sábado, 8 de agosto de 2015

Aerodinámica: Diferentes tipos de alas (1)

Diferentes tipos de alas (parte 1) 

Es indudable que para lograr las mejores performances de un avión la geometría que adopte el ala tendrá la misma importancia que la del perfil. Cuando hablamos de la forma en planta nos estamos refiriendo a la que se obtiene mirándola desde arriba y en su dibujo intervienen diversos factores como el alargamiento, el ángulo de flecha, la carga alar, los volúmenes disponibles para los depósitos de combustible y del tren de aterrizaje, entre otros. 
 

En líneas generales, podemos afirmar que cuanto mayor es la velocidad del avión tanto mayor deberá ser la habilidad del proyectista en encontrar la mejor solución de compromiso. Por ejemplo, un avión supersónico debe despegar, trasladarse a velocidades subsónicas en gran parte de su trayecto y luego superar Mach 1, es decir que debe diseñarse para transitar un abanico de velocidades muy amplio. Recordemos, por ejemplo, que el alargamiento (ver aeroespacio 575, ene-feb 2006, pág. 57) está relacionado directamente con la resistencia aerodinámica y el alabeo del ala (ver aeroespacio 571, may-jun 2006, fig. 3) influye en el control lateral, ya que ese “retorcimiento” permite que en caso de pérdida de sustentación ésta se produzca primero en la zona central del ala para que los alerones que se encuentran en los extremos no pierdan efectividad. Un profundo estudio teórico y finalmente los ensayos, primero en tierra y luego en vuelo, son los que definen si la elección de la forma en planta fue la acertada. 

Evidentemente, la forma en planta más conocida es la recta (fig. 1), ya que tiene buen comportamiento en general, particularmente durante el despegue y aterrizaje. Se ha generalizado su uso en aeronaves de bajas performances, como las deportivas, ya que su construcción es relativamente sencilla y barata. Conserva una sustentación elevada con grandes ángulos de ataque, pero en el caso de altas velocidades tiene una resistencia muy grande, particularmente cuando se supera el régimen subsónico. 

(fig1) Ala recta 
 
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(fig-2 ) Ala trapezoidal recta, ahusamiento  
 


Existen variantes del ala recta, como el ala trapezoidal (tapered wing) (fig. 2) o elíptica (eliptical wing). Es interesante acotar que existen alas rectas trapezoidales con bajo alargamiento que tienen un muy buen rendimiento a velocidades supersónicas, como el caso del caza estadounidense F-104 Starfighter (fig. 3). Su diseño estructural provocó más de un dolor de cabeza a los ingenieros de Lockheed ya que el ala tiene un espesor bajísimo (aproximadamente 3%) pero la eficiencia aerodinámica es muy buena, aproximándose mucho a la de forma elíptica. 

(fig. 3) 
 


Cuando se mencionan las características de un ala trapezoidal suele hacerse referencia a la relación que existe entre la cuerda de la raíz y del extremo. Esta se denomina relación de ahusamiento (taper ratio), se la designa con la letra griega lambda () y se la obtiene dividiendo la segunda por la primera. Existe 
el ala trapezoidal recta, como la de la mayoría de las aeronaves livianas, la trapezoidal con flecha positiva (fig. 4) y la trapezoidal con flecha negativa (fig. 5). 
 


(fig.4) Alta trapezoidal con flecha positiva  
 



(fig 5) Alta trapezoidal con flecha negativa 
 


La elíptica es la que más se aproxima a la forma en planta ideal, ya que la cuerda y el espesor disminuyen progresivamente hacia los extremos, lo que nos hace pensar que en las punteras la sustentación es despreciable y por consiguiente también el torbellino de la resistencia inducida. Esto conlleva a alivianar la estructura interna, ya que las cargas decrecerán de una forma más uniforme desde la raíz, pero su fabricación es algo más complicada. Quizá el mejor ejemplo de un ala elíptica lo representa la del Supermarine Spitfire, caza británico de la II GM (fig. 6). 

(fig 6) 
 

Para la próxima entrega dejamos el ala en flecha (swept wing), reservada generalmente a los aviones de muy alta velocidad, lo mismo que el ala delta (delta wing). Son las más empleadas y fueron el resultado de las investigaciones realizadas con el objeto de superar los inconvenientes que se originaban con las alas rectas cuando la aeronave se aproximaba a la velocidad del sonido (Mach 1). Una variante del ala en flecha es el ala media luna o cimitarra (crescent wing), empleada únicamente en el bombardero británico Victor de los años '50 debido a su complejidad de fabricación.


Revista Aerospacio

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