¿Qué es la elevación de vórtice?

La sustentación de vórtice es el método por el cual las alas muy barridas (como las alas delta) producen sustentación en ángulos de ataque elevados.

En el caso de alas que tienen bordes de ataque afilados y muy barridos, como las alas delta, el fenómeno del vórtice de separación del borde de ataque se produce a velocidades subsónicas. Sin embargo, la separación no destruye la sustentación como en el caso de las alas de barrido bajo; en cambio, forma dos vórtices que son (casi) paralelos a los bordes del ala.

Vórtices sobre un ala delta con un ángulo de barrido de 70°, Separación en flujo estacionario tridimensional , ONERA

En el caso de Concorde, los vórtices se ven así:

Vórtices sobre el ala del Concorde, Separación en flujo estacionario tridimensional , ONERA

Una sección transversal de los vórtices se ve así:

Flujo sobre el Ala Concorde, Separación en flujo estacionario tridimensional , ONERA

A diferencia del vórtice (ligado) del ala convencional, estos son reales en el sentido de que representan una masa real de aire que gira a alta velocidad en comparación con el aire frente al ala.

Los vórtices forman "láminas de vórtice" a lo largo del ala. El aire es absorbido por las láminas de vórtice y acelerado hacia abajo. Como la velocidad del aire en el vórtice es alta, la presión es baja. Esta baja presión sobre la superficie superior produce sustentación.

De Low Aspect Ratio Wings at High Angles of Attack en adg.stanford.edu:

...los vórtices del borde de ataque aumentan la sustentación del ala de manera no lineal. Se puede considerar que el vórtice reduce las presiones de la superficie superior al inducir velocidades más altas en la superficie superior.

Fuente : adg.stanford.edu

Básicamente, los vórtices aumentan la sustentación desde los valores de línea de base (flujo potencial), siendo la fuerza adicional igual a la pérdida de succión del borde de ataque asociada con el flujo separado en alas de alto ángulo de ataque muy barridas. Esta analogía da el mismo resultado que antes.

Un concepto de elevación de vórtice de alas delta de borde afilado basado en una analogía de succión de borde de ataque, Edward C. Polhamus, Nota técnica de la NASA D-3767

Una de las principales ventajas de la generación de sustentación de vórtice es que es eficaz en ángulos de ataque altos, sobre los cuales las alas normalmente entrarían en pérdida. En realidad, el hecho de que el Concorde haya utilizado este método de generación de sustentación es la razón del alto AoA durante el aterrizaje y su morro inclinado hacia abajo.

Fuente : http://soliton.ae.gatech.edu

Una cosa a tener en cuenta es que la generación de elevación de vórtice ocurre en ángulos de ataque altos o en caso de que las alas estén diseñadas para generar flujo separado (con bordes afilados como en Concorde) en condiciones normales. En caso contrario, la generación de ascensores es por medios convencionales.

El mismo mecanismo es responsable de la generación de ascensores en:

• Tracas

  

  Por foto de la Marina de los EE. UU. del especialista en comunicación de masas de segunda clase James R. Evans [Dominio público], a través de Wikimedia Commons

• lomos

  

  Imagen de Effects of Vertical Tail and Inlet/Strake Geometry on Stability of a Diamond-Wing Fighter Configuration por Mitchell E. Fossum et al., accedido a través de http://enu.kz/

• Canards

  

  Fuente : forum.keypublishing.com

Lo que es

Vortex lift necesita dos condiciones:

• Barrido de borde de ataque elevado (idealmente 60° y superior)
• Alto ángulo de ataque, cuanto más barrido, menor será el ángulo cuando la elevación de vórtice se vuelve efectiva.

El levantamiento de vórtice es causado por la separación del flujo en el borde de ataque. Si bien esto indica una pérdida severa en las alas sin barrido, el flujo separado a lo largo de un borde muy barrido se enrollará y producirá un vórtice cónico y estable. Las velocidades debidas a este movimiento helicoidal del aire hacen que la presión del aire sobre el ala caiga, lo que proporciona la succión que produce la sustentación.

Si el ángulo de ataque aumenta aún más, el vórtice se vuelve inestable y estalla. Si esto sucede mientras todavía está sobre el ala, la aeronave se vuelve inestable: la explosión del vórtice es un proceso muy dinámico que conduce a un movimiento de balanceo inestable y autorreforzante.

¿Dónde más se usa el elevador de vórtice?

La elevación de vórtice es útil cuando se necesita elevación en ángulos de ataque elevados o deslizamiento lateral. Además de en alas delta , se utiliza en:

• Tracas o extensiones del borde de ataque por delante del ala
• Tracas o filetes por delante de la superficie vertical de la cola
• canards o aletas muy barridas

Lindas imagenes

Imagen de simulaciones CFD en el F-18, tomada de esta página web de Aerospace .

Las cintas grises muestran cómo el flujo se enrosca más allá del borde de ataque de la traca y permanece cerca de la superficie superior del ala.

Visualización de flujo en un ala delta ( fuente de la imagen ). Esta fotografía se tomó en un túnel de agua y se inyectaron tintes en el borde de ataque para hacer visibles las líneas de corriente.