Es común ver nubes en forma de líneas en el cielo, conocidas como estelas de condensación, detrás de los motores de un avión a reacción.

Lo que no siempre es visible es un vórtice que sale de la punta de cada ala, como dos pequeños tornados horizontales, dejando una estela turbulenta detrás del vehículo. La estela presenta un peligro de vuelo desestabilizador, particularmente para aviones más pequeños que comparten la misma ruta de vuelo.

Una investigación reciente en la Universidad de Illinois demostró que, Aunque la mayoría de las formas de alas utilizadas hoy en día crean estos turbulentos vórtices de estela, La geometría de las alas se puede diseñar para reducir o eliminar los vórtices de las puntas de las alas casi por completo. En el estudio, Las características de vórtice y estela se calcularon para tres diseños de alas clásicas:el ala elíptica, y diseños de alas desarrollados en estudios clásicos por R.T. Jones y Ludwig Prandt.

"La configuración de ala elíptica se ha utilizado como el estándar de oro de la eficiencia aerodinámica durante la mayor parte de un siglo. Les enseñamos a nuestros estudiantes que tiene las características de carga óptimas y que se usa a menudo cuando se analiza la eficiencia de las alas, por ejemplo, minimizando el arrastre, "dijo Phillip Ansell, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la U de I.

En un estudio experimental anterior sobre la optimización de las configuraciones de las alas, Ansell aprendió que se puede ganar eficiencia en el sistema de alas con un perfil de ala no elíptico. "Estudios académicos anteriores han demostrado que, teóricamente, hay otros diseños que en realidad proporcionan una menor resistencia al avance de un ala plana para una cantidad fija de generación de sustentación. Pero lo que ha faltado es un experimento real de manzanas con manzanas para demostrarlo ".

En esta nueva investigación, Ansell, y su estudiante de posgrado, Prateek Ranjan, utilizó los datos reales del estudio anterior para analizar las tres configuraciones de alas.

"Buscamos esto porque vimos algo curioso en nuestras mediciones en el experimento anterior. En consecuencia, en este nuevo estudio, Simulamos el flujo alrededor de estas tres alas y vimos diferencias significativas en cómo se desarrollaron los vórtices y las estelas de cada uno de los tres tipos de alas. Las configuraciones de ala de Jones y Prandtl no tenían vórtices en la punta del ala como el ala elíptica. Tenían una deformación en masa mucho más gradual de toda la estructura de la estela, en lugar de un resumen coherente inmediato. Ahora sabemos que podemos retrasar la formación de estructuras de vórtice de estela, y aumente la distancia que necesita un vórtice de estela de estela para enrollarse unas 12 veces, haciéndolo más débil y menos peligroso para la aeronave que entra en su estela ".

Ansell dijo que esta información se puede utilizar para adaptar cómo se ve el vuelo en formación entre aeronaves, o para desarrollar una nueva configuración ideal para la carga de elevación para despegues y aterrizajes, y posteriormente reducir la longitud de separación entre aeronaves en la misma trayectoria de vuelo.

"Los vórtices que se arrastran en la punta del ala tienden a tardar mucho en desaparecer una vez que se forman en la atmósfera. Por lo tanto, el tiempo que tarda el vórtice en disiparse debe calcularse en el tiempo de despegue del siguiente avión que sigue ese mismo camino. El movimiento del aire producido por estos vórtices puede crear un peligro para las aeronaves que se arrastran, ya que puede ser impredecible y crear regímenes de vuelo peligrosos. Entonces, usar las alas Jones o Prandtl daría como resultado un aire mucho menos turbulento detrás de un avión, "Dijo Ansell.

Uno pensaría que la conclusión de Ansell es usar solo las configuraciones de ala de Jones o Prandtl, pero no lo es.

"Una de las cosas que primero me llevó al tema de la aerodinámica es que la respuesta correcta siempre depende de cuáles sean sus limitaciones. Si está construyendo un vehículo no tripulado diminuto que volará a baja velocidad, obtendrá una solución diferente para las necesidades de diseño que si está construyendo un avión que transportará personas a grandes altitudes y altas velocidades. Entonces técnicamente, se podría argumentar que los tres tipos de alas son la mejor solución. La pregunta es, cuáles son sus limitaciones de conducción, como la envergadura y el peso de las alas, detrás de seleccionar uno de ellos? "

Ansell agregó que este es un estudio de investigación básico y no tiene la intención de asesorar a un diseñador o compañía de aeronaves en específico.

"Estamos viendo cómo se comporta el flujo del ala y la información se puede utilizar para comprender cómo se produce el proceso de enrollamiento de los vórtices. Este estudio nos permite ser conscientes de cómo la configuración del ala afecta la formación del vórtice posterior y la estela mediante el estudio los límites extremos de los procesos de acumulación de vórtices inmediatos y retardados, "Dijo Ansell.

"Curiosamente, identificamos que uno de los peores infractores de la creación de vórtices es, de hecho, la distribución de elevación elíptica, que también se encuentra entre los diseños de alas más convencionales. Definitivamente ha cambiado la forma en que hablo sobre el tema en mis clases. En lugar de simplemente referirse a los patrones de flujo producidos detrás del ala como un par de 'vórtices en la punta del ala, "He tomado para describir la estela completa producida como el sistema de vórtice de arrastre".

El papel, "Análisis computacional de estelas de vórtice sin características de acumulación de campo cercano, "fue coautor de Prateek Ranjan y Phillip J. Ansell. Aparece en el Diario de aviones .