Un flap es un dispositivo de gran sustentación que se utiliza para reducir la velocidad de pérdida del ala de un avión con un peso determinado. Los flaps suelen estar montados en los bordes de salida de las alas de un avión de ala fija . Los flaps se utilizan para reducir la distancia de despegue y la distancia de aterrizaje. Los flaps también provocan un aumento de la resistencia , por lo que se retraen cuando no son necesarios.
Los flaps instalados en la mayoría de los aviones son flaps de envergadura parcial; en sentido transversal desde cerca de la raíz del ala hasta el extremo interior de los alerones . Cuando se extienden los flaps de envergadura parcial, alteran la distribución de sustentación en el ala al hacer que la mitad interior del ala proporcione una mayor proporción de sustentación y la mitad exterior proporcione una proporción reducida de la sustentación. La reducción de la proporción de sustentación proporcionada por la mitad exterior del ala va acompañada de una reducción en el ángulo de ataque en la mitad exterior. Esto es beneficioso porque aumenta el margen por encima de la pérdida de la mitad exterior, manteniendo la efectividad de los alerones y reduciendo la probabilidad de pérdida asimétrica y de giro . La distribución de sustentación ideal a través de un ala es elíptica, y la extensión de los flaps de envergadura parcial provoca una desviación significativa de la elíptica. Esto aumenta la resistencia inducida por la sustentación, lo que puede ser beneficioso durante la aproximación y el aterrizaje porque permite que la aeronave descienda en un ángulo más pronunciado.
Extender los flaps del ala aumenta la curvatura o curvatura del ala, elevando el coeficiente de sustentación máximo o el límite superior de sustentación que un ala puede generar. Esto permite que la aeronave genere la sustentación requerida a una velocidad más baja, reduciendo la velocidad mínima (conocida como velocidad de pérdida) a la que la aeronave mantendrá el vuelo de manera segura. Para la mayoría de las configuraciones de aeronaves, un efecto secundario útil del despliegue de flaps es una disminución en el ángulo de cabeceo de la aeronave que baja el morro, mejorando así la vista del piloto de la pista sobre el morro del avión durante el aterrizaje.
Hay muchos diseños diferentes de flaps, y la elección específica depende del tamaño, la velocidad y la complejidad del avión en el que se van a utilizar, así como de la época en la que se diseñó el avión. Los colgajos lisos, los colgajos ranurados y los colgajos de Fowler son los más comunes. Los flaps Krueger están colocados en el borde de ataque de las alas y se utilizan en muchos aviones a reacción.
Los tipos de flaps Fowler, Fairey-Youngman y Gouge aumentan el área del ala además de cambiar la curvatura. La mayor superficie de elevación reduce la carga alar , lo que reduce aún más la velocidad de pérdida.
Algunas solapas están colocadas en otros lugares. Los flaps del borde de ataque forman el borde de ataque del ala y, cuando se despliegan, giran hacia abajo para aumentar la curvatura del ala. El corredor de Havilland DH.88 Comet tenía flaps debajo del fuselaje y delante del borde de salida del ala. Muchos de los biplanos de la serie Waco Custom Cabin tienen flaps en la mitad de la cuerda en la parte inferior del ala superior.
La ecuación general de sustentación del avión demuestra estas relaciones: [1]
dónde:
Aquí, se puede ver que aumentar el área (S) y el coeficiente de sustentación ( ) permite generar una cantidad similar de sustentación a una velocidad más baja (V). Por tanto, los flaps se utilizan ampliamente para despegues y aterrizajes cortos ( STOL ).
Extender los flaps también aumenta el coeficiente de resistencia aerodinámica del avión. Por lo tanto, para cualquier peso y velocidad dados, los flaps aumentan la fuerza de arrastre . Los flaps aumentan el coeficiente de resistencia de una aeronave debido a una mayor resistencia inducida causada por la distribución distorsionada de la sustentación en el ala con los flaps extendidos. Algunos flaps aumentan el área del ala y, para cualquier velocidad dada, esto también aumenta el componente de resistencia parásita de la resistencia total. [1]
Dependiendo del tipo de aeronave, los flaps podrán extenderse parcialmente para el despegue . [1] Cuando se usan durante el despegue, los flaps intercambian la distancia de la pista por la velocidad de ascenso: el uso de flaps reduce el balanceo en tierra pero también reduce la velocidad de ascenso. La cantidad de flaps utilizados en el despegue es específica de cada tipo de aeronave, y el fabricante sugerirá límites y podrá indicar la reducción esperable en la velocidad de ascenso. El Manual de operación del piloto del Cessna 172S generalmente recomienda 10° de flaps en el despegue, especialmente cuando el terreno es accidentado o blando. [2]
Los flaps se pueden extender completamente para el aterrizaje para darle a la aeronave una velocidad de pérdida más baja, de modo que la aproximación al aterrizaje pueda realizarse más lentamente, lo que también permite que la aeronave aterrice en una distancia más corta. La mayor sustentación y resistencia asociadas con los flaps completamente extendidos permiten una aproximación más pronunciada y lenta al lugar de aterrizaje, pero impone dificultades de manejo en aeronaves con carga alar muy baja (es decir, que tienen poco peso y una gran área alar). Los vientos a lo largo de la línea de vuelo, conocidos como vientos cruzados , hacen que el lado de barlovento de la aeronave genere más sustentación y resistencia, lo que hace que la aeronave se balancee, se desvíe y se salga de su trayectoria de vuelo prevista y, como resultado, muchas aeronaves ligeras aterrizan con reducción. ajustes de flaps en vientos cruzados. Además, una vez que la aeronave está en tierra, los flaps pueden disminuir la efectividad de los frenos ya que el ala todavía genera sustentación e impide que todo el peso de la aeronave descanse sobre los neumáticos, aumentando así la distancia de frenado, particularmente en condiciones húmedas o heladas. condiciones. Normalmente, el piloto levantará los flaps lo antes posible para evitar que esto ocurra. [2]
Algunos planeadores no sólo utilizan flaps al aterrizar, sino también en vuelo para optimizar la curvatura del ala para la velocidad elegida. Mientras se gira en térmica , los flaps se pueden extender parcialmente para reducir la velocidad de pérdida, de modo que el planeador pueda volar más lentamente y, por lo tanto, reducir la velocidad de descenso, lo que permite que el planeador use el aire ascendente de la térmica de manera más eficiente y gire en un menor tiempo. círculo para hacer el mejor uso del núcleo de la térmica . [ cita necesaria ] A velocidades más altas se utiliza un ajuste de flap negativo para reducir el momento de cabeceo con el morro hacia abajo . Esto reduce la carga de equilibrio requerida sobre el estabilizador horizontal , lo que a su vez reduce la resistencia al trimado asociada con mantener el planeador en trimado longitudinal. [ cita requerida ] Los flaps negativos también se pueden usar durante la etapa inicial de un lanzamiento de aerotow y al final de la carrera de aterrizaje para mantener un mejor control de los alerones . [ cita necesaria ]
Al igual que los planeadores, algunos cazas como el Nakajima Ki-43 también utilizan flaps especiales para mejorar la maniobrabilidad durante el combate aéreo, lo que permite al caza crear más sustentación a una velocidad determinada, lo que permite giros mucho más cerrados. [3] Los flaps utilizados para esto deben diseñarse específicamente para soportar tensiones mayores y la mayoría de los flaps tienen una velocidad máxima a la que pueden desplegarse. Los aviones modelo de línea de control construidos para competiciones de acrobacias aéreas de precisión suelen tener un tipo de sistema de flaps de maniobra que los mueve en dirección opuesta a los elevadores, para ayudar a ajustar el radio de maniobra.
Fabricadas principalmente con aceros PH y titanio, las orugas de flaps controlan los flaps ubicados en el borde de salida de las alas de un avión. Las trampillas extensibles suelen discurrir sobre carriles guía. Cuando estos van fuera de la estructura del ala, se pueden carenar para racionalizarlos y protegerlos de daños. [4] Algunos carenados de pista de aletas están diseñados para actuar como cuerpos antichoque , lo que reduce la resistencia causada por ondas de choque sónicas locales donde el flujo de aire se vuelve transónico a altas velocidades.
Es posible que se requieran compuertas de empuje, o espacios, en los flaps del borde de salida para minimizar la interferencia entre el flujo del motor y los flaps desplegados. En ausencia de un alerón interior, que proporciona un espacio en muchas instalaciones de flaps, puede ser necesaria una sección de flap modificada. La compuerta de empuje del Boeing 757 estaba provista por un flap de una sola ranura entre los flaps de doble ranura interior y exterior. [5] Los A320 , A330 , A340 y A380 no tienen alerón interior. En la trampilla continua de ranura única no se requiere compuerta de empuje. La interferencia en el caso de motor y al aire mientras los flaps aún están completamente desplegados puede causar un aumento de la resistencia que no debe comprometer la pendiente de ascenso. [6]
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La parte trasera del perfil aerodinámico gira hacia abajo sobre una simple bisagra montada en la parte delantera de la aleta. [7] La Royal Aircraft Factory y el National Physical Laboratory del Reino Unido probaron flaps en 1913 y 1914, pero nunca se instalaron en un avión real. [8] En 1916, Fairey Aviation Company realizó una serie de mejoras a un Sopwith Baby que estaban reconstruyendo, incluido su Patent Camber Changing Gear, lo que convirtió al Fairey Hamble Baby , como lo rebautizaron, en el primer avión en volar con flaps. [8] Se trataba de flaps lisos de envergadura completa que incorporaban alerones, lo que los convierte también en los primeros ejemplares de flaperones. [8] Sin embargo, Fairey no estaba solo, ya que Breguet pronto incorporó flaps automáticos en el ala inferior de su bombardero/reconocimiento Breguet 14 en 1917. [9] Debido a la mayor eficiencia de otros tipos de flaps, el flap simple normalmente solo se usa donde Se requiere simplicidad.
La parte trasera de la superficie inferior del perfil aerodinámico se articula hacia abajo desde el borde delantero del flap, mientras que la superficie superior permanece inmóvil. [10] Esto puede provocar grandes cambios en el ajuste longitudinal, inclinando el morro hacia abajo o hacia arriba. En plena deflexión, los flaps divididos actúan de manera muy similar a un spoiler, lo que aumenta significativamente el coeficiente de resistencia. [ cita necesaria ] También agrega un poco al coeficiente de elevación. Fue inventado por Orville Wright y James MH Jacobs en 1920, pero sólo se volvió común en la década de 1930 y luego fue rápidamente reemplazado. [11] [ verificación fallida ] El Douglas DC-1 (progenitor del DC-3 y C-47) fue uno de los primeros de muchos tipos de aviones en utilizar flaps divididos.
Un espacio entre el flap y el ala fuerza el aire a alta presión desde debajo del ala sobre el flap, lo que ayuda a que el flujo de aire permanezca unido al flap, lo que aumenta la sustentación en comparación con un flap dividido. [12] Además, la sustentación a lo largo de toda la cuerda del perfil aerodinámico primario aumenta considerablemente a medida que aumenta la velocidad del aire que sale de su borde de salida, desde el típico 80% de corriente libre sin flap, hasta el de la corriente libre de mayor velocidad y menor velocidad. aire a presión que fluye alrededor del borde delantero de la aleta ranurada. [13] Cualquier flap que permita el paso del aire entre el ala y el flap se considera un flap ranurado. La solapa ranurada fue el resultado de una investigación en Handley-Page , una variante de la ranura que data de la década de 1920, pero que no se utilizó ampliamente hasta mucho más tarde. Algunas solapas utilizan múltiples ranuras para potenciar aún más el efecto.
Una aleta dividida que se desliza hacia atrás, antes de girar hacia abajo, aumentando así primero la cuerda y luego la curvatura. [14] El flap puede formar parte de la superficie superior del ala, como un flap simple, o no, como un flap dividido, pero debe deslizarse hacia atrás antes de bajar. Como característica definitoria, que lo distingue del Gouge Flap, siempre proporciona un efecto de ranura.
El flap fue inventado por Harlan D. Fowler en 1924 y probado por Fred Weick en NACA en 1932. Utilizado por primera vez en el prototipo Martin 146 en 1935, entró en producción en el Lockheed Super Electra de 1937 , [15] y sigue siendo de uso generalizado. en aviones modernos, a menudo con múltiples ranuras. [dieciséis]
Un flap liso ranurado fijado debajo del borde de salida del ala y que gira alrededor de su borde delantero. [17] Cuando no está en uso, tiene más resistencia que otros tipos, pero es más efectivo para crear elevación adicional que un flap simple o dividido, al tiempo que conserva su simplicidad mecánica. Inventados por Otto Mader en Junkers a finales de la década de 1920, se vieron con mayor frecuencia en el Junkers Ju 52 y el Junkers Ju 87 Stuka , aunque el mismo diseño básico también se puede encontrar en muchos ultraligeros modernos, como el Denney Kitfox . Este tipo de colgajo a veces se denomina colgajo de perfil aerodinámico externo. [18]
Un tipo de flap dividido que se desliza hacia atrás a lo largo de pistas curvas que fuerzan el borde de fuga hacia abajo, aumentando la cuerda y la curvatura sin afectar el trimado ni requerir mecanismos adicionales. [19] Fue inventado por Arthur Gouge para Short Brothers en 1936 y utilizado en los hidroaviones Short Empire y Sunderland , que utilizaban el muy grueso perfil aerodinámico Shorts AD5. Es posible que Short Brothers haya sido la única empresa que utilizó este tipo.
Desciende (convirtiéndose en un Junkers Flap) antes de deslizarse hacia atrás y luego girar hacia arriba o hacia abajo. Fairey fue uno de los pocos exponentes de este diseño, que se utilizó en Fairey Firefly y Fairey Barracuda . Cuando estaba en la posición extendida, se podía inclinar hacia arriba (a un ángulo de incidencia negativo) para que la aeronave pudiera descender verticalmente sin necesidad de cambios excesivos de compensación. [ cita necesaria ]
El flap Zap fue inventado por Edward F. Zaparka mientras estaba con Berliner/Joyce y probado en un Aristocrat de General Airplanes Corporation en 1932 y en otros tipos periódicamente a partir de entonces, pero tuvo poco uso en aviones de producción aparte del Northrop P-61. Viuda negra . El borde delantero de la aleta está montado en una pista, mientras que un punto en la mitad de la cuerda de la aleta está conectado mediante un brazo a un pivote justo encima de la pista. Cuando el borde de ataque del flap se mueve hacia atrás a lo largo de la pista, el triángulo formado por la pista, el eje y la superficie del flap (fijado en el pivote) se vuelve más estrecho y profundo, obligando al flap a bajar. [20]
Un flap con bisagras que se despliega desde debajo del borde de ataque del ala sin formar parte del borde de ataque del ala cuando está retraído. Esto aumenta la curvatura y el grosor del ala, lo que a su vez aumenta la sustentación y la resistencia. [21] [22] Esto no es lo mismo que un flap de caída del borde de ataque, ya que está formado por todo el borde de ataque. [23] Inventados por Werner Krüger en 1943 y evaluados en Goettingen, los flaps Krueger se encuentran en muchos aviones de pasajeros modernos de ala en flecha.
Una pequeña pestaña perpendicular fija de entre el 1 y el 2% de la cuerda del ala, montada en el lado de alta presión del borde de salida de un perfil aerodinámico. Debe su nombre al piloto de carreras Dan Gurney , quien lo redescubrió en 1971 y desde entonces se ha utilizado en algunos helicópteros como el Sikorsky S-76B para corregir problemas de control sin tener que recurrir a un rediseño importante. Aumenta la eficiencia incluso de los perfiles aerodinámicos teóricos básicos (compuestos por un triángulo y un círculo superpuestos) al equivalente de un perfil aerodinámico convencional. El principio fue descubierto en la década de 1930, pero rara vez se utilizó y luego fue olvidado. Los últimos modelos del Supermarine Spitfire utilizaron una cuenta en el borde de salida de los ascensores, que funcionaba de manera similar.
Todo el borde de ataque del ala gira hacia abajo, aumentando efectivamente la curvatura y también reduciendo ligeramente la cuerda. [24] [25] Se encuentra más comúnmente en cazas con alas muy delgadas que no son adecuadas para otros dispositivos de gran elevación del borde de ataque.
Un tipo de sistema de control de capa límite, los flaps soplados pasan aire generado por el motor o escape sobre los flaps para aumentar la sustentación más allá de lo que se puede lograr con flaps mecánicos. Los tipos incluyen el original (aleta de soplado interno) que sopla aire comprimido desde el motor sobre la parte superior de la aleta, el aleta de soplado externo, que sopla el escape del motor sobre las superficies superior e inferior de la aleta, y el soplado de superficie superior que sopla el escape del motor. sobre la parte superior del ala y el flap. Si bien se realizaron pruebas en Gran Bretaña y Alemania antes de la Segunda Guerra Mundial , [26] y comenzaron las pruebas de vuelo, el primer avión de producción con flaps reventados no fue hasta el Lockheed T2V SeaStar de 1957 . [27] El soplado de superficie superior se utilizó en el Boeing YC-14 en 1976.
También conocido como FlexFoil . Una interpretación moderna de la deformación de las alas, los actuadores mecánicos internos doblan una red que cambia la forma del perfil aerodinámico. Puede tener un sello de separación flexible en la transición entre perfiles aerodinámicos fijos y flexibles. [28]
Un tipo de superficie de control de aeronaves que combina las funciones de flaps y alerones .
A partir de 2014, los investigadores del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. (ARL) en el Centro de Investigación Langley de la NASA desarrollaron un diseño de flap activo para palas de rotor de helicópteros. El flap continuo de borde de salida (CTEF) utiliza componentes para cambiar la inclinación de la pala durante el vuelo, eliminando las bisagras mecánicas para mejorar la confiabilidad del sistema. Se construyeron prototipos para pruebas en túneles de viento. [29]
Un equipo de ARL completó una prueba con fuego real de una pala de rotor con tecnología de control de pala individual en enero de 2016. Los experimentos con fuego real exploraron la vulnerabilidad balística de las tecnologías de control de pala. Los investigadores dispararon tres tiros representativos de un fuego terrestre típico en una sección de pala de rotor de 7 pies de ancho y 10 pulgadas de cuerda con un CTEF de 4 pies de largo en las Instalaciones Experimentales de la Base Aérea de ARL. [30]
El vehículo está diseñado para poder aterrizar en la Tierra, la Luna o Marte.
Dependiendo de cuál... la relación entre la energía disipada aerodinámicamente y propulsivamente es bastante diferente.
En el caso de la Luna, es enteramente propulsora.
... Tierra: más del 99,9% de la energía se elimina aerodinámicamente... Marte: más del 99% de la energía se elimina aerodinámicamente en Marte
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