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DISPOSITIVOS DE HIPERSUSTENTACION

La velocidad a la cual un avión puede mantener el vuelo recto y nivelado (aceleración cero) a un dado ángulo de ataque, o coeficiente de sustentación, depende del peso total del avión y del área del ala, mas específicamente, del coeficiente entre dicho peso y el área, la carga alar.
En consecuencia, si un avión despega o aterriza con un ángulo de ataque de “ perdida” (máximo coeficiente de sustentación), la velocidad será alta si la carga alar lo es.  Si dicha velocidad es muy alta será necesaria una pista muy larga para permitir que el avión frene o acelere para despegar.
Una sección alar diseñada para tener máxima eficiencia a altas velocidades (con un alto valor del máximo coeficiente de sustentación) y en ausencia de dispositivos de hipersustentacion, cuando funciona con alta carga alar implica altas velocidades de despegue y/o aterrizaje.
Con el propósito de determinar que dispositivos emplear para obtener una razonable velocidad de perdida a altas velocidades y grandes cargas alares, haremos las siguientes consideraciones.
Teniendo en cuenta la definición del coeficiente de sustentación
Cl= L/(0,5 ? V(velocidad al cuadrado) S)
L= Sustentación
V= Velocidad de la corriente libre
S= Area del ala
?= densidad del aire
Se ve que
                              
1/2
 
V=   2.L / (?.Cl S)     
En vuelo recto y nivelado ( a velocidad constante), la sustentación es igual al peso
L=W
Y en perdida, Cl= Clmax
Por lo cual la velocidad de perdida será
                                                                             
1/2
Vs= Velocidad de perdida=  2W / (? . Clmax. S)
De esta ecuación surge que los únicos parámetros que podemos alterar para variar Vs son Clmax y S.
En consecuencia si deseamos emplear una sección alar de bajo  Clmax Y aun obtener una baja velocidad de perdida, debemos cambiar a través del empleo de métodos artificiales a Clmax y/o a S.
Pensemos primero en Clmax. Podemos incrementarlo  recurriendo a:
Control de la capa limite
Incrementar la curvatura de la línea de curvatura media del perfil
Por otra parte la superficie alar (S) podemos incrementarla con el auxilio de dispositivos retractables dentro de ella.
Con relación a los métodos que llevan al aumentando del Clmax, podemos enumerar los siguientes

Succión y remocion de capa limite

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Control de capa limite

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Ranuras simples y múltiples 

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Control de capa limite
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Aletas de borde de ataque fija

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Control de capa limite

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Aleta de borde de ataque móvil

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Control de capa limite- Línea de curvatura-Cambio de area-

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Borde de ataque flexible (flap de borde de ataque)

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Cambio de linea de curvatura

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Flaps simples o divididos (split)

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Cambio de linea de curvatura

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Flap retráctil simple

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Cambio de curvatura-Cambio de área

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Flaps ranurados simples y múltiples

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Cambio línea curvatura-Control de capa limite

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Flap Fowler y Fowler ranurado

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Control de capa limite-Cambio línea de curvatura-Cambio de área

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SUCCION Y REMOCION DE LA CAPA LIMITE

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Permite aumentar el ángulo de perdida y Clmax. La succión se realiza en varios puntos sobre la superficie del perfil. Luego de efectuada se reinstala el flujo, pero con un nivel de energía alto en relación a la capa limite sin control, razón por la cual se retrasa el despegue. No obstante este método consume potencia, por lo cual no resulta aconsejable su implantación en aviones de poco porte y/o baja velocidades. La remoción de la capa limite disminuye la resistencia de piel, algo muy ventajoso en condiciones de despegue o altas velocidades, pero no durante el aterrizaje ya que en este caso es preferible alta resistencia pues esta asociada a un incremento del ángulo de planeo y a una reducción de la velocidad.

RANURAS (SLOTS), SEAN SIMPLES O MULTIPLES

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Se emplean para energizar la capa limite y por ende, retrasa el despegue de la misma. No obstante pueden producirse ligeros incrementos de la resistencia (drag)

ALETA FIJA DEL BORDE DE ATAQUE

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Funciona de manera semejante a una ranura, pero desde el punto de vista representa un pequeño perfil delante del borde de ataque, mientras que las ranuras son cortes sobre el mismo perfil. La aleta fija produce un aumento de la resistencia

ALETA MOVIL (SLAT)

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Permite energizar la capa limite el despegue (aunque aumente la resistencia) para luego retraerla durante el vuelo. Si dicho “Slat” además de extenderse hacia afuera lo hace hacia abajo, se produce un cambio en la curvatura del perfil que implica un ligero incremento de la resistencia y un corrimiento del cero aerodinámico (ángulo de ataque para Cl=0), de tal forma que se necesita un mayor ángulo de ataque para un dado coeficiente de sustentación.

BORDE DE ATAQUE FLEXIBLE

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Funciona de manera semejante a la aleta móvil pero sin producir cambios de área.

FLAPS SIMPLES (PLAIN) O DIVIDIDOS (SPLIT)

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Incrementan el Clmax por medio del aumento de la curvatura de la línea media, pero con un aumento de la resistencia, cambios en el cero aerodinámico (se corre hacia la izquierda en el diagrama Cl versus alfa) y un aumento del momento de picada (descenso de la nariz del avión) alrededor del centro aerodinámico. El aumento de la resistencia en el flap dividido es mayor que en el simple, pues se produce una zona de baja de presión entre la superficie superior del flap que desciende y la superficie inferior del borde de fuga.

FLAP RETRACTIL

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Se desempeña de manera semejante al flap simple, excepto que el borde de ataque se mueve hacia atrás, produciendo un leve incremento del área del ala.

FLAPS RANURADOS

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Funcionan de manera semejante a los simples,con la excepción de que el flujo de alta presión en el intrados energía al flujo sobre el extrados a través de la ranura, conllevando a un ligero incremento del coeficiente de sustentación.

FLAPS DELTIPO FOWLER

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Producen el incremento del área del ala como asimismo un aumento en la curvatura de la línea del perfil constituyendo, en general, la mejor configuración de flap desde el punto de vista del aumento de la sustentación. La desventaja estriba, fundamentalmente, en el mecanismo de operación de los mismo.
En general los flaps son capaces de producir mayores incrementos del Clmax con relación a las ranuras y/o las aletas del borde de ataque siendo, además, mas sencillos de diseñar. No obstante cuando ambos sistemas se emplean simultáneamente, los efectos son aditivos y, por lo tanto, permiten alcanzar los mejores incrementos del Clmax.
Desde el punto de vista de la comparación numérica, un buen diseñado Fowler múltiple puede ser capaz de incrementar el Clmax en alrededor del 100%, con una cuerda del flap del 30 % con relación a la cuerda del ala. Otros tipos del flaps, como el simple, pueden llegar a incrementar el Clmax en un 90 % (pero con mayor resistencia). Las ranuras (slots) puede llegar a incrementar el Clmax en un 50 %



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