluyen el ST Aerospace A-4SU Super Skyhawk y el Symphony SA-160 . Para los diseños transónicos de ala en flecha, los VG alivian posibles problemas de pérdida por impacto (p. ej., Harrier , Blackburn Buccaneer , Gloster Javelin ).
Muchos aviones llevan generadores de vórtice de paletas desde el momento de su fabricación, pero también hay proveedores de posventa que venden kits de VG para mejorar el rendimiento STOL de algunos aviones ligeros. [6] Los proveedores del mercado de repuestos afirman (i) que los VG reducen la velocidad de pérdida y reducen las velocidades de despegue y aterrizaje, y (ii) que los VG aumentan la eficacia de los alerones, elevadores y timones, mejorando así la controlabilidad y la seguridad a bajas velocidades. [7] 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. [6] [8]
Los propietarios instalan VG no originales principalmente para obtener beneficios a bajas velocidades, pero una desventaja es que dichos VG pueden reducir ligeramente la velocidad de crucero. En 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, reduciendo así la resistencia del VG al mínimo. [8] [9] [10]
Los propietarios han informado que, en tierra, puede ser más difícil limpiar la nieve y el hielo de las superficies de las alas con VG que con un ala lisa, 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 de las aeronaves y, por lo tanto, pueden requerir la fabricación de cubiertas especiales. [8] [9] [10]
Para los aviones bimotores, los fabricantes afirman que los VG reducen la velocidad de control de un solo motor ( Vmca ), aumentan el combustible cero y el peso bruto, mejoran la eficacia de los alerones y el timón, proporcionan una conducción más suave en turbulencias y hacen del avión una plataforma de instrumentos más estable. . [6]
Algunos kits VG disponibles para aviones bimotores ligeros pueden permitir un aumento en el peso máximo de despegue . [6] El peso máximo de despegue de un avión bimotor está determinado por los requisitos estructurales y los requisitos de desempeño de ascenso de un solo motor (que son menores 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 en lugar de los requisitos estructurales. En consecuencia, cualquier cosa que se pueda hacer para mejorar el rendimiento de ascenso con un solo motor inactivo provocará un aumento en el peso máximo de despegue. [8]
En los EE. UU., desde 1945 [11] hasta 1991, [12] el requisito de ascenso con un motor inoperativo para aviones multimotor con un peso máximo de despegue de 6.000 lb (2.700 kg) o menos era el siguiente:
Todos los aviones multimotor que tengan una velocidad de pérdida superior a 70 millas por hora deberán tener una velocidad de ascenso constante de al menos pies por minuto a una altitud de 5000 pies con el motor crítico inoperativo y los motores restantes funcionando a no más del máximo. potencia continua, la hélice inoperativa en posición de mínima resistencia, tren de aterrizaje retraído, flaps en la posición más favorable…
¿Dónde está la velocidad de pérdida en la configuración de aterrizaje en millas por hora?
La instalación de generadores de vórtice normalmente puede provocar una ligera reducción en la velocidad de pérdida de un avión [4] y, por lo tanto, reducir el rendimiento de ascenso requerido con un motor inoperativo. El requisito reducido de rendimiento de ascenso permite un aumento en el peso máximo de despegue, al menos hasta el peso máximo permitido por los requisitos estructurales. [8] Generalmente se puede lograr un aumento en el peso máximo permitido por los requisitos estructurales especificando un peso máximo de combustible cero o, si un peso máximo de combustible cero ya está especificado como una de las limitaciones del avión, especificando un nuevo peso máximo de combustible cero más alto. . [8] Por estas razones, los kits de generadores de vórtice para muchos aviones bimotores ligeros van acompañados de una reducción del peso máximo sin combustible y un aumento del peso máximo de despegue. [8]
El requisito de velocidad de ascenso con un motor inoperativo no se aplica a los aviones monomotor, por lo que las ganancias en el peso máximo de despegue (basado en la velocidad de pérdida o consideraciones estructurales) son menos significativas en comparación con las de los gemelos de 1945-1991.
Después de 1991, los requisitos de certificación de aeronavegabilidad en EE.UU. especifican el requisito de ascenso con un motor inoperativo como una pendiente independiente de la velocidad de pérdida, por lo que hay menos oportunidades para que los generadores de vórtice aumenten el peso máximo de despegue de los aviones multimotor cuya base de certificación es FAR 23 en la enmienda 23-42 o posterior. [12]
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 solo aumentan 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. [8] Sin embargo, después de un vuelo prolongado, es posible que se haya consumido suficiente combustible, lo que hizo que el avión volviera a estar por debajo del peso máximo permitido para el aterrizaje.
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 a través de las rejillas circulares de ecualización de presión de los tanques de combustible. Lufthansa afirma que así se puede conseguir una reducción del ruido de hasta 2 dB. [13]
