UTILIZACION DE TURBULADORES EN MODELOS DE ACROBACIA DE VUELO CIRCULAR.

El siguiente artículo es un ejemplo de aplicación concreta de turbuladores para generar vórtices en las alas, en la actividad de vuelo circular de acrobacia, en este caso con la utilización de turbuladores mecánicos, (no cintas), cuyo autor destaca por la eficiencia que los mismos ofrecen.

Texto de tópic sobre la colocación de generadores de vórtices.
Autor: P.J. Rowland
https://stunthanger.com/smf/open-forum/vortex-generators-development-and-installation/?all

Un Generador de Vórtices

Un generador de micro vórtices, crea un pequeño vórtice en la corriente de aire sobre un perfil aerodinámico. 
Este vórtice energiza la capa límite de aire normalmente estancada en la superficie del ala. 
Una capa límite energizada es más resistente a la separación de flujo que una capa límite estancada. 
El resultado es que el flujo de aire "se adhiere" mejor al ala, lo que permite volar a velocidades más bajas con una mejor autoridad de control. 
Los generadores de vórtices retrasan la separación del flujo y el atascamiento aerodinámico, mejorando así la efectividad de las alas y las superficies de control. 

Pruebe este experimento: tome un vaso de agua y agítelo con la mano y calcule cuánto tiempo tarda el agua en sedimentarse. 
Ahora haga un círculo con el dedo como si fuera una pequeña bañera de hidromasaje y mida cuánto tiempo le lleva reposar.
Encontrará que en esta última es mucho más larga. Estoy seguro de que hay una ecuación científica para este fenómeno, sin embargo, no es importante para este artículo. 
El agua agitada tarda entre 6 y 10 segundos en sedimentarse.
El agua del "hidromasaje" toma entre 15 y 23 segundos para asentarse. 

Lo admitiré, no trabajo en la industria aeroespacial, sin embargo he estado experimentando con GV`s (Generadores de Vórtices) y leyendo tanto como puedo sobre el tema desde 1996. También tuve varias discusiones con una compañía que se especializa en el diseño y la aplicación de esta tecnología. Esto es fruto de 15 años de desarrollo, y creo que cuenta para algo cuando considero cuántos aviones diferentes he volado en innumerables configuraciones. 

En 1996 mis contactos iniciales se hicieron con una empresa que aún existe en la actualidad: Micro Aerodynamics Inc, que se especializa en la aplicación, el diseño y el equipamiento de esta tecnología. Después de leer en su sitio web sobre la tecnología, la siguiente línea fue un momento en que se me encendió la bombilla: "Controlar el flujo de aire sobre la superficie superior del ala crear vórtices que energizan la capa límite. Esto da como resultado un mejor rendimiento y mejor control a bajas velocidades y a altos
ángulos de ataque".

(A la izquierda sin los GVs y a la derecha con los GVs.).

Eso fue suficiente para que comenzara a experimentar con la idea. Procedí a hacer conversaciones por correo electrónico con ellos y discutir la teoría y la aplicación para el uso en un modelo de avión, y de hecho fueron muy informativos y estaban felices de responder cualquier pregunta que tuviera en ese momento. En cuanto al diseño, no he alterado demasiado la forma de los planes iniciales y el factor más difícil a resolver fue el tamaño.

Usamos los siguientes principios básicos: Un Piper Meridian tiene una envergadura de 575" (aproximadamente 43 pies=12 metros). 
Un avión de acrobacia UC de tamaño normal tiene una envergadura de 57 pulgadas o está próximo a esa medida. 
Un generador de GV`s en el Piper de aquel tamaño, completo mide 1" de largo por 0.25" de alto. 
Utilizando la misma escala, mis generadores de vórtices necesitarían 3/32" de largo por algo más de 1/64 de alto ... obviamente esto no sería práctico.
Esto ha sido algo con lo que todos hemos luchado inicialmente, ¿qué tan grande los hacemos? 

Mis pruebas iniciales fueron bastante crudas en comparación con los métodos que uso hoy en día. Originalmente los hice de capa fina, y tenían aproximadamente ½ pulgada de largo. Inicialmente hicimos muchos de ellos, los colocamos a lo largo de toda le envergadura, en un 10% al frente al borde de ataque, como sugirieron en MircoAero. La distancia de separación era de aproximadamente 3" de separación en una configuración de dedo de paloma y teníamos aproximadamente 18 en cada ala, o sea 72 en total (intrados y extrados de cada semiala). Este era un terreno nuevo para todos; se trataba de un avión de modelismo acrobático, que volaba en círculo, con una gran relación potencia/peso. A menudo preguntaba si había una forma de calcular un lugar más eficiente para localizarlos y nadie lo sabía: el consenso era experimentar. 
El primer vuelo dio la suficiente mejora como para convencerme de que esta era una tecnología que valía la pena seguir probando.
Debo admitir que el rendimiento de mis aviones en ese momento era promedio, solo tenía 17 años y todos estábamos aprendiendo las cuestiones sobre los pesos y diseño de aeronaves.

Los beneficios que vi de ese vuelo inicial permanecen hasta hoy: no mejoró la nitidez de las esquinas, sin embargo, fue más estable y más predecible. 
Sentí que podía realizar los giros en las esquinas tan fuerte como quisiera sin temor a que se "deslizara" hacia abajo o "se deslizara" fuera de la ubicación de seguimiento inicial. Volar con viento resultó ser un poco más fácil en el sentido de que no experimenté tanto el descenso o ascenso al volar contra el viento o a favor del mismo. La turbulencia se redujo y, como resultado, siempre me sentí más seguro volando cuando las condiciones no eran perfectas. 
La única vez que no tuvo ningún efecto fue volar en condiciones "muertas" de calma donde se surca la propia estela de turbulencia que genera el avión y este sigue siendo un problema con el balanceo, pero sin embargo no experimentamos "baches" donde el modelo de repente pierde altura. Sospechamos que esto se debe a que todavía hay suficiente flujo de aire moviéndose sobre el ala debido al vórtice creado. Una forma más fácil de pensar cómo ocurre esto es visualizando un pájaro que no avanza al volar contra el viento, todavía tiene suficiente flujo de aire moviéndose sobre las alas para permanecer en el aire. 
Nunca he perdido un modelo o incluso me acerco debido a este fenómeno. 
Esto es después de 15 años de competencia de alto nivel volando en campeonatos nacionales, nacionales y nacionales. 

Con ese éxito inicial en un modelo, construimos otro en 1997 llamado "Vortex", el cual fue diseñado para ser liviano, con mis propios números de 52 Oz de peso con un motor Moki .51 y un estabilizador plano basado en el "Impact" pero sin embargo con un barrido hacia atrás de la linea de bisagras. (Ver nota sobre el tema)
Este modelo formó la base para la mayoría de mis experimentos en ubicaciones y posiciones de los GV. Fue un modelo de rendimiento sólido y obtuve mi primera gran victoria en una competición. 
Esta es una breve transcripción de un artículo sobre ese concurso: 

El vencedor "Vortex" registró una clara victoria al hacerse con el prestigioso Trofeo de Master de acrobacia. El avión con motor Moki 51, ha sido impresionante desde que se presentó a principios de este año. Voló muy bien durante todo el día y terminó con un margen claro.  El "Vortex" tiene muchas características interesantes en la alineación que incluye: el ala sin filo (es muy cónica), el borde de ataque tiene generadores de vórtice en su parte superior e inferior para toda la envergadura, y los flaps incorporan "flapettes" contra ángulos experimentales, con un peso total de 52 onzas.

El modelo terminó con 6 pares de GVs. o sea 48 en total, arriba y abajo, a difrencia de la configuración inicial de 8 pares. 
El tamaño también se redujo ligeramente, pero aún era más grande de lo que uso hoy en día. El manejo y la instalación siempre fueron un problema. 
Esto se debió principalmente a mi frustración por probarlos y porque estaba harto de hacer tantos. Descubrí desde los primeros vuelos que incluso cuando varios fueron perdidos debido a la manipulación, el rendimiento se mantuvo, mas luego continuamos reduciéndolos con el tiempo. 
El "Vortex" de 1997 aprovechó al máximo la experimentación. Probé todas las combinaciones que puedas imaginar colocando GV`s en este modelo: en el inicio del ala, en el medio del ala, cerca de los flaps, en el estabiliador, cerca de los elevadores, en el fuselaje, en las puntas, solo para ver qué fue efectivo y que no lo fue. 
No hace falta decir que ningún otro lugar que no sea cerca del punto mas alto del perfil tuvo algún efecto. Los he visto en los elevadores de modelos de tamaño completo donde están destinados a mejorar la autoridad de control, sin embargo, en nuestros experimentos no pude notar ninguna mejora en esa área. Si no veía una mejora repetible y tangible que pudiera ver con vuelos consecutivos, no procedí. 

En el transcurso de ese ciclo de vida de modelos (2 nacionales y aproximadamente 2.000 vuelos) encontré que la mejor ubicación estaba cerca del Highpoint (punto mas alto del perfil), que está más atrás que el 10% inicial que me recomendaron. Parte de esto fue con ayuda y lo encontré marginalmente mejor más atrás. Una de las cosas que hizo fue crear más arrastre, que a su vez requirió más potencia o cabeceo para volar en los mismos tiempos de vuelta. El motor inicial Moki 51 simplemente no tenía suficiente marcha para mi gusto: era difícil lograr un buena marcha 2/4 como yo lo requería. 
También estaba utilizando un ala con espesor del estilo del "Impact".
La solución se resolvió temporalmente en el próximo modelo: hacerlo más pequeño. 

En 1998 diseñamos el "Vortex 2" , que era una versión un 20% más pequeña del "Vortex 1" de 1997, pero nunca cumplió mis expectativas. 
Lo hicimos más pequeño en todas partes en un intento de aumentar la relación peso-potencia y sospecho que la cola era demasiado pequeña, también fue con un estabilizador plano. Voló durante media temporada y nunca fue un modelo brillante, los VGs. se alteraron bastante en este modelo. pero nunca obtuve el funcionamiento correcto. 

En 1999 diseñamos "Vortex 3", que fue el primero de mis modelos pintados con un esquema de pintura "Tiger". Se lo conoció como "El Tigre".
Era una versión 10% más pequeña del modelo de 1997; sin embargo, presentaba una cola con área mucho más grande.
La envergadura era de 55" con un estabilizador similar al perfil del Trivial Pursuit de 1994. Desde el primer día, esto fue increíble: era claramente el mejor modelo con el que tuve una cita. Nunca localicé la razón exacta por la que el "Vortex 2" voló tan mal, cuando en términos de números estaba tan cerca del "Tigre", sin embargo, solo cambiamos el estabilizador. 
Siempre quise cortar el estabilizador del "Vortex 2" y reemplazarlo con el de ese primer Tigre solo para ver si esa era la causa.

En ese modelo nuevamente había reducido los GV`s en términos de números y ubicación. En este modelo se redujo a 4 pares arriba y abajo (combinación 4/32)
Este también fue el primer modelo en que los alejé del fuselaje, completamente fuera de la hélice (10 pulgadas fuera de la raíz del ala o las paredes laterales del fuselaje). Lo hice en parte en mi creencia de que el estabilizador de alguna manera estaba recibiendo aire turbulento del ala y de los GV`s, quizás esta era la razón por la que el otro voló tan mal. 
Este modelo también funcionaba con mi 1er. motor de escape trasero: el Stalker .61, tratando de encontrar más potencia para el aumento de la resistencia aerodinámica. Finalmente fue actualizado con un Stalker .61 de carrera larga y aún hoy lo considero uno de mis mejores aviones. 
Gané un par de campeonatos estatales con él, y obtuve el cuarto lugar en los nacionales de 2002. 

Ese modelo tenía cerca de 2500 vuelos y era brillante. Lo presté a compañeros y cumplió con su destino durante un 8 sobre la cabeza cuando el motor se apagó. Lo único que me quedó fue el estabilizador (estaba practicando múltiples 8 sobre la cabeza). Lamento haber perdido ese modelo, porque no tenía ningún número definitivo escrito sobre su diseño. 
El siguiente modelo fue un diseño diferente. Me gustaría intentar recrear aquel modelo con fotos y el estabilzador que me queda. 

En el transcurso de la vida de esos modelos, los generadores de vórtices fueron quitados cada vez más, sin reemplazos. Encontré tan pocos como 2 pares (16 en total) que aún produjeron excelentes resultados. Por lo tanto, debido a la necesidad de acelerar el proceso de instalación, establecí 2 pares para cada ala (16 en total). La instalación también cambió con el tiempo, haciéndolos más pequeños y espaciados. 
Siempre me ha gustado 6 pulgadas desde la pared lateral del fuselaje para el primer par y 6 pulgadas desde las puntas para el segundo par. 
Me quedé con esa configuración para varios aviones y varios años, refinando cómo los construiría. Al final encontré que lo más pequeño que podía ir estaba dictado por mi habilidad para sostenerlos en las pinzas.
Los hicimos con fibra de carbono y todavía los pegamos con cianoacrilato en el ala. 

En los últimos 4 años he experimentado más con la reducción y mi configuración actual creo que es la mejor. Ahora solo coloco 2 en la parte superior de cada semi-ala y 2 en la inferior (8 en total). La ubicación de estos generadores es generalmente de 6 a 8 pulgadas desde la pared del fuselaje y ubicada en el punto mas alto del pefil. 
He hecho volar el mismo modelo uno detrás de la otro, con ellos instalados, y luego los he quitado y he notado una diferencia tangible, repetible y definitiva en cómo vuela la modelo.  No diría que altera el diseño en absoluto; es más confiable en las esquinas. También encontramos que el control de velocidad se mejora debido al exceso de arrastre inducido controlado. Encuentro que los aterrizajes son más fáciles porque el modelo no "cae" del cielo a favor del viento, ni hace nada por el estilo. 

De nuevo, digo que no es para todos, creo que instalar estos GV`s siguiendo la misma línea de pensamiento que como en el sellado de las líneas de bisagra es una mejora que es medible y beneficiosa. Mucha gente piensa que es solo para "aviones con sobrepeso" y hasta cierto punto eso es correcto: hará que un modelo de 70 oz esté menos inclinado al salir de las esquinas. 
Si tienes un avión liviano, no creo que ayude a reducir la velocidad de pérdida. Sin embargo, la mayor parte de mi cosecha actual de aviones se consideran "pesos en rango de 59 a 64 oz". Todavía encuentro que prefiero la sensación de poder "cargar" fácilmente el motor y, en cierta medida, controlar el balanceo de las alas debido a la turbulencia en condiciones de viento y controlar la velocidad de la aeronave, por ejemplo contra el viento.Obviamente, un buen motor con pipa o eléctrico no afecta esta parte. 

Como instalar los generadores de vórtices.

Material: lamina de carbono unidireccional
Espesor: .020"
Altura: 0.140"
Largo: 0.430"

Hacerlos no es difícil. Usé laminados de carbono unidireccionales de APC Composites, de .02" de espesor.
El primer paso es comenzar a cortarlos a la medida. Puede hacer que la tira de carbono tenga la longitud que desee.

Aqui he fabricado una sola tira que es mas alta de lo que va a terminar. La razon para esto es facilitar el lijado y cortarlos al final.

Estos se cortan en formas básicas que están cerca de la misma longitud de .43" para obtener formas consistentes.
Lijé a mano la forma del borde frontal del generador. Hago esto con papel de lija de grano 120 y le di forma hasta que quedaron redondeados como se muestra en la foto y todos uniformes.

Verifiqué la altura y recorté para que coincidan. Una vez que tengo definida la forma,la recorto a la altura exacta requerida de .14". Yo lijo esto o lo corto con una cuchilla afilada.
Puedes ver a continuación cómo los 2 son diferentes.

Intente que las alturas sean lo más precisas posible, vuelva a verificar cada una antes de pasar a la siguiente.
Las alturas son importantes para un vórtice constante, lo último que quieres es diferencias en la energía de los vórtices que se mueven por el ala.

Repita el proceso hasta que tenga suficientes para su proyecto y repuestos para reemplazos.
Mi última configuración y la que sugiero que la gente comience son 2 arriba y abajo en cada semi ala,o sea un total de 8 GV`s.

La parte crítica de cualquier modelo de acrobacia es siempre la alineación. La instalación de generadores de vórtices no es una excepción.
Normalmente hago esta tarea al final de la construcción, después de completado el pulido.
Es imposible pulir o lijar un modelo con los GV`s ya instalados anteriormente, así que no intentes aplicarlos antes.
Se puede limpiar y encerar de manera simple después del juzgamiento por apariencia, solo tenga cuidado.
Coloque una línea central hacia abajo del fuselaje, esto ayudará a obtener medidas precisas para la colocación de los GV`s en ambas secciones de las alas.

Formo plantillas para instalar los generadores. La plantilla se usa para todo el modelo: establece los ángulos, la distancia entre los GV y la distancia desde el borde de ataque.
Para el último grupo de mis modelos, la distancia es la siguiente: la línea central de la plantilla está a 7 ½ pulgadas de la línea central del fuselaje (+/- 19 cms).
Los generadores Vortex están en total, a 3 pulgadas uno del otro (7.6 cms). La línea central de la plantilla marca hacia afuera 1 ½ pulgadas (3.8 cms).
Estará donde los generadores de vórtices comienzan. Inventé esta plantilla que ayuda a la alineación y la colocación correcta.
La plantilla es crítica para ser correcta. Hago los generadores en cualquier lugar en ángulos de entre 17 grados y 20 grados: cuanto más ángulo, más arrastre.
El cómo alinearlos siempre ha sido una preocupación: ¿Lo alinearé con el borde anterior o lo alinearé 90 grados con respecto al flujo de aire?. Yo tengo siempre esa preocupación.
Sentí que alinearlo con el flujo de aire era correcto, aunque he hecho ambas cosas con pocas diferencias mensurables.
Como puede ver a continuación, la plantilla muestra el ángulo correcto. El ángulo del borde de ataque de este avión específico es de aproximadamente 2 grados.

La plantilla es simétrica: las líneas del plano de abajo se utilizan para alinear la plantilla con un marcador: esto es para asegurarnos de que las obtengamos exactamente en el mismo lugar en las 4 ubicaciones.
Nota: siempre unir las líneas de cinta superior e inferior para asegurar de que sean precisas.

Pegue la plantilla a las líneas de guía. Aquí observará que el frente de la plantilla se alinea con el borde delantero.
Recuerde tener en cuenta el ángulo de ataque del ala (generalmente no más de 2 grados para un ala cónica normal).
Cuando lo usa del otro lado, simplemente voltee la plantilla más y use el reverso para el lado opuesto.

Utilizo un pequeño aplicador de CA (cianoacrilato) y aplico en el extremo del generador. Con unas pinzas, aplíquelo con cuidado en la parte frontal de la plantilla.
Una vez que el CA se haya pegado, entonces agregaré 1 gota pequeña al carbono, (esto le da cierta fuerza y resistencia ante golpes). Simplemente deja la pequeña cantidad de CA en la parte inferior: donde son más propensos a ser arrancados accidentalmente.

Esta es la vista desde el frente, donde se puede ver que están perfectamente alineados. Incluso los 20 grados son muy poco pero muy efectivos.

Aquí hay otro ángulo completado de cerca. Intencionalmente pinto el borde de ataque hasta ese punto, en parte para ocultar el GV.

Aquí está el ala completa con los generadores de vórtices instalados. Al igual que el sellado de las líneas de bisagras, si lo haces correctamente es una instalación discreta.

Como muchas cosas que hacemos en esta modalidad, se trata de diversidad, prueba y error: lo que funciona para una persona puede no funcionar para otra. ¿Silenciador o pipa?, ¿eléctrico o glow?, ¿nitro o FAI?, ¿cables sólidos o trenzados?.
Lo mejor que podemos hacer es compartir información y, con suerte, recoger algunos consejos y sugerencias a lo largo del camino.
No construiré un modelo sin la tecnología de generadores de vórtices incluídos, no es diferente de sellar mis lineas de bisagras o hacer simetría en las alas.
Ha habido muchos diseños pasados y presentes que logran el éxito a su manera.
Pase 2 horas por día en su modelo y siga el proceso de instalación de los generadores de vórtices como se ha mostrado y saque sus propias conclusiones.
Si te gusta, construye el siguiente modelo: buena suerte y sigue volando y desarrollándote.
P.J Rowland