Por que uma configuração limpa leva à geração de maiores vórtices nas pontas das asas?

Eu realmente diria o contrário para ser verdade.

Vamos supor que a intensidade do vórtice e o arrasto induzido sejam diretamente correlacionados. O coeficiente de arrasto induzido pode ser expresso como:

$ c_ {Di} = \ frac {c_L ^ 2} {\ pi \ cdot AR \ cdot e} $

• $ c_L $: coeficiente de aumento
• $ AR $: taxa de proporção da asa
• $ e $: O chamado fator Oswald , um número que é igual a um para distribuições elípticas de elevação. Diminui para distribuições que se desviam do elíptico.

A maioria dos projetos de asa tem o objetivo de obter uma distribuição de levantamento elíptica, a fim de minimizar o arrasto induzido em configuração limpa .

À medida que os flaps, spoilers, interrupções de ar e assim por diante são implantados, a distribuição de sustentação se desviará substancialmente da elíptica (veja o diagrama), reduzindo assim o fator $ e $ e aumentando o arrasto induzido. Se a primeira suposição ainda persistir, um aumento no arrasto induzido terá sido causado por um aumento na intensidade do vórtice.

Além disso, coeficientes de sustentação significativamente maiores podem ser alcançados com dispositivos de alta elevação, que também contribuem para aumentar a intensidade do vórtice.

O que causa os vórtices das asas? Quando a asa produz elevação, há pressão de ar mais alta por baixo dela e baixa pressão de ar em cima dela. Na ponta da asa, o ar de alta pressão vira para o ar de baixa pressão, e isso cria o elemento de rotação do vórtice, como descrito em este artigo . Quanto mais elevação for gerada na ponta da asa, mais strong será o vórtice.

A sustentação aerodinâmica é um produto do coeficiente de sustentação, densidade do ar, velocidade do ar e área da asa. Para velocidades subsônicas: L = $ C_L $ * ½ * ϼ * $ V ^ 2 $ * A. Somente o fator ½ nesta equação é uma constante verdadeira! Temos uma equação com cinco variáveis, então vamos dar uma olhada no que varia quando.

Ao contrário do nosso primeiro instinto, a área da asa não é uma constante. Aeronaves modernas têm flaps Fowler no bordo de fuga, que são estendidos para fora e aumentam a área da asa, além de alterar a curva da asa, o que aumenta o coeficiente de sustentação em um dado AoA. Portanto, há a primeira parte de nossa resposta: com flaps desviados, temos mais área de asa para produzir uma determinada quantidade de sustentação, portanto, pressões de ar menores necessárias, portanto, menos flertes de ar na ponta da asa:).

A segunda parte da nossa resposta também tem a ver com flaps. A distribuição do elevador elíptico só é possível quando a ponta da asa tem zero AoA, uma situação projetada para ocorrer em cruzeiros. Uma configuração de asa limpa é projetada para a condição de cruzeiro, onde há muita velocidade para gerar sustentação e queremos manter o arrasto induzido ao mínimo. Essa mesma asa limpa é muito inadequada para produzir a mesma quantidade de sustentação na menor velocidade possível de pouso.

CL é uma função do ângulo de ataque e da forma da asa. A resposta com o gráfico de CL mostra CL em alfa constante como uma função da deflexão do retalho. Um gráfico de CL na deflexão constante do retalho como uma função do alfa mostraria relativamente mais levantamento gerado perto da ponta da asa, e é onde os vórtices de asa são gerados. Os flaps estão localizados mais para dentro, o que significa que, quando desviados, uma grande parte da força de elevação é gerada longe da ponta da asa.

Eu vi os dois motivos usados para explicar isso, e provavelmente ambos contribuem para isso, mas no meu treinamento em CPL me ensinaram que a razão é que uma aeronave não limpa (e lembre-se que isso inclui o trem de pouso, spoilers, slats, etc.) faz com que o fluxo de ar seja perturbado, o que reduz a geração de vórtices. A declaração é sempre feita referindo-se a 'limpo', não 'retalhos'.

A questão surgiu também no Quora , e duas respostas voltaram, uma com o raciocínio que dei e outra usando o conceito de AoA aumentado.

Não tenho certeza de que tudo é tão simples e óbvio em relação a flaps e equipamentos.

Na verdade, com abas, temos pelo menos quatro pontos para geração de vórtices: nas pontas das asas e nas bordas externas das abas, e eles podem se misturar uns com os outros. A resposta da FAA / EASA parece baseada na seguinte pesquisa da NASA , e leva em consideração a combinação de vórtices de pontas de asa com abas / vórtices de engrenagem e enfraquecimento mais rápido da força total de vórtice. Eu suponho que realmente faz sentido: aeronaves em configuração limpa geram vórtices "tradicionais" e bem estudados, enquanto aeronaves em configuração de pouso geram fluxos turbulentos interferidos muito mais complicados. É muito difícil dizer qual deles é mais strong e mais perigoso.

Um tópico muito interessante sobre o assunto pode ser encontrado em PPRuNe , com belas fotos de situações totalmente confusas quando o vórtice da asa esquerda está se dissipando, enquanto o da direita permanece estável e estreito.

E aqui está mais uma pesquisa sobre a turbulência da vigília com resultados interessantes.