Análisis aerodinámico del diseño de la ranura simple del flap para un avión entrenador primario básico

Abstract

El flap consiste en una superficie que se constituye en la parte trasera del ala cuya deflexión permite incrementar la sustentación del ala debido al incremento de la combadura y en algunos casos por el aumento de la cuerda. El flap con ranura simple provee un conducto o pasaje de aire de alta energía proveniente del intradós que se utiliza para controlar y energizar la capa límite en el extradós del flap. La deflexión del flap puede ser obtenida por una rotación pura alrededor de un eje fijo o por una combinación de una rotación y traslación. En el presente trabajo se analizó el flujo de aire en la configuración bidimensional del flap con ranura simple cuya deflexión se logra por rotación alrededor de un eje, perteneciente al ala de un avión entrenador primario básico en estudio. Dicho análisis consistió en estudiar la influencia de distintos parámetros de diseño (tamaño, geometría y cinemática) con el objetivo de maximizar el Coeficiente de Sustentación, mejorar la calidad del flujo de aire que atraviesa la ranura y cumplir con los requerimientos de performances en aterrizaje de la aeronave que es donde más se exige al sistema de hipersustentadores de borde de fuga. Para ello fue necesario estimar los coeficientes de sustentación, resistencia y momento de distintas configuraciones de perfil y flap y para varias deflexiones del flap por medio de una herramienta de CFD (Computational Fluid Dynamics) que permite la simulación de flujo de fluido: ANSYS Fluent®. Los resultados permitieron decidir sobre qué acciones llevar a cabo para obtener una buena calidad del flujo en la ranura y una efectiva energización de la capa límite del extradós del flap, logrando además cumplir con los requerimientos de diseño de la aeronave. Las modificaciones introducidas en las nuevas generaciones de flap mostraron mejores comportamientos logrando mantener la efectividad del flap hasta deflexiones de 25°. Hasta alcanzar estas deflexiones el flujo en la ranura incrementó la velocidad del aire inmediato al extradós del flap. Como conclusión se constató que la herramienta de simulación CFD resultó ser una excelente guía para estimar el comportamiento del flujo, optimizar y comparar resultados de nuevos diseños aerodinámicos. Además se logró particularmente obtener un flap efectivo y compatible con la solución constructiva.