miniatura|Una ranura d'avantguarda en un avió STOL Una ranura d'avanguarda (en anglès slot) és una característica aerodinàmica fixa de l'ala d'alguns avions per reduir la velocitat de pèrdua i promoure bones qualitats de maneig a baixa velocitat. Una ranura de vora d'atac és un espai en envergadura a cada ala, que permet que l'aire flueixi des de sota l'ala fins a la seva superfície superior. D'aquesta manera, permeten el vol a angles d'atac més alts i, per tant, redueixen la velocitat de pèrdua.
Propòsit i desenvolupament A un angle d'atac superior a uns 15°, molts perfils aerodinàmics entren en pèrdua de pilota. La modificació d'aquest perfil aerodinàmic amb una ranura fixa a la vora d'atac pot augmentar l'angle de pèrdua de pilota entre 22° i 25°.Clancy, L.J., Aerodynamics, Section 6.9 miniatura|Ranura de vora d'atac de tota l'envergadura a l'ala del PZL-104M Wilga 2000 Les franges horàries (slots) van ser desenvolupades per primera vegada per Handley Page el 1919 i el primer avió que va volar-hi va ser l'experimental HP17, un Airco DH.9A modificat. La seva invenció s'atribueix conjuntament a Sir Frederick Handley Page i Gustav Lachmann. El primer avió equipat amb franges horàries controlables va ser el Handley Page HP20. La llicència del disseny es va convertir en una de les principals fonts d'ingressos de Handley Page a la dècada de 1920.
Uns dispositius similars, però retràctils, de vora d'atac s'anomenen slats.Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up, page 26 (27th revised edition) Quan el slat s'obre, crea una ranura entre el slat i la resta de l'ala; un cop retret, la resistència aerodinàmica es redueix.
Una ranura fixa al vora d'atac pot augmentar el coeficient de sustentació màxim d'una secció de perfil aerodinàmic en un 40%. Juntament amb una lama, l'augment del coeficient de sustentació màxim pot ser del 50% o fins i tot del 60%.Clancy, L.J., Aerodynamics, Section 6.9
A diferència dels flaps del vora posterior, les ranures del vora d'atac no augmenten el coeficient de sustentació a un angle d'atac zero, ja que no alteren la inclinació.
Operació miniatura|Ranura de vora d'atac d'envergadura parcial a l'ala d'un Stinson 108-3 miniatura|Fieseler Storch amb ranures de tota la longitud Una ranura de vora d'atac és un espai fix (que no es tanca) darrere de la vora d'atac de l'ala. L'aire de sota l'ala pot accelerar a través de la ranura cap a la regió de baixa pressió per sobre de l'ala i sortir de la ranura movent-se paral·lelament a la superfície superior de l'ala. Aquest flux d'alta velocitat es barreja amb la capa límit unida a la superfície superior i retarda la separació de la capa límit de la superfície superior. miniatura|Una Zenith STOL CH 701 mostrant la seva ranura d'abast complet. Les ranures naturalment penalitzen l'avió en què s'utilitzen. Això es deu al fet que contribueixen a la resistència aerodinàmica en comparació amb una ala sense ranures.Abbott and Von Doenhoff, Theory of Wing Sections, Section 8.6 La resistència aerodinàmica addicional a baixa velocitat és acceptable a causa de la reducció beneficiosa de la velocitat de pèrdua de capacitat i la millora de les característiques de maneig, però a velocitats més altes, la resistència aerodinàmica addicional que aporten les ranures és un desavantatge significatiu perquè redueix la velocitat de creuer i augmenta el consum de combustible per unitat de distància volada.
Una manera de reduir l'arrossegament de creuer de les ranures és fer que es puguin tancar. Aquesta disposició es coneix com a slats de vora d'atac. Aerodinàmicament, els slats funcionen de la mateixa manera que les ranures fixes, però els slats es poden retreure a velocitats més altes quan no són necessaris. Els slats, al seu torn, són més pesats i complexos que les ranures.Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up, page 26 (27th revised edition) Abbott and Von Doenhoff, Theory of Wing Sections, Section 8.6
A angles d'atac baixos, el flux d'aire a través de la ranura és insignificant, tot i que contribueix a la resistència aerodinàmica. A angles d'atac progressivament més alts, el flux d'aire a través de la ranura esdevé cada cop més significatiu, accelerant des de la regió de major pressió sota l'ala fins a la regió de menor pressió a la part superior de l'ala. A angles d'atac alts, la velocitat de l'aire més ràpida respecte al perfil aerodinàmic és molt a prop de la vora d'atac, a la superfície superior. En aquesta regió d'alta velocitat local, la fricció superficial (força viscosa) és molt alta i la capa límit que arriba a la ranura de l'ala superior ha perdut gran part de la seva pressió total (o energia mecànica total) a causa d'aquesta fricció. En canvi, l'aire que passa per la ranura no ha experimentat aquesta alta velocitat local ni aquesta alta fricció superficial, i la seva pressió total es manté a prop del valor del corrent lliure. La barreja de la capa límit de la superfície superior amb l'aire que arriba a través de la ranura reenergitza la capa límit, que després roman unida a la superfície superior de l'ala a un angle d'atac més alt que si la ranura no hi fos.Clancy, L.J., Aerodynamics, Section 6.9 La ranura de la vora d'atac va ser, per tant, una de les primeres formes de control de la capa límit.
Aplicació de ranures de vora davantera Les ranures de vora d'atac són generalment de dos tipus: les que tenen una envergadura completa i les que tenen una envergadura parcial.Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up, page 26 (27th revised edition)
Els espais de ple envergadura es troben generalment en avions STOL d'enlairament i aterratge curt com el Fieseler Storch, el Dornier Do 27, el PZL-104M Wilga 2000 i el Zenair CH 701 STOL. El seu propòsit principal és permetre que l'avió voli a un angle d'atac més alt abans d'arribar a l'angle de pèrdua de capacitat.Crane, Dale: Dictionary of Aeronautical Terms, third edition, page 471. Aviation Supplies & Academics, 1997.
En avions que no siguin avions especialitzats STOL, les ranures de tota l'envergadura tenen greus inconvenients perquè, per aprofitar l'alt angle d'atac a la pèrdua de posició, solen necessitar potes llargues del tren d'aterratge que o bé provoquen una alta resistència aerodinàmica o bé són més llargues del que es pot allotjar fàcilment dins del fuselatge.
Les ranures d'envergadura parcial normalment es troben només a la part exterior de l'ala, on asseguren que el flux d'aire sobre aquesta part de l'ala romandrà sense enganxar a angles d'atac més alts que les parts interiors de l'ala. Això garanteix que l'arrel de l'ala entri en enganxament primer i contribueix a un comportament dòcil en enganxament i al manteniment del control dels alerons durant tota l'enganxament.Clancy, L.J., Aerodynamics, Section 6.9Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up, page 26 (27th revised edition) L'ús de ranures d'aquesta manera produeix un resultat similar a l'ús del rentat en una ala, però a través d'un mitjà diferent. Exemples d'avions amb ranures fixes d'envergadura parcial són l'Stinson 108, el Bristol Beaufort, el Lockheed Hudson i el Dornier Do 28D-2 Skyservant.
Referències
Categoria:Aerodinàmica