Es común ver nubes en forma de línea en el cielo, conocidas como estelas de vapor, que se arrastran detrás de los motores de un avión a reacción.
Lo que no siempre es visible es un vórtice que sale de la punta de cada ala, como dos pequeños tornados horizontales, dejando una estela turbulenta detrás del vehículo. La estela plantea un peligro de vuelo desestabilizador, particularmente para aviones más pequeños que comparten elmisma ruta de vuelo
Investigaciones recientes en la Universidad de Illinois demostraron que, aunque la mayoría de las formas de alas utilizadas hoy en día crean estos vórtices de estela turbulentos, la geometría de las alas se puede diseñar para reducir o eliminar los vórtices de punta del ala casi por completo. En el estudio, las características de vórtice y estela se calcularon paratres diseños de ala clásicos: el ala elíptica y los diseños de ala desarrollados en estudios clásicos por RT Jones y Ludwig Prandt.
"La configuración del ala elíptica se ha utilizado como el estándar de oro de la eficiencia aerodinámica durante la mayor parte de un siglo. Enseñamos a nuestros estudiantes que tiene las características de carga óptimas y que a menudo se usa cuando se observa la eficiencia del ala, por ejemplo, minimizandoarrastre ", dijo Phillip Ansell, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la U de I.
En un estudio experimental previo sobre la optimización de las configuraciones de las alas, Ansell aprendió que puede ganar eficiencia en el sistema de alas con un perfil de ala no elíptico ". Estudios académicos anteriores han demostrado que, en teoría, hay otros diseños que en realidad proporcionan un menor arrastre deun ala plana para una cantidad fija de generación de elevación. Pero lo que falta es un experimento real de manzanas a manzanas para demostrarlo "
En esta nueva investigación, Ansell y su estudiante graduado, Prateek Ranjan, utilizaron los datos reales del estudio anterior para analizar las configuraciones de las tres alas.
"Perseguimos esto porque vimos algo curioso en nuestras mediciones en el experimento anterior. En consecuencia, en este nuevo estudio, simulamos el flujo sobre estas tres alas y vimos diferencias significativas en cómo se desarrollaron los vórtices y estelas de cada una de lastres tipos de ala. Las configuraciones de ala Jones y Prandtl no tenían vórtices de punta de ala como el ala elíptica. Tenían una deformación masiva mucho más gradual de toda la estructura de estela, en lugar de un enrollamiento coherente inmediato. Ahora sabemosque podemos retrasar la formación de estructuras de vórtice de estela y aumentar la distancia que tarda un vórtice de estela en enrollarse unas 12 veces, lo que lo hace más débil y menos peligroso para la aeronave que ingresa en su estela ".
Ansell dijo que esta información puede usarse para rediseñar cómo se ve el vuelo de formación entre aeronaves, o para desarrollar una nueva configuración ideal para la carga de elevación para despegues y aterrizajes, y posteriormente reducir la longitud de separación entre aeronaves en el mismotrayectoria de vuelo.
"Los vórtices de punta de ala que se arrastran tienden a tardar mucho en desaparecer una vez que se forman en la atmósfera. Por lo tanto, el tiempo que tarda el vórtice en disiparse debe calcularse en el tiempo de despegue del próximo avión que vaya en ese mismo camino.El movimiento del aire producido por estos vórtices puede crear un peligro para los aviones que se arrastran, ya que puede ser impredecible y generar regímenes de vuelo peligrosos. Por lo tanto, usar las alas Jones o Prandtl daría como resultado un aire mucho menos turbulento detrás de un avión ", dijo Ansell.
Pensarías que la conclusión de Ansell es usar solo las configuraciones de alas Jones o Prandtl, pero no es así.
"Una de las cosas que primero me atrajo al tema de la aerodinámica es que la respuesta correcta siempre depende de cuáles sean sus limitaciones. Si está construyendo un pequeño vehículo no tripulado que volará a baja velocidad, obtendráUna solución diferente para las necesidades de diseño que si está construyendo un avión que transportará personas a gran altura y alta velocidad. Entonces, técnicamente, podría argumentar que los tres tipos de alas son la mejor solución. La pregunta es, ¿cuáles son sus limitaciones de manejo?, como la envergadura y el peso del ala, ¿detrás de seleccionar uno de ellos? "
Ansell agregó que este es un estudio de investigación básico y no pretende asesorar a un diseñador o compañía de aviones específicos.
"Estamos observando cómo se comporta el flujo del ala y la información se puede utilizar para comprender cómo se produce el proceso de enrollado de vórtices. Este estudio nos permite ser conscientes de cómo la configuración del ala afecta la formación del vórtice final y la estelaal estudiar los límites extremos de los procesos de acumulación de vórtices inmediatos y retrasados ", dijo Ansell.
"Curiosamente, identificamos que uno de los peores infractores de la creación de vórtices es la distribución de elevación elíptica, que también se encuentra entre los diseños de ala más convencionales. Definitivamente ha cambiado la forma en que hablo sobre el tema en mis clases. En lugar de simplementerefiriéndome a los patrones de flujo producidos detrás del ala como un par de 'vórtices de punta de ala', he tomado para describir la estela completa producida como el sistema de vórtice final ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :