Los generadores de vórtices (o VG) son pequeños dispositivos aerodinámicos que mejoran el rendimiento de aeronaves, turbinas eólicas e incluso algunos vehículos terrestres.
Cuando energizan la capa límite y retrasan la separación del flujo, ayudan a mejorar la sustentación, la respuesta de control y las características de pérdida.
¿Quieres saber más? Exploremos cómo funcionan los generadores de vórtices.
RESUMEN
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Los generadores de vórtices crean mini vórtices que reenergizan la capa límite, retrasando el estancamiento y mejorando la efectividad de la superficie de control.
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Se utilizan tanto en aviones STOL de baja velocidad como en aviones transónicos de alta velocidad para evitar la separación del flujo.
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Los VG se pueden encontrar en las alas de los aviones, delante de los flaps y en los estabilizadores horizontales para lograr un flujo de aire estable.
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Los kits VG de posventa para aeronaves de aviación general pueden reducir las velocidades de pérdida y mejorar la seguridad, aunque pueden reducir levemente la velocidad de crucero.
¿Qué son los generadores de vórtices?
Entonces, ¿qué son? Los generadores de vórtices son pequeñas paletas o aletas montadas en el ala, el fuselaje o las superficies de control de un avión.
El generador de vórtices fue diseñado para crear vórtices controlados. Estos se mezclan con aire de corriente libre de alta energía con aire de movimiento más lento en la capa límite. El objetivo de esto es evitar la separación del flujo y mejorar el rendimiento aerodinámico.
Los fabricantes de aeronaves instalan VG para mejorar la estabilidad, el control y la resistencia a la pérdida de sustentación. Si bien son comunes en aeronaves comerciales y militares, también se encuentran en aeronaves de aviación general y STOL para mejorar las características de manejo a baja velocidad.
¿Cómo funcionan los generadores de vórtices?
Los generadores de vórtices funcionan creando pequeños vórtices en las puntas de las alas. Estos vórtices ayudan a evitar la separación del flujo al atraer aire de alta energía hacia la capa límite, manteniendo así el flujo de aire adherido sobre la superficie.
Cuando el aire se desplaza sobre el perfil aerodinámico, la presión disminuye hasta alcanzar el centro de sustentación. Más allá de este punto, la presión aumenta y crea un gradiente de presión adverso. El gradiente hace que el flujo de aire se ralentice y se separe, lo que provoca una pérdida aerodinámica.
Los VG pueden mitigar este efecto al energizar la capa límite, lo que garantiza que el flujo de aire pueda soportar el gradiente de presión durante más tiempo. Esto permite que las alas y las superficies de control sigan funcionando bien en ángulos de ataque altos para mejorar la estabilidad y el control de la aeronave.
Generadores de vórtices en aeronaves STOL y de aviación general
En la actualidad, los aviones STOL (despegue y aterrizaje cortos) se benefician bastante de los generadores de vórtices. Se instalan en el borde de ataque del ala y permiten velocidades de pérdida más bajas y un mejor rendimiento en el despegue y el aterrizaje.
Muchos pilotos de aviación general instalan kits VG de repuesto o generadores de micro vórtices para obtener estas ventajas. Estos kits ayudan a mejorar la capacidad de control al mejorar el uso del alerón, el elevador y el timón, especialmente a bajas velocidades.
Algunos kits incluso permiten un aumento del peso máximo de despegue debido a la reducción de la velocidad de pérdida y un mejor rendimiento de ascenso.
Una cosa a tener en cuenta es que la instalación de VG puede reducir ligeramente la velocidad de crucero debido a la resistencia adicional. Las pruebas en aeronaves como el Cessna 182 y el Piper PA-28 Cherokee mostraron reducciones menores en la velocidad de crucero (1,5 a 2 nudos), pero esto suele ser una compensación que vale la pena para un mejor manejo a baja velocidad.
Generadores de vórtices en aviones comerciales
En el caso de los aviones comerciales, los generadores de vórtices suelen encontrarse delante de los flaps y otros dispositivos de alta sustentación. Estos lugares pueden tener gradientes de presión adversos, lo que puede provocar la separación del flujo durante el despegue y el aterrizaje.
Los VG mejoran la adecuación de los sistemas de alta sustentación al evitar la separación, lo que permite el flujo de aire sobre las alas y mejora la capacidad de respuesta del control.
Los VG también pueden ayudar con la reducción de ruido, como en aviones como el Airbus A320, donde los VG ayudan a minimizar el sonido generado por el flujo de aire sobre los respiraderos de ecualización de presión del tanque de combustible.
Generadores de vórtices en vuelos transónicos y supersónicos
A altas velocidades, los aviones experimentan efectos de compresibilidad que provocan la formación de ondas de choque. Estas ondas de choque pueden provocar una separación abrupta del flujo de aire detrás de las superficies de control, lo que puede provocar problemas de control.
La forma de contrarrestar esto es que los generadores de vórtices se colocan estratégicamente en las alas y los estabilizadores horizontales para mantener el flujo de aire conectado.
Por ejemplo, el entrenador L-39 Albatros utiliza VG en su estabilizador para evitar la separación del flujo transónico y mantener el control del paso a altas velocidades.
Cómo los generadores de vórtices aumentan el peso máximo de despegue
En el caso de los aviones bimotores, las VG pueden dar lugar a un aumento del peso máximo de despegue (MTOW). Como reducen la velocidad de pérdida, se reduce el requisito de rendimiento de ascenso con un motor inoperativo. Esto crea un MTOW permitido más alto.
Tenga en cuenta que los VG no suelen aumentar el peso máximo de aterrizaje. Esto se determina por límites estructurales más que por consideraciones de velocidad de pérdida.
Los pilotos deben gestionar el consumo de combustible para asegurarse de no exceder las restricciones de peso de aterrizaje cuando regresan de un vuelo largo.
¿Existen desventajas en los generadores de vórtices?
Los VG ofrecen muchos beneficios, pero también tienen algunas desventajas:
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Ligera reducción en la velocidad de crucero : la resistencia adicional puede resultar en pérdidas de velocidad menores, aunque normalmente solo de 1 a 2 nudos.
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Consideraciones sobre formación de hielo y mantenimiento : los VG generalmente residen dentro de la capa límite y no son propensos a la formación de hielo durante el vuelo, pero pueden dificultar la eliminación del hielo y la nieve de las alas cuando están en tierra.
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Posibilidad de daños en la tela : las VG pueden tener bordes afilados que pueden dañar las cubiertas de las aeronaves, por lo que es posible que necesiten cubiertas especializadas para evitar el desgaste.
Preguntas frecuentes
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¿Los generadores de vórtices realmente reducen la velocidad de pérdida?
Sí, un generador de vórtices puede retrasar la separación del flujo, permitiendo que el ala mantenga la sustentación a velocidades aéreas más bajas, reduciendo efectivamente la velocidad de pérdida.
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¿La instalación de VG en mi avión reducirá la velocidad de crucero?
Puede haber una ligera reducción (1,5-2 nudos), pero los beneficios mejorados en el manejo a baja velocidad y en la seguridad a menudo superan este inconveniente.
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¿Puede un generador de vórtices aumentar el peso de despegue?
En algunas aeronaves bimotores, pueden aumentar el MTOW reduciendo la velocidad de pérdida y mejorando el rendimiento de ascenso con un solo motor.
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¿Son difíciles de instalar los generadores de vórtices?
En el caso de los aviones de fabricación casera y experimentales, su instalación es relativamente sencilla, pero los aviones certificados requieren la aprobación de la FAA, lo que puede suponer un aumento de los costes.
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¿Los aviones de pasajeros utilizan generadores de vórtices?
Sí, comúnmente se encuentran delante de los flaps y las superficies de control para mantener la conexión del flujo de aire durante el despegue y el aterrizaje.
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¿Pueden los generadores de vórtices ayudar con problemas de control de alta velocidad?
Sí, evitan la separación del flujo de aire a velocidades transónicas, manteniendo efectiva la superficie del ala de control.
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¿Cuáles son las ventajas de los generadores de micro vórtices?
Los generadores de micro vórtices mejoran el control del flujo de aire con menos resistencia, mejorando la prevención de pérdida de sustentación, la eficiencia del combustible y la estabilidad a alta velocidad, al mismo tiempo que son livianos y fáciles de instalar.
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¿Dónde deben colocarse los generadores de vórtices?
Coloque generadores de vórtices donde se produce la separación del flujo de aire: cerca del borde de ataque del ala, delante de los flaps, en los estabilizadores o alrededor de las entradas del motor.
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¿Es posible conectar generadores de vórtices a las palas de los aerogeneradores?
Sí. Los generadores de vórtices en las palas de las turbinas eólicas ayudan a reducir la resistencia, mejorar la sustentación y aumentar la potencia de salida. Garantizan que el aire fluya con suavidad y ayudan a que las turbinas funcionen mejor a todas las velocidades.
Llevar
Los generadores de vórtices son una mejora aerodinámica pequeña y sencilla que se utiliza en muchos tipos de aeronaves.
En un Cessna 182, un Boeing 737 o un avión militar transónico, las VG ayudan a mantener el control, retrasar las pérdidas y pueden ayudar a mejorar las características generales del vuelo. Y sí, tienen algunas desventajas, pero sus beneficios superan con creces las desventajas.
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