¿Qué son los vórtices de punta de ala en un avión? (Wingtip vortices)

La acción de la lámina de aire que da una elevación de la aeronave también causa resistencia inducida. Cuando se vuela una superficie aerodinámica a un AOA positivo, existe un diferencial de presión entre las superficies superior e inferior de la superficie aerodinámica. La presión por encima del ala es menor que la presión atmosférica y la presión por debajo del ala es igual o mayor que la presión atmosférica. Dado que el aire siempre se mueve desde la alta presión hacia la baja presión, y el camino de menor resistencia es hacia las puntas de la superficie aerodinámica, hay un movimiento transversal de aire desde el fondo de la superficie aerodinámica hacia el exterior desde el fuselaje alrededor de las puntas. Este flujo de aire resulta en un "derrame" sobre las puntas, estableciendo así un remolino de aire llamado vórtice.

Al mismo tiempo, el aire en la superficie superior tiene una tendencia a fluir hacia el fuselaje y fuera del borde de salida. Esta corriente de aire forma un vórtice similar en la parte interna del borde de salida de la superficie aerodinámica, pero debido a que el fuselaje limita el flujo hacia el interior, el vórtice es insignificante. En consecuencia, la desviación en la dirección del flujo es mayor en los extremos exteriores, donde el flujo lateral sin restricciones es el más fuerte.

A medida que el aire gira hacia arriba alrededor de la punta, se combina con el downwash para formar un vórtice que gira rápido. Estos vórtices aumentan la resistencia debido a la energía gastada en producir la turbulencia. Siempre que una lámina de aire está produciendo elevación, se produce resistencia inducida y se crean vórtices de las alas.

Así como la elevación aumenta con un aumento de AOA, la resistencia inducida también aumenta. Esto ocurre porque a medida que el AOA se incrementa, hay una mayor diferencia de presión entre la parte superior e inferior de la superficie aerodinámica, y un mayor flujo lateral de aire; en consecuencia, esto provoca vórtices más violentos para ser configurados, lo que resulta en más turbulencia y más resistencia inducida.

En la imagen, es fácil ver la formación de vórtices de alas. La intensidad o fuerza de los vórtices es directamente proporcional al peso de la aeronave e inversamente proporcional a la envergadura y velocidad de la aeronave. Cuanto más pesado y lento es el avión, mayor es el AOA y más fuertes son los vórtices de las alas. Por lo tanto, un avión creará vórtices de alas con la máxima fuerza durante las fases de despegue, ascenso y aterrizaje del vuelo. Estos vórtices conducen a un peligro particularmente peligroso para el vuelo, la turbulencia de despertar.

¿Cómo evitar la turbulencia de la estela de un avión?

Los vórtices de alas son más grandes cuando la aeronave generadora es "pesada, limpia y lenta." Esta condición se encuentra más comúnmente durante las aproximaciones o salidas porque el AOA de una aeronave es el más alto para producir el ascensor necesario para aterrizar o despegar. Para minimizar las posibilidades de volar a través de la turbulencia de la estela de un avión:

- Evite volar a través de la trayectoria de vuelo de otra aeronave.

- Girar antes del punto en el que la aeronave anterior giró al despegar detrás de otra aeronave.

- Evite seguir otra aeronave en una trayectoria de vuelo similar a una altitud de 1.000 pies.

- Aproximarse a la pista por encima de la trayectoria de un avión precedente al aterrizar detrás de otro avión y aterrizar después del punto en el que las otras ruedas del avión entraron en contacto con la pista.

Un helicóptero sobrevolando genera un downwash de su rotor principal similar a los vórtices de un avión. Los pilotos de aeronaves pequeñas deben evitar un helicóptero sobrevolando por al menos tres diámetros de disco del rotor para evitar los efectos de este downwash hacia abajo. En el vuelo hacia adelante, esta energía se transforma en un par de vórtices de arrastre fuertes y de alta velocidad similares a los vórtices de punta de ala de aviones más grandes. Los vórtices de helicóptero deben evitarse porque las velocidades de vuelo de los helicópteros son a menudo muy lentas y pueden generar una turbulencia de estela excepcionalmente fuerte.

Fuente: Esta imagen es tomada del manual Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge, FAA-H-8083-25B

El viento es un factor importante para evitar la turbulencia de la estela porque los vórtices de las alas se desplazan con el viento a la velocidad del viento. Por ejemplo, una velocidad del viento de 10 nudos hace que los vórtices se desplacen a unos 1.000 pies en un minuto en la dirección del viento. 

Al seguir otra aeronave, un piloto debe considerar la velocidad y dirección del viento al seleccionar un punto de despegue o aterrizaje previsto. Si un piloto no está seguro del punto de despegue o aterrizaje de la otra aeronave, aproximadamente 3 minutos proporcionan un margen de seguridad que permite disipar la turbulencia de la estela. Para más información sobre la turbulencia de la estela, puede consultar Advisory Circular (AC) 90-23 y verifica con el personal aeronáutico certificado.

Fuente: Esta imagen es tomada del manual Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge, FAA-H-8083-25B