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Descrição

Dragagem induzida é uma consequência inevitável da elevação e é produzida pela passagem de um aerofólio (e.g. asa ou avião de cauda) através do ar. O ar que passa por cima de uma asa tende a fluir para dentro porque a pressão reduzida sobre a superfície superior é menor do que a pressão fora da ponta da asa. Abaixo da asa, o ar flui para fora porque a pressão abaixo da asa é maior do que a pressão fora da ponta da asa. A consequência directa disto, no que diz respeito às pontas das asas, é que há um contínuo derrame de ar para cima à volta da ponta da asa, um fenómeno chamado “efeito de ponta” ou “efeito final”. Uma maneira de apreciar porque uma alta proporção de aspecto para uma asa é melhor do que uma baixa é que com uma alta proporção de aspecto, a proporção de ar que se move desta maneira é reduzida e, portanto, mais do que isso gera elevação.

Para a asa em geral, as correntes de ar de cima e de baixo da asa estão fluindo em um ângulo um para o outro à medida que se encontram ao longo da borda de fuga da asa. Eles se combinam para formar vórtices que, quando vistos por trás, giram no sentido horário a partir da asa esquerda e no sentido anti-horário a partir da direita. A tendência é que estes vórtices se movam para fora em direcção à ponta da asa, juntando-se à medida que o fazem. Quando a ponta da asa é alcançada, um grande vórtice da ponta da peruca se formou e é derramado.

A maioria destes vórtices são, naturalmente, completamente invisíveis mas, em ar muito úmido, o núcleo central de um vórtice pode tornar-se visível porque a pressão de ar dentro de seu centro reduziu – e, portanto, esfriou – o suficiente para que a condensação ocorra. Uma maior carga da asa em uma curva também aumentará a força – e o grau de redução da pressão – de modo que os núcleos visíveis do vórtice são ainda mais prováveis durante as curvas. Se próximo a esses vórtices, eles também podem, às vezes, ser audíveis!

A maior parte do ar que flui do topo de uma asa – ‘downwash’ – continua mais ou menos horizontalmente em direção à empenagem porque é equilibrado por um correspondente upwash na frente da borda dianteira da asa. Em contraste, o movimento do ar para cima que leva à “consolidação” do vórtice na ponta está fora da ponta, enquanto que o movimento correspondente para baixo está na extremidade da envergadura da asa, de modo que a direcção líquida do fluxo de ar que passa pela asa está para baixo. O elevador criado pela asa – que por definição está em ângulo recto com o fluxo de ar, é portanto ligeiramente inclinado para trás e assim ‘contribui’ para o arrasto – induzido pelo arrasto.

Embora deva haver sempre pelo menos algum arrasto induzido porque as asas têm uma espessura finita, o desenho tenta sempre que possível reduzir este fluxo. Uma área necessária da asa pode ser alcançada usando diferentes proporções de largura das asas para as cordas (proporções de aspecto). Quanto maior a relação de aspecto da asa, menor a perturbação do ar é criada na ponta. Contudo, para a maioria das aeronaves, existem limites práticos para o máximo vão das asas para manobras no solo e questões estruturais que significam que, eventualmente, a penalidade de peso para fortalecer adequadamente uma asa longa e fina torna-se excessiva. O facto de as aeronaves transportarem a maior parte do seu combustível nas asas é também um factor no desenho das asas. Os rácios típicos de aspecto das aeronaves de transporte variam entre 6:1 e 10:1.

Outras formas de reduzir o arrasto induzido e a força de vórtice na ponta da asa também são baseadas na redução da quantidade de movimento de ar para cima na ponta da asa com o objetivo de gerar relativamente mais elevação longe das pontas. O afunilamento das asas em direção à ponta ajuda nisso, assim como o giro das asas. O Boeing 767 é um exemplo de uma asa torcida. A asa interior é colocada num Ângulo de Ataque (AOA) mais alto do que a asa exterior e assim gera proporcionalmente mais elevação enquanto que a ponta, num Ângulo de Ataque muito pequeno, gera muito pouco. As asas (sharklets) também se tornaram populares, tanto as versões habituais de elevação como as versões mais antigas da série Airbus A320 de duas direções ‘wingtip fence’. As asas bem desenhadas podem evitar cerca de 20% do derrame do fluxo de ar na ponta – e portanto 20% do arrasto induzido.

Arrasto induzido e seus vórtices da ponta da asa são uma consequência direta da criação de elevação pela asa. Como o Coeficiente de Elevação é grande quando o Ângulo de Ataque é grande, o arrasto induzido é inversamente proporcional ao quadrado da velocidade enquanto todos os outros arrasto são diretamente proporcionais ao quadrado da velocidade. O efeito disto é que o arrasto induzido é relativamente insignificante em alta velocidade no cruzeiro e descida onde provavelmente representa menos de 10% do arrasto total. Na subida, é mais importante representar pelo menos 20% do total do arrasto. Em velocidades lentas logo após a decolagem e na subida inicial, é de máxima importância e pode produzir até 70% do arrasto total. Finalmente, ao olhar para a força potencial dos vórtices da ponta da asa, toda essa teoria sobre o arrasto induzido deve ser moderada pelo efeito do peso da aeronave. O arrasto induzido sempre aumentará com o peso da aeronave.

SKYclip

O seguinte SKYclip aborda a questão do Encontro de Vórtices de Despertar de En-Route.

• Propagação e Decadência do Vórtice de Despertar de Vórtice
• Dispositivos de Redução de Arrastamento da Ponta da Asa