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En el diseño de aviones y la ingeniería aeroespacial , un dispositivo de gran sustentación es un componente o mecanismo en el ala de un avión que aumenta la cantidad de sustentación producida por el ala. El dispositivo puede ser un componente fijo o un mecanismo móvil que se despliega cuando es necesario. Los dispositivos móviles de gran elevación comunes incluyen aletas y listones de ala . Los dispositivos fijos incluyen ranuras de vanguardia , extensiones de raíz de vanguardia y sistemas de control de capa límite .
Propósito [ editar ]
El tamaño y la capacidad de elevación de un ala fija se elige como un compromiso entre los diferentes requisitos. Por ejemplo, un ala más grande proporcionará más sustentación y reducirá la distancia y las velocidades requeridas para el despegue y el aterrizaje, pero aumentará la resistencia, lo que reduce el rendimiento durante la parte de crucero del vuelo. Los diseños modernos de alas de aviones de pasajeros están optimizados para la velocidad y la eficiencia durante la parte del vuelo de crucero, ya que aquí es donde la aeronave pasa la mayor parte de su tiempo de vuelo. Los dispositivos de gran sustentación compensan este compromiso de diseño al agregar sustentación en el despegue y el aterrizaje, reduciendo la distancia y la velocidad necesarias para aterrizar con seguridad la aeronave y permitiendo el uso de un ala más eficiente en vuelo. Los dispositivos de gran elevación del Boeing 747-400, por ejemplo, aumentar el área del ala en un 21% y aumentar la sustentación generada en un 90%. [1]
Tipos de dispositivo [ editar ]
Flaps [ editar ]
El dispositivo de elevación más común es el flap, una parte móvil del ala que se puede bajar para producir una elevación adicional. Cuando se baja una solapa, se cambia la forma de la sección del ala para darle más comba . Los flaps generalmente se ubican en el borde de salida de un ala, mientras que los flaps de borde de ataque se usan ocasionalmente. Hay muchos tipos de aletas de borde de fuga.
Los flaps con bisagras simples se hicieron de uso común en la década de 1930, junto con la llegada del monoplano rápido moderno, que tenía velocidades de aterrizaje y despegue más altas que los antiguos biplanos.
En la solapa dividida, la superficie inferior se articula hacia abajo mientras que la superficie superior permanece fija al ala o se mueve de forma independiente.
Los flaps móviles también se extienden hacia atrás, para aumentar la cuerda del ala cuando se despliegan, aumentando el área del ala para ayudar a producir aún más sustentación. Estos comenzaron a aparecer justo antes de la Segunda Guerra Mundial debido a los esfuerzos de muchas personas y organizaciones diferentes en las décadas de 1920 y 1930.
Los flaps ranurados comprenden varias aspas aerodinámicas pequeñas separadas que se separan, se articulan e incluso se deslizan una sobre la otra cuando se despliegan. Estos complejos arreglos de flaps se encuentran en muchos aviones modernos. [2] Los grandes aviones de pasajeros modernos utilizan flaps de triple ranura para producir la elevación masiva requerida durante el despegue.
Listones y ranuras [ editar ]
Otro dispositivo común de elevación alta es el listón, un pequeño dispositivo en forma de perfil aerodinámico que se coloca justo en frente del borde de ataque del ala. El listón redirige el flujo de aire en la parte delantera del ala, lo que le permite fluir más suavemente sobre la superficie superior cuando se encuentra en un ángulo de ataque alto . Esto permite que el ala se opere de manera efectiva en los ángulos más altos necesarios para producir más sustentación. Una ranura es el espacio entre el listón y el ala. [3] El listón puede fijarse en su posición, con una ranura permanentemente en su lugar detrás de él, o puede ser retráctil de modo que la ranura se cierre cuando no sea necesario. Si está fijo, puede aparecer como una parte normal del borde de ataque de un ala, con la ranura enterrada en la superficie del ala inmediatamente detrás.
Un listón o ranura puede ser de envergadura completa o puede colocarse solo en una parte del ala (generalmente fuera de borda), dependiendo de cómo se necesiten modificar las características de elevación para un buen control de baja velocidad. Las ranuras y listones a veces se usan solo para la sección frente a los alerones, lo que garantiza que cuando el resto del ala se para, los alerones permanezcan utilizables.
Las primeras lamas fueron desarrolladas por Gustav Lachmann en 1918 y simultáneamente por Handley-Page, quien recibió una patente en 1919. En la década de 1930 se habían desarrollado las lamas automáticas, que se abrían o cerraban según las necesidades de acuerdo con las condiciones de vuelo. Por lo general, se operaban mediante la presión del flujo de aire contra el listón para cerrarlo y pequeños resortes para abrirlo a velocidades más lentas cuando la presión dinámica se reducía, por ejemplo, cuando la velocidad disminuía o el flujo de aire alcanzaba un ángulo de ataque predeterminado en el ala.
Los sistemas modernos, como los flaps modernos, pueden ser más complejos y normalmente se despliegan hidráulicamente o con servos. [4] [5] [6]
Control de capa límite y solapas voladas [ editar ]
Los sistemas motorizados de gran sustentación generalmente usan el flujo de aire del motor para dar forma al flujo de aire sobre el ala, reemplazando o modificando la acción de los flaps. Las aletas sopladas toman " aire de purga " del compresor del motor a reacción o del escape del motor y lo soplan sobre la superficie superior trasera del ala y la aleta, revitalizando la capa límite y permitiendo que el flujo de aire permanezca unido en ángulos de ataque más altos. Una versión más avanzada del flap soplado es el ala de control de circulación , un mecanismo que expulsa el aire hacia atrás sobre un perfil aerodinámico especialmente diseñado para crear sustentación a través del efecto Coanda .
Otro enfoque es utilizar el flujo de aire de los motores directamente, colocando una aleta para que se despliegue en la trayectoria del escape. Tales flaps requieren una mayor resistencia debido a la potencia de los motores modernos y también una mayor resistencia al calor del escape caliente, pero el efecto sobre la sustentación puede ser significativo. Los ejemplos incluyen el C-17 Globemaster III .
Extensiones de raíz de vanguardia [ editar ]
Más común en los aviones de combate modernos , pero también en algunos tipos civiles, es la extensión de la raíz del borde de ataque (LERX), a veces llamada simplemente una extensión del borde de ataque (LEX). Un LERX generalmente consiste en un pequeño filete triangular unido a la raíz del borde de ataque del ala y al fuselaje. En vuelo normal, el LERX genera poca sustentación. Sin embargo, en ángulos de ataque más altos, genera un vórtice que se posiciona para descansar en la superficie superior del ala principal. La acción de remolino del vórtice aumenta la velocidad del flujo de aire sobre el ala, reduciendo así la presión y proporcionando una mayor sustentación. Los sistemas LERX destacan por los ángulos potencialmente grandes en los que son efectivos.
Chorro de co-flujo [ editar ]
Un ala Co-Flow Jet (CFJ) tiene una superficie superior con una ranura de inyección después del borde de ataque y una ranura de succión antes del borde de salida, para aumentar la sustentación, aumentar el margen de pérdida y reducir la resistencia. CFJ es promovido por el departamento de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Universidad de Miami . Para un avión regional híbrido-eléctrico basado en el ATR 72 con la misma área de ala, tamaño y peso, CFJ mejora su coeficiente de elevación de crucero para una carga de ala más alta , lo que permite más combustible y baterías para un mayor alcance. [7]
Ver también [ editar ]
- Control de capa límite
- Ala de control de circulación
- Chine (avión)
Referencias [ editar ]
Notas [ editar ]
- ^ Colin Cutler (19 de noviembre de 2014). "16 hechos poco conocidos sobre el Boeing 747" . www.boldmethod.com . Consultado el 22 de marzo de 2016 .
- ^ Taylor 1990, p. 337.
- ^ Kermode, AC Mechanics of flight , 8.a edición, Pitman, 1972
- ^ Taylor 1990, p. 346
- ^ Taylor 1990, p. 399.
- ^ Abzug, Malcomb (2005). Estabilidad y control de aviones: una historia de las tecnologías que hicieron posible la aviación . 231: Cambridge University Press. pag. 416. ISBN 9780521021289.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
- ^ Graham Warwick (21 de enero de 2019). "La semana de la tecnología, del 21 al 26 de enero de 2019" . Semana de la aviación y tecnología espacial .
Bibliografía [ editar ]
- Taylor, John WR The Lore of Flight , Londres: Universal Books Ltd., 1990. ISBN 0-9509620-1-5 .
