Puño de borde delantero

Un manguito de borde de ataque es un dispositivo aerodinámico fijo que se utiliza en aeronaves de ala fija para mejorar las características de entrada en pérdida y barrena . Los manguitos pueden ser diseñados de fábrica o una modificación posterior a la compra. ^{[ 1 ]}

Un manguito de borde de ataque es una modificación del borde de ataque del ala, generalmente una extensión ligeramente curvada hacia afuera del borde de ataque . En la mayoría de los casos de modificación del borde de ataque hacia afuera, el manguito del ala comienza aproximadamente entre el 50 y el 70 % de la mitad de la envergadura y abarca el borde de ataque exterior del ala. ^{[ 2 ]}

El objetivo principal es producir una entrada en pérdida más gradual y suave, sin ninguna tendencia a la pérdida de barrena, particularmente cuando el ala original tiene un comportamiento de entrada en pérdida brusco/asimétrico ^{[ 1 ] [ 3 ]} con un dispositivo pasivo, fijo y de bajo costo que tendría un impacto mínimo en el rendimiento. Otra ventaja es la reducción de la velocidad de pérdida, con velocidades de aproximación más bajas y distancias de aterrizaje más cortas. También pueden, dependiendo de la ubicación del manguito, mejorar el control de los alerones a baja velocidad.

Los manguitos del borde de ataque se denominaron concepto de caída o borde de ataque caído ( DLE ), o borde de ataque externo modificado en informes técnicos sobre resistencia a la pérdida/giro. ^{[ 4 ]} En estos informes y otros informes de la NASA sobre el mismo objeto, ^{[ 5 ]} no se utilizó la expresión "manguito del borde de ataque".

Otros autores utilizan simplemente "puño" o "puño de ala". ^{[ 6 ]}

La NASA dirigió un programa de investigación sobre pérdida/entrañamiento en la aviación general durante las décadas de 1970 y 1980, utilizando experimentos con modelos y a escala real, buscando un medio eficaz para mejorar las características de pérdida/entrañamiento de los aviones de aviación general. ^{[ 7 ]}

El efecto de una muesca central en el punto medio de la envergadura sobre la sustentación máxima del ala se demostró en 1976. ^{[ 8 ]} Tras las pruebas de diferentes modificaciones del borde de ataque en modelos y aeronaves de tamaño real, la NASA finalmente seleccionó el borde de ataque inclinado de media envergadura (DLE) que se probó primero en un American Aviation AA-1 Yankee (1978).

Un informe de la NASA de 1979 ^{[ 9 ]} explica que, a altos ángulos de ataque, la discontinuidad del manguito genera un vórtice que actúa como una barrera, impidiendo que el flujo separado avance hacia afuera. La pendiente de sustentación tiene una parte superior más plana y el ángulo de entrada en pérdida se retrasa a un ángulo mayor. Para alcanzar altos ángulos de ataque, el perfil aerodinámico exterior debe estar inclinado hacia abajo; algunos experimentos investigaron bordes de ataque inclinados de forma "exagerada". La razón física del efecto del manguito no se explicó claramente. ^{[ 10 ]}

Algunos informes mucho más antiguos dieron resultados similares. Un informe de la NACA de 1932 ^{[ 11 ]} sobre el efecto de las ranuras del borde de ataque de varias longitudes decía: "esto es una indicación de que la porción ranurada en cada punta del ala funciona hasta cierto punto como un ala separada".

La obtención de coeficientes de sustentación más elevados como resultado de la eliminación de la capa límite es un fenómeno bien conocido en hélices (la fuerza centrífuga provoca un desplazamiento hacia afuera de la capa límite) ^{[ 12 ]} o en alas (succión de la capa límite). El vórtice interno del borde de ataque y el vórtice de la punta del ala contribuyen a eliminar la capa límite de la sección exterior del ala, lo que ayuda a esta ala virtual de baja relación de aspecto a alcanzar un ángulo de pérdida mayor. ^{[ 13 ]}

Un punto importante es que el ala parece estar dividida aerodinámicamente en dos partes: la parte interna en pérdida y la parte externa que se comporta como un ala aislada de baja relación de aspecto, capaz de alcanzar un alto ángulo de ataque. La marcada discontinuidad del manguito es un factor clave; todos los intentos de suprimir el vórtice mediante un carenado gradual y los efectos positivos de la modificación reintrodujeron una pérdida abrupta en la punta. ^{[ 14 ]}

Según un informe de la NASA sobre pérdida/giro, "Los aviones básicos: AA-1 (Yankee), C-23 (Sundowner), PA-28 (Arrow), C-172 (Skyhawk) entraron en giros en el 59 al 98 por ciento de los intentos intencionales de entrada en giro, mientras que la aeronave modificada entró en giros en solo el 5 por ciento de los intentos y requirió entradas de control prolongadas y agravadas o cargas fuera de los límites para promover la entrada en giro". ^{[ 15 ]}

Los resultados experimentales más exitosos de la NASA se obtuvieron en un ala de relación de aspecto bastante baja de 6:1 (Grumman Yankee AA-1), con un DLE colocado al 57% de la semienvergadura. Como los vórtices (manguito interior y punta del ala) son eficientes en una longitud de envergadura limitada (aproximadamente 1,5 veces la cuerda local), un DLE por sí solo no puede preservar suficiente sustentación exterior para mantener el control de alabeo en el caso de un ala de alta relación de aspecto. ^{[ 16 ]} Las alas de más de 8 o 9 relación de aspecto cuentan con otros dispositivos para completar el efecto de manguito, ^{[ 17 ]} por ejemplo tiras de pérdida (como las utilizadas en el Cirrus SR22 y Cessna 400 ), "ranuras Rao" (como las utilizadas en el Questair Venture ), generadores de vórtices o caída segmentada (como la utilizada en un Cessna 210 modificado por la NASA ). En el caso del ala de alta relación de aspecto del Cessna 210 (AR =11:1), la amortiguación de alabeo en pérdida no fue tan eficiente. ^{[ 18 ]}

El caso de la configuración de ala alta fue diferente. Las pruebas a escala real de un Cessna 172 modificado demostraron que el manguito del borde de ataque exterior por sí solo no era suficiente para evitar una pérdida de control, ya que la aeronave carecía de estabilidad direccional a altos ángulos de ataque. Con la adición de una aleta ventral, la aeronave entró en una espiral controlada en lugar de una pérdida de control. ^{[ 19 ]}

Dependiendo de la longitud y forma del manguito, el borde de ataque puede ejercer una penalización aerodinámica para la velocidad de resistencia a la pérdida/entrañamiento obtenida, lo que resulta en cierta pérdida de velocidad de crucero, aunque a veces demasiado pequeña "para ser detectada con instrumentos de producción". ^{[ 20 ]} En el caso de la mejor modificación de ala del AA-1 Yankee, la pérdida de velocidad de crucero ascendió a 2  mph o 2% y no hubo pérdida de velocidad en ascenso. ^{[ 21 ]} El impacto en la velocidad de crucero del Piper PA-28 RX (cola en T modificada) no fue medible. ^{[ 22 ]} Para el Questair Venture, "En pruebas de rendimiento cuidadosamente controladas, se encontró que la penalización en el rendimiento de crucero era imperceptible (1 kt)". ^{[ 23 ]}

El primer uso de manguitos externos, aparte de en los aviones de investigación de la NASA, fue en el Rutan VariEze en 1978. Fueron probados en túnel de viento en 1982 y posteriormente (1984) reemplazados por vortilones . ^{[ 24 ]}

Las siguientes aeronaves fueron modificadas para experimentos con la adición de un manguito en el borde de ataque exterior como resultado del programa de investigación de pérdida/entrada en barrena de la NASA  :

• Grumman American AA-1 X (1978) ^{[ 25 ]}
• Beechcraft C-23X (1980)
• Piper PA28 RX modificado (cola en T) (1981) ^{[ 26 ]}
• Cessna 172 X (1983), ^{[ 27 ]}
• Verilite Sunbird , avión de ala alta con hélice propulsora (1986) ^{[ 28 ]}
• Questair Venture ^{[ 29 ]}
• Cessna 210 (1987), relación de aspecto de ala alta, ^{[ 30 ]}
• Smith Trainer (1992) ^{[ 31 ]}

Los manguitos de borde de ataque se utilizan en aeronaves ligeras de alto rendimiento de la década de 1900, como el Cirrus SR20 y el Columbia 350 , que obtuvieron la certificación de la FAA con el dispositivo. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Varios proveedores de kits STOL para el mercado de repuestos utilizan manguitos en el borde de ataque, en algunos casos junto con otros dispositivos aerodinámicos como deflectores de ala y alerones abatibles. ^{[ 34 ]}

• Solapa de caída del borde de ataque
• Listón de borde delantero
• Strake (aeronáutica)

• Dispositivos de vórtice de ala