Patta barella - Gurney flap

Un lembo Gurney mostrato sul lato inferiore di un profilo alare Newman (dalla NASA Technical Memorandum 4071).

Il lembo Gurney (o wickerbill ) è una piccola linguetta che sporge dal bordo d' uscita di un'ala. Tipicamente è impostato ad angolo retto rispetto alla superficie lato pressione del profilo aerodinamico e sporge dall'1% al 2% della corda alare . Questo dispositivo del bordo d'uscita può migliorare le prestazioni di un semplice profilo alare quasi allo stesso livello di un design complesso ad alte prestazioni.

Il dispositivo funziona aumentando la pressione sul lato di pressione, diminuendo la pressione sul lato di aspirazione e aiutando il flusso dello strato limite a rimanere attaccato fino al bordo d'uscita sul lato di aspirazione del profilo aerodinamico. Le applicazioni comuni si verificano nelle corse automobilistiche , negli stabilizzatori orizzontali degli elicotteri e negli aerei in cui è essenziale un'elevata portanza , come gli aeroplani con traino di striscioni .

Prende il nome dal suo inventore e sviluppatore, il pilota automobilistico americano Dan Gurney .

Storia

Il "profilo alare a portanza variabile" mostrato nella Figura 1 del brevetto E.F. Zaparka del 1935 Brevetto USA RE19412 . È un microlembo mobile, simile al lembo fisso Gurney.
Un lembo Gurney sul bordo d'uscita dell'ala posteriore di una Porsche 962

L'applicazione originale, lanciata dall'icona delle corse automobilistiche americane Dan Gurney (che è stato sfidato a farlo dal collega pilota americano Bobby Unser ), era un pezzo di lamiera ad angolo retto, fissato rigidamente al bordo d'uscita superiore dell'ala posteriore sul suo auto da corsa a ruote scoperte dei primi anni '70. Il dispositivo è stato installato rivolto verso l'alto per aumentare il carico aerodinamico generato dall'ala, migliorando la trazione . Lo ha testato sul campo e ha scoperto che consentiva a un'auto di affrontare le curve a velocità più elevata, raggiungendo allo stesso tempo una velocità maggiore nei tratti rettilinei della pista.

La prima applicazione del flap fu nel 1971, dopo che Gurney si ritirò dalla guida e iniziò a gestire la propria squadra corse a tempo pieno. Il suo pilota Bobby Unser aveva testato una nuova auto progettata da Len Terry con CAD-Cam al Phoenix International Raceway ed era scontento delle prestazioni della vettura in pista. Gurney aveva bisogno di fare qualcosa per ripristinare la fiducia del suo pilota prima della gara e ha ricordato gli esperimenti condotti negli anni '50 da alcune squadre di corse con spoiler apposti sul retro della carrozzeria per annullare il sollevamento (a quel livello di sviluppo, gli spoiler non erano pensati come potenziali potenziatori delle prestazioni, semplici dispositivi per annullare la portanza aerodinamica destabilizzante e potenzialmente mortale). Gurney ha deciso di provare ad aggiungere uno "spoiler" al bordo d'uscita superiore dell'ala posteriore. Il dispositivo è stato fabbricato e montato in meno di un'ora, ma i giri di prova di Unser con l'ala modificata hanno avuto tempi altrettanto scarsi. Quando Unser è stato in grado di parlare in confidenza con Gurney, ha rivelato che i tempi sul giro con la nuova ala sono stati rallentati perché ora produceva così tanto carico aerodinamico che la vettura era sottosterzante . Tutto ciò che serviva era bilanciare questo aggiungendo carico aerodinamico davanti.

Unser si rese subito conto del valore di questa svolta e volle nasconderlo alla concorrenza, compreso suo fratello Al . Non volendo richiamare l'attenzione sui dispositivi, Gurney li ha lasciati allo scoperto. Per nascondere il suo vero intento, Gurney ha ingannato i concorrenti curiosi dicendo loro che il bordo d'uscita smussato aveva lo scopo di prevenire lesioni e danni quando si spingeva l'auto a mano. Alcuni hanno copiato il design e alcuni hanno persino tentato di migliorarlo puntando il lembo verso il basso, il che in realtà ha danneggiato le prestazioni.

Gurney è stato in grado di utilizzare il dispositivo nelle corse per diversi anni prima che il suo vero scopo fosse noto. Successivamente, ha discusso le sue idee con l'aerodinamico e progettista di ali Bob Liebeck della Douglas Aircraft Company . Liebeck ha testato il dispositivo, che in seguito ha chiamato "Gurney flap" e ha confermato i risultati dei test sul campo di Gurney utilizzando un lembo di corda dell'1,25% su un profilo alare simmetrico Newman. Il suo documento AIAA del 1976 (76-406) "Sulla progettazione di profili aerodinamici subsonici per un'elevata portanza" ha introdotto il concetto alla comunità dell'aerodinamica.

Gurney cedette i suoi diritti di brevetto alla Douglas Aircraft, ma il dispositivo non era brevettabile, poiché era sostanzialmente simile a un microflap mobile brevettato da E. F. Zaparka nel 1931, dieci giorni prima della nascita di Gurney. Dispositivi simili furono testati anche da Gruschwitz e Schrenk e presentati a Berlino nel 1932.

Teoria del funzionamento

Il Gurney flap aumenta il coefficiente di portanza massima ( C L,max ), diminuisce l' angolo di attacco per portanza zero (α 0 ) e aumenta il momento di beccheggio a punta in basso ( C M ), che è coerente con un aumento della campanatura del profilo alare . Inoltre tipicamente aumenta il coefficiente di resistenza ( C d ), specialmente a bassi angoli di attacco, sebbene per profili alari spessi sia stata segnalata una riduzione della resistenza. Un beneficio netto nel rapporto portanza/resistenza complessivo è possibile se il lembo è dimensionato in modo appropriato, in base allo spessore dello strato limite .

Il flap Gurney aumenta la portanza alterando la condizione di Kutta sul bordo d'uscita. La scia dietro il lembo è una coppia di vortici controrotanti che si diffondono alternativamente in una strada vorticosa di von Kármán . Oltre a questi vortici spanwise rilasciati dietro il lembo, i vortici cordonali rilasciati da davanti al lembo diventano importanti ad alti angoli di attacco .

L'aumento della pressione sulla superficie inferiore davanti al lembo significa che l'aspirazione della superficie superiore può essere ridotta mentre si produce lo stesso sollevamento.

Applicazioni per elicotteri

Double Gurney flaps su un elicottero Bell 222U

I flap di gurney hanno trovato ampia applicazione sugli stabilizzatori orizzontali degli elicotteri, poiché operano su una gamma molto ampia di angoli di attacco sia positivi che negativi. Ad un estremo, in una salita ad alta potenza, l'angolo di attacco negativo dello stabilizzatore orizzontale può arrivare fino a -25°; all'altro estremo, in autorotazione , può essere +15°. Di conseguenza, almeno la metà di tutti gli elicotteri moderni costruiti in Occidente li ha in una forma o nell'altra.

Il Gurney flap è stato applicato per la prima volta alla variante Sikorsky S-76 B, quando i test di volo hanno rivelato che lo stabilizzatore orizzontale dell'S-76 originale non forniva una portanza sufficiente. Gli ingegneri hanno montato un lembo Gurney sul profilo alare invertito NACA 2412 per risolvere il problema senza ridisegnare lo stabilizzatore da zero. Un lembo Gurney è stato anche montato sul Bell JetRanger per correggere un problema di angolo di incidenza nel design che era troppo difficile da correggere direttamente.

L' elicottero Eurocopter AS355 TwinStar utilizza un doppio flap Gurney che sporge da entrambe le superfici dello stabilizzatore verticale . Questo è usato per correggere un problema con l'inversione di portanza in sezioni di profilo alare spesse a bassi angoli di attacco. Il doppio flap Gurney riduce l'input di controllo necessario per effettuare la transizione dal volo stazionario al volo in avanti.

Guarda anche

Riferimenti

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