ESTABLECIMIENTO DE FLUJO DE CAPA LÍMITE LAMINAR EN UN CUERPO DE PERFIL AERODINÁMICO.

Establecimiento de flujo de capa límite laminar en un cuerpo de perfil aerodinámico [0001] Esta invención se refiere al establecimiento de flujo de capa límite laminar en un cuerpo de perfil aerodinámico. En particular, la invención se refiere al mantenimiento de un flujo laminar a lo largo de la línea de fijación de un cuerpo de perfil aerodinámico con un borde de ataque inclinado hacia la dirección de flujo de fluido, tal como un ala o aleta en flecha. La invención también se extiende a otros cuerpos de perfil aerodinámico o hidrodinámico como aletas, y rodas y quillas de embarcación, en flecha hacia adelante o atrás. [0002] Es conveniente reducir la resistencia de fricción superficial en superficies aerodinámicas para reducir costes de combustible y por consiguiente la contaminación provocada por el combustible quemado. Las capas límite laminares crean fuerzas de resistencia de fricción menores en un cuerpo de perfil aerodinámico que los flujos turbulentos. Por lo tanto, se consiguen ventajas significativas al mantener o restablecer el flujo laminar sobre la superficie del cuerpo tanto como sea posible. [0003] Hay varias propuestas para mantener el flujo laminar sobre un perfil aerodinámico, tales como succión superficial o enfriamiento superficial. No obstante, el éxito de estas formas de control de flujo laminar activo es contingente al estar la capa límite en la línea de fijación en un estado laminar. La capa límite natural en la línea de fijación de un ala en flecha será laminar o turbulenta, dependiendo del valor del número de Reynolds de la capa límite de fijación. Si este parámetro es lo suficientemente pequeño el flujo será laminar, pero sobre un primer, o más bajo, valor crítico, el flujo turbulento de la región de raíz se propagará fuera de borda y contaminará la línea de fijación entera causando que la capa límite sea turbulenta. Esto se debe a que ahí tiende a ser un componente de envergadura de flujo aéreo moviéndose a lo largo de un ala en flecha desde la raíz a la punta. Cuando el número de Reynolds está por encima de algún segundo valor crítico mayor, la capa límite en la línea de fijación es inestable y se convertirá en un estado turbulento. [0004] El flujo sobre las alas en flecha de la mayoría de los aviones de transporte tiende a estar en el intervalo intermedio entre los primeros y los segundos valores críticos, de manera que el flujo tiende a ser turbulento a menos que se haga algo para prevenir la contaminación del flujo turbulento que se forma inevitablemente en la raíz del ala. [0005] Ha habido varias propuestas para prevenir o mitigar los efectos de la contaminación de la capa límite del borde de ataque. En una propuesta, el flujo laminar a lo largo del borde de ataque se restablece reduciendo localmente el radio del borde de ataque con un reborde, reduciendo así el número de Reynolds en la línea de fijación. Este método hace que la capa límite vuelva a un estado laminar, pero el radio de borde de ataque reducido inevitablemente afecta al rendimiento del perfil aerodinámico de varias maneras. [0006] La patente US 3.288.399 describe una disposición en la que una "protuberancia" con un extremo frontal romo y una superficie inclinada posterior se ajusta al borde de ataque. El extremo romo crea una región de estancamiento por la cual una capa límite laminar se establece en la superficie posterior. La "protuberancia" se ha usado exitosamente tanto en túnel aerodinámico como en experimentos de vuelo, pero se puede obtener sólo una forma adecuada mediante experimentos de túnel aerodinámico. No obstante, parece que hay un límite de número de Reynolds más allá del que la protuberancia no previene la contaminación. [0007] En US 3406929, un manguito se superpone en un perfil aerodinámico en flecha para capturar una capa límite "neumática" de aire y para emitir el aire entre el manguito y el perfil aerodinámico a la punta del perfil aerodinámico. [0008] Mientras el flujo laminar se puede obtener proporcionando aberturas de succión a lo largo del borde de ataque, esto requiere una cantidad muy grande de succión y es tan complicado y costoso que los beneficios no compensan las desventajas. [0009] Existe, por lo tanto, una necesidad de una disposición capaz de relaminar el flujo de capa límite a lo largo de la línea de fijación que supere o mitigue al menos algunas de las desventajas de las disposiciones existentes. Esta invención tiene como objetivo establecer el flujo laminar por un medio simple que inicia una capa límite laminar fresca en la línea de fijación y se deshace del flujo de capa límite turbulenta, sin ocasionar una perturbación grave al flujo sobre el cuerpo. [0010] Por consiguiente, esta invención proporciona un cuerpo de perfil aerodinámico conforme a la reivindicación 1. El cuerpo de perfil aerodinámico comprende un borde de ataque y un conducto con una abertura de entrada que se extiende alrededor del borde de ataque para recibir el flujo de la capa límite a lo largo de la envergadura; y una abertura de salida dispuesta debajo de la envergadura de la abertura de entrada. La anchura de la abertura de entrada del conducto, normal en el borde de ataque, se extiende sobre el intervalo de las posiciones del punto de fijación a lo largo del borde de ataque del cuerpo de perfil aerodinámico donde el aire que afecta al borde de ataque no pasa ni por encima ni por debajo del cuerpo de perfil aerodinámico. 2   [0011] Así el flujo de capa límite turbulento que tiende a formarse y a fluir bajo la envergadura de un ala en flecha entra en el conducto, y se dirige fuera del conducto. Un flujo de capa límite laminar fresca puede luego continuar a lo largo de la línea de fijación en el borde de ataque por debajo de la entrada del conducto, libre de contaminación. El modelado informático del cuerpo de perfil aerodinámico conforme a la invención predice una reducción del 6% en la resistencia de viscosidad para el cuerpo de perfil aerodinámico solo que tiene el potencial de llevar a una reducción de resistencia global para un avión de alrededor del 2%. Esto representa sucesivamente un ahorro significativo en consumo de combustible. [0012] Preferiblemente la entrada del conducto se forma por una discontinuidad en el borde de ataque que puede, por ejemplo, proporcionar un espacio extendiéndose en la dirección en sentido de la cuerda. Por ejemplo, se puede fijar una placa alrededor del borde de ataque para formar el conducto. La placa se puede elevar de modo que el borde de la apertura de entrada sobresale protuberante de la superficie del borde de ataque al extremo superior a lo largo de la envergadura, por ejemplo, sostenido por pilares. La placa se puede inclinar a lo largo de la envergadura en dirección hacia la superficie del borde de ataque para ser continua con el borde de ataque en un extremo a lo largo de la envergadura en dirección del flujo. Con esta disposición, los lados de la placa forman un par de aberturas de salida para que el flujo directo entre en el conducto al exterior en dirección del flujo del borde de ataque. Tal flujo de descarga no disturba el flujo laminar que se puede establecer en la superficie externa de la placa. [0013] Convenientemente, la placa es rectangular, y se curva para seguir el contorno del borde de ataque. El extremo superior de la envergadura de la placa que forma la entrada del conducto puede estar adicionalmente curvado o inclinado hacia el borde de ataque para ayudar en la fijación de flujo. Con una forma rectangular los bordes laterales de la placa que forman las dos salidas de los conductos están dispuestos para descargar flujo sustancialmente normal al flujo de capa límite a lo largo de la envergadura. [0014] La placa puede alternativamente tener, por ejemplo, forma de delta de modo que forma aberturas de salida dispuestas para descargar corrientes de aire a menos de 90° en la dirección del flujo a lo largo de la envergadura a lo largo del borde de ataque. En el contexto de este documento, la referencia a un ángulo agudo tiene como objetivo abarcar ángulos mayores de 0° y hasta 90º incluidos. [0015] En una forma de realización preferente, la altura o espaciado de la entrada del conducto sobre el borde de ataque del cuerpo de perfil aerodinámico es mayor que la profundidad del flujo de capa límite a lo largo de la envergadura, por lo cual se puede formar un nuevo flujo laminar sobre la superficie externa de la placa. [0016] La invención se describirá ahora, mediante ejemplos, haciendo referencia a los dibujos anexos, en los que: La Figura 1 es una vista en perspectiva esquemática de un avión que puede tener una ala comprendiendo un cuerpo de perfil aerodinámico conforme a la invención; La Figura 2 es una vista frontal esquemática parcialmente desfragmentada de la zona del borde de ataque de un cuerpo de perfil aerodinámico... [Seguir leyendo]

1. Cuerpo de perfil aerodinámico (12) comprendiendo: un borde de ataque, el borde de ataque incluyendo una línea de fijación (18) siendo una zona donde el aire empujando en la zona fluye en una capa límite a lo largo de la envergadura por el borde de ataque y un conducto, teniendo el conducto una entrada de conducto (27) para recibir a lo largo de la envergadura el flujo a lo largo del borde de ataque del cuerpo de perfil aerodinámico (12), el conducto estando formado por el borde de ataque del cuerpo de perfil aerodinámico (12) y un elemento de placa (20) unido sobre y alrededor del borde de ataque, el elemento de placa (20) estando separado del borde de ataque en un extremo aguas arriba a lo largo de la envergadura del elemento de placa para formar con el borde de ataque la entrada de conducto (27) que se extiende alrededor del borde de ataque, el conducto comprendiendo además una salida de conducto (23) para descargar el flujo, caracterizado por el hecho de que el elemento de placa (20) tiene una anchura que se extiende sobre el intervalo de posiciones de la línea de fijación (18), el elemento de placa (20) colindando con el borde de ataque del cuerpo de perfil aerodinámico (12) en un extremo aguas abajo a lo largo de la envergadura del elemento de placa por la cual la salida de conducto (23) está dispuesta aguas abajo a lo largo de la envergadura de la entrada de conducto (27) y se forma a lo largo de un borde lateral del elemento de placa (20) que se extiende entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del mismo a lo largo de la envergadura. 2. Cuerpo de perfil aerodinámico según la reivindicación 1, donde el elemento de placa (20) tiene bordes laterales opuestos y cada borde lateral forma una salida de conducto (23) en combinación con el borde de ataque. 3. Cuerpo de perfil aerodinámico según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el elemento de placa (20) es rectangular y se curva con sustancialmente el mismo perfil que el borde de ataque. 4. Cuerpo de perfil aerodinámico según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que el espaciado de la entrada de conducto (27) sobre el borde de ataque es mayor que la profundidad del flujo de capa límite a lo largo de la envergadura. 6   7   8   9