Il vortice marginale (in inglese wingtip vortice o plurale wingtip vortices ) è il vortice che si crea all'estremità di un'ala o di una pala di un aereo che produce portanza . È anche chiamato Tourbillon di Prandtl .
Il vortice marginale è spiegato dal movimento dell'aria che passa dalla zona di sovrapressione ( superficie inferiore ) alla zona negativa ( superficie superiore ) e dalla conseguente deflessione verso il basso del flusso. Rispetto all'aria situata all'esterno dell'ala, non deviata, questa componente di velocità verso il basso si traduce in un avvolgimento a vortice all'estremità dell'ala, da cui il nome di vortice marginale.
La vorticità marginale è una parte importante di quella che viene chiamata turbolenza di scia, che è un fenomeno pericoloso se un aereo entra nella turbolenza lasciata da un aereo precedente. Ciò ha portato la FAA a definire le distanze minime tra gli aerei in base ai rispettivi pesi di decollo, atterraggio e in volo. La legge di Biot e Savart misura la velocità indotta dal vortice della punta in una data intensità.
Un vortice può anche apparire su parti che formano angoli con il piano delle ali, come ad esempio i lembi quando vengono abbassati. Un'immagine del vortice marginale è talvolta visibile con la condensazione del vapore acqueo che si forma in condizioni di bassa pressione. Questo è particolarmente il caso degli aerei da combattimento che subiscono una forte accelerazione o con un alto angolo di incidenza. O aerei di linea che decollano o atterrano in aria umida. Questa condensa non deve essere confusa con le scie di condensa causate dal vapore acqueo che fuoriesce dai motori.
Il vortice marginale è meno forte sugli aeroplani con ali di grandi proporzioni , come gli alianti. Tuttavia, rimane pericoloso soprattutto a bassa velocità (durante l'avvicinamento, per gli aerei di linea). È più alto sugli aeroplani con ali di proporzioni ridotte come gli aerei da combattimento. La condensazione del vapore acqueo dai getti di potenza, innescata dalle particelle di fuliggine calda dalla combustione del cherosene nell'atmosfera molto fredda, si avvolge attorno al vortice marginale sotto la sua influenza di vortice.
Le alette (estremità delle alette) tendono a diminuire l'importanza del vortice di punta trasformando una parte della sua energia per ridurre la resistenza e il consumo di carburante. Si dice che aumentino le proporzioni aerodinamiche.
Un EA-6 Prowler con condensa sulle punte delle ali, ma anche sulla superficie superiore (parte superiore dell'ala).
Condensa attorno ai lembi abbassati di un aereo commerciale.
F / A-18C che lasciano scie di condensazione nelle porzioni di bassa pressione dei vortici alle estremità di queste ali.
F / A-18C con condensazione di turbolenza sulle lamelle di attacco alari.
Tourbillon marginale su un Cessna 182 nella galleria del vento.
Vortice marginale visibile nelle bombe fumogene sganciate da un C-17 Globemaster III .
Tracce di turbolenza attorno alle eliche di un aereo il cui motore è in rotazione.
Boeing 747 in atterraggio a Basilea
Gli uccelli migratori utilizzano l'effetto vortice marginale, con l'adozione di un V- forma di formazione . Ad eccezione di quello di testa, che viene sostituito regolarmente, tutti i volatili beneficiano di una leggera portanza aggiuntiva provocata dall'uccello che lo precede nella formazione.
Un vortice marginale si sviluppa dalle punte delle punte delle pale delle turbine eoliche ad asse orizzontale . È la fonte del rumore di scoppio delle turbine eoliche (100 decibel nella parte superiore dell'albero), nonché delle perdite di prestazioni.
In idrotecnica, gli ingegneri marini studiano la cavitazione del vortice marginale proveniente dall'estremità delle eliche e il cui impatto sulla spinta delle eliche sott'acqua è significativo. In Francia, dal 1991 al 1995, il Dipartimento di Ricerca e Tecnologia ha dispiegato risorse significative per studiare il fenomeno.