É comum ver nuvens em forma de linha no céu, conhecido como rastros, atrás dos motores de um avião a jato.

O que nem sempre é visível é um vórtice saindo da ponta de cada asa - como dois minúsculos tornados horizontais - deixando para trás uma esteira turbulenta atrás do veículo. A esteira representa um risco de voo desestabilizador, particularmente para aeronaves menores que compartilham a mesma trajetória de voo.

Uma pesquisa recente da Universidade de Illinois demonstrou que, embora a maioria das formas de asa usadas hoje criem esses vórtices turbulentos, A geometria da asa pode ser projetada para reduzir ou eliminar os vórtices nas pontas das asas quase inteiramente. No estudo, as características de vórtice e esteira foram calculadas para três designs clássicos de asas:a asa elíptica, e designs de asas desenvolvidos em estudos clássicos por R.T. Jones e Ludwig Prandt.

"A configuração de asa elíptica tem sido usada como o padrão ouro de eficiência aerodinâmica por quase um século. Ensinamos nossos alunos que ela tem as características de carga ideais e que é frequentemente usada quando se olha a eficiência da asa para, digamos, minimizando o arrasto, "disse Phillip Ansell, professor assistente no Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade de I.

Em um estudo experimental anterior sobre a otimização das configurações das asas, Ansell aprendeu que você pode obter eficiência do sistema de asas com um perfil de asa não elíptico. "Estudos acadêmicos anteriores mostraram que, teoricamente, existem outros projetos que realmente fornecem menor arrasto de uma asa plana para uma quantidade fixa de geração de sustentação. Mas o que está faltando é um experimento real para provar isso. "

Nesta nova pesquisa, Ansell, e seu aluno de pós-graduação, Prateek Ranjan, usou os dados reais do estudo anterior para analisar as três configurações das asas.

"Perseguimos isso porque vimos algo curioso em nossas medições no experimento anterior. Consequentemente, neste novo estudo, simulamos o fluxo sobre essas três asas e vimos diferenças significativas em como os vórtices e as ondas se desenvolveram em cada um dos três tipos de asas. As configurações de asa Jones e Prandtl não tinham vórtices nas pontas das asas como a asa elíptica. Eles tinham uma deformação em massa muito mais gradual de toda a estrutura da esteira, em vez de um roll-up coerente imediato. Agora sabemos que podemos atrasar a formação de estruturas de vórtice de esteira, e aumentar a distância que leva um vórtice de esteira para rolar cerca de 12 vezes, tornando-o mais fraco e menos perigoso para a aeronave que entra em sua esteira. "

Ansell disse que esta informação pode ser usada para adaptar como o vôo em formação é visto entre as aeronaves, ou para desenvolver uma nova configuração ideal para o carregamento de içamento para decolagens e pousos, e, subsequentemente, reduzir o comprimento de separação entre as aeronaves na mesma trajetória de voo.

"Vórtices na ponta das asas à direita tendem a levar muito tempo para desaparecer uma vez que se formam na atmosfera. Portanto, o tempo que leva para o vórtice se dissipar deve ser calculado no tempo de decolagem da próxima aeronave que segue no mesmo caminho. O movimento do ar produzido por esses vórtices pode criar um perigo para a aeronave em fuga, pois pode ser imprevisível e criar regimes de voo perigosos. Portanto, usar as asas Jones ou Prandtl resultaria em um ar muito menos turbulento atrás de um avião, "Ansell disse.

Você pensaria que a conclusão de Ansell é usar apenas as configurações de asa Jones ou Prandtl, Mas isso não.

"Uma das coisas que primeiro me atraiu ao tópico da aerodinâmica é que a resposta certa sempre depende de quais são suas restrições. Se você estiver construindo um pequeno veículo não tripulado que voará em baixa velocidade, você obterá uma solução diferente para as necessidades de projeto do que se estivesse construindo uma aeronave que transportará pessoas em grandes altitudes e altas velocidades. Então, tecnicamente, você pode argumentar que todos os três tipos de asas são a melhor solução. A questão é, quais são as suas restrições de direção, como envergadura e peso da asa, por trás de selecionar um deles? "

Ansell acrescentou que este é um estudo de pesquisa básica e não se destina a aconselhar um projetista de aeronaves ou empresa específica.

"Estamos observando como o fluxo das asas se comporta e as informações podem ser usadas para entender como o processo de enrolamento dos vórtices é produzido. Este estudo nos permite estar cientes de como a configuração da asa afeta a formação do vórtice à direita e a esteira, estudando os limites extremos de processos de roll-up de vórtices imediatos e atrasados, "Ansell disse.

"Curiosamente, identificamos que um dos piores criminosos da criação de vórtices é, de fato, a distribuição de elevação elíptica, que também está entre os projetos de asa mais convencionais. Definitivamente mudou a maneira como falo sobre o assunto em minhas aulas. Em vez de simplesmente se referir aos padrões de fluxo produzidos atrás da asa como um par de 'vórtices de ponta de asa, 'Eu aproveitei para descrever a esteira completa produzida como o sistema de vórtice à direita. "

O papel, "Análise computacional de ondas de vórtice sem características de acúmulo de campo próximo, "foi coautor de Prateek Ranjan e Phillip J. Ansell. Aparece no Journal of Aircraft .