LOS TURBULADORES

LOS TURBULADORES
Los turbuladores, así los llamaremos aunque existan varias maneras de llamarles, están bien conocidos de los modelistas del vuelo libre, pero también se usan en varias categorías de F3 (control remoto). Están también conocidos y usados por los aerodinámicos, quienes haciendo experiencias con modelos diminutos tiene que llegar a un flujo que se parezca algo a lo de alrededor de la aeronave estudiada.
El asunto es que las características del flujo cambian cuando el termino viscoso toma cierta importancia. En tanto la capa limite tiene relativamente poco grosor el esquema es lo siguiente : primero la capa limite es laminar , luego después de una corta transición se vuelve turbulenta, en fin, cuando baja aún mas su energía, ángulos de ataque elevados de un ala por ejemplo, se separa al borde de fuga primero. Pero con la bajada de los Re la transición se vuelve mas difícil y ocurre una separación laminar seguida de un bulbo o burbuja antes de que la capa limite se vuelva turbulenta. También con los pequeños Re la separación del borde de fuga llega mas temprano y se reduce el angulo de la separación y entonces la perdida. El bulbo laminar cambia el perfil de velocidades alrededor de la sección y resulta mucha resistencia. La separación al principio al borde de fuga, luego mas y mas profundamente destroza la sustentación y produce una resistencia enorme. Para domar a los dos fenómenos esta ventajoso provocar la turbulencia sea con un dispositivo que por el mismo produce resistencia, el turbulador. Se considera a menudo que este dispositivo vale por debajo de 100.000 Re. Podría ser el caso para el borde marginal diminuto de un HPO muy afilado, seria también el caso si se construyera uno usando “plumas”. Cada una estaría en un rango de Re débiles.
Vemos también el interés de perfiles tales el UI 1720 que no están exactamente adaptados, teniendo un Re critico bastante elevado. Para volar con estos a 1.000.000 Re podríamos provocar la turbulencia a 20% o un poco antes y mas cerca del borde de ataque si el tema es de volar cerca de 500.000 Re, incluido con versiones adelgadas del mismo UI 1720. En cuanto a los 100.000 Re y menos hará falta una versión muy delgada y un turbulador de dientes de sierra o pariente empezando muy que muy temprano. Ya en los 70 o 80 un modelista alsaciano, Jean Wantzenreither experimentó tal solución a los 30.000 Re o algo menos, llegando a igualdad con los mejores clásicos de la categoría “Coupe d'Hiver” 100 g entonces. Tal sección daba menos resistencia pero no llegaba a la misma sustentación. La diferencia era débil, asi que había poca diferencia de resultados.
Vemos ademas que el dominio de los turbuladores no esta tan limitado como se creía : el planeador DG 300 tenía uno de soplar la capa limite y acaba de cambiarlo por uno de dientes de sierra, los “pitots” se tapaban con demasiada facilidad.

¡LOS HILOS!
Consideremos dos categorías . En primer lugar los hay que están tensados delante del borde de ataque. El sitio del hilo en altura y también en distancia es de importancia. Experimentar es la única manera de determinar el buen sitio pero se puede indicar que un hilo situado bastante abajo del borde de ataque estará favorable a un perfil de alta sustentación usado a ángulos elevados. Al contrario otro perfil con curvatura mediana débil vera bien un hilo ligeramente por encima del punto de separación dando turbulencia a ángulos moderados. ¡El tamaño también importa! Los “Nórdicos” han usado frecuentemente un elástico de 1 mm o menos tensado entre soportes escasos. La vibración del hilo que entonces medía menos del milímetro inicial, servía para provocar una buena turbulencia. El uso se ha perdido por la fragilidad de la instalación en particular al aterrizaje. Para las prestaciones era un sistema excelente.
La segunda manera de usar hilos es de pegarlos a poca distancia del borde de ataque. En el caso de Xenakis (modelo de 93) uno de los pocos datos concretos que tengo es que pegaba el primer hilo a 10% o algo menos y un segundo a 25% mas o menos. En el estabilizador había solo uno situado bastante profundo en el extradós, lógico puesto que este vuela a pequeños AOA. Otros modelistas usan adhesivos estrechos superpuestos, fáciles de pegar y mover. La altura usual es del orden del medio milímetro. Notar que Xenakis usaba "hilos" cuadrados. Los modelistas son de costumbre mas discretos que Xenakis, aun cuando publican sus secciones con buena voluntad. ¡Eské! ¡Aquí esta el secreto del afinado!

LOS TURBULDORES DE DIENTE DE SIERRA.
Muy eficaces, son la versión 3D de los hilos pegados. Imagínense un recubrimiento, un encofrado diría yo pero me temo que suene afrancesado con este sentido, que vaya desde el borde de ataque o poco mas adentro y que pare a los 20%. Encima poned otro recubrimiento que vaya algo mas lejos en profundidad, estando cortado su borde anterior en dientes de sierra. El angulo corriente del fondo y de la punta de los dientes es de 45º. Se suele usar balsa de 1 mm que se lija mas o menos. El recubrimiento de papel o de tela solo empieza después del encofrado. Eso es lo clasico para modelos de poco peso, Wakefields, F1C y Nórdicos. Unos pocos Coupe d'Hiver fueron dotados del mismo dispositivo que entonces da por resolver problemas de peso. Jon Howes para las velas de su velero prototipo de “barco” de velas rígidas ha usado este tipo de turbulador, situandolo a 20%. Supongo que eran los fondos de los dientes que terminaba a los 20%, el UI 1720 necesitando, creo, una turbulencia precoz para un uso en modelos, incluido bastante grandes. Los planeadores de control remoto pueden sacar provecho de tal turbulador. Entonces se pega una cinta adhesiva, generalmente bastante lejos del borde de ataque. Se entiende que hace falta aprovecharse al máximo de las cualidades de una capa laminar, pero mas vale poner el dispositivo antes de la burbuja, ¡Así tiene mas eficacia! Lo que pasa en realidad va a por mas complexidad. Demasiado lejos del BA el dispositivo sirve pero a ángulos aun mas pequeños. A ángulos muy fuertes las secciones de este tipo de maquinas tienen una turbulencia provocada por el borde de ataque de diámetro relativo débil.

LAS PUNTILLAS
En el genero de los turbuladorers 3D tenemos otro dispositivo que consiste en un rango de puntillas de mas o menos 1 mm de altura y 1 mm de diámetro. Generalmente esta seguido a poca distancia por otro rango que provoca el mismo efecto en la zona sin turbulencia. Provocan dicen menos resistencia que un turbulador de diente de sierra. Los he provado so forma de pequeños cubos de balsa 1x1 en una maquinita muy ligera. La estabilidad del modelo indicaba un buen comportamiento de la capa limite pero el perfil y el alargamiento débil no permitían decidir de la eficacia. Hubiera que hacer pruebas comparativas antes y después de pegar las puntillas. Se pueden usar en alas cubiertas de papel o tejido. No obstante no se usan mucho. Los modelistas que prueban los perfiles de Brian Eggleston dicen que se pueden usar con éxito en esta clase de secciones, recomiendan probar espacios grandes entre las puntillas. Parece lógico puesto que los perfiles citados están calculados para un control de la capa limite laminar, seria el colmo de perder todo con un turbulador brutal tipo diente de sierra. Lo que se puede buscar es que se junten los conos de turbulencia provocada donde estaría una “controlada pero cierta” burbuja laminar. De otro modo se tiene que proteger lo que se ha ganado en resistencia a pequeños ángulos con el diámetro generoso del borde de ataque y el intradós en S. Estos perfiles están todavía en fase experimental y lo que se puede decir es ¡Prueben los!
Estos turbuladores de puntillas tienen un parentesco cierto con los dispositivos usados en las alas con barrido usadas tanto en transporte como en la aviación militar. El destino es diferente puesto que en este ultimo caso la zona de turbulencia sirve a controlar la circulación transversa y no una burbuja laminar.

LA IMITACIÓN DE LA BALA DE GOLF.
Pienso que están debidos a la tradición, del mismo modo que las costuras de las balas de hockey. Eso no impide que se reconoce su eficacia. Dando poca resistencia no los he visto nunca en la practica modelista. Veo como razón lo difícil que es su realización. Para alas sacadas de un molde se podría pegar en el molde un film dotado de medias esferas en relieve. En aviación y modelismo no hará falta mas de unos rangos de cavidades para obtener la turbulencia deseada.

LOS ESTADOS DE SUPERFICIE
En los Re de mas de 100.000 se recomienda un estado de superficie liso, hasta pulido aunque un acabado mate puede ayudar a la transición. Para los Re muy pequeños un estado de cierta rugosidad no viene mal. Papel, tejido sin pintar, papel de lija son unos medios de provocar y mantener la turbulencia y de mejorar la adherencia de la capa limite. En muchas alas delta se ve una tela mas grosera en el borde de ataque, tipo tela de lona. Es la funda del refuerzo de BA que esta realizada en esta tela. Los hilos de refuerzo son aparentes. En los Wakefields se notan unos BA realizados en tejido de fibra de carbono. En el caso del modelo de Kulakovsky y Andriukov este tipo de encofrado va junto con un BA discretamente chato. Este modelo no comporta turbulador, se entiende porque.

LOS LOCUST GROVES DEL GABINETE LAROCHE
Noten que las alas de los insectos están muy poco regulares, y que las alas de las langostas son de una eficacia rara, siendo incluido capaces de planear. Pues el gabinete LaRoche a presentado hace pocos años un dispositivo inspirado en unos detalles de las alas de estos bichos. ¡Según LaRoche no es un turbulator! Sin embargo estos canalitos inclinados de 60º, el pequeño relieve de separacion y la profundidad generosa de los canales dan a pensar que provocan turbulencia. No se ha demostrado en la practica la utilidad del dispositivo y no aparece mas en la web. ¿La falta de éxito de los WingGrids que eran el destino natural de los Locust Groves sera por algo en esta desaparición?

LAS JOROBAS EN EL BORDE DE ATAQUE TIPO BALLENA
Estudios destinados a mejorar el rendimiento de los molinos eólicos han conducido a establecer un borde de ataque con protuberencias a la manera de los alerones de las ballenas. Los resultados parecen interesantes, las aspas siendo mucho mas difíciles de construcción, aumentar la superficie de barrido del molino siendo tan fácil, dudo de que veamos muchos molinos eólicos con aspas de ballenas, pero experimentales en aviación ultra ligera y modelismo serián interesantes.

ASPIRACIÓN Y SOPLADO
Los laboratorios estudian con mucho interés dispositivos de aspiración de la capa limite y comparan los resultados con lo de soplar la. Eso necesita una fuente de aire a presión. Aunque la energía gastada en eso sea débil, no lo podemos pensar para un modelo ni para un HPO. Nos interesán mas los dispositivos soplando al extradós aire viniendo del intradós, de donde se puede sacar bastante presión alrededor del punto de separación. Así los “pitots”, con un diámetro que se va reduciendo introducen aire con bastante velocidad un poco antes de la zona de separación y de la burbuja laminar que la sigue, para impedir su formación. Eso es sin duda un turbulador. Tiene su propria resistencia. El sitio de la entrada puede favorecer una progresividad de la acción. Así poniendo las entradas donde hay mas presión a grandes ángulos el efecto de soplado va disminuyendo cuando el ángulo se reduce y que la burbuja laminar se reduce. Eso me parece conveniente para un perfil clásico de restitución cóncava (se comentara luego). Con un perfil laminar, a ángulos elevados el BA de diámetro débil provoca bastante temprano la turbulencia. Interesa entonces soplar la capa limite poco antes de la burbuja que se forma a la transición pero solo a ángulos muy moderados antes de que le perfil se vuelva totalmente turbulento (algo como 6º para el FX 62k153, seguramente mas tarde con los perfiles mas recientes GAW, Bertin etc. que tienen un diámetro de BA mas generoso). Unos planeadores de F3B tenían conos yendo del intradós al extradós, saliendo a 50% por agujeros de dimensión milimétrica.
Pariente pero solo en apariencía, el dispositivo de Murray no es un turbulador, al contrario. Intenta reducir el grosor de la capa limite por aspiración. La fuente de aspiración es el extradós cerca del BA. Es cierto que los agujeros de BA soplan, todo el arte siendo de hacer que no soplen hasta el punto de volverse a turbuladores. Murray y Howes pensaban en un dispositivo cerrado por una tela.

En el caso del Orni y del Wakefield de alas batientes cuyos alerones tendrán un perfil abierto al borde de fuga (como cualquier delta, no hay ningún escándalo) pienso soplar el extradós y alimentar el borde de fuga al intradós, poniendo el interior del ala a la presión del BA. ¡A ver lo que da! El aire de presión alta del interior del ala no se queda así, acelerando pierde presión. Ya he visto dispositivos de soplado de BF en deltas, al parecer es una solución para acercar las presiones de extradós y de intradós cuando se van a reunir, eso siendo el punto flaco de los perfile de simple superficie, sea solo del 90%, y mas si son del 50% por arriba tal como el SmartBird de Festo. Notaran que el perfil de Festo estudiado en Goettingen tiene un reflex o mas bien una larga contra curva al BF. Es otra solución generalizada en los deltas.

TURBULADORES DE INTRADÓS
Se olvida a veces del intradós. A pequeños ángulos se tiene que plantear el mismo problema de transición con eventual burbuja. A menudo un hilo es necesario para tener un buen comportamiento en la aceleraciones.

CONCLUSIÓN
Cada ala, cada perfil es un mundo y no basta la inventividad ni el conocimiento abstracto. La regla absoluta es que hace falta experimentar para estar seguro del resultado. El sitio donde se implantan los hilos es un buen ejemplo de esta búsqueda. La facilidad con que se cambian de sitio explica su éxito en la practica. Para el Wake la sección elegida (BE 9745) y la profundidad del ala al centro (160 mm) hace pensar que un turbulador no sera necesario, pero en las partes distales si probablemente hará falta tal dispositivo. Aunque también una evolución del perfil puede evitarnos la resistencia de un turbulador.