Un generador de vórtices ( VG ) es un dispositivo aerodinámico , que consiste en una pequeña paleta generalmente unida a una superficie sustentadora (o perfil aerodinámico , como el ala de un avión ) [1] o una pala de rotor de una turbina eólica . [2] Los VG también pueden estar unidos 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 en relación con el aire, el VG crea un vórtice , [1] [3] que, al eliminar alguna 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 eficacia de las alas y las superficies de control , como los flaps , los elevadores , los alerones y los timones . [3]
Los generadores de vórtices 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 [4] y las palas de las turbinas eólicas. Tanto en aviones como en palas de 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 corren en líneas a lo largo de la envergadura generalmente cerca de la parte más gruesa del ala. [1] Se pueden ver en las alas y las colas verticales de muchos aviones de pasajeros .
Los generadores de vórtices se colocan oblicuamente de modo 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 de rápido movimiento hacia la capa límite de movimiento lento en contacto con la superficie. Una capa límite turbulenta tiene menos probabilidades de separarse que una laminar y, por lo tanto, es deseable para garantizar la eficacia de las superficies de control del borde de salida. Los generadores de vórtices se utilizan para desencadenar esta transición. Otros dispositivos como los vortilones , las extensiones del borde de ataque y los manguitos del borde de ataque [5] también retrasan la separación del flujo en ángulos de ataque altos al volver a energizar la capa límite. [1] [3]
Entre los aviones que utilizan guías de vuelo se incluyen el ST Aerospace A-4SU Super Skyhawk y el Symphony SA-160 . En el caso de los diseños transónicos de ala en flecha, las guías de vuelo alivian los posibles problemas de pérdida de sustentación (p. ej., Harrier , Blackburn Buccaneer y Gloster Javelin ).
Muchos aviones llevan generadores de vórtices de paletas desde el momento de la fabricación, pero también hay proveedores de posventa que venden kits de VG para mejorar el rendimiento STOL de algunos aviones ligeros. [6] Los proveedores de posventa 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 capacidad de control y la seguridad a bajas velocidades. [7] Para los aviones de kit construidos en casa y experimentales , 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 caro. [6] [8]
Los propietarios instalan VG de repuesto 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, lo que reduce la resistencia del VG al mínimo. [8] [9] [10]
Los propietarios han informado de que, en tierra, puede resultar más difícil limpiar la nieve y el hielo de las superficies de las alas con VG que de un ala lisa, pero las VG no suelen ser propensas a la formación de hielo durante el vuelo, ya que se encuentran dentro de la capa límite del flujo de aire. Las 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. [8] [9] [10]
En el caso de los aviones bimotores, los fabricantes afirman que los VG reducen la velocidad de control del motor único ( Vmca ), aumentan el combustible cero y el peso bruto, mejoran la eficacia de los alerones y el timón, proporcionan un vuelo 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 del peso máximo de despegue . [6] El peso máximo de despegue de un avión bimotor está determinado por los requisitos estructurales y los requisitos de rendimiento de ascenso con un solo motor (que son inferiores para una velocidad de pérdida menor). Para muchos aviones bimotores ligeros, los requisitos de rendimiento de ascenso con un solo motor determinan un peso máximo menor en lugar de 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 del 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 6000 lb (2700 kg) o menos fue el siguiente:
Todos los aviones multimotor que tengan una velocidad de pérdida mayor a 70 millas por hora deberán tener una velocidad de ascenso constante de al menos en pies por minuto a una altitud de 5,000 pies con el motor crítico inoperativo y los motores restantes operando a no más de la potencia continua máxima, la hélice inoperativa en la posición de mínima resistencia, el tren de aterrizaje retraído, los flaps de las alas 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 vórtices puede producir una ligera reducción de 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 del peso máximo de despegue, al menos hasta el peso máximo permitido por los requisitos estructurales [8] . Un aumento del peso máximo permitido por los requisitos estructurales puede lograrse generalmente especificando un peso máximo sin combustible o, si ya se ha especificado un peso máximo sin combustible como una de las limitaciones del avión, especificando un nuevo peso máximo sin combustible más alto [8] . Por estas razones, los kits de generadores de vórtices 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 bimotores de 1945 a 1991.
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 de que los generadores de vórtices 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]
Dado que los pesos de aterrizaje de la mayoría de las aeronaves ligeras se determinan 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 utilizado suficiente combustible, lo que hace que la aeronave vuelva a estar por debajo del peso máximo de aterrizaje permitido.
En la parte inferior de las alas de los aviones de la familia Airbus A320 se han utilizado generadores de vórtices para reducir el ruido generado por el flujo de aire sobre los respiraderos circulares de ecualización de presión de los tanques de combustible. Lufthansa afirma que de esta manera se puede lograr una reducción de ruido de hasta 2 dB. [13]
