Avião: Vórtices de ponta de asa

Formação de Vórtices

A ação do aerofólio que dá sustentação à aeronave também causa arrasto induzido. Quando um aerofólio voa em um AOA positivo, existe um diferencial de pressão entre as superfícies superior e inferior do aerofólio. A pressão acima da asa é menor que a pressão atmosférica e a pressão abaixo da asa é igual ou maior que a pressão atmosférica. Como o ar sempre se move da alta pressão para a baixa pressão, e o caminho de menor resistência é em direção às pontas do aerofólio, há um movimento de ar no sentido da envergadura do fundo do aerofólio para fora da fuselagem ao redor das pontas. Esse fluxo de ar resulta em “derramamento” sobre as pontas, criando assim um redemoinho de ar chamado vórtice. 

Ao mesmo tempo, o ar na superfície superior tende a fluir em direção à fuselagem e para fora do bordo de fuga. Esta corrente de ar forma um vórtice semelhante na porção interna do bordo de fuga do aerofólio, mas porque a fuselagem limita o fluxo para dentro, o vórtice é insignificante. Consequentemente, o desvio na direção do fluxo é maior nas pontas externas, onde o fluxo lateral irrestrito é mais forte.

À medida que o ar se enrola para cima ao redor da ponta, ele se combina com o downwash para formar um vórtice de rotação rápida. Esses vórtices aumentam o arrasto por causa da energia gasta na produção da turbulência. Sempre que um aerofólio está produzindo sustentação, ocorre arrasto induzido e vórtices nas pontas das asas são criados. 

Assim como a sustentação aumenta com o aumento do AOA, o arrasto induzido também aumenta. Isso ocorre porque, à medida que o AOA é aumentado, há uma maior diferença de pressão entre o topo e o fundo do aerofólio, e um maior fluxo lateral de ar; consequentemente, isso faz com que vórtices mais violentos sejam formados, resultando em mais turbulência e mais arrasto induzido.  

Na Figura, é fácil ver a formação de vórtices nas pontas das asas. A intensidade ou força dos vórtices é diretamente proporcional ao peso da aeronave e inversamente proporcional à envergadura e velocidade da aeronave. Quanto mais pesada e lenta a aeronave, maior o AOA e mais fortes os vórtices nas pontas das asas. Assim, uma aeronave criará vórtices nas pontas das asas com força máxima ocorrendo durante as fases de decolagem, subida e pouso do voo. Esses vórtices levam a um risco particularmente perigoso para o vôo, turbulência de esteira.

Evitando a turbulência da esteira

Os vórtices nas pontas das asas são maiores quando a aeronave geradora é “pesada, limpa e lenta”. Esta condição é mais comumente encontrada durante aproximações ou decolagens porque o AOA de uma aeronave é o mais alto para produzir a sustentação necessária para pousar ou decolar. Para minimizar as chances de voar através da esteira de turbulência de uma aeronave:

• Evite voar pela trajetória de voo de outra aeronave. 

• Girar antes do ponto em que a aeronave precedente girou ao decolar atrás de outra. aeronave. 

• Evite seguir outra aeronave em uma trajetória de voo semelhante a uma altitude de até 1.000 pés.

• Aproxime-se da pista acima da trajetória de uma aeronave anterior ao pousar atrás de outra aeronave e aterrisse após o ponto em que as outras rodas da aeronave tocaram a pista.

Um helicóptero pairando gera uma descarga de seu(s) rotor(es) principal(is) semelhante aos vórtices de um avião. Pilotos de aeronaves pequenas devem evitar um helicóptero pairando por pelo menos três diâmetros de disco do rotor para evitar os efeitos dessa lavagem descendente. No vôo para frente, essa energia é transformada em um par de vórtices fortes e de alta velocidade semelhantes aos vórtices nas pontas das asas de aeronaves maiores de asa fixa. Os vórtices de helicóptero devem ser evitados porque as velocidades de voo de helicóptero para frente são muitas vezes muito lentas e podem gerar turbulência excepcionalmente forte.

O vento é um fator importante para evitar a turbulência da esteira porque os vórtices das pontas das asas derivam com o vento na velocidade do vento. Por exemplo, uma velocidade do vento de 10 nós faz com que os vórtices se desloquem a cerca de 1.000 pés em um minuto na direção do vento. Ao seguir outra aeronave, o piloto deve considerar a velocidade e a direção do vento ao selecionar um ponto de decolagem ou pouso pretendido. Se um piloto não tiver certeza do ponto de decolagem ou pouso da outra aeronave, aproximadamente 3 minutos fornecem uma margem de segurança que permite a dissipação da esteira de turbulência. Para obter mais informações sobre esteira de turbulência, consulte Advisory Circular (AC) 90-23, Aircraft Wake Turbulence.