Nueva luz sobre la transición del régimen laminar al turbulento en alas en flecha
La transición a la turbulencia en las capas límite de las alas en flecha ha sido objeto de amplia investigación durante los últimos años. Varios experimentos han destacado ya la importancia de los elementos de rugosidad micrométrica distribuida (DMSR) al demostrar que ciertas imperfecciones superficiales muy pequeñas son capaces de producir un efecto notable en la ubicación de la transición. Sin embargo, los esfuerzos de los investigadores para lograr controlar la transición mediante dichos elementos no se han visto coronados por el éxito debido a pequeñas diferencias en los niveles de ruido de los túneles de viento empleados para los experimentos actuales. Un grupo de científicos financiado por la UE y dedicado al proyecto RODTRAC (Robustness of distributed micron-sized roughness-element for transition control) utilizó técnicas numéricas de modelización y realizó experimentos en túnel de viento para ensayar la receptividad de la capa límite a perturbaciones externas, como la turbulencia en la corriente libre o las ondas acústicas. La receptividad es el mecanismo por el cual las perturbaciones de la corriente libre penetran la capa límite y crean las condiciones iniciales para las ondas inestables. Unas simulaciones numéricas detalladas permitieron valorar y explicar en detalle los efectos de las perturbaciones acústicas y los vórtices, tanto en su conjunto como por separado. Las simulaciones se acompañaron de cálculos de estabilidad y análisis de receptividad. Los resultados demostraron que, con independencia del nivel de turbulencia en la corriente libre, los vórtices transversales estacionarios constituyen los mecanismos de inestabilidad predominantes cuando hay elementos de rugosidad micrométrica presentes. Además, la interacción entre ondas acústicas y elementos de rugosidad excitó vórtices de flujo transversal inestables. Una serie de experimentos con perturbaciones acústicas y turbulencias controladas complementó la labor numérica y se usó para validar los resultados. A niveles bajos de turbulencia, los elementos de rugosidad DMSR estabilizaron el flujo en la capa límite y desplazaron la transición aguas abajo. Se halló que en tales casos, los campos acústicos de ciertas gamas de frecuencia desestabilizan aún más la ubicación de la transición. Se demostró que a niveles elevados de turbulencia, la transición del régimen laminar al turbulento no se retrasa. El proyecto RODTRAC sirvió para profundizar en el conocimiento de la interacción de diferentes fuentes de perturbación con la transición en las capas límite de alas en flecha. Los resultados y hallazgos de este proyecto se utilizarán para mejorar las predicciones relacionadas con el rendimiento de aeronaves de alas laminares y con ello se facilitará el diseño de aviones avanzados.
Palabras clave
Transición de régimen laminar a turbulento, alas en flecha, rugosidad micrométrica distribuida, RODTRAC, turbulencia en la corriente libre
