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El flap Gurney (o wickerbill ) es una pequeña pestaña que se proyecta desde el borde de salida de un ala. Por lo general, se coloca en ángulo recto con respecto a la superficie del lado de presión del perfil aerodinámico [2] y proyecta del 1% al 2% de la cuerda del ala . [3] Este dispositivo de borde de fuga puede mejorar el rendimiento de un perfil aerodinámico simple casi al mismo nivel que un diseño complejo de alto rendimiento. [4]
El dispositivo funciona aumentando la presión en el lado de presión, disminuyendo la presión en el lado de succión y ayudando a que el flujo de la capa límite permanezca adherido hasta el borde de salida en el lado de succión del perfil aerodinámico. [5] Las aplicaciones comunes ocurren en carreras de autos , estabilizadores horizontales de helicópteros y aviones donde la gran sustentación es esencial, como los aviones que remolcan pancartas . [6]
Lleva el nombre de su inventor y desarrollador, el piloto de carreras estadounidense Dan Gurney . [7] [8]
La aplicación original, iniciada por el ícono estadounidense de las carreras automovilísticas Dan Gurney (quien fue desafiado a hacerlo por su colega estadounidense Bobby Unser ), era una pieza de chapa de metal en ángulo recto, fijada rígidamente al borde superior del alerón trasero de su coches de carreras de ruedas abiertas de principios de los años 1970. El dispositivo se instaló apuntando hacia arriba para aumentar la carga aerodinámica generada por el ala, mejorando la tracción . [5] Lo probó en el campo y descubrió que permitía que un automóvil tomara curvas a mayor velocidad, al mismo tiempo que alcanzaba una mayor velocidad en las secciones rectas de la pista. [9]
La primera aplicación del flap fue en 1971, [10] después de que Gurney se retirara de la conducción y comenzara a gestionar su propio equipo de carreras a tiempo completo. Su conductor, Bobby Unser, había estado probando un nuevo auto diseñado por Len Terry en CAD/CAM en Phoenix International Raceway y no estaba contento con el desempeño del auto en la pista. Gurney necesitaba hacer algo para restaurar la confianza de su piloto antes de la carrera y recordó los experimentos realizados en la década de 1950 por ciertos equipos de carreras con spoilers colocados en la parte trasera de la carrocería para cancelar la sustentación (en ese nivel de desarrollo, los spoilers no se consideraban como potenciadores potenciales del rendimiento, meros dispositivos para anular la sustentación aerodinámica desestabilizadora y potencialmente mortal). Gurney decidió intentar añadir un "spoiler" en el borde superior del alerón trasero. [11] El dispositivo fue fabricado e instalado en menos de una hora, pero las vueltas de prueba de Unser con el ala modificada obtuvieron resultados igualmente pobres. Cuando Unser pudo hablar con Gurney en confianza, le reveló que los tiempos de vuelta con el nuevo alerón se redujeron porque ahora producía tanta carga aerodinámica que el coche subviraba . Todo lo que se necesitaba era equilibrar esto agregando carga aerodinámica al frente. [12]
Unser se dio cuenta inmediatamente del valor de este avance y quiso ocultárselo a la competencia, incluido su hermano Al . Como no quería llamar la atención sobre los dispositivos, Gurney los dejó a la vista. [13] Para ocultar su verdadera intención, Gurney engañó a los competidores curiosos diciéndoles que el borde de fuga romo tenía como objetivo evitar lesiones y daños al empujar el automóvil con la mano. Algunos copiaron el diseño y algunos incluso intentaron mejorarlo apuntando la solapa hacia abajo, lo que en realidad perjudicó el rendimiento. [14]
Gurney pudo utilizar el dispositivo en carreras durante varios años antes de que se conociera su verdadero propósito. Más tarde, discutió sus ideas con el aerodinámico y diseñador de alas Bob Liebeck de Douglas Aircraft Company . Liebeck probó el dispositivo, al que más tarde llamó "flap Gurney" y confirmó los resultados de las pruebas de campo de Gurney utilizando un flap de cuerda del 1,25% en un perfil aerodinámico simétrico de Newman. [15] Su artículo de la AIAA de 1976 (76-406) "Sobre el diseño de perfiles aerodinámicos subsónicos para gran sustentación" introdujo el concepto a la comunidad de aerodinámica. [dieciséis]
Gurney cedió sus derechos de patente a Douglas Aircraft, [12] pero el dispositivo no era patentable, ya que era sustancialmente similar a una microflap móvil patentada por E. F. Zaparka en 1931, diez días antes de que naciera Gurney. [12] [17] Gruschwitz y Schrenk también probaron dispositivos similares [18] y los presentaron en Berlín en 1932. [19]
El flap Gurney aumenta el coeficiente de sustentación máximo ( C L,max ), disminuye el ángulo de ataque para sustentación cero (α 0 ) y aumenta el momento de cabeceo hacia abajo ( C M ), lo cual es consistente con un aumento en la curvatura del perfil aerodinámico. . [5] También suele aumentar el coeficiente de resistencia ( C d ), [20] especialmente en ángulos de ataque bajos, [21] aunque para perfiles aerodinámicos gruesos, se ha informado de una reducción en la resistencia. [22] Es posible obtener un beneficio neto en la relación general de sustentación y resistencia si el flap tiene el tamaño adecuado, en función del espesor de la capa límite . [23]
El flap Gurney aumenta la sustentación alterando la condición de Kutta en el borde de salida. [5] [9] La estela detrás del flap es un par de vórtices contrarrotativos que se desprenden alternativamente en una calle de vórtices de von Kármán . [24] Además de estos vórtices en sentido transversal que se desprenden detrás del flap, los vórtices en sentido de cuerda que se desprenden desde delante del flap se vuelven importantes en ángulos de ataque altos . [6]
El aumento de presión en la superficie inferior delante de la aleta significa que la succión de la superficie superior se puede reducir mientras se produce la misma elevación. [24]
Los flaps Gurney han encontrado una amplia aplicación en los estabilizadores horizontales de helicópteros, porque operan en una gama muy amplia de ángulos de ataque positivos y negativos. En un extremo, en un ascenso de gran potencia, el ángulo de ataque negativo del estabilizador horizontal puede llegar a -25°; en el otro extremo, en autorrotación , puede ser +15°. Como resultado, al menos la mitad de todos los helicópteros modernos construidos en Occidente los tienen de una forma u otra. [25]
El flap Gurney se aplicó por primera vez a la variante Sikorsky S-76 B, [14] cuando las pruebas de vuelo revelaron que el estabilizador horizontal del S-76 original no proporcionaba suficiente sustentación. Los ingenieros instalaron una aleta Gurney en el perfil aerodinámico invertido NACA 2412 para resolver el problema sin rediseñar el estabilizador desde cero. [14] También se instaló una aleta Gurney en el Bell JetRanger para corregir un problema de ángulo de incidencia en el diseño que era demasiado difícil de corregir directamente. [14] [25]
El helicóptero Eurocopter AS355 TwinStar utiliza un doble flap Gurney que sobresale de ambas superficies del estabilizador vertical . Esto se utiliza para corregir un problema con la inversión de sustentación en secciones gruesas de perfil aerodinámico con ángulos de ataque bajos. [14] El doble flap Gurney reduce la entrada de control necesaria para realizar la transición del vuelo estacionario al vuelo hacia adelante. [25]
Estos dispositivos proporcionaron una región aumentada de flujo adjunto en la superficie superior del ala en relación con el ala sin aletas.
Una tecnología candidata es el flap Gurney, que consiste en una pequeña placa, del orden del 1 al 2% de la cuerda del perfil aerodinámico en altura, ubicada en el borde de fuga perpendicular al lado de presión del perfil aerodinámico.
Mediante el uso adecuado de los flaps Gurney, el rendimiento aerodinámico de un perfil aerodinámico de diseño simple y fácil de construir se puede lograr en la práctica tan bien como el de un diseño moderno, complejo y de alto rendimiento.
El piloto de carreras Dan Gurney utilizó este flap para aumentar la carga aerodinámica y, por tanto, la tracción y las posibles velocidades en las curvas generadas por las alas invertidas de sus coches de carreras.
... el derrame intermitente de líquido que recircula en la cavidad aguas arriba del colgajo se vuelve más coherente al aumentar el ángulo de ataque... La comparación del flujo alrededor de las configuraciones de colgajo 'lleno' y 'abierto' sugirió que [esto] fue responsable de una parte significativa del incremento general de elevación.
Liebeck afirmó que las pruebas del auto de carreras realizadas por Dan Gurney mostraron que el vehículo tenía mayor velocidad en las curvas y en recta cuando se instaló la aleta en el alerón trasero.
Y recordé haber pasado mucho tiempo con estas pequeñas pestañas en la parte trasera, o spoilers y demás, y pensé: bueno, me pregunto si una funcionaría en un ala. Ya teníamos alas en estos en 1971. Efectivamente, ese fue el comienzo del flap Gurney.
Una vez que Gurney confirmó que estaban solos, Unser le dijo que la parte trasera ahora estaba tan bien plantada que el auto empujaba (subviraba) mal, de ahí los malos tiempos de vuelta.
Dan me dijo que me relajara. Déjalos al aire libre. No les prestes atención.
Este engaño tuvo tanto éxito que algunos de sus competidores colocaron pestañas que sobresalían hacia abajo para proteger mejor las manos.
Liebeck realizó pruebas en el túnel de viento sobre el efecto de un flap Gurney con una altura de cuerda del 1,25%. Usó un perfil aerodinámico tipo Newman, que tenía una nariz elíptica y una cuña en línea recta para la sección trasera.[ enlace muerto permanente ]
Las primeras investigaciones teóricas fueron publicadas por Liebeck, quien introdujo el concepto de dispositivos de borde de fuga en la aerodinámica de los aviones.
Las trampillas tipo camilla se conocen desde 1931, cuando fueron patentadas por primera vez por Zaparka (EE.UU.).
El problema es crear, durante el aterrizaje, una región de turbulencia en la parte inferior del ala cerca del borde de salida por algún obstáculo al flujo de aire.
{{cite conference}}: Mantenimiento CS1: ubicación ( enlace ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )Cuando se utiliza la anemometría de hilo caliente, se muestra un componente tonal en el espectro de las fluctuaciones de velocidad aguas abajo del colgajo de Gurney. Esto apunta a la existencia de una calle de vórtices de von Kármán.
Una de las condiciones críticas de vuelo es un ascenso de gran potencia. El ángulo de ataque negativo del estabilizador horizontal puede llegar a -25°, mientras que en autorrotación puede ser de +15°.
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