La solapa Gurney (o mimbre ) es una pequeña pestaña que se proyecta desde el borde de salida de un ala. Por lo general, se coloca en ángulo recto con la superficie del lado de presión del perfil aerodinámico [1] y proyecta del 1% al 2% de la cuerda del ala . [2] Este dispositivo de borde de fuga puede mejorar el rendimiento de un perfil aerodinámico simple hasta casi el mismo nivel que un diseño complejo de alto rendimiento. [3]
El dispositivo funciona aumentando la presión en el lado de presión, disminuyendo la presión en el lado de succión y ayudando a que el flujo de la capa límite permanezca unido hasta el borde de salida en el lado de succión del perfil aerodinámico. [4] Las aplicaciones comunes ocurren en carreras de autos , estabilizadores horizontales de helicópteros y aeronaves donde la elevación alta es esencial, como aviones remolcadores de pancartas . [5]
Lleva el nombre de su inventor y desarrollador, el piloto de carreras estadounidense Dan Gurney . [6] [7]
Historia
La aplicación original, iniciada por el ícono de las carreras automovilísticas estadounidenses Dan Gurney (quien fue desafiado a hacerlo por su compañero corredor estadounidense Bobby Unser ), era una pieza de chapa de metal en ángulo recto, fijada rígidamente al borde de salida superior del alerón trasero en su coches de carreras de ruedas abiertas de principios de la década de 1970. El dispositivo se instaló apuntando hacia arriba para aumentar la carga aerodinámica generada por el ala, mejorando la tracción . [4] Lo probó en el campo y descubrió que le permitía a un automóvil negociar giros a mayor velocidad, al mismo tiempo que lograba una mayor velocidad en las secciones rectas de la pista. [8]
La primera aplicación de la aleta fue en 1971, [9] después de que Gurney se retirara de la conducción y comenzara a dirigir su propio equipo de carreras a tiempo completo. Su conductor, Bobby Unser, había estado probando un nuevo auto diseñado por CAD-Cam de Len Terry en Phoenix International Raceway y no estaba contento con el desempeño del auto en la pista. Gurney necesitaba hacer algo para restaurar la confianza de su piloto antes de la carrera y recordó los experimentos llevados a cabo en la década de 1950 por ciertos equipos de carreras con spoilers colocados en la parte trasera de la carrocería para cancelar la elevación (en ese nivel de desarrollo, los spoilers no se consideraban como potenciadores potenciales del rendimiento, simplemente dispositivos para anular la elevación aerodinámica desestabilizadora y potencialmente mortal). Gurney decidió intentar agregar un "spoiler" en el borde de salida superior del alerón trasero. [10] El dispositivo se fabricó y se instaló en menos de una hora, pero las vueltas de prueba de Unser con el ala modificada dieron resultados igualmente malos. Cuando Unser pudo hablar con Gurney en confianza, reveló que los tiempos de vuelta con la nueva vela se ralentizaron porque ahora producía tanta carga aerodinámica que el coche subviraba . Todo lo que se necesitaba era equilibrar esto agregando carga aerodinámica en el frente. [11]
Unser se dio cuenta del valor de este avance de inmediato y quiso ocultárselo a la competencia, incluido su hermano Al . No queriendo llamar la atención sobre los dispositivos, Gurney los dejó al aire libre. [12] Para ocultar su verdadera intención, Gurney engañó a los competidores curiosos diciéndoles que el borde de fuga desafilado estaba destinado a evitar lesiones y daños al empujar el automóvil con la mano. Algunos copiaron el diseño y algunos de ellos incluso intentaron mejorarlo apuntando la solapa hacia abajo, lo que en realidad perjudicó el rendimiento. [13]
Gurney pudo usar el dispositivo en carreras durante varios años antes de que se conociera su verdadero propósito. Más tarde, discutió sus ideas con el aerodinámico y diseñador de alas Bob Liebeck de Douglas Aircraft Company . Liebeck probó el dispositivo, que más tarde denominó "aleta Gurney" y confirmó los resultados de la prueba de campo de Gurney utilizando una aleta de cuerda de 1,25% en un perfil aerodinámico simétrico de Newman. [14] Su artículo de la AIAA de 1976 (76-406) "Sobre el diseño de superficies aerodinámicas subsónicas para una gran sustentación" presentó el concepto a la comunidad aerodinámica. [15]
Gurney asignó sus derechos de patente a Douglas Aircraft, [11] pero el dispositivo no era patentable, ya que era sustancialmente similar a una microflap móvil patentada por E. F. Zaparka en 1931, diez días antes de que naciera Gurney. [11] [16] Gruschwitz y Schrenk [17] también probaron dispositivos similares y los presentaron en Berlín en 1932. [18]
Teoría de operación
El flap Gurney aumenta el coeficiente de sustentación máximo ( C L, max ), disminuye el ángulo de ataque para sustentación cero (α 0 ) y aumenta el momento de cabeceo de nariz hacia abajo ( C M ), que es consistente con un aumento en la comba del perfil aerodinámico . [4] También aumenta típicamente el coeficiente de resistencia ( C d ), [19] especialmente en ángulos de ataque bajos, [20] aunque para superficies aerodinámicas gruesas, se ha informado una reducción en la resistencia. [21] Es posible obtener un beneficio neto en la relación de sustentación / arrastre general si la aleta tiene el tamaño adecuado, en función del espesor de la capa límite . [22]
El colgajo Gurney aumenta la sustentación al alterar la condición de Kutta en el borde de fuga. [4] [8] La estela detrás de la aleta es un par de vórtices que giran en sentido contrario que se derraman alternativamente en una calle de vórtices de von Kármán . [23] Además de estos vórtices en forma de cuerda que se desprenden detrás del colgajo, los vórtices en forma de cuerda que se desprenden delante del colgajo se vuelven importantes en ángulos de ataque elevados . [5]
El aumento de presión en la superficie inferior por delante de la aleta significa que la succión de la superficie superior se puede reducir mientras se produce la misma elevación. [23]
Aplicaciones de helicópteros
Los flaps de camilla han encontrado una amplia aplicación en los estabilizadores horizontales de helicópteros, porque operan en un rango muy amplio de ángulos de ataque tanto positivos como negativos. En un extremo, en un ascenso de alta potencia, el ángulo de ataque negativo del estabilizador horizontal puede llegar a −25 °; en el otro extremo, en autorrotación , puede ser de + 15 °. Como resultado, al menos la mitad de todos los helicópteros modernos construidos en Occidente los tienen de una forma u otra. [24]
El flap Gurney se aplicó por primera vez a la variante Sikorsky S-76 B, [13] cuando las pruebas de vuelo revelaron que el estabilizador horizontal del S-76 original no proporcionaba suficiente sustentación. Los ingenieros instalaron una aleta Gurney en el perfil aerodinámico invertido NACA 2412 para resolver el problema sin rediseñar el estabilizador desde cero. [13] También se instaló una aleta Gurney en el Bell JetRanger para corregir un problema de ángulo de incidencia en el diseño que era demasiado difícil de corregir directamente. [13] [24]
El helicóptero Eurocopter AS355 TwinStar utiliza un flap Gurney doble que se proyecta desde ambas superficies del estabilizador vertical . Esto se usa para corregir un problema con la inversión de la sustentación en secciones gruesas de perfil aerodinámico en ángulos de ataque bajos. [13] El flap de camilla doble reduce la entrada de control requerida para hacer la transición de vuelo estacionario a vuelo hacia adelante. [24]
Ver también
- Levantar (fuerza)
Referencias
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Estos dispositivos proporcionaron una región aumentada de flujo adjunto en la superficie superior de un ala en relación con el ala sin los flaps.
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Una tecnología candidata es el colgajo Gurney, que consiste en una placa pequeña, del orden del 1 al 2% de la cuerda del perfil aerodinámico en altura, ubicada en el borde de fuga perpendicular al lado de presión del perfil aerodinámico.
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mediante el uso adecuado de los flaps Gurney, el rendimiento aerodinámico de un diseño simple, un perfil aerodinámico fácil de construir se puede hacer en la práctica, así como los de un diseño moderno, de alto rendimiento y complejo.
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El piloto de carreras Dan Gurney usó esta solapa para aumentar la carga aerodinámica y, por lo tanto, la tracción y las posibles velocidades en las curvas generadas por las alas invertidas en sus autos de carrera.
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... el derramamiento intermitente de fluido que recircula en la cavidad aguas arriba de la aleta, se vuelve más coherente con el aumento del ángulo de ataque ... La comparación del flujo alrededor de las configuraciones de aletas 'llenas' y 'abiertas' sugirió que [esto] era responsable de una parte significativa del incremento general de elevación.
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Liebeck declaró que las pruebas de autos de carrera realizadas por Dan Gurney mostraron que el vehículo había aumentado la velocidad en las curvas y de inmediato cuando se instaló la aleta en el alerón trasero.
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Y recordé haber pasado mucho tiempo con estas pequeñas pestañas en la parte posterior, o spoilers y demás, y pensé para mí mismo: bueno, me pregunto si uno funcionaría en un ala. Ya teníamos alas en estos en 1971. Efectivamente, ese fue el comienzo del flap Gurney.
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Una vez que Gurney confirmó que estaban solos, Unser le dijo que la parte trasera ahora estaba tan bien plantada que el auto empujaba (subviraba) mal, de ahí los malos tiempos de vuelta.
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Dan me dijo que me relajara. Déjalos al aire libre. No les preste atención.
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Este engaño fue tan exitoso que algunos de sus competidores colocaron las pestañas proyectadas hacia abajo para proteger mejor las manos.
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Liebeck realizó pruebas en túnel de viento sobre el efecto de un colgajo Gurney de altura de cuerda de 1,25%. Usó un perfil aerodinámico tipo Newman, que tenía una nariz elíptica y una cuña en línea recta para la sección trasera.
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El problema es crear, en el aterrizaje, una región de turbulencia en la parte inferior del ala cerca del borde de fuga por algún obstáculo al flujo de aire.
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Cuando se utiliza la anemometría de hilo caliente, se muestra un componente tonal en el espectro de las fluctuaciones de velocidad aguas abajo del colgajo Gurney. Esto apunta a la existencia de una calle de vórtice de von Kármán.
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Una de las condiciones críticas de vuelo es una escalada de alta potencia. El ángulo de ataque negativo del estabilizador horizontal puede ser tan alto como -25 °, mientras que en autorrotación puede ser de + 15 °.
enlaces externos
- Patente de EE. UU. Re19412 la patente original de Zaparka de 1935
- Camocardi, Mauricio E. (26 de abril de 2012). "Control de flujo sobre la estela cercana de perfiles aerodinámicos mediante la implementación de mini-flaps Gurney" : 111 . Consultado el 28 de abril de 2014 . Cite journal requiere
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