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Ala

Ala de una urraca euroasiática , un ala que bate para permitir el vuelo.
Un KC-10 Extender de ala en flecha (arriba) reabastece de combustible a un F-22 Raptor de ala trapezoidal

Un ala es un tipo de aleta que produce sustentación mientras se mueve a través del aire o algún otro fluido . En consecuencia, las alas tienen secciones transversales aerodinámicas que están sujetas a fuerzas aerodinámicas y actúan como perfiles aerodinámicos . La eficiencia aerodinámica de un ala se expresa como su relación sustentación-resistencia . La sustentación que genera un ala a una velocidad y un ángulo de ataque determinados puede ser de uno a dos órdenes de magnitud mayor que la resistencia total del ala. Una relación sustentación-resistencia alta requiere un empuje significativamente menor para impulsar las alas a través del aire con suficiente sustentación.

Las estructuras de sustentación que se utilizan en el agua incluyen diversas láminas , como los hidroplanos . La hidrodinámica es la ciencia que las rige, más que la aerodinámica. Las láminas submarinas se utilizan en hidroaviones , veleros y submarinos .

Etimología y uso

Durante muchos siglos, la palabra "ala", del nórdico antiguo vængr , [1] se refería principalmente a las extremidades delanteras de las aves (además del pasillo arquitectónico). Pero en los últimos siglos el significado de la palabra se ha ampliado para incluir apéndices productores de sustentación de insectos , murciélagos , pterosaurios , bumeranes , algunos barcos de vela y perfiles aerodinámicos invertidos en autos de carrera que generan una fuerza hacia abajo para aumentar la tracción. [2]

Aerodinámica

Condensación en la región de baja presión sobre el ala de un Airbus A340 , pasando a través del aire húmedo
Los flaps (verdes) se utilizan en diversas configuraciones para aumentar el área del ala y aumentar la sustentación. Junto con los alerones (rojos), los flaps maximizan la resistencia y minimizan la sustentación durante el aterrizaje.

El diseño y análisis de las alas de los aviones es una de las principales aplicaciones de la ciencia de la aerodinámica , que es una rama de la mecánica de fluidos . En principio, las propiedades del flujo de aire alrededor de cualquier objeto en movimiento se pueden encontrar resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes de la dinámica de fluidos . Sin embargo, excepto para geometrías simples, estas ecuaciones son notoriamente difíciles de resolver y se utilizan ecuaciones más simples. [3]

Para que un ala produzca sustentación , debe estar orientada en un ángulo de ataque adecuado . Cuando esto ocurre, el ala desvía el flujo de aire hacia abajo a medida que pasa por ella. Dado que el ala ejerce una fuerza sobre el aire para cambiar su dirección, el aire también debe ejercer una fuerza igual y opuesta sobre el ala. [4] [5] [6] [7]

Forma de la sección transversal

Un perfil aerodinámico ( en inglés americano ) o aerofoil ( en inglés británico ) es la forma de un ala, una pala (de una hélice , un rotor o una turbina ) o una vela (como se ve en la sección transversal ). Las alas con una sección transversal asimétrica son la norma en el vuelo subsónico . Las alas con una sección transversal simétrica también pueden generar sustentación utilizando un ángulo de ataque positivo para desviar el aire hacia abajo. Los perfiles aerodinámicos simétricos tienen velocidades de pérdida más altas que los perfiles aerodinámicos curvados de la misma área del ala [8], pero se utilizan en aviones acrobáticos [9] ya que proporcionan un rendimiento práctico ya sea que el avión esté en posición vertical o invertido. Otro ejemplo proviene de los veleros, donde la vela es una membrana delgada sin diferencia de longitud de trayectoria entre un lado y el otro. [10]

Para velocidades de vuelo cercanas a la velocidad del sonido ( vuelo transónico ), se utilizan perfiles aerodinámicos con formas asimétricas complejas para minimizar el aumento drástico de la resistencia asociada con el flujo de aire cerca de la velocidad del sonido. [11] Estos perfiles aerodinámicos, llamados perfiles aerodinámicos supercríticos , son planos en la parte superior y curvados en la parte inferior. [12]

Características de diseño

El ala de un Airbus A319-100 de BMI en aterrizaje ; los slats en su borde de ataque y los flaps en su borde de salida están extendidos

Las alas de los aviones pueden presentar algunas de las siguientes características:

Las alas de los aviones pueden tener varios dispositivos, como flaps o slats, que el piloto utiliza para modificar la forma y la superficie del ala para cambiar sus características de funcionamiento en vuelo.

Las alas pueden tener otras superficies independientes menores .

Aplicaciones y variantes

Además de los aviones de ala fija , las aplicaciones para las formas de alas incluyen:

En la naturaleza

En la naturaleza, las alas han evolucionado en insectos , pterosaurios , dinosaurios ( aves , Scansoriopterygidae ) y mamíferos ( murciélagos ) como medio de locomoción . Varias especies de pingüinos y otras aves acuáticas voladoras o no voladoras , como alcas , cormoranes , araos , pardelas , eideres y negrones y petreles buceadores son ávidos nadadores que usan sus alas para impulsarse a través del agua. [18]

Formas de alas en la naturaleza

Estructuras tensadas

En 1948, Francis Rogallo inventó un ala tensada similar a una cometa sostenida por puntales inflados o rígidos, que abrió el camino a nuevas posibilidades para los aviones. [19] Cerca de esa época, Domina Jalbert inventó alas gruesas flexibles con perfil aerodinámico y sin largueros. Desde entonces, estas dos nuevas ramas de alas han sido ampliamente estudiadas y aplicadas en nuevas ramas de los aviones, especialmente alterando el panorama de la aviación recreativa personal. [20]

Véase también

Mundo natural
Aviación
Navegación

Referencias

  1. ^ "Diccionario de etimología en línea". Etymonline.com . Consultado el 25 de abril de 2012 .
  2. ^ "DISEÑO Y ANÁLISIS DE WINGLETS CON PUNTA MODIFICADA PARA MEJORAR EL RENDIMIENTO REDUCIENDO EL DRA 1-1" (PDF) . anveshanaindia.com . Consultado el 20 de octubre de 2024 .
  3. ^ "Ecuaciones de Navier-Stokes". Glenn Research Center . 16 de abril de 2012. Consultado el 25 de abril de 2012 .
  4. ^ Halliday, David; Resnick, Robert. Fundamentos de física (3.ª ed.). John Wiley & Sons . p. 378. ...el efecto del ala es dar a la corriente de aire un componente de velocidad descendente. La fuerza de reacción de la masa de aire desviada debe actuar entonces sobre el ala para darle un componente ascendente igual y opuesto.
  5. ^ "Si el cuerpo se moldea, se mueve o se inclina de tal manera que se produzca una desviación neta o un giro del flujo, la velocidad local cambia en magnitud, dirección o ambas. Cambiar la velocidad crea una fuerza neta sobre el cuerpo" "Elevación por giro del flujo". Centro de Investigación Glenn . Consultado el 29 de junio de 2011 .
  6. ^ "La causa de la fuerza de sustentación aerodinámica es la aceleración descendente del aire por el perfil aerodinámico..." Weltner, Klaus; Ingelman-Sundberg, Martin. "Física del vuelo – reseña". Universidad Goethe de Frankfurt . Archivado desde el original el 19 de julio de 2011.
  7. ^ "Teoría incorrecta de la elevación". Centro de Investigación Glenn .
  8. ^ Laitone, EV (1997). "Pruebas de alas en túnel de viento con números de Reynolds inferiores a 70 000". Experimentos en fluidos . 23 (405): 405–409. doi :10.1007/s003480050128. S2CID  122755021.
  9. ^ "¿Qué son los vuelos acrobáticos y acrobáticos?". Administración Federal de Aviación . Consultado el 26 de octubre de 2022 .
  10. ^ "...consideremos una vela que no es más que un ala vertical (que genera fuerza lateral para propulsar un yate). ...es obvio que la distancia entre el punto de estancamiento y el borde de salida es más o menos la misma en ambos lados. Esto se vuelve exactamente cierto en ausencia de un mástil, y claramente la presencia del mástil no tiene ninguna consecuencia en la generación de sustentación. Por lo tanto, la generación de sustentación no requiere diferentes distancias alrededor de las superficies superior e inferior ". Holger Babinsky ¿Cómo funcionan las alas? Educación en Física Noviembre de 2003, PDF
  11. ^ John D. Anderson, Jr. Introducción al vuelo 4.ª ed. página 271.
  12. ^ "Las alas supercríticas tienen una apariencia "al revés" y plana en la parte superior". Centro de Investigación de Vuelo Dryden de la NASA .
  13. ^ Hahne, David E.; Jordan, Frank L. Jr. (1991). Pruebas a escala real de un ala de avión comercial de tamaño semilargo con perfil aerodinámico de flujo laminar natural. Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio , Oficina de Información Científica y Técnica. p. 5 – vía Google Books .
  14. ^ "La física del vuelo de cometas: sustentación aerodinámica". RealWorldPhysicsProblems.com . real-world-physics-problems.com . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  15. ^ López, Harm Frederik Althuisius. «Física de helicópteros» (PDF) . ColoradoCollege.edu . Colorado College Dept. of Physics . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  16. ^ "Aerodinámica de cohetes". Sciencelearn.org.nz . Ministerio de Negocios, Innovación y Empleo del Gobierno de Nueva Zelanda . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  17. ^ Zoechling, Moritz (20 de enero de 2015). "Aerodinámica en los coches de carreras de Fórmula 1". APlusPhysics.com . A Plus Physics . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  18. ^ "Natación". Universidad de Stanford . Consultado el 25 de abril de 2012 .
  19. ^ "El ala Rogallo: la historia contada por la NASA". History.nasa.gov . Consultado el 23 de diciembre de 2012 .
  20. ^ Hopkins, Ellen; Bledsoe, Glen (2001). Los Caballeros Dorados: El equipo de paracaidistas del ejército de los EE. UU . . Capstone. págs. 21. ISBN 9780736807753. Ala aérea Domina Jalbert.

Enlaces externos