È comune vedere nuvole a forma di linea nel cielo, note come scie, trascinato dietro i motori di un aereo a reazione.

Ciò che non è sempre visibile è un vortice che si stacca dalla punta di ogni ala, come due minuscoli tornado orizzontali, lasciando dietro di sé una scia turbolenta dietro il veicolo. La scia rappresenta un rischio di volo destabilizzante, in particolare per gli aerei più piccoli che condividono la stessa traiettoria di volo.

Recenti ricerche presso l'Università dell'Illinois hanno dimostrato che, sebbene la maggior parte delle forme delle ali usate oggi crei questi vortici di scia turbolenta, la geometria dell'ala può essere progettata per ridurre o eliminare quasi completamente i vortici dell'estremità alare. Nello studio, le caratteristiche di vortice e scia sono state calcolate per tre modelli di ala classici:l'ala ellittica, e disegni delle ali sviluppati negli studi classici da R.T. Jones e Ludwig Prandt.

"La configurazione dell'ala ellittica è stata utilizzata come il gold standard dell'efficienza aerodinamica per la parte migliore di un secolo. Insegniamo ai nostri studenti che ha le caratteristiche di carico ottimali e che viene spesso utilizzata quando si guarda all'efficienza dell'ala, ad esempio, riducendo al minimo la resistenza, " ha detto Phillip Ansell, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale presso l'U di I.

In un precedente studio sperimentale sull'ottimizzazione delle configurazioni delle ali, Ansell ha imparato che è possibile aumentare l'efficienza del sistema alare con un profilo alare non ellittico. "Precedenti studi accademici hanno dimostrato che, teoricamente, ci sono altri progetti che forniscono effettivamente una minore resistenza di un'ala planare per una quantità fissa di generazione di portanza. Ma quello che è mancato è un vero esperimento da mele a mele per dimostrarlo".

In questa nuova ricerca, Ansell, e il suo studente laureato, Prateek Ranjan, ha utilizzato i dati reali dello studio precedente per analizzare le tre configurazioni delle ali.

"L'abbiamo inseguito perché abbiamo visto qualcosa di curioso nelle nostre misurazioni nel precedente esperimento. Di conseguenza, in questo nuovo studio, abbiamo simulato il flusso attorno a queste tre ali e abbiamo visto differenze significative nel modo in cui i vortici e le scie si sono sviluppati da ciascuno dei tre tipi di ali. Le configurazioni delle ali Jones e Prandtl non avevano vortici all'estremità dell'ala come l'ala ellittica. Avevano una deformazione di massa molto più graduale dell'intera struttura della scia, piuttosto che un roll-up immediato e coerente. Ora sappiamo che possiamo ritardare la formazione di strutture a vortice di scia, e aumentare la distanza necessaria a un vortice di scia per arrotolarsi di circa 12 volte, rendendolo più debole e meno pericoloso per l'aereo che entra nella sua scia."

Ansell ha affermato che queste informazioni possono essere utilizzate per riadattare il modo in cui viene visualizzato il volo di formazione tra gli aerei, o per sviluppare una nuova configurazione ideale per il carico dell'ascensore per decolli e atterraggi, e successivamente ridurre la lunghezza della separazione tra gli aeromobili nella stessa traiettoria di volo.

"I vortici finali dell'estremità alare tendono a impiegare molto tempo per scomparire una volta che si formano nell'atmosfera. Quindi il tempo necessario per dissipare il vortice deve essere calcolato nel tempo di decollo del prossimo aereo che percorre lo stesso percorso. Il movimento dell'aria prodotta da questi vortici può creare un pericolo per gli aerei al seguito, in quanto può essere imprevedibile e creare regimi di volo pericolosi. Quindi usare le ali di Jones o Prandtl comporterebbe un'aria molto meno turbolenta dietro un aereo, " ha detto Ansel.

Penseresti che la conclusione di Ansell sia di usare solo le configurazioni dell'ala Jones o Prandtl, ma non lo è.

"Una delle cose che mi ha portato per la prima volta al tema dell'aerodinamica è che la risposta giusta dipende sempre da quali sono i tuoi vincoli. Se stai costruendo un piccolo veicolo senza pilota che volerà a bassa velocità, otterrai una soluzione diversa per le esigenze di progettazione rispetto a se stai costruendo un aereo che trasporterà persone ad alta quota e ad alta velocità. Quindi tecnicamente, si potrebbe obiettare che tutti e tre i tipi di ala sono la soluzione migliore. La domanda è, quali sono i tuoi vincoli di guida, come apertura alare e peso, dietro la scelta di uno di loro?"

Ansell ha aggiunto che questo è uno studio di ricerca di base e non intende fornire consulenza a un progettista o a una società di aeromobili specifici.

"Stiamo esaminando come si comporta il flusso alare e le informazioni possono essere utilizzate per capire come viene prodotto il processo di roll-up dei vortici. Questo studio ci consente di essere consapevoli di come la configurazione dell'ala influisce sulla formazione e sulla scia del vortice finale studiando i limiti estremi dei processi di roll-up a vortice immediati e ritardati, " ha detto Ansel.

"È interessante notare che uno dei peggiori trasgressori della creazione di vortici è proprio la distribuzione dell'ascensore ellittica, che è anche tra i design delle ali più convenzionali. Ha decisamente cambiato il modo in cui parlo del problema nelle mie classi. Invece di riferirsi semplicemente ai modelli di flusso prodotti dietro l'ala come una coppia di "vortici all'estremità dell'ala, ' Ho preso per descrivere l'intera scia prodotta come il sistema di vortici finali."

La carta, "Analisi computazionale delle scie di vortice senza caratteristiche di rollup vicino al campo, " è stato co-autore di Prateek Ranjan e Phillip J. Ansell. Appare nel Giornale degli aerei .