Un manguito de borde de ataque es un dispositivo aerodinámico fijo que se emplea en las aeronaves de ala fija para mejorar las características de pérdida y barrena . Los manguitos pueden ser diseñados en fábrica o ser una modificación adicional del mercado de accesorios. [1]
Un manguito de borde de ataque es una modificación del borde de ataque del ala, generalmente una extensión del borde de ataque exterior ligeramente inclinada . En la mayoría de los casos de modificación del borde de ataque exterior, el manguito del ala comienza aproximadamente en el 50-70 % de la mitad de la envergadura y abarca el borde de ataque exterior del ala. [2]
El objetivo principal es producir un inicio de pérdida más gradual y suave, sin ninguna tendencia a salirse en barrena, particularmente cuando el ala original tiene un comportamiento de pérdida abrupto/asimétrico [1] [3] con un dispositivo pasivo, inmóvil y de bajo costo que tendría un impacto mínimo en el rendimiento. Un beneficio adicional es reducir la velocidad de pérdida, con velocidades de aproximación más bajas y distancias de aterrizaje más cortas. También pueden, dependiendo de la ubicación del manguito, mejorar el control de los alerones a baja velocidad.
Los puños de borde de ataque se denominaban concepto de caída o borde de ataque caído ( DLE ), o borde de ataque exterior modificado en los informes técnicos sobre resistencia al estancamiento/giro. [4] En estos informes y otros informes de la NASA sobre el mismo objeto, [5] no se utilizó la expresión "puño de borde de ataque".
Otros autores utilizan simplemente "puño" o "puño de ala". [6]
Durante los años 1970 y 1980, la NASA dirigió un programa de investigación sobre pérdida y giro en la aviación general, utilizando modelos y experimentos a escala real, en busca de un medio eficaz para mejorar las características de pérdida y giro de los aviones de aviación general. [7]
El efecto de una muesca central a mitad de envergadura sobre la sustentación máxima del ala se demostró en 1976. [8] Después de probar diferentes modificaciones del borde de ataque en modelos y aviones de tamaño real, la NASA finalmente seleccionó el borde de ataque caído de semienvergadura (DLE) que se probó por primera vez en un American Aviation AA-1 Yankee (1978).
Un informe de la NASA de 1979 [9] explica que en ángulos de ataque altos la discontinuidad del manguito genera un vórtice que actúa como una valla, impidiendo que el flujo separado avance hacia el exterior. La pendiente de sustentación tiene una parte superior más plana y el ángulo de pérdida se retrasa hasta un ángulo mayor. Para alcanzar ángulos de ataque altos, el perfil aerodinámico exterior debe estar inclinado; algunos experimentos investigan bordes de ataque inclinados "exageradamente". La razón física del efecto del manguito no se explicó claramente. [10]
Algunos informes mucho más antiguos arrojaron resultados similares. Un informe de la NACA de 1932 [11] sobre el efecto de las ranuras de borde de ataque de distintas longitudes decía: "esto es una indicación de que la porción ranurada en cada punta del ala funciona en cierta medida como un ala separada".
Es bien sabido que la eliminación de la capa límite produce coeficientes de sustentación más elevados en hélices (la fuerza centrífuga provoca un desplazamiento hacia afuera de la capa límite) [12] o en alas (succión de la capa límite). El vórtice interior del borde de ataque y el vórtice de la punta del ala actúan para eliminar la capa límite de la sección exterior del ala, lo que ayuda a que esta ala virtual de baja relación de aspecto logre un ángulo de pérdida más alto [13] .
Un punto importante es que el ala parece estar dividida aerodinámicamente en dos partes, la parte interna que entra en pérdida y la parte externa que se comporta como un ala aislada de baja relación de aspecto, capaz de alcanzar un alto ángulo de ataque. La marcada discontinuidad del manguito es un factor clave; todos los intentos mediante carenado gradual para suprimir el vórtice y los efectos positivos de la modificación reintrodujeron una pérdida abrupta en la punta. [14]
Según un informe de la NASA sobre pérdida de sustentación y barrena, "los aviones básicos AA-1 (Yankee), C-23 (Sundowner), PA-28 (Arrow), C-172 (Skyhawk) entraron en barrena en el 59 a 98 por ciento de los intentos intencionales de entrada en barrena, mientras que los aviones modificados entraron en barrena solo en el 5 por ciento de los intentos y requirieron entradas de control prolongadas y agravadas o cargas fuera de límite para promover la entrada en barrena". [15]
Los resultados experimentales más exitosos de la NASA se obtuvieron en un ala con una relación de aspecto bastante baja de 6:1 (Grumman Yankee AA-1), con un DLE colocado al 57% de la semi-envergadura. Como los vórtices (puño interior y punta del ala) son eficientes en una longitud de envergadura limitada (alrededor de 1,5 veces la cuerda local), un DLE por sí solo no puede preservar suficiente sustentación exterior para mantener el control del alabeo en caso de un ala con una relación de aspecto alta. [16] Las alas con una relación de aspecto de más de 8 o 9 cuentan con otros dispositivos para completar el efecto del puño, [17] por ejemplo, bandas de pérdida (como las utilizadas en el Cirrus SR22 y el Cessna 400 ), "ranuras Rao" (como las utilizadas en el Questair Venture ), generadores de vórtices o caída segmentada (como las utilizadas en un Cessna 210 modificado por la NASA ). En el caso del ala Cessna 210 de alta relación de aspecto (AR = 11:1), la amortiguación del alabeo en pérdida no fue tan eficiente. [18]
El caso de la configuración de ala alta fue diferente. Las pruebas a escala real de un Cessna 172 modificado mostraron que el borde de ataque externo por sí solo no era suficiente para evitar una salida en barrena, ya que el avión carecía de estabilidad direccional en ángulos de ataque altos. Con una aleta ventral añadida, el avión entró en una espiral controlada en lugar de una barrena. [19]
Dependiendo de la longitud y la forma del manguito, el manguito del borde de ataque puede ejercer una penalización aerodinámica para la velocidad de resistencia a la pérdida/giro obtenida, lo que resulta en cierta pérdida de velocidad de crucero, aunque a veces demasiado pequeña "para ser detectada con instrumentos de producción". [20] En el caso de la mejor modificación del ala del AA-1 Yankee, la pérdida de velocidad de crucero ascendió a 2 mph o 2% y no hubo pérdida de velocidad en ascenso. [21] El impacto en la velocidad de crucero del Piper PA-28 RX (cola en T modificada) no fue medible. [22] Para el Questair Venture, "En pruebas de rendimiento cuidadosamente controladas, se encontró que la penalización en el rendimiento de crucero era imperceptible (1 kt)". [23]
El primer uso de manguitos externos, además de en aviones de investigación de la NASA, fue en el Rutan VariEze en 1978. Se probaron en un túnel de viento en 1982 y más tarde (1984) se reemplazaron por vortilones . [24]
Los siguientes aviones fueron modificados para experimentos con la adición de un manguito de borde de ataque externo como resultado del programa de investigación de pérdida/giro de la NASA:
Los puños de vanguardia se utilizan en aviones ligeros de alto rendimiento de la década de 1900, como el Cirrus SR20 y el Columbia 350 , que obtuvieron la certificación de la FAA con el dispositivo. [32] [33]
Varios proveedores de kits STOL para el mercado de accesorios utilizan puños de borde de ataque, en algunos casos junto con otros dispositivos aerodinámicos como vallas de ala y alerones colgantes. [34]
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: año ( enlace )