Qual é a motivação aerodinâmica por trás dos geradores de vórtice?

Sim, há energia consumida para fazer o vórtice, mas isso geralmente é compensado pela redução do arrasto da melhoria geral do fluxo alcançada (eles podem estar girando, mas o ar girando é muito mais ordenado do que a turbulência aleatória). Normalmente, os VGs são usados em áreas locais para ajudar a reconectar o fluxo separado, mas o melhor exemplo disso é a popularidade dos VGs usados como "lâminas de um homem pobre" ao longo das bordas das asas.

Quando as aeronaves têm kits VG instalados nas bordas de ataque, isso aumenta o AOA da paralisação um pouco menos da metade do que se obtém com uma ripa ou ranhura, o que não é ruim para uma fileira de pequenas abas de metal. De cerca de 14-16 graus para a maioria dos aerofólios para talvez 19-21 graus (números de parque de eventos para ilustração). Em muitas aeronaves leves, isso é bom para uma redução de 4-6 mph na velocidade de estol indicada. Em gêmeos leves, os GVs também podem diminuir a velocidade mínima de controle para fechar ou até mesmo para baixo da baia, um enorme recurso de segurança. Eles também tendem a melhorar drasticamente o comportamento de stall.

Você pensaria que VGs de ponta viriam com uma grande penalidade de velocidade de cruzeiro, mas geralmente a penalidade é insignificante, porque há uma pequena redução de arrasto da redução da turbulência separada do fluxo no cruzeiro que compensa a energia usada para crie os vórtices. Na pior das hipóteses, talvez um gêmeo leve com VGs tenha um impacto de 3 mph na velocidade de cruzeiro, mas os benefícios de segurança são muito grandes para que isso importe.

Você está certo de que os geradores de vórtice criam arrasto, portanto, uma instalação bem-sucedida depende da redução de algum outro arrasto ainda mais. A separação do fluxo de ar causa um arrasto significativo que os geradores de vórtices podem reduzir. A energia consumida pelos geradores de vórtice que fazem o arrasto é injetada na camada limite, atrasando a separação do fluxo de ar e a eventual estol, o que pode ser ainda mais valioso. Corrigir características de voo ruins em um projeto existente é geralmente onde elas são usadas. A ilustração de uma parada de asa é fácil de entender, mas pode não ser o melhor uso de VGs, já que poucas asas voam continuamente à beira da separação.

Não. O vórtice ajuda a manter a camada limite conectada, de forma que a sustentação seja criada por um longo tempo, à medida que o avião desacelera e a asa está se inclinando para cima & de volta para o pouso.

Fonte de imagem

Vou complementar as respostas anteriores sobre VGs. Todas as três respostas anteriores estão mostrando um fato:

• Dada uma asa projetada, o ângulo de parada pode ser reduzido e também a elevação máxima pode ser aumentada.

A motivação real para usar VGs é a solução mais eficiente em geral. Seu raciocínio está certo, um VG está introduzindo arrasto e, para um determinado ângulo de ataque, uma asa aerodinamicamente eficiente.

No entanto, vamos considerar o problema de uma perspectiva diferente. Eu tenho um avião que estou desenhando e tenho vários parâmetros de projeto, imagine que uma das restrições do projeto é que, por exemplo, precisamos ser capazes de levantar a aeronave com um determinado peso, mas esse ponto é não é o ponto nominal, é apenas um ponto de design no envelope para o qual você deve projetar.

Essencialmente, no nível do design, você verá qual é o máximo que você pode gerar e multiplicar pela superfície e pela pressão dinâmica. A pressão dinâmica será dada pelo ponto de design e seus parâmetros de projeto serão a superfície da asa e a sustentação máxima.

Então ... você está interessado em otimizar a condição do cruzeiro ... obviamente você tentará fazer essa asa, para o levantamento da condição do cruzeiro, tendo o menor arrasto possível.

Isso está levando você a um trade off, o que proporcionará menos arrasto, uma superfície extra ou um conjunto de VGs? Dado este trade-off, você tem a instalação ou não de VGs.

Essencialmente, você estará usando as capacidades de energização dos VGs quando houver um trade off em uma condição específica. Eu descrevi uma condição que está dimensionando o tamanho de uma asa (típica do plano da cauda), mas você também pode dar uma olhada em essa questão onde outra condição específica é discutida em relação à nacela do motor.