El perfil aerodinámico Kline-Fogleman o perfil aerodinámico KF es un diseño aerodinámico simple con uno o varios escalones a lo largo del ala. Fue ideado originalmente en la década de 1960 para aviones de papel.
En el siglo XXI, el perfil aerodinámico KF ha despertado un renovado interés entre los constructores aficionados de aviones radiocontrolados , debido a su simplicidad de construcción. [1] Pero no se ha adoptado para aviones de tamaño completo capaces de transportar un piloto, pasajeros u otras cargas útiles importantes.
El perfil aerodinámico KF fue diseñado por Richard Kline y Floyd Fogleman.
A principios de los años 60, Richard Kline quería fabricar un avión de papel que pudiera soportar fuertes vientos, ascender alto, nivelarse por sí solo y luego iniciar un planeo descendente prolongado. Después de muchos experimentos, logró alcanzar su objetivo. Presentó el avión de papel a Floyd Fogleman, quien lo vio volar y resistir la pérdida de sustentación. Los dos hombres solicitaron entonces una patente para el perfil aerodinámico escalonado.
Un desarrollo posterior dio lugar a dos patentes y a una familia de perfiles aerodinámicos conocidos como perfiles aerodinámicos KF y perfiles aerodinámicos KFm (por Kline–Fogleman modificado). Las dos patentes, la patente estadounidense n.º 3.706.430 y la patente estadounidense n.º 4.046.338, hacen referencia a la introducción de un escalón en la parte inferior (KFm1) o en la parte superior (KFm2) de un perfil aerodinámico , o en la parte superior e inferior (KFm4). Las variaciones incluyen perfiles aerodinámicos con dos escalones en la parte superior (KFm3), o dos escalones en la parte superior y uno en la parte inferior (KFm7).
Se afirma que el objetivo del escalón es permitir que parte del aire desplazado caiga en una cavidad situada detrás del escalón y pase a formar parte de la forma del perfil aerodinámico como un vórtice atrapado o un vórtice adjunto. Esto supuestamente evita la separación y mantiene el flujo de aire sobre la superficie del perfil aerodinámico.
El 2 de abril de 1973, la revista Time publicó un artículo titulado The Paper-Plane Caper , [2] sobre el avión de papel y su perfil aerodinámico Kline-Fogleman.
También en 1973, CBS 60 Minutes hizo un segmento de 15 minutos sobre el perfil aerodinámico del KF. CBS volvió a emitir el programa en 1976. [ cita requerida ]
En 1985, Kline escribió un libro titulado The Ultimate Paper Airplane . [3] Para dar publicidad al libro, Kline viajó a Kill Devil Hills, Carolina del Norte , el sitio donde los hermanos Wright habían volado por primera vez, donde realizaron su primer vuelo tripulado con motor, de 122 pies (37 m). Un equipo de Good Morning America filmó el evento. El vuelo más largo de Kline con su avión de papel recorrió 401 pies y 4 pulgadas (122,33 m).
En 1974, un estudio financiado por la NASA, impulsado por las afirmaciones de Kline y Fogelman y la cobertura nacional resultante, encontró que el perfil aerodinámico tenía una peor relación sustentación-resistencia que un perfil aerodinámico de placa plana en pruebas de túnel de viento. [4]
En la década de 1990, después de que expiraran las patentes originales , los investigadores volvieron al tema de las alas escalonadas. Un estudio de 1998 realizado por Fathi Finaish y Stephen Witherspoon en la Universidad de Missouri probó numerosas configuraciones de escalones en un túnel de viento. [5] Si bien muchas configuraciones de escalones empeoraron el rendimiento del ala, se lograron resultados prometedores con escalones orientados hacia atrás en la superficie inferior del ala, que en algunos casos mostraron una mejora considerable en la sustentación sin una penalización significativa de la resistencia. Sin embargo, los investigadores descubrieron que una única configuración no podía ser la mejor solución en todos los ángulos de ataque y velocidades de vuelo; en cambio, concluyeron que "pueden necesitarse configuraciones muy diferentes durante una sola maniobra". La idea funciona, concluyeron Finaish y Witherspoon, pero solo con una reconfiguración automatizada activa de la forma de los escalones durante el vuelo. Un estudio de 2008 realizado por Fabrizio De Gregorio y Giuseppe Fraioli en CIRA y la Universidad de Roma en Italia profundizó en esta idea. [6] Los perfiles aerodinámicos que se utilizaron en las pruebas en el túnel de viento estaban equipados con numerosos orificios pequeños a través de los cuales se podía soplar o succionar aire de manera activa. Llegaron a la conclusión de que el vórtice atrapado formado por una cavidad o un escalón no podía mantenerse en su lugar sin ese control activo. Confiar simplemente en la forma pasiva del ala no era suficiente: el vórtice se desprendería, lo que posiblemente daría peores características que el perfil aerodinámico original sin escalón. Pero cuando se utilizaron controles activos para mantener el vórtice estable en su lugar, encontraron los resultados "realmente alentadores".
El estudio de caso realizado como parte de esta investigación se centró en el UAV RQ-2 Pioneer empleado en una configuración de perfil aerodinámico escalonado comparando sus características aerodinámicas con el perfil aerodinámico NACA 4415 convencional utilizado originalmente en esta aeronave. El objetivo principal del estudio de caso fue identificar y delinear un programa de pasos para la envolvente de vuelo del UAV Pioneer utilizando una configuración de perfil aerodinámico escalonado al mismo tiempo que se aplica un control de flujo activo para obtener un rendimiento aerodinámico mejorado en comparación con el perfil aerodinámico NACA 4415 convencional utilizado originalmente y, por lo tanto, mejorar las características de rendimiento de vuelo como el alcance y la resistencia de la aeronave. [7]
El bajo rendimiento de la relación sustentación-resistencia en las pruebas en túnel de viento ha hecho que hasta la fecha el perfil aerodinámico KF no se haya utilizado en ningún avión de tamaño real. Sin embargo, el perfil aerodinámico KF y los perfiles aerodinámicos "escalonados" derivados han ganado adeptos en los últimos años en el mundo de los modelos de aviones radiocontrolados fabricados con espuma. Los bajos números de Reynolds permiten que los perfiles aerodinámicos escalonados produzcan una cantidad significativa de sustentación para la resistencia generada, lo que los hace cada vez más populares entre los aficionados al RC.
La forma simple del perfil aerodinámico KF se presta bien para la construcción en láminas de diversas espumas plásticas, típicamente poliestireno expandido (EPS) o polipropileno expandido (EPP). El ala escalonada resultante puede tener un rendimiento y características de vuelo mejorados en comparación con el ala de "placa plana" más simple que se usa en algunos modelos de radiocontrol. Los perfiles aerodinámicos ilustrados en este artículo son ejemplos de los que se usan en los modelos de espuma de radiocontrol.
El primer avión con perfil aerodinámico KF con tripulación fue volado con éxito en 1987 [ cita requerida ] por Richard Wood en Canadá. (Revista The Recreational Flyer, noviembre/diciembre de 1991) La velocidad máxima era mayor y la pérdida de sustentación era más lenta [ aclaración necesaria ] (Revista The Recreational Flyer, noviembre/diciembre de 1991). El perfil aerodinámico fue probado en un ultraligero Vector 600.
El perfil aerodinámico KF se ha aplicado a la turbina eólica Darrieus mediante un vórtice atrapado. Los experimentos han demostrado que el rotor KF demuestra un par estático y dinámico más alto con aplicaciones de Reynolds bajos y un mejor rendimiento para condiciones de viento inferiores a 0,8 m/s [ aclaración necesaria ] . Se considera una solución potencial para el arranque automático en la turbina eólica Darrieus.
El primer vuelo tripulado del perfil aerodinámico Kline Fogelman fue el 7 de julio de 1987 en Essex, Ontario, Canadá, por Richard (Dick) Wood. Este es el primer y único intento conocido de colocar este perfil aerodinámico en un avión de tamaño completo. Después de discutirlo con el inventor Dick Kline, se decidió tener 2 muescas por ala. Esto generó un efecto secundario beneficioso para el ala, ya que mantenía el flujo de aire adherido al ala en ángulos de ataque altos. El Vector 600 Ultralight estaba cubierto con tela para aviones y tenía las muescas incorporadas, pero cubiertas. Los primeros vuelos se realizaron con las muescas cubiertas para producir un perfil aerodinámico normal. En los vuelos posteriores, las muescas se cortaron y quedaron expuestas. Se observó un aumento en la velocidad máxima y una menor velocidad de pérdida. El vuelo normal no pareció verse afectado. https://www.youtube.com/watch?v=A1zy57S5DUQ