NDICE

I.INTRODUCCIN3II.OBJETIVOS4III.MARCO TERICO4IV.DISPOSITIVOS HIPERSUSTENTADORES7A.CONTROL DE REA71.FLAPS72.SLATS123.SLOTS14B.CONTROL DE CAPA LMITE151.WING FENCES162.GENERADOR DE VORTICES- LEX16V.OTROS DISPOSITIVOS171.SPOILER17VI.INFORMACIN18VII.CONCLUSIN20VIII.BIBLIOGRAFA21

INTRODUCCIN

Desde el nacimiento de la aviacin y posterior evolucin de las aeronaves, se busc en los primeros modelos que realizarn un correcto despegue y aterrizaje, estos modelos volaban a una velocidad no mucho mayor que sus velocidades de despegue y aterrizaje, por lo tanto en un principio no eran requeridos sistemas hipersustentadores, sin embargo, avanzando en los aos, los diseares de modelos aeronuticos se percataron de los beneficios de estos en el aterrizaje, los cuales influan para mejorar la capacidad de planeo de las estas aeronaves, estos aumentaban la maniobrabilidad del piloto cuando se encontraba nariz abajo en el aterrizaje.A medida que los motores fueron evolucionando, la velocidad crucero de las aeronaves fue aumentando y la carga sobre las alas incrementaba; naci una necesidad de poseer dispositivos hipersustentadores para mantener las velocidades de despegue y aterrizaje dentro de lmites razonables, siendo los primeros dispositivos, los flaps, los cuales fueron ubicados en el borde de fuga del perfil alar.

Luego que los motores a reaccin fueron progresando y pasaran desde un uso militar al uso comercial, el diseo de estas aeronaves tuvo que desarrollarse para poder aprovechar las caractersticas de sus motores. Esta evolucin llev a un aumento de la velocidad la cual fue posible gracias a la incorporacin del ala punta de flecha, la cual disminua la sustentacin a velocidades bajas. Por otra parte y sumado al efecto anterior, el aumento en la carga alar requera un aumento en la sustentacin de las aeronaves para vencer esta nueva complicacin que se presentaba, el peso. Esto marca indicios necesarios para incorporar los dispositivos hipersustentadores los cuales permitan aumentar el coeficiente de sustentacin de las aeronaves.

La velocidad de despegue y aterrizaje aument con la llegada del avin a reaccin lo que trajo como consecuencia un alargamiento de las pistas despegue y aterrizaje a nivel mundial. Pero este alargamiento tiene lmites econmicos, adems existen lmites en las velocidades de despegue y aterrizaje as como tambin existen lmites de velocidades para los neumticos; por lo cual, para mantener las velocidades y distancias dentro de parmetros y lmites razonables se necesit dispositivos hipersustentadores cada vez ms eficaces y as un flap simplemente fue evolucionando, se buscaron nuevos diseos y alternativas o distintos mtodos los cuales son presentados en el presente informe.

A modo de ejemplo, el Boeing 747, en el cual se emplean distintos tipos de dispositivos se logra apreciar la tendencia de crear dispositivos simples para obtener mayor sustentacin con bajos costos de mantenimiento, esta fue y ha sido la premisa de ingenieros para lograr el desarrollo de dispositivos hipersustentadores, alcanzar los estndares y lmites antes mencionados.

La base es la ecuacin de sustentacin, expuesta ms adelante donde se podr apreciar que son distintos parmetros los cuales pueden influenciar la sustentacin de un avin como lo es la variacin del rea del perfil alar, el coeficiente de sustentacin, o el control de la capa lmite, todo ello a velocidades mnimas como son la de despegue y aterrizaje donde los dispositivos hipersustentadores son cruciales para un vuelo estable y los que dan la base para el estudio de estos dispositivos los que sern abarcados en este informe.

OBJETIVOS

Efectuar una descripcin general de dispositivos aerodinmicos empleados normalmente en aeronaves. Identificar el propsito, funcionamiento, evolucin, materiales empleados. Presentar esquemas, diagramas e informacin de los dispositivos hipersustentadores.MARCO TERICO

Principio bsico

Ilustracin 1Un avin se sustenta en el aire como consecuencia de la diferencia de presiones que se origina al incidir la corriente de aire sobre un perfil aerodinmico, como es el ala. En la parte superior de la misma se produce un aumento de velocidad ya que la trayectoria a recorrer por las partculas de aire en esta, es mayor que en la parte inferior, en el mismo tiempo. Por lo visto anteriormente se origina en la parte superior una disminucin de presin con respecto a la parte inferior, produciendo de esta forma la sustentacin del ala.

Sustentacin

La sustentacin producida en un ala o superficie aerodinmica es directamente proporcional al rea total expuesta al flujo de aire y al cuadrado de la velocidad con que ese flujo incide en el ala. Tambin es proporcional, para valores medios, a la inclinacin del ngulo de ataque del eje de la superficie de sustentacin respecto al de la corriente de aire. Para ngulos muy altos, la sustentacin cambia con rapidez hasta llegar a la prdida total.

Variables que influyen en la sustentacin

Son diferentes las variables que influyen en la sustentacin del avin, estas son:

1. Densidad del aire: El aire posee diferentes densidades dependiendo directamente de la temperatura del mismo. La densidad es la cantidad de partculas de aire por unidad de volumen. Por lo tanto, el aire caliente es menos denso que el aire fro, lo que significa que en invierno los aviones vuelan mejor, por la estabilidad de las partculas.

2. Velocidad del aire sobre el perfil aerodinmico: La sustentacin es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad. Por lo tanto la sustentacin aumentar considerablemente a medida que se aumente la velocidad, aunque a pesar de que este pensamiento es lgico, no es siempre posible aumentar la velocidad para generar una mayor sustentacin producto de las condiciones de las aeronaves y sus limitancias, por tanto se buscarn aumentar las otras variables. 3. La superficie alar: Cuanto mayor es la superficie alar mayor es la sustentacin. Por lo tanto, como no es posible construir alas gigantes para poder generar una mayor sustentacin, se opta por construir superficies hipersustentadoras que permitan modificar la sustentacin de la aeronave en las fases crticas del vuelo. Aunque al aplicar estas superficies hipersustentadoras a un perfil alar, trae consigo a su vez, un aumento en la resistencia porque existir una mayor seccin de rea enfrentndose al flujo de aire.

4. El ngulo de ataque: La sustentacin es directamente proporcional al coseno del ngulo de ataque.

La ecuacin de la sustentacin que agrupa todos estos elementos sera la siguiente:

,

En donde:

L: Sustentacin, : Densidad del flujo que recorre al cuerpo, V: Velocidad del flujo, S: Superficie alar CL: el coeficiente de sustentacin. Cos : Coseno del ngulo de ataque

Por lo tanto si se puede incrementar cualquiera de estas variables, es posible variar la sustentacin, pero para condiciones normales y comunes incrementar el coeficiente de sustentacin o la velocidad logran de manera directa el aumento de la sustentacin en s. La implementacin de dispositivos hipersustentadores, en su mayora, lo que logran es un aumento en el rea.

Grfico 1Las caractersticas aerodinmicas de un perfil, mostrados en el grfico 1 Cl versus , permiten observar que existe un punto de sustentacin mxima el cual se define como punto de despegue del flujo adherido, o punto de Stall.

Este punto es de gran importancia para el aterrizaje y despegue ya que nos permite operar con una velocidad mnima en el punto CL mximo sin alcanzar la condicin de prdida o Stall.

La condicin de la velocidad de aterrizaje est dada por:

Donde

= Velocidad mnima de aterrizaje o de crucero = Peso del avin

De este modo, la velocidad de aterrizaje mnima se puede reducir aceptablemente, incrementando el rea del ala mediante dispositivos hipersustentadores.

Grfico 2Resistencia

Los mismos factores que contribuyen al vuelo producen efectos no deseables como la resistencia. La resistencia es la fuerza que tiende a oponerse al movimiento del avin en el aire.

Un tipo de resistencia es la parsita, producida por la friccin del fuselaje, tren de aterrizaje o cualquier superficie propia de la aeronave. Depende de la forma del objeto y de la rugosidad de su superficie. Se puede reducir mediante perfiles muy aerodinmicos del fuselaje y alas del avin. Hay diseos que incorporan elementos para reducir la friccin, consiguiendo que el aire que fluye en contacto con las alas mantenga el llamado flujo laminar cuando se desliza sobre ellas sin producir torbellinos. Otro tipo de resistencia, llamada resistencia inducida, es el resultado directo de la sustentacin producida por las alas.

Se llama resistencia total a la suma de ambas resistencias. La ingeniera aeronutica trata de conseguir que la relacin entre la sustentacin y la resistencia total sea lo ms alta posible, que se obtiene tericamente al igualar la resistencia aerodinmica con la inducida, pero dicha relacin en la prctica est limitada por factores como la velocidad y el peso admisible de la clula del avin.

Considerando que al aplicar las superficies hipersustentadoras se aumenta la combadura del perfil o el rea de esta, esto origina segn lo sealado anteriormente, un aumento en la sustentacin de la aeronave como aparece en el grfico 2[footnoteRef:1], es por esto que es til utilizarlas, aunque a pesar de esta ventaja tambin se produce un aumento de la resistencia del perfil, debido al aumento del rea que se enfrenta al perfil, es de lo que se profundizar ms adelante en la investigacin. [1: Grfico Coeficiente de sustentacin vs ngulo de ataque de un perfil NACA 66215, Theory of Wing Sections, Ira Abbot ]

Prdida

Grfico 3

Ilustracin 2La prdida es la incapacidad del ala para producir la sustentacin necesaria, debido a un ngulo de ataque excesivo o encontrarse a bajas velocidades. Cerca del ngulo crtico la sustentacin cambia con rapidez hasta llegar a la prdida total cuando, por efecto de esos valores, el aire se mueve produciendo torbellinos en la superficie de las alas, Ilustracin 2. En sta situacin se dice que el perfil aerodinmico ha entrado en prdida.

Es aqu donde un juega un papel importante el piloto, porque debe encontrar un equilibrio entre la sustentacin y la resistencia de tal forma de obtener la mxima sustentacin al menor arrastre posible, ya que en aeronaves esto significa un menor consumo de combustible y una mejor maniobrabilidad para el piloto en las situaciones crticas del vuelo, tanto aterrizaje como despegue, ya que en estas situaciones el avin se pone al lmite y muy cercano al Stall, es por esto que el ingeniero debe velar por la eficiencia en los diseos.

Entonces, durante la aproximacin para el aterrizaje, el piloto tiene que ir descendiendo y a la vez disminuyendo la velocidad lo ms posible; ello producira una considerable prdida de sustentacin y en consecuencia, un descenso muy fuerte y un impacto violento en la pista si no combina correctamente los mandos. La explicacin ms sencilla de la prdida es considerar que las partculas del aire que rodean a la superficie alar superior, no son capaces de deslizarse por la pendiente que les impone la posicin del perfil, generndose torbellinos que impiden la succin sobre la superficie alar y es aqu donde actan, las cotizadas superficies hipersustentadoras.

DISPOSITIVOS HIPERSUSTENTADORES

CONTROL DE REA

FLAPS

Los Flaps forman parte del borde de fuga de las alas. En las aeronaves de menor tamao se activan de forma mecnica mediante una palanca que acciona manualmente el piloto. En las de mayor tamao y velocidad resulta prcticamente imposible hacerlo de manera manual por lo cual en esos aviones existen sistemas hidrulicos que se encargan de moverlos.La funcin de los flaps o wing flaps es modificar la forma aerodinmica del ala proporcionando una mayor sustentacin al avin cuando vuela en rgimen de velocidad lento, es til tanto en el despegue como en el aterrizaje. Durante el despegue los flaps se despliegan parcialmente unos grados hacia afuera y hacia abajo. Esta variacin permite un mayor desvo de aire en el ala originando un incremento en la sustentacin. Una vez que el avin se encuentra en el aire, el piloto recoge poco a poco los flaps para eliminar la resistencia adicional que estos introducen al desplazamiento del avin y poder alcanzar la velocidad de crucero, en cambio, en el aterrizaje ayuda a incrementar la sustentacin a la baja velocidad. 0. Tipos de Flaps

Se puede encontrar distintos tipos de flaps los cuales modifican el coeficiente de sustentacin de un perfil como se muestra en el grfico 4. De esta manera se puede apreciar que la utilizacin de los distintos flaps modifican considerablemente la sustentacin para un ngulo de ataque a 0, aunque diferenciando un perfil bsico y otro con un flap se observa que si bien aument su coeficiente de sustentacin esto trajo consigo una disminucin del ngulo crtico (ngulo en el cual se produce el desprendimiento de la capa lmite o la condicin de stall).

Grfico 4

Observando el grfico 4, se concluye que mientras aumenta el coeficiente de sustentacin a medida que vara el ngulo de ataque existe un efecto que tambin aumenta, este es el coeficiente de resistencia del perfil alar para diferentes flap utilizados. Por lo tanto, el coeficiente de sustentacin es directamente proporcional al coeficiente de resistencia de un perfil a un determinado flap. Como se seal anteriormente, esto sucede debido que al aumentar el rea del perfil alar (utilizando los dispositivos hipersustentadores, en este caso el flap) tambin aumenta la sustentacin a la que est sometido este perfil, no obstante, si aumenta el rea tambin aumenta el rea que se enfrenta al flujo de viento, por lo tanto, hay una mayor resistencia inducida y parsita.

Dentro de los distintos tipos de flaps observados en el grfico se pueden mencionar los siguientes:

0. Flaps de borde de fugaFlap sencillo o simple:

Es el ms comn en aviones pequeos, es una prolongacin del ala y su efecto es aumentar la sustentacin al aumentar la curvatura del plano. Ubicado como extensin del ala en el borde de fuga de esta.

Flap de intrads o partido (Split Flap)

Es parecido al anterior aunque de intensidad menor ya que no llega al extrads del ala por lo que solo varia la curvatura del intrads. Este ofrece una resistencia aerodinmica considerable por lo que puede ser usado como aerofreno, este tipo de flap no se usa en la actualidad.

Se forma por la deflexin simple de una placa en el intrads, aumenta, el Coeficiente de Sustentacin (CL) de manera similar al Flap simple pero a su vez produce un aumento mayor en el coeficiente de arrastre que un Flap simple

Flap zap

Es igual al anterior (de Intrads) pero con la diferencia que este se desplaza hacia atrs al mismo tiempo que se deflecta aumentando la superficie del ala.

Flap Fowler

Es idntico al zap solo que este se puede desplazar hasta el borde de salida por lo que aumenta mucho la superficie sustentadora.

El control de capa limite producido es similar al de un flap ranurado. Produce un incremento en el coeficiente de sustentacin debido al alargamiento de la cuerda.

Flap Ranurado (Slotted Flap)

Tipo de flap comnmente utilizado en aeronaves jet, Consiste en una superficie articulada, similar al plap simple, que se despliega movindose hacia abajo y hacia atrs, abriendo una estrecha abertura entre el intrads y extrads para el control de la capa lmite

El control de la capa lmite y el desprendimiento de la capa limite en la seccin cercana al borde de fuga es retrasada debido al paso de aire e incremento de la energa en la superficie superior del flap, debido al gradiente creado por la diferencia de presiones entre las dos superficies al tener una ranura que las una.

LEADING-EDGE FLAP O FLAP DE BORDE DE ATAQUE.

Este tipo de flap ubicado en el borde de ataque, puede ser formado al doblar o extender una seccin del ala de manera similar a como lo hace un flap normal en el borde de fuga. Otros tipos de flaps en el borde de ataque son formados al extender la superficie hacia adelante y hacia abajo desde el borde de ataque. Como se muestra en la ilustracin 6 este tipo de flap se puede extender suavemente desde la superficie superior cercana al borde de ataque, puede estar unida al centro del radio del borde de ataque o puede ser unida a la superficie inferior del ala ms atrs que el borde de ataque. Aunque ninguno de estos dispositivos es ms eficiente que un flap ubicado en el borde de fuga, estos pueden ser usados sin intervenir mecnicamente los sistemas de control lateral y son efectivos cuando son combinados con dispositivos hipersustentadores en el borde de fuga.

Ilustracin 3Los flaps de borde de ataque reducen el impacto del centro de presin asociado con ngulos de ataque elevados y por ende retrasan la separacin de la capa lmite. Estos flaps no fueron considerados hasta que investigadores alemanes se interesaron en ellos durante la Segunda Guerra Mundial. Krueger, Lemme y Koster mostraron incrementos del coeficiente de sustentacin mximo con un valor que alcanzaba 0,7, estas investigaciones indicaron que la efectividad de este tipo de flap aumentaba a medida que el radio del ngulo de ataque era menor, es decir para alas ms delgadas.

Flap Krueger

Tambin se les conoce como SLATS, son un tipo de flap ubicado en el borde de ataque, estos son utilizados por aeronaves pesadas para incrementar el ngulo de ataque y el rea de ala.

El flap Krueger simple

Consta de un panel articulado, el cual se despliega desde la superficie inferior del perfil hacia adelante, al tomar su posicin este se encuentra como una extensin desde el borde a ataque. Es funcional para un pequeo rango de ngulos de ataque

Ilustracin 4. BOEING 737 SLATS Los Slats son dispositivos hipersustentadores ubicados en el borde de ataque los cuales pueden ser extensibles o desplegables. Su propsito es el de incrementar la sustentacin durante operaciones a baja velocidad tales como, despegue, montada, aproximacin y el aterrizaje. Todo esto se obtiene debido a un incremento del reas superficiales y la combadura del ala, al ser desplegados y deflectados los Slats desde el borde de ataque. En cambio, el flap Krueger aumenta la combadura extendiendo paneles desde el intrads hacia adelante. El slat normalmente tiene distintas configuraciones posibles y se extiende progresivamente en conjunto con el despliegue del flap.Los Slat son perfiles montados delante del borde ataque del ala, de tal manera de asistir y desviar el aire sobre el borde de ataque en ngulo de ataque altos, de esta manera retrasar la prdida de la capa lmite en el perfil. Estos pueden estar en una posicin fija o retractable. El Slat Fijo (fixed leading edge slat) consiste de un perfil auxiliar montado delante del borde de ataque de la ala, este ha sido investigado en detalle por Weick and Sanders[footnoteRef:2], esta investigacin mostr que los slats de este tipo con cuerdas que vara desde 7,5% a 25% de la cuerda y con varias secciones, producen todos ellos sustancialmente el mismo coeficiente mximo de sustentacin cuando estn situados en la posicin ptima para la razn: [2: WEICK, FRED E., and SANDERS, ROBERT: Wind-tunnel Tests of a Wing with Fixed Auxiliary Airfoils Having Various Chords and Profiles. NACA. Rept. No. 472, 1933.]

El valor de este mximo coeficiente de sustentacin era alrededor de 1,64 para pruebas a bajos nmeros de Reynolds, es dudoso si estas configuracin experimentaran un beneficio debido al efecto escala.

Ilustracin 5

Ilustracin 6. CH 701- Slat Fijo

La efectividad del Slat retrctil (Retractable leading-edge slat, Ilustracin 3) en incrementar el Coeficiente de sustentacin mximo y el ngulo de ataque para una sustentacin mxima estn representadas en las Grficos 5 y 6. Grfico 5 Grfico 6Estos grficos, se obtienen a partir de un perfil NACA 23012, el cual indica un incremento de cerca de 0,5 en el coeficiente de sustentacin mxima y cerca de 8 para el ngulo de ataque en donde la sustentacin es mxima. El aumento de la sustentacin mxima disminuye a la mitad de su valor en las secciones sin flap cuando un flap tipo split o slotted ha sido deflectado a su optima posicin, sin importar el reajuste del slat a la posicin ptima con flap deflectado. Esto quiere decir, que la seccin de la ranura o separacin presente en el perfil, existe una sustentacin que toma el valor medio de la sustentacin mxima posible, para su configuracin ptimas. Weick and Platt [footnoteRef:3]obtuvo un aumento considerable en el coeficiente de sustentacin mximo con el slat especial retrctil (Ilustracin 8) el cual tiene una forma que proporciona una entrada redondeada en la ranura. El incremento del coeficiente de sustencin mximo utilizando esta configuracin fue 0,81 para la seccin sin flap y 0,45 con un flap ranurado deflectado. [3: Weick, Fred E., and Platt, Robert C.: Wind-tunnel on a Model Wing with Fowler Flap and Specially Developed Leading-edge Slot. NACA TN No. 459, 1933. ]

Ilustracin 7

Ilustracin 8. A-300 Slat retrctil

Tabla 1SLOTS

Son ranuras que permiten el paso del aire con alta energa desde el intrads hacia el extrads para controlar la capa lmite, son cualidades que muchos de los dispositivos hipersustentadores poseen. Su aplicacin ms comn es en el flap ranurado (slotted flap). Cuando la ranura o slot esta ubicado cerca del borde de ataque su configuracin se diferencia solo en detalles con un slat. A lo largo de la cuerda se pueden encontrar ranuras adicionales. Wick y Shortal [footnoteRef:4] hicieron un estudio sistematico de los slot (ranuras) en perfiles, los resultados de esta investigacin se encuentran resumidas en la tabla 1. [4: 'WEICK, FRED E., y SHORTAL, JOSEPH. The Effect of Multiple Fixed Slots and a Trailing-edge Flap on the Lift and Drag of a Clark Y. Airfoil. NACA Rept. No. 427, 1932.]

Para la seccin sin flap del perfil la posicin ms efectiva para un solo slot (ranura) es cercana al borde de ataque y su efectividad disminuye a medida que se avanza en el perfil hacia el borde de fuga. Tener ms de un slot es relativamente inefectivo en un perfil simple a no ser que un slot se encuentre cercano al borde de ataque, en el caso de tener un total de tres slot todos ubicados cercanos al borde de ataque, se lograra de esta manera la configuracin ptima en el perfil. Como se pudo ver en los distintos tipos de flap y slat, agregar una ranura a estos incrementa su coeficiente de sustentacin mximo. Si los slot son considerados un sistema hipersustentador fijo, la resistencia producida a vuelos de alta velocidad es una caracteristica importante y la tabla 1 muestran que cualquiera de las ranuras investigadas causan un gran incremento en el resistencia mnima. Este incremento aumenta con el nmero de slot y disminuye a medida que estos son ubicados ms cercanos al borde de fuga, se han hecho intentos de mantener una baja resistencia a slot abiertos al colocarlos de manera tal que no exista un flujo a travs de ellos en condiciones de vuelo a alta velocidad. Estas configuraciones han fallado para una seccion de ala simple.

CONTROL DE CAPA LMITE

La idea de remover el aire de baja energa desde la capa lmite o de aadir energa cintica a la capa lmite, como una manera de incrementar la sustentacin mxima ha sido obvia desde que se entendi como funcionan los mecanismos de separacin de capa lmite. La energa cintica de las capas de aire cercanas a la superficie puede ser aumentada al remover el aire de poca energa por medio de ranuras de succin o de una superficie porosa. Otro mtodo comn es soplar aire con alta energa a travs de ranuras dirigidas hacia el borde de fuga. El aire manipulado a travs de las ranuras puede ser conducido y enviado a travs del interior del ala. Alternadamente la diferencia de presin requerida puede ser obtenida de la variacin de presin sobre el mismo perfil, este mtodo ha sido exitoso solo en el caso en que el aire es enviado desde la superficie inferior a la superior. Ejemplos de estas configuraciones han sido nombrados anteriormente, tales como, slotted flap (flap ranurado), slot y slat.

Grfico 7Es obvio que si el control de la capa lmite es aplicado en intervalo cercanos a lo largo de la superficie superior de una seccin del ala, la separacin de la capa lmite puede ser retardada hasta altos valores del coeficiente de sustentacin. Los incrementos del coeficiente de sustentacin mximo son obtenidos por una extensin de la curva en el grfico de coeficiente de sustentacin vs ngulo de ataque, a medida que el ngulo de ataque aumenta, a diferencia del efecto que producen los flaps en el borde de fuga los cuales desplazan esta curva en el grfico. El problema que debe enfrentar un diseador es aplicar el suficiente control de capa lmite para obtener los valores del coeficiente de sustentacin mximo sin aumentar el peso ni la complejidad de la aeronave. Estas consideraciones de peso y complejidad son las que previenen un uso inadecuado de superficies hipersustentadoras (como flap ranurados, slots, y slat) y sistemas de control de capa lmite. La aplicacin exitosa del sistema de control de capa lmite debe retrasar la separacin turbulenta sobre la pocin trasera del ala como tambin retardar la separacin del flujo laminar sobre la porcin delantera. En investigaciones sobre el uso de succionadores de capa lmite apreciaron que no podan utilizar estos succionadores en perfiles delgados por lo tanto se utilizaban en perfiles de un tamao mayor, pero con el paso del tiempo observaron que se produca una mayor resistencia en este tipo de perfiles a vuelos de alta velocidad, los cual llevo a investigaciones del control de la capa lmite para perfiles delgados. Knight y Bamber[footnoteRef:5] obtuvieron un mximo coeficiente de sustentacin para un perfil NACA denominado 84M con un solo slot en la parte trasera del perfil, el cual se muestra en la grfico 7 y en el grfico se observa las diferencias entre el coeficiente de sustentacin en el perfil sin slot y en el perfil con slot. Para un perfil NACA 65418 se obtiene un coeficiente de sustentacin mximo con un flap doble slot (doble ranurado) y una sola ranura o slot de succin. [5: KNIGHT, MONTGOMERY, and BAMBER, MILLARD J.: Wind Tunnel Tests on Airfoil Boundary Layer Control Using a Backward Opening Slot. NACA TN No. 3231929.]

Wing fences

Estas paredes son superficies verticales delgadas sobre la superficie superior del ala. Son usados para controlar el flujo del aire, en aeronaves con alas rectangulares se usan para controlar el flujo hacia los flaps, estos ayudan a la maniobrabilidad a bajas velocidades y mejoran las caractersticas para enfrentar la condicin de prdida.Ilustracin 9

Generador de Vortices- LEX

Un generador de vrtice es nada ms que un dispositivo en forma de perfil en miniatura diseado especficamente para crear un vrtice. A pesar de que un vrtice crea resistencia, tambin puede proporcionar ventajas que compensen sus efectos negativos. Una de tales ventajas es la capacidad para acelerar el flujo de aire sobre un ala lo que permite a un aeronave llegar a un mayor ngulo de ataque.Una extensin del borde de ataque, LEX para sus siglas en ingls (Leading Edge Extensin) est diseado para el mismo propsito, crear un vrtice que aumenta el ngulo de ataque en cual el avin entra en perdida o Stall. Estos dispositivos logran este comportamiento de la misma manera que los vrtices en las puntas de ala, la baja presin que contiene un torbellino en su ncleo tambin se puede utilizar para producir una mayor sustentacin. Tambin son denominados Strakes.

Ilustracin 10

Los strakes tienen un borde de ataque muy sutil o delgado que al alcanzar grandes ngulos de ataque provoca que la corriente se desprenda de sta, pero que al tener una flecha muy acusada es capaz de producir que la corriente separada forme un torbellino de tipo cnico que pase por la superficie superior del ala y adems disminuya de manera considerable la presin, lo que termina por producir un aumento en la sustentacin. Estos torbellinos tambin son considerados como un separador de corriente controlado.

Ilustracin 11

El ngulo de ataque en donde se produce el Stall aumenta considerablemente ya que el LEX retrasa la separacin de la corriente y la prdida.

OTROS DISPOSITIVOS

SPOILER

Son dispositivos que se encuentran en las alas para incrementar la resistencia y disminuir la sustentacin. Usualmente consiste en una delgada lamina de metal ubicada perpendicular a la cuerda del perfil. En algunos casos estn unidas a los alerones y trabajan en conjunto para tener un control lateral. Es en este caso, cuando se accionan y levanta en el lado en el que alern sube, disminuyen la sustentacin y ayudan al alabeo del avin durante un viraje. Los spoilers solo poseen un movimiento verticalIlustracin 12. Spoiler en un F4 Phantom

En algunas aeronaves, estn unidos a los alerones y trabajan al unison con ellos mediante el control lateral. Como ellos abren slo hacia arriba, en contraste con el alern que se mueve hacia arriba para reducir la sustentacin y hacia abajo para aumentar la sustentacin. El spoiler solo disminuye la sustentacinLos Spoilers adems se pueden conectar a los controles de freno y en el momento despus del aterrizaje se elevan simtricamente para la produccin de arrastre y disminucin de la sustentacin, lo que se transfiere todo el peso de la aeronave a las ruedas y produce un frenado ms eficaz.

INFORMACIN

De acuerdo a la ilustracin 13 y a lo mencionado anteriormente, se puede observar que la configuracin de un Slat es similar a tener un slot o ranura cercana al borde de ataque, por lo tanto su efecto sobre la capa lmite y el desprendimiento de esta ser equivalente para ambos casos, manteniendo el flujo laminar pegado a la superficie alar y por ende la energa de la capa lmite es mayor.

Ilustracin 13Para la Ilustracin 14, se muestra las distintas configuraciones que debe poseer un ala para las diferentes fases del vuelo, se puede apreciar que para un vuelo a velocidad crucero, el perfil debe estar limpio, ya que se requiere eliminar toda la resistencia posible del ala, es por tanto que las superficies hipersustentadoras no se utilizan es esta fase. Para una condicin en la cual la velocidad debe ir disminuyendo se utiliza una configuracin mxima de los distintos dispositivos hipersustentadores para poder as, brindar una mayor sustentacin y al mismo tiempo aumenta el coeficiente de arrastre y de esta manera disminuir la velocidad, para alcanzar los estndares necesarios y la configuracin deseada para cumplir con los requerimientos de las distintas aeronaves. En cambio, para el despegue se necesita aumentar progresivamente la velocidad y el coeficiente de sustentacin sin perjudicar la razn de ascenso, para lo cual el coeficiente de arrastre debe mantener un valor bajo, obtenindose para un configuracin media de los dispositivos hipersustentadores.

Ilustracin 14

CONCLUSIN

Si se observa el plano de una aeronave, se pueden distinguir diversos elementos o dispositivos que se encuentran en ella y que tienen como funcin aumentar el coeficiente de sustentacin en sus alas, otros en cambio, se encuentran para aumentar la energa de la capa lmite, con la intencin o propsito de que sta se logre desprender los ms tarde posible (ya que al desprenderse lo hace tambin la corriente) y de esta manera controlarla a beneficio del vuelo.

Los procedimientos que se llevan a cabo con el fin de lograr aumentar el coeficiente de sustentacin y con esto ella misma, se conoce como hipersustentacin.

Estos dispositivos cumplen un importante rol en el momento del despegue y aterrizaje, ya que produce una disminucin en la carrera de despegue y en la pista de aterrizaje al lograr una disminucin en la velocidad al aterrizar. Cabe sealar que las superficies hipersustentadoras permiten que no se sobrepasen la velocidad mxima de operacin de los neumticos, que se logra la sustentacin necesaria a una menor carrera de despegue.

La sustentacin se encuentra expresada por la ecuacin: , en donde L corresponde a la sustentacin, es la densidad del flujo que recorre al cuerpo, V la velocidad del flujo, S la superficie alar y CL el coeficiente de sustentacin. De manera que si se puede incrementar la superficie alar o el coeficiente de sustentacin, se logra de manera directa el aumento de la sustentacin.

Uno de los dispositivos que logra aumentar la curvatura del perfil, son los flaps, estas superficies se encuentran en el borde de fuga y tienen como funcin expandir el ala, de manera de producir un aumento en la curvatura de esta, esto a su vez aumenta el rea, el cual da lugar a un aumento en la sustentacin. El flap permite que exista mayor sustentacin para un mismo ngulo de ataque, cuando se encuentran los flaps en funcionamiento a diferencia de lo que ocurrira si es que estos no estuvieran extendidos.

Otros de los dispositivos que aumentan la sustentacin total de la aeronave corresponde a los slats, estas superficies flexibles se encuentran en el borde de ala (tambin son denominados como flaps de borde de ataque), y tiene una funcin similar a la de los flaps, ya que son capaces de alterar la forma del ala, aumentando la combadura y con esto la sustentacin.

El slot consiste en una ranura o abertura, ubicada en el borde de ataque entre el slat y el perfil bsico, y al encontrarse a ngulos de ataque prximos al Stall es capaz de dar paso al aire desde la parte inferior a la superior, o de mayor a menor presin; entregndole una mayor energa cintica a la capa lmite, retardando su separacin, dando lugar a que el Stall se produzca a mayores ngulos de ataque.

Tambin existe un dispositivo conocido como LEX, que no poseen todas las aeronaves debido a la forma o estructura de ella. Tiene como propsito utilizar los torbellinos para la creacin de sustentacin, entre otros.

Todos estos dispositivos son raramente utilizados en aviones pequeos, principalmente debido a su complejidad, ya que aumentan la carga alar al instalar este tipo de dispositivos, por lo que pueden contrarrestar el aumento de elevacin obtenido, debido a un aumento en la resistencia y por accin del peso.

La desventaja de los slots y flaps es que producen mayor resistencia. Dado que el coeficiente de elevacin slo es necesario cuando se vuela lentamente (despegue, ascenso inicial, aproximacin final y aterrizaje) algunos diseos utilizan dispositivos retrctiles, que cierra a las velocidades ms altas para reducir la friccin.

BIBLIOGRAFA

High Lift Systems on Commercial Subsonic Airliners, Peter K. C. Rudolph, NASA 1995.Boundary Layer Control using smart materials, Abhijit Kushari, http://www.skybrary.aero/index.php/High_Lift_Deviceshttp://www.pilotfriend.com/training/flight_training/fxd_wing/sec_cont.htmhttp://www.aerospaceweb.org/question/planes/q0176.shtml