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El flap Gurney (o wickerbill ) es una pequeña pestaña que sobresale del borde de salida de un ala. Normalmente se coloca en ángulo recto con respecto a la superficie del lado de presión del perfil aerodinámico [2] y sobresale entre el 1% y el 2% de la cuerda del ala . [3] Este dispositivo del borde de salida 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 aeronaves donde la alta sustentación es esencial, como aviones remolcadores de pancartas . [6]
Recibe su nombre en honor a su inventor y desarrollador, el piloto de carreras estadounidense Dan Gurney . [7] [8]
La aplicación original, iniciada por el ícono de las carreras automovilísticas estadounidenses Dan Gurney (quien fue desafiado a hacerlo por su compatriota Bobby Unser ), era una pieza de chapa metálica en ángulo recto, fijada rígidamente al borde posterior superior del alerón trasero de sus autos de carreras de ruedas abiertas de principios de la década de 1970. El dispositivo se instaló apuntando hacia arriba para aumentar la carga aerodinámica generada por el alerón, mejorando la tracción . [5] Lo probó en el campo y descubrió que permitía que un automóvil negociara las curvas a mayor velocidad, al mismo tiempo que alcanzaba una mayor velocidad en las secciones rectas de la pista. [9]
La primera aplicación del alerón 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 piloto Bobby Unser había estado probando un nuevo coche diseñado con CAD/CAM por Len Terry en el Phoenix International Raceway y no estaba contento con el rendimiento del coche en la pista. Gurney necesitaba hacer algo para recuperar 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 alerones fijados a la parte trasera de la carrocería para anular la sustentación (en ese nivel de desarrollo, los alerones no se consideraban potenciadores potenciales del rendimiento, sino meros dispositivos para anular la sustentación aerodinámica desestabilizadora y potencialmente mortal). Gurney decidió probar añadiendo un "spoiler" al borde de salida superior del alerón trasero. [11] El dispositivo se fabricó y se instaló en menos de una hora, pero las vueltas de prueba de Unser con el alerón modificado arrojaron tiempos igualmente malos. Cuando Unser pudo hablar con Gurney en confianza, le reveló que los tiempos de vuelta con el nuevo alerón se habían ralentizado porque ahora producía tanta carga aerodinámica que el coche subviraba . Todo lo que se necesitaba era equilibrar esto añadiendo carga aerodinámica en la parte delantera. [12]
Unser se dio cuenta inmediatamente del valor de este avance y quiso ocultárselo a la competencia, incluido su hermano Al . Para no 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 salida 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 el flap hacia abajo, lo que en realidad perjudicaba 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 aerodinamista 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 la prueba de campo de Gurney utilizando un flap de 1,25% de cuerda en un perfil aerodinámico simétrico de Newman. [15] Su artículo de 1976 de la AIAA (76-406) "Sobre el diseño de perfiles aerodinámicos subsónicos para alta sustentación" introdujo el concepto a la comunidad de aerodinámica. [16]
Gurney cedió sus derechos de patente a Douglas Aircraft, [12] pero el dispositivo no era patentable, ya que era sustancialmente similar a un microflap móvil patentado 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 que es consistente con un aumento en la curvatura del perfil aerodinámico. [5] También aumenta típicamente el coeficiente de arrastre ( C d ), [20] especialmente en ángulos de ataque bajos, [21] aunque para perfiles aerodinámicos gruesos, se ha informado de una reducción en el arrastre. [22] Es posible un beneficio neto en la relación sustentación-arrastre general si el flap tiene el tamaño adecuado, en función del espesor de la capa límite . [23]
El flap Gurney aumenta la sustentación al alterar 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 el sentido de la envergadura que se desprenden detrás del flap, los vórtices en el sentido de la cuerda que se desprenden desde delante del flap se vuelven importantes en ángulos de ataque altos . [6]
La mayor presión en la superficie inferior delante del flap significa que la succión de la superficie superior se puede reducir mientras se produce la misma sustentación. [24]
Los flaps Gurney se han utilizado ampliamente en los estabilizadores horizontales de los helicópteros, ya que funcionan en un rango muy amplio de ángulos de ataque positivos y negativos. En un extremo, en un ascenso de alta potencia, el ángulo de ataque negativo del estabilizador horizontal puede ser de hasta -25°; en el otro extremo, en autorrotación , puede ser de +15°. Como resultado, al menos la mitad de todos los helicópteros modernos construidos en Occidente los tienen en 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 un flap Gurney en el perfil aerodinámico invertido NACA 2412 para resolver el problema sin rediseñar el estabilizador desde cero. [14] También se instaló un flap 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 flap doble Gurney que sobresale de ambas superficies del estabilizador vertical . Esto se utiliza para corregir un problema con la inversión de sustentación en secciones de perfil aerodinámico grueso en ángulos de ataque bajos. [14] El flap doble Gurney reduce la entrada de control necesaria para hacer la transición del vuelo estacionario al vuelo hacia adelante. [25]
Estos dispositivos proporcionaron una región aumentada de flujo adherido en la superficie superior de un ala en relación con el ala sin flaps.
Una de las tecnologías candidatas es el flap Gurney, que consiste en una placa pequeña, del orden del 1–2% de la cuerda del perfil aerodinámico en altura, ubicada en el borde de salida 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 prácticamente tan bien como el de un diseño complejo, moderno y de alto rendimiento.[ enlace muerto permanente ]
El piloto de carreras Dan Gurney utilizó este flap para aumentar la carga aerodinámica y, por lo tanto, la tracción y las velocidades potenciales en las curvas generadas por las alas invertidas en sus autos de carrera.
...el desprendimiento intermitente de fluido que recircula en la cavidad aguas arriba del flap, se vuelve más coherente con el aumento del ángulo de ataque.... La comparación del flujo alrededor de configuraciones de flaps "llenos" y "abiertos" sugirió que [esto] era responsable de una parte significativa del incremento general de la sustentación.
Liebeck afirmó que las pruebas de autos de carrera realizadas por Dan Gurney mostraron que el vehículo había aumentado la velocidad en curvas y en línea recta cuando se instaló el flap en el alerón trasero.
Y recordé haber pasado mucho tiempo con estas pequeñas pestañas en la parte trasera, o alerones y demás, y pensé: bueno, me pregunto si una funcionaría en un alerón. Ya teníamos alerones en estos en 1971. Efectivamente, ese fue el comienzo del alerón Gurney.
Una vez que Gurney confirmó que estaban solos, Unser le dijo que la parte trasera estaba tan bien plantada que el coche estaba empujando (subvirando) mal, de ahí los malos tiempos de vuelta.
los dejara a la vista, que no llamara la atención sobre ellos.
pestañas que sobresalían hacia abajo para proteger mejor las manos.
Liebeck realizó pruebas en túnel de viento sobre el efecto de un flap Gurney con una altura de cuerda del 1,25 %. Utilizó un perfil aerodinámico de tipo Newman, que tenía una nariz elíptica y una cuña de 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 salida en la aerodinámica de las aeronaves.
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 de CS1: ubicación ( enlace ){{cite journal}}: Requiere citar revista |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 flap Gurney. Esto apunta a la existencia de una calle de vórtices de von Kármán.
Una de las condiciones críticas de vuelo es un ascenso a alta potencia. El ángulo de ataque negativo del estabilizador horizontal puede ser de hasta -25°, mientras que en autorrotación puede ser de +15°.
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