Generadores de vórtices: cómo mejoran la aerodinámica
Los generadores de vórtices (o VG) son pequeños dispositivos aerodinámicos que mejoran el rendimiento de aeronaves, turbinas eólicas e incluso algunos vehículos terrestres.
Cuando energizan la capa límite y retrasan la separación del flujo, ayudan a mejorar la sustentación, la respuesta de control y las características de pérdida.
¿Quieres saber más? Exploremos cómo funcionan los generadores de vórtices.
Los generadores de vórtices (o VG) son pequeños dispositivos aerodinámicos que mejoran el rendimiento de las aeronaves, las turbinas eólicas e incluso algunos vehículos terrestres.
Cuando energizan la capa límite y retrasan la separación del flujo, ayudan a mejorar la sustentación, la respuesta de control y las características de pérdida.
¿Quieres saber más? Exploremos cómo funcionan los generadores de vórtices.
RESUMEN
- Los generadores de vórtices crean mini vórtices que reenergizan la capa límite, retrasando la pérdida y mejorando la efectividad de la superficie de control.
- Se utilizan tanto en aviones STOL de baja velocidad como en aviones transónicos de alta velocidad para evitar la separación del flujo.
- Los VG se pueden encontrar en las alas de los aviones, delante de los flaps y en los estabilizadores horizontales para lograr un flujo de aire estable.
- Los kits VG de posventa para aeronaves de aviación general pueden reducir las velocidades de pérdida y mejorar la seguridad, aunque pueden reducir levemente la velocidad de crucero.
¿Qué son los generadores de vórtices?
¿Qué son? Los generadores de vórtices son pequeñas paletas o aletas montadas en el ala, el fuselaje o las superficies de control de una aeronave.
El generador de vórtices fue diseñado para crear vórtices controlados. Estos se mezclan con aire de corriente libre de alta energía y aire de movimiento más lento en la capa límite. El objetivo es evitar la separación del flujo y mejorar el rendimiento aerodinámico.
Los fabricantes de aeronaves instalan VG para mejorar la estabilidad, el control y la resistencia a la pérdida. Si bien son comunes en aeronaves comerciales y militares, también se encuentran en aeronaves de aviación general y STOL para mejorar las características de manejo a baja velocidad.
¿Cómo funcionan los generadores de vórtices?
Los generadores de vórtices funcionan creando minivórtices en las puntas de las alas. Estos vórtices ayudan a prevenir la separación del flujo al atraer aire de alta energía hacia la capa límite, manteniendo así el flujo de aire adherido sobre la superficie.
Cuando el aire se desplaza sobre el perfil aerodinámico, la presión disminuye hasta alcanzar el centro de sustentación. Más allá de este punto, la presión aumenta, creando un gradiente de presión adverso. Este gradiente ralentiza y separa el flujo de aire, lo que provoca una pérdida aerodinámica.
Los VG pueden mitigar este efecto energizando la capa límite, lo que garantiza que el flujo de aire pueda soportar el gradiente de presión durante más tiempo. Esto permite que las alas y las superficies de control sigan funcionando correctamente en ángulos de ataque altos, mejorando así la estabilidad y el control de la aeronave.
Generadores de vórtices en aeronaves STOL y de aviación general
Actualmente, los aviones STOL (despegue y aterrizaje cortos) se benefician considerablemente de los generadores de vórtices. Se instalan en el borde de ataque del ala y permiten velocidades de pérdida más bajas y un mejor rendimiento en el despegue y el aterrizaje.
Muchos pilotos de aviación general instalan kits VG o generadores de micro vórtices de repuesto para obtener estas ventajas. Estos kits ayudan a mejorar la controlabilidad al optimizar el uso del alerón, el elevador y el timón, especialmente a bajas velocidades.
Algunos kits incluso permiten un aumento en el peso máximo de despegue debido a velocidades de pérdida reducidas y un mejor rendimiento de ascenso.
Cabe destacar que la instalación de VG puede reducir ligeramente la velocidad de crucero debido a la resistencia adicional. Pruebas en aeronaves como el Cessna 182 y el Piper PA-28 Cherokee mostraron reducciones menores en la velocidad de crucero (de 1,5 a 2 nudos), pero esto suele ser una compensación que vale la pena por una mejor maniobrabilidad a baja velocidad.
Generadores de vórtices en aviones de pasajeros
En los aviones comerciales, los generadores de vórtices suelen encontrarse delante de los flaps y otros dispositivos de hipersustentación. Estas ubicaciones pueden presentar gradientes de presión adversos, lo que puede provocar la separación del flujo durante el despegue y el aterrizaje.
Los VG mejoran la adecuación de los sistemas de alta sustentación al evitar la separación, lo que permite el flujo de aire sobre las alas y mejora la capacidad de respuesta del control.
Los VG también pueden ayudar con la reducción de ruido, como en aviones como el Airbus A320, donde los VG ayudan a minimizar el sonido generado por el flujo de aire sobre los respiraderos de ecualización de presión del tanque de combustible.
Generadores de vórtices en vuelos transónicos y supersónicos
A altas velocidades, las aeronaves experimentan efectos de compresibilidad que provocan la formación de ondas de choque. Estas ondas pueden provocar una separación abrupta del flujo de aire detrás de las superficies de control, lo que podría causar problemas de control.
La forma de contrarrestar esto es que los generadores de vórtices se colocan estratégicamente en las alas y estabilizadores horizontales para mantener el flujo de aire fijado.
Por ejemplo, el entrenador L-39 Albatros utiliza VG en su estabilizador para evitar la separación del flujo transónico y mantener el control del paso a altas velocidades.
Cómo los generadores de vórtices aumentan el peso máximo de despegue
En aeronaves bimotores, las VG pueden aumentar el peso máximo al despegue (MTOW). Al reducir la velocidad de pérdida, se reduce el requisito de rendimiento de ascenso con un motor inoperativo. Esto genera un MTOW admisible más alto.
Tenga en cuenta que los VG no suelen aumentar el peso máximo de aterrizaje. Esto se determina por limitaciones estructurales, más que por consideraciones de velocidad de pérdida.
Los pilotos deben gestionar el consumo de combustible para asegurarse de no exceder las restricciones de peso de aterrizaje cuando regresan de un vuelo largo.
¿Tienen desventajas los generadores de vórtices?
Los VG ofrecen muchos beneficios, pero también tienen algunas desventajas:
- Ligera reducción en la velocidad de crucero : la resistencia adicional puede resultar en pérdidas de velocidad menores, aunque normalmente solo de 1 a 2 nudos.
- Consideraciones sobre la formación de hielo y el mantenimiento : los VG generalmente residen dentro de la capa límite y no son propensos a la formación de hielo durante el vuelo, pero pueden dificultar la eliminación del hielo y la nieve de las alas cuando están en tierra.
- Posibilidad de daño a la tela : los VG pueden tener bordes afilados que pueden dañar las cubiertas de las aeronaves, por lo que podrían necesitar cubiertas especializadas para evitar el desgaste.
Preguntas frecuentes
- ¿Los generadores de vórtices realmente reducen la velocidad de pérdida?
- Sí, un generador de vórtices puede retrasar la separación del flujo, permitiendo que el ala mantenga la sustentación a velocidades aerodinámicas más bajas, reduciendo efectivamente la velocidad de pérdida.
- ¿La instalación de VG en mi avión reducirá la velocidad de crucero?
- Puede haber una ligera reducción (1,5-2 nudos), pero los beneficios de seguridad y manejo a baja velocidad a menudo superan este inconveniente.
- ¿Puede un generador de vórtices aumentar el peso de despegue?
- En algunos aviones bimotores, pueden aumentar el MTOW reduciendo la velocidad de pérdida y mejorando el rendimiento de ascenso con un solo motor.
- ¿Son difíciles de instalar los generadores de vórtices?
- En aeronaves de fabricación casera y experimentales, su instalación es relativamente sencilla. Sin embargo, las aeronaves certificadas requieren la aprobación de la FAA, lo que puede incrementar los costos.
- ¿Los aviones utilizan generadores de vórtices?
- Sí, comúnmente se encuentran delante de los flaps y las superficies de control para mantener la conexión del flujo de aire durante el despegue y el aterrizaje.
- ¿Pueden los generadores de vórtices ayudar con los problemas de control de alta velocidad?
- Sí, evitan la separación del flujo de aire a velocidades transónicas, manteniendo efectiva la superficie del ala de control.
- ¿Cuáles son las ventajas de los generadores de micro vórtices?
- Los generadores de micro vórtices mejoran el control del flujo de aire con menos resistencia, lo que mejora la prevención del estancamiento, la eficiencia del combustible y la estabilidad a alta velocidad, al mismo tiempo que son livianos y fáciles de instalar.
- ¿Dónde deben colocarse los generadores de vórtices?
- Coloque generadores de vórtices donde ocurre la separación del flujo de aire: cerca del borde de ataque del ala, delante de los flaps, en los estabilizadores o alrededor de las entradas de los motores.
- ¿Es posible conectar generadores de vórtices a las palas de los aerogeneradores?
- Sí. Los generadores de vórtices en las palas de las turbinas eólicas ayudan a reducir la resistencia aerodinámica, mejorar la sustentación y aumentar la potencia. Garantizan un flujo de aire uniforme y contribuyen a un mejor rendimiento de las turbinas a cualquier velocidad.
Llevar
Los generadores de vórtices son una mejora aerodinámica pequeña y sencilla que se utiliza en muchos tipos de aeronaves.
En un Cessna 182, un Boeing 737 o un avión militar transónico, las VG ayudan a mantener el control, retrasar las pérdidas y pueden mejorar las características generales del vuelo. Y sí, tienen algunas desventajas, pero sus beneficios superan con creces las desventajas.
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