Un manguito de borde de ataque es un dispositivo de ala aerodinámica fija empleado en aviones de ala fija para mejorar las características de pérdida y giro . Los puños pueden ser diseñados en fábrica o una modificación adicional en el mercado secundario. [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 externo, el manguito del ala comienza aproximadamente en un 50-70% de la mitad del tramo y se extiende por 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 la salida de giro, particularmente cuando el ala original tiene un comportamiento de pérdida brusca/asimétrica [1] [3] con un dispositivo pasivo, inmóvil y de bajo costo. eso tendría un impacto mínimo en el rendimiento. Otro beneficio es la reducción de 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 del borde de ataque se denominaron concepto de caída o borde de ataque caído ( DLE ), o borde de ataque externo modificado en los informes técnicos sobre resistencia a la pérdida/giro. [4] En estos informes y otros informes de la NASA sobre el mismo objeto, [5] no se utilizó la expresión "brazalete de vanguardia".
Otros autores utilizan simplemente "manguito" o "manguito de ala". [6]
La NASA dirigió un programa de investigación de pérdida/giro en la aviación general durante las décadas de 1970 y 1980, utilizando modelos y experimentos a gran escala, buscando un medio eficaz para mejorar las características de pérdida/giro de los aviones de aviación general. [7]
El efecto de una muesca central en la mitad de la 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 completo, la NASA finalmente seleccionó el borde de ataque caído de semienvergadura ( DLE) que se probó por primera vez en un Yankee AA-1 de American Aviation (1978).
Un informe de la NASA de 1979 [9] explica que en ángulos de ataque elevados la discontinuidad del manguito genera un vórtice que actúa como una valla, impidiendo que el flujo separado progrese hacia afuera. La pendiente de elevación tiene una parte superior más plana y el ángulo de pérdida se retrasa a un ángulo mayor. Para alcanzar ángulos de ataque elevados, el perfil aerodinámico exterior debe estar inclinado; algunos experimentos investigan bordes de ataque caídos "exageradamente". La razón física del efecto 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 del borde de ataque de varias longitudes decía: "esto es una indicación de que la parte ranurada en cada punta del ala funciona hasta cierto punto como un ala separada".
Es bien conocido que se obtienen coeficientes de sustentación más altos como resultado de la eliminación de la capa límite en las hélices (fuerza centrífuga que causa un desplazamiento hacia afuera de la capa límite), [12] o en las 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, ayudando a este ala virtual de baja relación de aspecto a lograr un ángulo de pérdida más alto. [13]
Un punto importante es que el ala parece estar dividida aerodinámicamente en dos partes, la parte interior en pérdida y la parte exterior 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 de la punta. [14]
Según un informe de pérdida/giro de la NASA, "Los aviones básicos: AA-1 (Yankee), C-23 (Sundowner), PA-28 (Arrow), C-172 (Skyhawk) entraron en giros entre el 59 y el 98 por ciento del tiempo". intentos intencionales de entrada en barrena, mientras que el avión modificado entró en barrenas en sólo el 5 por ciento de los intentos y requirió 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 (manguito interior y punta del ala) son eficientes en una longitud de envergadura limitada (aproximadamente 1,5 veces la cuerda local), un DLE por sí solo no puede preservar suficiente sustentación exterior para mantener el control de balanceo 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 presentan otros dispositivos para completar el efecto de puño, [17] por ejemplo, tiras de pérdida (como las que se usan en el Cirrus SR22 y Cessna 400 ), "ranuras Rao" (como las que se usan en el Questair Venture ), generadores de vórtices o caída segmentada (como se usa en un Cessna 210 modificado por la NASA ). En el caso del ala de alto alargamiento del Cessna 210 (AR =11:1), la amortiguación del balanceo en pérdida no fue tan eficiente. [18]
El caso de la configuración de ala alta fue diferente. Las pruebas a gran escala 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 elevados. Con una aleta ventral agregada, el avión entró en una espiral controlada en lugar de girar. [19]
Dependiendo de la longitud y la forma del manguito, el manguito del borde de ataque puede ejercer una penalización aerodinámica por la velocidad de resistencia a la pérdida/giro obtenida, lo que resulta en cierta pérdida de velocidad de crucero, aunque a veces es demasiado pequeña "para ser detectada con instrumentos de producción". [20] En el caso de la mejor modificación de ala del AA-1 Yankee, la pérdida de velocidad de crucero ascendió a 2 mph o 2% y no hubo pérdida de velocidad en el ascenso. [21] El impacto en la velocidad de crucero del Piper PA-28 RX (cola en T modificada) no fue mensurable. [22] Para el Questair Venture, "En pruebas de rendimiento cuidadosamente controladas, la penalización en el rendimiento de crucero resultó ser imperceptible (1 kt)". [23]
El primer uso de esposas fuera de borda, aparte de en los aviones de investigación de la NASA, fue en el Rutan VariEze en 1978. Fueron probadas en túnel de viento en 1982 y más tarde (1984) reemplazadas por vortilons . [24]
Los siguientes aviones fueron modificados para experimentos con la adición de un brazalete de borde de ataque externo como resultado del programa de investigación de pérdida/giro de la NASA:
Los brazaletes de vanguardia se utilizan en aviones ligeros de alto rendimiento del siglo XX, 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 del mercado secundario utilizan puños de vanguardia, en algunos casos junto con otros dispositivos aerodinámicos como vallas de ala y alerones caídos. [34]