¿Cómo funciona la aleta ranurada?

La ranura ayuda a evitar una separación prematura, por lo que la aleta sigue siendo efectiva para ángulos de desviación más grandes. Lo que eso significa en realidad se puede leer en este antiguo informe de NACA que compara dos secciones NACA23012, una con una aleta simple y la otra con una aleta ranurada. He copiado las distribuciones de presión a continuación de ese PDF:

Ahora necesito explicar un poco cómo leer los diagramas de distribución de presión. La línea continua muestra la presión local en la superficie superior, mientras que la línea discontinua muestra la presión en la superficie inferior del perfil aerodinámico. El eje X corre a lo largo de la cuerda. El eje Y representa la presión (la succión está arriba) y y=0 representa la presión ambiental. El área entre las líneas discontinuas y continuas es proporcional al coeficiente de sustentación, que se muestra de manera útil debajo de cada gráfico.

Ahora a la curvatura: siempre que las líneas muestren un gradiente, el flujo está adjunto. El flujo separado se puede reconocer por una línea horizontal ligeramente por encima del eje X. Como puede ver, ya hemos separado completamente el flujo en la superficie del flap superior con un ángulo de flap de 30° y un ángulo de ataque de 8°. En los mismos ángulos, la aleta ranurada todavía muestra un flujo completamente adherido en ambas superficies. El flujo adjunto crea un pico de succión en la punta de la aleta, lo que a su vez permite un mayor valor de succión al final de la parte fija del perfil aerodinámico. Esto, a su vez, permite un pico de succión mucho más alto en la punta del perfil aerodinámico, de modo que la fuerza de succión sobre toda la cuerda del perfil aerodinámico con el flap ranurado es mucho mayor que en el perfil aerodinámico con el flap liso.

Solo con una deflexión de 50° de la aleta, la aleta ranurada también mostrará una separación de flujo sobre la parte trasera de la aleta, pero todavía hay un pico de succión que ayuda a estabilizar el flujo sobre la parte fija y aumenta la sustentación. Desafortunadamente, el flap simple no se midió en el mismo ángulo, pero a partir del pequeño cambio entre los ángulos de flap de 30° y 45°, ya puede ver que mover el flap a 50° cambiará poco.

La razón de esta diferencia es simple: mientras que el flap simple solo tiene la capa límite vieja, gruesa y desgastada que proviene de la parte fija del perfil aerodinámico para trabajar, la ranura permite que el flap ranurado cree una capa límite nueva, delgada y vigorosa. que puede tolerar gradientes de presión mucho más altos. Otro beneficio es la dirección invariable del flujo local detrás del perfil aerodinámico fijo: esto permite utilizar un perfil aerodinámico de flaps delgado y muy curvado que maximiza la producción de sustentación. El antiguo perfil aerodinámico de la NACA no se aprovechó de esto, pero los flaps de los aviones modernos ciertamente lo hacen.

La respuesta está en el gradiente de presión.

El aire que fluye a lo largo de la superficie superior proviene de un área de presión (extremadamente) baja y tiene que viajar por el ala, una dirección en la que el gradiente es "adverso": la presión aumenta y el aire quisiera detenerse. Cuanto mayor sea la sustentación producida por la misma ala, mayor será este gradiente adverso.

¿Cuándo usamos colgajos? Cuando necesitamos mucha sustentación a bajas velocidades: es una situación en la que el flujo de aire superior tiene el menor incentivo para permanecer adherido al ala. El flujo es lento y el gradiente es tan fuerte como parece.

Introduzca en la imagen el flujo cruzado de aire que pasa a través de la ranura. Este es un flujo proveniente de una región de alta presión. Encontrará una región de baja presión al comienzo de la superficie del flap, sí, pero el gradiente restante será completamente insignificante, y el flujo permanecerá adherido al ala por más tiempo, lo que hará que la entrada en pérdida sea menos probable.

Buen artículo sobre cómo funciona cualquier tragamonedas. La idea errónea popular es que el aire aumenta la velocidad en la ranura, este no es el caso. Lo mismo se aplica a la aleta ranurada.

(AMO Smith High lift aerodynamics), página 518, capítulo 5.3 Perfiles aerodinámicos de elementos múltiples: general

cita del texto:

"Hay dos cosas incorrectas con estas afirmaciones. En primer lugar, el listón no le da al aire en la ranura una velocidad más alta. En todo caso, le da al aire una velocidad baja".

https://charles-oneill.com/aem614/ReferenceMaterial/A+M+O+Smith+HIGH+LIFT+AERODYNAMICS.pdf

1. Efecto de lamas: en las proximidades del borde de ataque de un elemento aguas abajo, las velocidades debidas a la circulación en un elemento delantero, por ejemplo, una lama, van en contra de las velocidades en el elemento aguas abajo y, por lo tanto, reducen los picos de presión en el elemento aguas abajo.

2. Efecto de circulación: a su vez, el elemento aguas abajo hace que el borde posterior del elemento aguas arriba adyacente esté en una región de alta velocidad que está inclinada hacia la línea media en la parte trasera del elemento delantero. Tal inclinación del flujo induce una circulación considerablemente mayor en el elemento delantero.

3. Efecto de descarga: debido a que el borde de salida de un elemento delantero se encuentra en una región de velocidad apreciablemente más alta que la de la corriente libre, la capa límite "descarga" a alta velocidad. La mayor velocidad de descarga alivia el aumento de presión impreso en la capa límite, aliviando así problemas de separación o permitir una mayor sustentación.

4. Recuperación de presión fuera de la superficie: la capa límite de los elementos delanteros se descarga a velocidades apreciablemente más altas que la corriente libre. La desaceleración final a la velocidad de corriente libre se realiza de manera eficiente. La desaceleración de la estela se produce fuera del contacto con una pared. Tal método es más efectivo que la mejor desaceleración posible en contacto con una pared.

5. Efecto de capa límite nueva: cada nuevo elemento comienza con una capa límite nueva en su borde de ataque. Las capas límite delgadas pueden soportar gradientes adversos más fuertes que las gruesas.