La sustentación en vórtices es la parte de la sustentación debida a la acción de los vórtices del borde de ataque. [1] Se genera por alas con bordes de ataque muy curvados y afilados (más allá de los 50 grados de curvatura) o extensiones de raíz de ala muy curvadas agregadas a un ala de curvatura moderada. [2] A veces se la conoce como sustentación no lineal debido a su rápido aumento con el ángulo de ataque [3] y la sustentación de separación controlada, para distinguirla de la sustentación convencional que ocurre con flujo adherido.
La sustentación por vórtice funciona capturando los vórtices generados por el borde de ataque del ala, que tiene una curva muy pronunciada. El vórtice, que se forma aproximadamente en paralelo al borde de ataque del ala, queda atrapado por el flujo de aire y permanece fijado a la superficie superior del ala. A medida que el aire fluye alrededor del borde de ataque, fluye sobre el vórtice atrapado y es atraído hacia adentro y hacia abajo para generar la sustentación.
Un ala recta o moderadamente barrida puede experimentar, dependiendo de la sección de su perfil aerodinámico, una pérdida de sustentación y pérdida de borde de ataque, como resultado de la separación del flujo en el borde de ataque [4] y una estela no sustentadora sobre la parte superior del ala. Sin embargo, en un ala muy barrida, la separación del borde de ataque aún ocurre, pero en su lugar crea una capa de vórtice que se enrolla sobre el ala produciendo un flujo en la envergadura por debajo. El flujo no arrastrado por el vórtice pasa por encima del vórtice y se vuelve a unir a la superficie del ala. [5] El vórtice genera un campo de alta presión negativa en la parte superior del ala. La sustentación del vórtice aumenta con el ángulo de ataque (AOA), como se ve en los gráficos de sustentación ~ AOA que muestran el vórtice, o flujo no unido, que se suma a la sustentación normal unida como un componente no lineal adicional de la sustentación general. [6] La sustentación del vórtice tiene un AoA límite en el que el vórtice estalla o se descompone.
Cuatro configuraciones básicas que han utilizado la sustentación por vórtice son, en orden cronológico, el ala delta de 60 grados; el ala delta ojival con su borde de ataque muy curvado en la raíz; el ala moderadamente curvada con una extensión del borde de ataque, que se conoce como ala híbrida; y el cuerpo delantero de borde afilado, o strake de sustentación por vórtice. [7] Las alas que generan sustentación por vórtice se han utilizado en aviones de investigación con alas delta, como el Convair XF-92A y el Fairey Delta 2. Los primeros cazas con alas delta, como el F-102 , el F-106 y sus contemporáneos, como los deltas de Dassault, tenían bordes de ataque curvados que eran romos y no generaban vórtices significativos. El avión de pasajeros supersónico Concorde tenía bordes de ataque afilados. Las alas con sustentación de vórtice sobre la sección interior son alas de barrido moderado con un LERX fácilmente identificable que se utilizan en aviones de combate de alta maniobrabilidad, como el Northrop F-5 y el McDonnell Douglas F/A-18 Hornet . Las láminas delanteras de sustentación de vórtice afiladas se utilizan en el General Dynamics F-16 Fighting Falcon .
La sustentación en vórtices proporciona una gran sustentación con un AoA creciente a velocidades de aterrizaje y en vuelo de maniobra. En el pasado, un AoA alto necesario para cumplir con los requisitos de aterrizaje restringía la visibilidad del piloto y conducía a complicaciones de diseño para acomodar un morro inclinado, como en el caso del Fairey Delta 2 y el Concorde . Para alas en flecha moderadas, la adición de un LERX reduce la resistencia de las olas y mejora el rendimiento de giro y permite una gama mucho más amplia de actitudes de vuelo. [8] El uso de la sustentación en vórtices está restringido por la ruptura o estallido de vórtices y una inestabilidad inherente en la guiñada. Existe una resistencia considerable debido al aumento de la producción de sustentación y la pérdida de succión del borde de ataque que es parte del flujo normal adherido alrededor de un borde de ataque. [9]
Los animales como los colibríes y los murciélagos , que se alimentan de polen y néctar, pueden flotar. Producen una elevación en forma de vórtice con los bordes afilados de sus alas y cambian la forma y la curvatura de las mismas para crear estabilidad en la elevación. [10]
