Cómo funciona la cascada de flaps

La base. Lo más funcional del alerón delantero es su cascada de flaps. De mayor o de menor número, este elemento lleva encontrándose en la delantera de los monoplazas prácticamente desde mediados de la década pasada, aunque no hemos empezado a verlas con un alto número de flaps hasta hace pocos años.

El funcionamiento es sencillo. Como prácticamente todo apéndice o elemento aerodinámico que contenga el coche, su función es aportar downforce en la medida de lo posible. Si bien es verdad, encontramos todo tipo de formas y figuras aerodinámicas repartidas a lo largo de el vehiculo que «perfeccionan» esta creación de downforce. Pero eso no sucede con la cascada de flaps.

Por otro lado, su forma y posición evita que el flujo entre en contacto directo con las ruedas delanteras. Se trata más de una consideración a tener en cuenta en el diseño de estos elementos que su fin último.

Pero centrémonos en la creación de downforce. Cualquier ala con un perfil aerodinámico adecuado creará una fuerza con dos componentes. Una componente vertical (Lift, o downforce en este caso) y una componente horizontal (Resistencia o Drag). Cuanto mayor sea el ángulo de ataque al que se somete dicha ala, mayor será la fuerza generada.

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Hasta aquí, todo perfecto. Si aumentásemos el ángulo de ataque (α en la figura) hasta su máximo, conseguiríamos la mayor downforce posible. Pero esto, como es lógico, no es así. Llegado cierto ángulo de ataque, el ala entra en lo que se conoce como «pérdida». La corriente no es capaz de mantenerse adherida a la superfice de esta y se desprende. Al desprenderse la corriente, la fuerza generada disminuye rápidamente.

Por otro lado, este desprendimiento de la corriente generará un alto número de torbellinos, empeorando gravemente el comportamiento del flujo en la zona posterior al alerón delantero. Los elementos que están tras este no podrán generar por tanto suficiente downforce y aumentará en gran medida la resistencia (Drag) que oponen.

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Por tanto, el estado de pérdida es algo a lo que no queremos llegar. Aquí es donde se genera el dilema. Si, como es el caso de un formula uno, no nos importa sacrificar algo de resistencia aerodinámica a cambio de obtener mayor downforce ¿Cómo podemos hacerlo?

La respuesta está, obviamente, en la cascada de flaps. El comportamiento es muy similar al que tienen los dispositivos hipersustentadores que se despliegan en un avión durante el despegue y el aterrizaje. Aumentan en gran medida la fuerza vertical y/o permiten un mayor ángulo de ataque, lo cual supondrá el mismo efecto.

El flap inferior, el primero con el que entra en contacto el flujo, tendrá un ángulo de ataque muy pequeño, prácticamente nulo. Aún así, su forma propiciará que el aire en su zona inferior se acelere, teniendo una velocidad mayor que el de su zona superior, el cual se habrá decelerado. La ligera curvatura habrá tenido como consecuencia también que, a la salida de este flap, el flujo no sea paralelo al de incidencia, puesto que tenga cierto ángulo.

Llegados a este punto, aparece el siguiente flap. Su posición será superior a la del flap anterior y su ángulo ligeramente mayor.

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El segundo flap recibirá por su zona inferior el flujo proveniente de la zona superior del flap anterior. Este aire, recordamos, estaba a una velocidad menor, pero al entrar en contacto con el flujo proveniente de la zona inferior del primer flap se acelera. Es de vital importancia este hecho, ya que la tendencia a desprenderse del flujo es menor cuando mayor sea la velocidad del fluido.

Por tanto, tenemos en la zona inferior del segundo flap una corriente que, al salir del elemento anterior, tiene cierto ángulo de inclinación y cuya velocidad no se ha reducido. Por tanto, podemos colocar este segundo flap en un ángulo mayor sin miedo a que se produzca el desprendimiento de la corriente. En la zona superior de este flap, el flujo será el que llegue al coche sin haber sido perturbado por ningún elemento anterior.

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Ahora bien, si nos fijamos en la imagen anterior, podemos observar como la corriente se ha desprendido próxima a la salida del flap superior. Esto es algo que puede darse en un F1. El estricto reglamento hace que las dimensiones del alerón delantero estén muy acotadas y, en ocasiones, obliguen a aumentar el angulo de ataque en muy poco espacio. Los equipos utilizan dos soluciones para este problema.

La primera de ellas es la introducción del “Flap Gurney”. Se trata de un pequeño apéndice en el borde de salida, vertical al ala. Este sencillo elemento genera dos vórtices tras el. Dichos vórtices disminuyen la presión en la zona inferior del ala correspondiente, evitando el desprendimiento de la corriente.

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Por otro lado, tenemos los bordes de salida dentados o bordes de sierra. Estos elementos se basan en que las turbulencias que generan mantienen el flujo adherido, evitando el desprendimiento y la entrada en pérdida. 

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Resulta especialmente llamativa esta última imagen de un alerón de RedBull. La cascada de flaps contiene dos de ellos con estos dispositivos. El penúltimo flap contiene un borde de sierra y el último un Gurney flap. El Gruney flap suele colocarse en ultimo lugar por que la estela que genera, llena de remolinos, empobrecería el comportamiento del alerón.