Flap soplado
Los flaps soplados, o jet flaps, son dispositivos aerodinámicos de alta sustentación utilizados en las alas de algunas aeronaves para mejorar sus características de vuelo a baja velocidad. Utilizan aire soplado a través de toberas para dar forma al flujo de aire sobre el borde posterior del ala, dirigiendo el flujo hacia abajo para aumentar el coeficiente de sustentación. Hay una gran variedad de métodos para conseguir este flujo de aire, la mayoría de los cuales utilizan aire de escape o aire a alta presión del compresor de un motor a reacción y luego redirigido para seguir la línea de flaps de borde de salida. Los flaps soplados pueden referirse específicamente a aquellos sistemas que utilizan conductos internos dentro del ala para dirigir el flujo de aire, o más ampliamente a sistemas como el soplado de la superficie superior o los sistemas de toberas en el motor convencional bajo el ala que dirigen el aire a través de los flaps. Los flaps soplados son una solución dentro de una categoría más amplia conocida como «sustentación motorizada», que también incluye varios sistemas de control de la capa límite, sistemas que utilizan Slipstream dirigido y ala de control de circulación. En la década de 1960 se utilizaron alerones internos en algunos reactores rápidos terrestres y de portaaviones, como el Lockheed F-104 Starfighter, el Blackburn Buccaneer y algunas versiones del Mikoyan-Gurevich MiG-21. En general, cayeron en desgracia porque imponían una importante sobrecarga de mantenimiento para mantener los conductos limpios y los diversos sistemas de válvulas funcionando correctamente, junto con la desventaja de que un fallo del motor reducía la sustentación precisamente en la situación en la que más se desea. El concepto reapareció en forma de soplado superior e inferior en varios aviones de transporte, tanto turbohélices como turbofanes.
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Los flaps soplados, o jet flaps, son dispositivos aerodinámicos de alta sustentación utilizados en las alas de algunas aeronaves para mejorar sus características de vuelo a baja velocidad. Utilizan aire soplado a través de toberas para dar forma al flujo de aire sobre el borde posterior del ala, dirigiendo el flujo hacia abajo para aumentar el coeficiente de sustentación. Hay una gran variedad de métodos para conseguir este flujo de aire, la mayoría de los cuales utilizan aire de escape o aire a alta presión del compresor de un motor a reacción y luego redirigido para seguir la línea de flaps de borde de salida.[1]
Los flaps soplados pueden referirse específicamente a aquellos sistemas que utilizan conductos internos dentro del ala para dirigir el flujo de aire, o más ampliamente a sistemas como el soplado de la superficie superior o los sistemas de toberas en el motor convencional bajo el ala que dirigen el aire a través de los flaps. Los flaps soplados son una solución dentro de una categoría más amplia conocida como «sustentación motorizada», que también incluye varios sistemas de control de la capa límite,[2] sistemas que utilizan Slipstream dirigido y ala de control de circulación.
En la década de 1960 se utilizaron alerones internos en algunos reactores rápidos terrestres y de portaaviones, como el Lockheed F-104 Starfighter, el Blackburn Buccaneer y algunas versiones del Mikoyan-Gurevich MiG-21. En general, cayeron en desgracia porque imponían una importante sobrecarga de mantenimiento para mantener los conductos limpios y los diversos sistemas de válvulas funcionando correctamente, junto con la desventaja de que un fallo del motor reducía la sustentación precisamente en la situación en la que más se desea. El concepto reapareció en forma de soplado superior e inferior en varios aviones de transporte, tanto turbohélices como turbofanes.[3]
En un flap soplado convencional, una pequeña cantidad del aire comprimido producido por el motor a reacción se "purga" en la etapa del compresor y se conduce a canales que discurren a lo largo de la parte trasera del ala. Allí, se fuerza a través de ranuras en los flaps del ala del avión cuando los flaps alcanzan determinados ángulos. La inyección de aire de alta energía en la capa límite produce un aumento del ángulo de ataque en pérdida y del coeficiente de sustentación máximo al retrasar la separación de la capa límite del perfil aerodinámico. El control de la capa límite mediante la inyección de masa (soplado) evita la separación de la capa límite suministrando energía adicional a las partículas de fluido que están siendo retardadas en la capa límite. Por lo tanto, la inyección de una masa de aire de alta velocidad en la corriente de aire esencialmente tangente a la superficie de la pared del perfil aerodinámico invierte la desaceleración por fricción de la capa límite, por lo que se retrasa la separación de la capa límite.[4]
La sustentación de un ala se puede aumentar mucho con el soplado control de flujo. Con ranuras mecánicas, la capa límite natural limita la presión de control de la capa límite a la altura total de la corriente libre.[5] Soplar con una pequeña proporción del flujo de aire del motor (flap soplado interno) aumenta la sustentación. El uso de cantidades mucho mayores de gas procedente del escape del motor, que aumenta la cuerda efectiva del flap (el flap de chorro), produce una supercirculación,[3] o circulación forzada[6] hasta el flujo potencial teórico máximo.[3] Superar este límite requiere la adición de empuje directo.[6]
El desarrollo del concepto general continuó en la NASA en las décadas de 1950 y 1960, dando lugar a sistemas simplificados con prestaciones similares. El flap soplado externamente dispone el motor para soplar a través de los flaps en la parte trasera del ala. Parte del escape del chorro es desviado hacia abajo directamente por el flap, mientras que el aire adicional viaja a través de las ranuras del flap y sigue el borde exterior debido al efecto Coandă. El sistema similar de soplado de la superficie superior dispone los motores sobre el ala y confía completamente en el efecto Coandă para redirigir el flujo de aire. Aunque no son tan eficaces como el soplado directo, estos sistemas de sustentación motorizada son, no obstante, bastante potentes y mucho más sencillos de construir y mantener.
Un concepto más reciente y prometedor de control de flujo por soplado es la inyección de fluido a contracorriente, capaz de ejercer control de alta autoridad sobre flujos globales mediante modificaciones de baja energía en regiones clave del flujo. En este caso la rendija de soplado de aire está situada en el lado de presión cerca del borde de ataque, punto de estancamiento y el flujo de aire de control se dirige tangencialmente a la superficie pero con dirección hacia delante. Durante el funcionamiento de un sistema de control de flujo de este tipo se producen dos efectos diferentes. Un efecto, el aumento de la capa límite, es causado por el aumento de los niveles de turbulencia lejos de la región de la pared, transportando así un flujo exterior de mayor energía hacia la región de la pared. Además, otro efecto, el efecto de conformación virtual, se utiliza para engrosar aerodinámicamente el perfil aerodinámico en ángulos de ataque elevados. Ambos efectos ayudan a retrasar o eliminar la separación de flujo.[7]
En general, los flaps soplados pueden mejorar la sustentación de un ala entre dos y tres veces. Mientras que un complejo sistema de flaps de tres ranuras en un Boeing 747 produce un coeficiente de sustentación de aproximadamente 2,45,[8] el soplado externo (soplado de la superficie superior en un Boeing YC-14) lo mejora hasta aproximadamente 7,[8] y el soplado interno (jet flap en un Hunting H.126) hasta 9,[9]
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