Una ranura en el borde de ataque es una característica aerodinámica fija del ala de algunas aeronaves que reduce la velocidad de pérdida y promueve buenas cualidades de manejo a baja velocidad. Una ranura en el borde de ataque es un espacio a lo largo de la envergadura en cada ala, que permite que el aire fluya desde debajo del ala hasta su superficie superior. De esta manera, permiten volar en ángulos de ataque más altos y, por lo tanto, reducen la velocidad de pérdida. [1]
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En un ángulo de ataque superior a 15°, muchos perfiles aerodinámicos entran en pérdida . La modificación de un perfil aerodinámico de este tipo con una ranura fija en el borde de ataque puede aumentar el ángulo de pérdida a entre 22° y 25°. [2]
Las ranuras fueron desarrolladas por primera vez por Handley Page en 1919 y el primer avión en volar con ellas fue el experimental HP17, un Airco DH.9A modificado . Su invención se atribuye conjuntamente a Sir Frederick Handley Page y Gustav Lachmann . El primer avión equipado con ranuras controlables fue el Handley Page HP20 . La concesión de licencias para el diseño se convirtió en una de las principales fuentes de ingresos de Handley Page en la década de 1920. [3]
Los dispositivos de borde de ataque similares, pero retráctiles, se denominan slats . [4] Cuando el slat se abre, crea una ranura entre el slat y el resto del ala; cuando se retrae, se reduce la resistencia.
Una ranura fija en el borde de ataque puede aumentar el coeficiente de sustentación máximo de una sección de perfil aerodinámico en un 40 %. En combinación con un slat, el aumento del coeficiente de sustentación máximo puede ser del 50 % o incluso del 60 %. [2] [5]
A diferencia de los flaps del borde de salida , las ranuras del borde de ataque no aumentan el coeficiente de sustentación en un ángulo de ataque cero, ya que no alteran la curvatura . [6]
Una ranura en el borde de ataque es un espacio fijo (que no se cierra) detrás del borde de ataque del ala . El aire que se encuentra debajo del ala puede acelerarse a través de la ranura hacia la región de baja presión que se encuentra por encima del ala y salir de la ranura en forma paralela a la superficie superior del ala. Este flujo de alta velocidad se mezcla con la capa límite adherida a la superficie superior y retrasa la separación de la capa límite de la superficie superior.
Naturalmente, las ranuras imponen una penalización al avión en el que se utilizan, ya que contribuyen a la resistencia aerodinámica en comparación con un ala sin ranuras. [7] La resistencia aerodinámica adicional a baja velocidad es aceptable debido a la reducción beneficiosa de la velocidad de pérdida y la mejora de las características de manejo, pero a velocidades más altas, la resistencia aerodinámica adicional aportada por las ranuras es una desventaja significativa porque reduce la velocidad de crucero y aumenta el consumo de combustible por unidad de distancia recorrida.
Una forma de reducir la resistencia de crucero de las ranuras es hacer que se puedan cerrar. Esta disposición se conoce como slats de borde de ataque . Aerodinámicamente, los slats funcionan de la misma manera que las ranuras fijas, pero los slats se pueden retraer a velocidades más altas cuando no se necesitan. Los slats, a su vez, son más pesados y más complejos que las ranuras. [4] [7]
En ángulos de ataque bajos, el flujo de aire a través de la ranura es insignificante, aunque contribuye a la resistencia . En ángulos de ataque progresivamente más altos, el flujo de aire a través de la ranura se vuelve cada vez más significativo, acelerándose desde la región de mayor presión debajo del ala hasta la región de menor presión en la parte superior del ala. En ángulos de ataque altos, la velocidad aerodinámica más rápida en relación con el perfil aerodinámico está muy cerca del borde de ataque, en la superficie superior. En esta región de alta velocidad aerodinámica local, la fricción superficial ( fuerza viscosa ) es muy alta y la capa límite que llega a la ranura en el ala superior ha perdido gran parte de su presión total (o energía mecánica total ) debido a esta fricción. Por el contrario, el aire que pasa a través de la ranura no ha experimentado esta alta velocidad aerodinámica local o alta fricción superficial, y su presión total permanece cerca del valor de corriente libre. La mezcla de la capa límite de la superficie superior con el aire que llega a través de la ranura reenergiza la capa límite que luego permanece unida a la superficie superior del ala a un ángulo de ataque más alto que si la ranura no estuviera allí. [2] Por lo tanto, la ranura del borde de ataque fue una de las primeras formas de control de la capa límite . [2]
Las ranuras de borde de ataque generalmente son de dos tipos: las que son de tramo completo y las que son de tramo parcial. [4]
Las ranuras de envergadura completa se encuentran generalmente en aeronaves STOL de despegue y aterrizaje cortos como Fieseler Storch , Dornier Do 27 , PZL-104M Wilga 2000 y Zenair CH 701 STOL . Su propósito principal es permitir que la aeronave vuele en un ángulo de ataque más alto antes de alcanzar el ángulo de pérdida. [8]
En aeronaves que no sean aeronaves STOL especializadas, las ranuras de envergadura completa presentan serios inconvenientes porque, para aprovechar el alto ángulo de ataque en la pérdida, generalmente requieren patas de tren de aterrizaje largas que causan una alta resistencia o son más largas de lo que se puede acomodar fácilmente dentro de la estructura del avión. [9]
Las ranuras de envergadura parcial se encuentran generalmente solo en la parte exterior del ala, donde garantizan que el flujo de aire sobre esa parte del ala permanecerá sin entrar en pérdida en ángulos de ataque más altos que las partes interiores del ala. Esto garantiza que la raíz del ala se detenga primero y contribuye a un comportamiento de pérdida dócil y a mantener el control de los alerones durante la pérdida. [2] [4] El uso de ranuras de esta manera produce un resultado similar al empleo de lavado en un ala, pero a través de un medio diferente. Ejemplos de aeronaves con ranuras fijas de envergadura parcial son el Stinson 108 , Bristol Beaufort , Lockheed Hudson y Dornier Do 28D-2 Skyservant .
