É verdade que os insetos que atingem a fuselagem podem diminuir o desempenho da aeronave e aumentar o consumo de combustível? Os insetos são pequenos em massa. Eu acho que mesmo uma grande quantidade deles se acumulando na superfície externa da aeronave, não seria significativamente o suficiente para afetar o consumo de combustível.
Você está certo, os insetos são muito pequenos, então eles influenciam as coisas que acontecem em sua escala. O único fenômeno importante em um avião que tem a escala de insetos é o camada limite, a folha de ar em torno de todas as superfícies molhadas em que a velocidade do ar muda de zero (em relação ao avião) para a velocidade que ela tem a alguma distância. Isso é chamado de camada limite. Sua espessura muda de zero no ponto de estagnação para vários centímetros no final de uma fuselagem longa.
Na borda principal, a camada limite começa com uma espessura de zero. Agora, o atrito com a asa fará com que algumas moléculas de ar fiquem mais lentas, e logo você recebe uma camada de ar na qual as moléculas mais próximas da pele da aeronave se movem com a pele, e quanto mais você se afasta da pele, menos eles são mais lentos. Inicialmente, as camadas de ar dentro da camada limite não mostram movimento cruzado de moléculas. Compare-o com uma estrada de várias faixas com tráfego de pára-choques onde nenhum carro muda de faixa. Como todas as moléculas se movem ao longo de sua camada de ar, isso é chamado de fluxo laminar (latina lamina = camada).
Em algum momento a jusante oscilações se desenvolverãoe, uma vez instáveis, as moléculas se moverão entre as camadas de ar. Agora você tem os mais rápidos das camadas mais distantes se aproximando da pele e chutando os lentos à frente, e os mais lentos do lado da pele se afastando, diminuindo as camadas mais distantes. Agora, os carros em sua estrada com várias faixas atravessam faixas e o resultado é que todas as faixas, exceto a mais à direita, se moverão em velocidade semelhante. Como o fluxo cruzado é o resultado da turbulência, essa camada limite é chamada turbulenta.
Perfis de velocidade das camadas limite laminar (esquerda) e turbulenta (direita). Imagem fonte.
O fluxo cruzado faz com que a camada limite turbulenta tenha um gradiente de velocidade muito mais acentuado na pele da aeronave, causando muito mais atrito. Ao mesmo tempo, mais energia é retirada do fluxo devido ao atrito, de modo que toda a camada limite se torna mais espessa. Se você observar o atrito local, as plotagens de parâmetros possibilitadas por XFOIL são bastante iluminantes.
Arrasto por atrito sobre o acorde para um aerofólio E502mod a 3 ° AoA. Azul: Superfície superior, Vermelho: Superfície inferior.
O gráfico mostra o atrito sobre o acorde de um aerofólio no ângulo de ataque do 3 °. Todo o fluxo é anexado (exceto por uma pequena bolha de separação na parte inferior, perto do ponto de transição). Você consegue identificar os pontos de transição do fluxo laminar para o turbulento? Sim, é onde o atrito sobe e fica irritantemente alto rio abaixo. Observe que o fluxo ao redor da asa de um avião acontece a um nível muito maior Número de Reynolds, portanto, os pontos de transição estão mais próximos da borda principal do que na plotagem acima. Escolhi o baixo número de Reynolds no gráfico acima porque mostra o fenômeno mais claramente.
Mas você vê também um pico de fricção no nariz! Isso é causado pela espessura muito pequena da camada limite jovem. Mesmo sendo laminar, mostra uma alta contribuição de atrito simplesmente porque ainda é muito fino. Agora imagine que você tem os dois efeitos: uma fina camada limite e o maior atrito de uma camada turbulenta, somados. Isto é o que os erros na borda principal da asa lhe darão! Eles tornam a superfície da asa áspera e aumentam as perdas por atrito devido a uma transição precoce da camada limite para um fluxo turbulento.
Mas há também um segundo efeito: quanto mais tempo a camada limite se desenvolve, mais o fluxo perde a capacidade de desacelerar e aumentar a pressão em direção à borda traseira. A energia de um fluxo é velocidade ou pressão, mas se a energia do fluxo é minada pelo atrito, nenhum dos dois é deixado quando necessário para negociar a última metade da forma da asa. O fluxo se separará mais cedo se tivesse sido turbulento desde o início, e a asa irá parar em um ângulo de ataque mais baixo. Esta é a segunda consequência negativa de insetos em uma asa. Ele pode ser atenuado por um design cuidadoso do aerofólio, mas esse aerofólio mostrará um desempenho menor sem erros.
Os pilotos de planador sabem disso muito bem, especialmente aqueles que voaram aviões que usou o Perfil aerodinâmico Wortmann FX 67-170. Tinha excelente L / D sem bugs, mas tanto a chuva quanto os bugs converteram o avião em algo parecido com um tijolo. Uma vez eu voei um Janus B no chuveiro e a velocidade mínima aumentou de 80 km / h para 110 km / h. Alguns segundos de vôo em alta velocidade limparam a asa, mas chegou a hora de pousar, porque eu havia perdido muita altitude.
A questão aqui não é a massa ou o peso adicional, mas o fluxo de ar perturbado sobre as asas. Os termos-chave aqui são fluxo laminar e fluxo turbulento.
A imagem abaixo mostra um fluxo laminar e turbulento normal sobre uma asa. Com insetos ou outras sujeiras na borda da frente, a transição ocorrerá mais perto da frente, levando a uma diminuição no desempenho.
(Fonte da imagem: www.allstar.fiu.edu)
O NASA fez algumas pesquisas também:
Anyone who has driven through a cloud of insects knows how quickly the bug guts build up on the vehicle, causing problems with visibility, clogging the air intake and radiator, and ruining the car's exterior finish.
The problem for an airplane is that its aerodynamic design is meant to have air move very smoothly across the body and wing surfaces, which is called laminar flow. When there is a disruption in that laminar flow, such as from the accumulation of dead bug parts, you induce the opposite of laminar flow, which is turbulence.
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Finding ways to maintain laminar flow through all phases of flight is a big deal for the aviation community because it could save millions in fuel cost, while also reducing the amount of noxious emissions released into the atmosphere.