Geradores de vórtices: como eles melhoram a aerodinâmica

Os geradores de vórtices (ou VGs) são pequenos dispositivos aerodinâmicos que melhoram o desempenho de aeronaves, turbinas eólicas e até mesmo de alguns veículos terrestres.

Ao energizarem a camada limite e retardarem a separação do fluxo, ajudam a melhorar a sustentação, a resposta de controle e as características de estol.

Quer saber mais? Vamos explorar como funcionam os geradores de vórtice.

RESUMO

• Os geradores de vórtices criam minivórtices que revitalizam a camada limite, retardando a perda de sustentação e melhorando a eficácia das superfícies de controle.
• São utilizados tanto em aeronaves STOL de baixa velocidade quanto em aeronaves transônicas de alta velocidade para evitar a separação do fluxo de ar.
• Os geradores de vórtices (VGs) podem ser encontrados nas asas de aviões comerciais, na frente dos flaps e nos estabilizadores horizontais para um fluxo de ar estável.
• Kits de geradores de vórtices (VG) de reposição para aeronaves de aviação geral podem reduzir a velocidade de estol e melhorar a segurança, embora possam reduzir ligeiramente a velocidade de cruzeiro.

O que são geradores de vórtice?

Então, o que são eles? Os geradores de vórtice são pequenas palhetas ou aletas montadas na asa, fuselagem ou superfícies de controle de uma aeronave.

O gerador de vórtices foi projetado para criar vórtices controlados. Estes são misturados com ar de alta energia da corrente livre e ar de movimento mais lento na camada limite. O objetivo é evitar a separação do fluxo e melhorar o desempenho aerodinâmico.

Os fabricantes de aeronaves instalam geradores de vórtice (VGs) para melhorar a estabilidade, o controle e a resistência à perda de sustentação. Embora sejam comuns em aeronaves comerciais e militares, também são encontrados em aeronaves de aviação geral e STOL (decolagem e pouso curtos) para aprimorar as características de manuseio em baixa velocidade.

Como funcionam os geradores de vórtice?

O funcionamento dos geradores de vórtices se dá pela criação de mini vórtices de ponta de asa. Esses vórtices ajudam a prevenir a separação do fluxo, puxando o ar de alta energia para a camada limite e mantendo o fluxo de ar aderido à superfície.

Quando o ar se move sobre o aerofólio, a pressão diminui até atingir o centro de sustentação. A partir desse ponto, a pressão aumenta, criando um gradiente de pressão adverso. Esse gradiente faz com que o fluxo de ar diminua a velocidade e se separe, levando a uma perda de sustentação aerodinâmica.

Os geradores de vórtice (VGs) podem mitigar esse efeito energizando a camada limite, garantindo que o fluxo de ar suporte o gradiente de pressão por mais tempo. Isso permite que as asas e as superfícies de controle continuem funcionando bem em altos ângulos de ataque, melhorando a estabilidade e o controle da aeronave.

Geradores de vórtice em aeronaves STOL e de aviação geral

Atualmente, aeronaves STOL (de decolagem e pouso curtos) se beneficiam bastante dos geradores de vórtice. Instalados na borda de ataque da asa, eles permitem velocidades de estol mais baixas e melhor desempenho de decolagem e pouso.

Muitos pilotos de aviação geral instalam kits VG (geradores de vórtice) ou microgeradores de vórtice para obter essas vantagens. Esses kits ajudam a melhorar a controlabilidade, otimizando o uso dos ailerons, profundor e leme, principalmente em baixas velocidades.

Alguns kits permitem até mesmo um aumento no peso máximo de decolagem devido à redução da velocidade de estol e à melhoria no desempenho de subida.

Um ponto a observar é que a instalação de geradores de vórtice (VGs) pode diminuir ligeiramente a velocidade de cruzeiro devido ao aumento do arrasto. Testes em aeronaves como o Cessna 182 e o Piper PA-28 Cherokee mostraram pequenas reduções na velocidade de cruzeiro (de 1,5 a 2 nós), mas essa é frequentemente uma compensação válida para uma melhor manobrabilidade em baixa velocidade.

Geradores de vórtice em aviões comerciais

Em aviões comerciais, os geradores de vórtice geralmente são encontrados à frente dos flaps e outros dispositivos de alta sustentação. Essas localizações podem apresentar gradientes de pressão adversos, o que pode levar à separação do fluxo durante a decolagem e o pouso.

Os geradores de vórtice (VGs) melhoram a adequação dos sistemas de alta sustentação ao evitar a separação das asas, permitindo o fluxo de ar sobre elas e aumentando a capacidade de resposta dos comandos.

Os VGs também podem ajudar na redução de ruído, como em aeronaves como o Airbus A320, onde os VGs ajudam a minimizar o som gerado pelo fluxo de ar sobre as aberturas de equalização de pressão do tanque de combustível.

Geradores de vórtices em voos transônicos e supersônicos

Em altas velocidades, as aeronaves sofrem efeitos de compressibilidade que causam a formação de ondas de choque. Essas ondas de choque podem causar separação abrupta do fluxo de ar atrás das superfícies de controle, o que pode levar a problemas de controle.

A solução encontrada foi posicionar estrategicamente os geradores de vórtice nas asas e nos estabilizadores horizontais para manter o fluxo de ar aderido.

Por exemplo, o avião de treinamento L-39 Albatros utiliza geradores de vórtice (VGs) em seu estabilizador para evitar a separação do fluxo transônico e manter o controle de inclinação em altas velocidades.

Como os geradores de vórtice aumentam o peso máximo de decolagem

Em aeronaves bimotoras, os geradores de vórtice (VGs) podem levar a um aumento no peso máximo de decolagem (MTOW). Como reduzem a velocidade de estol, a exigência de desempenho de subida com um motor inoperante é reduzida. Isso resulta em um MTOW permitido maior.

Lembre-se de que os geradores de vórtice geralmente não aumentam o peso máximo de pouso. Isso é determinado por limites estruturais, e não por considerações de velocidade de estol.

Os pilotos precisam gerenciar o consumo de combustível para garantir que não excedam os limites de peso para pouso ao retornar de um voo longo.

Existem desvantagens nos geradores de vórtice?

As VGs oferecem muitas vantagens, mas também apresentam algumas desvantagens:

• Ligeira redução na velocidade de cruzeiro : O aumento do arrasto pode resultar em pequenas perdas de velocidade, geralmente de apenas 1 a 2 nós.
• Considerações sobre formação de gelo e manutenção : Os geradores de vórtice geralmente operam dentro da camada limite atmosférica e não são propensos à formação de gelo em voo, mas podem dificultar a remoção de gelo e neve das asas quando a aeronave está no solo.
• Potencial de danos ao tecido : Os VGs podem ter bordas afiadas que podem danificar as coberturas das aeronaves, portanto, podem precisar de revestimentos especiais para evitar desgaste.

Perguntas frequentes

Os geradores de vórtice realmente reduzem a velocidade de estol?

Sim, um gerador de vórtices pode retardar a separação do fluxo, permitindo que a asa mantenha a sustentação em velocidades mais baixas, reduzindo efetivamente a velocidade de estol.

A instalação de geradores de vórtice (VGs) na minha aeronave reduzirá a velocidade de cruzeiro?

Pode haver uma ligeira redução (1,5 a 2 nós), mas a melhoria na manobrabilidade em baixa velocidade e os benefícios em termos de segurança geralmente superam essa desvantagem.

Um gerador de vórtices pode aumentar o peso de decolagem?

Em algumas aeronaves bimotoras, é possível aumentar o MTOW (peso máximo de decolagem) reduzindo a velocidade de estol e melhorando o desempenho de subida com um único motor ligado.

Os geradores de vórtice são difíceis de instalar?

Para aeronaves experimentais e construídas em casa, a instalação é relativamente fácil. Mas aeronaves certificadas exigem aprovação da FAA, o que pode aumentar os custos.

Os aviões comerciais usam geradores de vórtice?

Sim, eles são comumente encontrados à frente dos flaps e superfícies de controle para manter a aderência do fluxo de ar durante a decolagem e o pouso.

Os geradores de vórtice podem ajudar com problemas de controle em alta velocidade?

Sim, elas impedem a separação do fluxo de ar em velocidades transônicas, mantendo a superfície de controle da asa eficaz.

Quais são as vantagens dos microgeradores de vórtices?

Os microgeradores de vórtices melhoram o controle do fluxo de ar com menos arrasto, aumentando a prevenção de estol, a eficiência de combustível e a estabilidade em alta velocidade, além de serem leves e fáceis de instalar.

Onde devem ser colocados os geradores de vórtice?

Posicione os geradores de vórtice onde ocorre a separação do fluxo de ar — perto da borda de ataque da asa, na frente dos flaps, nos estabilizadores ou ao redor das entradas de ar do motor.

É possível acoplar geradores de vórtice às pás de turbinas eólicas?

Sim. Os geradores de vórtice nas pás das turbinas eólicas ajudam a reduzir o arrasto, melhorar a sustentação e aumentar a produção de energia. Eles garantem que o ar flua suavemente e ajudam as turbinas a terem um melhor desempenho em todas as velocidades.

Remover

Os geradores de vórtice são um pequeno e simples dispositivo de melhoria aerodinâmica utilizado em diversos tipos de aeronaves.

Em um Cessna 182, um Boeing 737 ou um jato militar transônico, os geradores de vórtice (VGs) ajudam a manter o controle, retardam estol e podem contribuir para melhorar as características gerais de voo. Sim, eles apresentam algumas desvantagens, mas seus benefícios superam em muito os inconvenientes.

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