Condensación en la región de baja presión sobre el ala de un Airbus A340 , al atravesar aire húmedo.Los flaps (verdes) se utilizan en varias configuraciones para aumentar el área del ala y aumentar la sustentación. Junto con los spoilers (rojos), los flaps maximizan la resistencia y minimizan la sustentación durante el recorrido de 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 dinámica de fluidos de Navier-Stokes . Sin embargo, excepto en el caso de geometrías simples, estas ecuaciones son notoriamente difíciles de resolver y se utilizan ecuaciones más simples. [2]
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 cuando pasa por el ala. 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. [3] [4] [5] [6]
Forma de sección transversal
Un perfil aerodinámico ( inglés americano ) o perfil aerodinámico ( inglés británico ) es la forma de un ala, pala (de una hélice , rotor o turbina ) o vela (como se ve en sección transversal ). Las alas con una sección transversal asimétrica son la norma en vuelos subsónicos . 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 [7] pero se utilizan en aviones acrobáticos [8] ya que proporcionan un rendimiento práctico ya sea que el avión esté vertical o invertido. Otro ejemplo proviene de los veleros, donde la vela es una membrana delgada sin diferencia de longitud entre un lado y el otro. [9]
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 en la resistencia asociada con el flujo de aire cerca de la velocidad del sonido. [10] Estos perfiles, llamados perfiles supercríticos , son planos en la parte superior y curvados en la parte inferior. [11]
Dispositivos de borde de salida como flaps o flaperones (combinación de flaps y alerones)
Winglets para evitar que los vórtices de las puntas de las alas aumenten la resistencia y disminuyan la sustentación.
Diedro , o un ángulo de ala positivo con respecto a la horizontal, aumenta la estabilidad en espiral alrededor del eje de balanceo, mientras que 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 listones, que el piloto utiliza para modificar la forma y la superficie del ala para cambiar sus características operativas 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 el sentido contrario a las agujas del reloj sobre su eje longitudinal.
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 vórtice mitigan la separación del flujo a bajas velocidades y altos ángulos de ataque, especialmente sobre superficies de control. [12]
Cercas del ala para mantener el flujo adherido al ala al detener la separación de la capa límite en la dirección del rollo de dispersión.
Alas delta , que utilizan alas que van desde totalmente flexibles ( parapentes , paracaídas planeadores ), flexibles (alas de vela enmarcadas), hasta rígidas.
Cometas , que utilizan una variedad de superficies para lograr sustentación y mantener la estabilidad. [13]
Veleros , que utilizan velas de tela flexible como alas verticales con plenitud y dirección variables para moverse sobre el agua.
Hidroalas , que utilizan estructuras rígidas en forma de ala para levantar una embarcación fuera del agua para reducir la resistencia y aumentar la velocidad.
En 1948, Francis Rogallo inventó un ala extensible similar a una cometa sostenida por puntales rígidos o inflados, lo que abrió nuevas posibilidades para los aviones. [18] Casi en el tiempo, Domina Jalbert inventó alas gruesas, flexibles y sin espolón. Desde entonces, estas dos nuevas ramas de alas han sido ampliamente estudiadas y aplicadas en nuevas ramas de aeronaves, alterando especialmente el panorama de la aviación recreativa personal. [19]
^ Halliday, David; Resnick, Robert. Fundamentos de Física (3ª ed.). John Wiley e hijos . pag. 378. ...el efecto del ala es darle a la corriente de aire una componente de velocidad descendente. La fuerza de reacción de la masa de aire desviada debe actuar entonces sobre el ala para darle una componente ascendente igual y opuesta.
^ "Si el cuerpo tiene forma, se mueve o se inclina de tal manera que se produzca una deflexión o giro neto del flujo, la velocidad local cambia en magnitud, dirección o ambas. Cambiar la velocidad crea una fuerza neta sobre el cuerpo" "Elevación desde giro de flujo". Centro de investigación Glenn . Consultado el 29 de junio de 2011 .
^ "La causa de la fuerza de elevación aerodinámica es la aceleración hacia abajo del aire por el perfil aerodinámico ..." Weltner, Klaus; Ingelman-Sundberg, Martín. "Física del vuelo - revisada". 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.
^ "... considere 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 importancia 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 Física noviembre de 2003, PDF
^ John D. Anderson, Jr. Introducción al vuelo 4.a ed. página 271.
^ "Las alas supercríticas tienen una apariencia plana" al revés "". Centro de investigación de vuelos Dryden de la NASA .
^ Hahne, David E.; Jordan, Frank L. Jr. (1991). Pruebas a escala real de semi-envergadura de un ala de avión de negocios con un perfil aerodinámico de flujo laminar natural. Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio , Oficina de Información Científica y Técnica. pag. 5 - a través de Google Libros .
^ "La física del vuelo de cometas: elevación aerodinámica". RealWorldPhysicsProblems.com . problemas-de-física-del-mundo-real.com . Consultado el 28 de enero de 2022 .
^ López, Daño Frederik Althuisius. "Física de helicópteros" (PDF) . ColoradoCollege.edu . Departamento de Física de Colorado College . Consultado el 28 de enero de 2022 .
^ "Aerodinámica del cohete". Sciencelearn.org.nz . Ministerio de Negocios, Innovación y Empleo del Gobierno de Nueva Zelanda . Consultado el 28 de enero de 2022 .
^ Zoechling, Moritz (20 de enero de 2015). "Aerodinámica en los coches de carreras de Fórmula 1". APlusPhysics.com . Un Plus Física . Consultado el 28 de enero de 2022 .
^ "Rogallo Wing: la historia contada por la NASA". Historia.nasa.gov . Consultado el 23 de diciembre de 2012 .
^ Hopkins, Elena; Bledsoe, Glen (2001). Los Caballeros Dorados: el equipo de paracaidistas del ejército de EE. UU . Piedra angular. págs.21. ISBN9780736807753. Ala aérea Domina Jalbert.
enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con las alas .
Cómo funcionan las alas - Holger Babinsky Educación Física 2003
Cómo vuelan los aviones: una descripción física de la sustentación
Desmitificando la ciencia del vuelo: segmento de audio en Talk of the Nation Science Friday de NPR
