Condensación en la región de baja presión sobre el ala de un Airbus A340 , pasando a través del aire húmedoLos 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]
Dispositivos de borde de salida como flaps o flaperones (combinación de flaps y alerones)
Winglets para evitar que los vórtices en las puntas de las alas aumenten la resistencia y disminuyan la sustentación
Un ángulo diedro , o un ángulo de ala positivo con respecto a la horizontal, aumenta la estabilidad en espiral alrededor del eje de balanceo, mientras que un ángulo anédrico , o un ángulo de ala negativo con respecto a la horizontal, disminuye la estabilidad en espiral.
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.
Alerones (generalmente cerca de las puntas de las alas) para hacer girar el avión en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario a las agujas del reloj sobre su eje largo.
Spoilers en la superficie superior para interrumpir la sustentación y proporcionar tracción adicional a un avión que acaba de aterrizar pero aún está en movimiento.
Los generadores de vórtices mitigan la separación del flujo a bajas velocidades y ángulos de ataque altos, especialmente sobre superficies de control. [13]
Las cercas laterales mantienen el flujo adherido al ala evitando que la capa límite se separe de la dirección de expansión del rollo.
Carenados , estructuras cuya función principal es producir un contorno suave y reducir la resistencia aerodinámica. Por ejemplo, los carenados de las pistas de los flaps
Alas delta , que utilizan alas que van desde totalmente flexibles ( parapentes , paracaídas planeadores ), flexibles (alas de vela con marco) hasta rígidas.
Cometas , que utilizan una variedad de superficies para lograr elevación y mantener la estabilidad. [14]
Hidroalas , que utilizan estructuras rígidas en forma de alas para levantar una embarcación fuera del agua para reducir la resistencia y aumentar la velocidad.
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]
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^ 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.
^ "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 .
^ "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.
^ 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.
^ "...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
^ John D. Anderson, Jr. Introducción al vuelo 4.ª ed. página 271.
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^ Hopkins, Ellen; Bledsoe, Glen (2001). Los Caballeros Dorados: El equipo de paracaidistas del ejército de los EE. UU . . Capstone. págs. 21. ISBN9780736807753. Ala aérea Domina Jalbert.
Enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Alas .
Cómo funcionan las alas - Holger Babinsky Educación Física 2003
Cómo vuelan los aviones: descripción física de la sustentación
Desmitificando la ciencia del vuelo: segmento de audio en el programa de ciencia Talk of the Nation de NPR
