Un ala oblicua (también llamada ala desviada ) es un concepto de ala de geometría variable . En un avión equipado de esta manera, el ala está diseñada para girar sobre un pivote central, de modo que una punta se inclina hacia adelante mientras que la punta opuesta se inclina hacia atrás. Al cambiar su ángulo de inclinación de esta manera, se puede reducir la resistencia a alta velocidad (con el ala inclinada) sin sacrificar el rendimiento a baja velocidad (con el ala perpendicular). Esta es una variación del diseño clásico de ala oscilante , destinada a simplificar la construcción y conservar el centro de gravedad a medida que se cambia el ángulo de inclinación.
Los ejemplos más antiguos de esta tecnología son los proyectos de aviones alemanes no realizados Blohm & Voss P.202 y Messerschmitt Me P.1009-01 del año 1944, basados en una patente de Messerschmitt. [1] [2] Después de la guerra, el constructor Dr. Richard Vogt fue llevado a los EE. UU. durante la Operación Paperclip . [3] El concepto de ala oblicua fue resucitado por Robert T. Jones en la década de 1950, [4] un ingeniero aeronáutico del Centro de Investigación Ames de la NASA , Moffett Field , California. Los estudios analíticos y de túnel de viento iniciados por Jones en Ames indicaron que un avión de ala oblicua del tamaño de un transporte, volando a velocidades de hasta Mach 1,4 (1,4 veces la velocidad del sonido), tendría un rendimiento aerodinámico sustancialmente mejor que los aviones con alas más convencionales .
En la década de 1970, se construyó y probó en Moffett Field un avión no tripulado propulsado por hélice. [5] El proyecto, conocido como NASA Oblique Wing, señaló las características desagradables de una nave en grandes ángulos de barrido.
Hasta ahora, solo se ha construido un avión tripulado, el NASA AD-1 , para explorar este concepto. Realizó una serie de pruebas de vuelo a partir de 1979. Este avión demostró varios modos de acoplamiento de alabeo serios y la experimentación posterior finalizó.
El enfoque general es diseñar un avión que funcione con alta eficiencia a medida que aumenta el número de Mach desde el despegue hasta las condiciones de crucero (M ~ 0,8, para un avión comercial). Dado que en cada uno de estos dos regímenes de vuelo predominan dos tipos diferentes de resistencia, la unificación de diseños de alto rendimiento para cada régimen en una única estructura de avión es problemática.
A bajas velocidades de Mach, la resistencia inducida predomina en los problemas de resistencia. Los aviones durante el despegue y los planeadores son los que más se preocupan por la resistencia inducida. Una forma de reducir la resistencia inducida es aumentar la envergadura efectiva de la superficie sustentadora. Por eso los planeadores tienen alas tan largas y estrechas. Un ala ideal tiene una envergadura infinita y la resistencia inducida se reduce a una propiedad bidimensional. A velocidades más bajas, durante los despegues y aterrizajes, se colocaría un ala oblicua perpendicular al fuselaje como un ala convencional para proporcionar máxima sustentación y cualidades de control. A medida que el avión gane velocidad, el ala se pivotaría para aumentar el ángulo oblicuo, reduciendo así la resistencia debido al área mojada y disminuyendo el consumo de combustible.
Alternativamente, a velocidades de Mach que aumentan hacia la velocidad del sonido y más allá, la resistencia de las ondas domina las preocupaciones de diseño. A medida que el avión desplaza el aire, se genera una onda sónica. Al alejar las alas del morro del avión, se pueden mantener las alas detrás de la onda sónica, lo que reduce en gran medida la resistencia. Desafortunadamente, para un diseño de ala determinado, aumentar el barrido disminuye la relación de aspecto . A altas velocidades, tanto subsónicas como supersónicas , un ala oblicua pivotaría hasta 60 grados con respecto al fuselaje del avión para obtener un mejor rendimiento a alta velocidad. Los estudios mostraron que estos ángulos reducirían la resistencia aerodinámica, lo que permitiría una mayor velocidad y un mayor alcance con el mismo gasto de combustible.
En esencia, parece que ningún diseño puede optimizarse por completo para ambos regímenes de vuelo. Sin embargo, el ala oblicua promete acercarse a esa meta. Al aumentar activamente el barrido a medida que aumenta el número de Mach, es posible lograr una alta eficiencia para una amplia gama de velocidades.
Robert T. Jones teorizó que un ala volante oblicua podría mejorar drásticamente el transporte aéreo comercial, reduciendo los costos de combustible y el ruido en las cercanías de los aeropuertos. [6] Las operaciones militares incluyen la posibilidad de un vehículo de combate/ataque de larga duración.
Se han llevado a cabo investigaciones sobre el desarrollo de una plataforma OFW para un avión de pasajeros transcontinental. [7] La NASA Ames realizó un estudio preliminar de diseño de un avión de pasajeros supersónico teórico de 500 asientos utilizando el concepto en 1991. Después de este estudio, la NASA construyó un pequeño avión de demostración controlado a distancia con una envergadura de 20 pies (6,1 m). Voló solo una vez, durante cuatro minutos en mayo de 1994, pero al hacerlo, demostró un vuelo estable con un barrido oblicuo de las alas de 35 grados a 50 grados. A pesar de este éxito, el programa de investigación de alta velocidad de la NASA y otros estudios de alas oblicuas fueron cancelados.
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) otorgó a Northrop Grumman un contrato de 10,3 millones de dólares (USD) para la reducción de riesgos y la planificación preliminar de un demostrador de OFW de X-plane, [8] conocido como Switchblade . Ese programa finalmente se canceló, citando dificultades con los sistemas de control.
El programa tenía como objetivo producir un avión de demostración de tecnología para explorar los diversos desafíos que implica el diseño radical. El avión propuesto sería un ala volante pura (un avión sin otras superficies auxiliares como colas, canards o un fuselaje ) donde el ala se barre con un lado del avión hacia adelante y otro hacia atrás de manera asimétrica. [9] Se cree que esta configuración de la aeronave le da una combinación de alta velocidad, largo alcance y larga resistencia. [10] El programa implicó dos fases. La Fase I fue para explorar la teoría y dar como resultado un diseño conceptual, mientras que la Fase II cubrió el diseño, la fabricación y la prueba de vuelo de una aeronave. El programa esperaba producir un conjunto de datos que luego se pueda utilizar al considerar futuros diseños de aeronaves militares.
Se completaron las pruebas en túnel de viento para el diseño de la aeronave. Se observó que el diseño era "viable y robusto". [11] El programa concluyó antes de que se construyera un demostrador de vuelo. [12]
La NASA probó el
avión de investigación de ala oblicua
a fines de la década de 1970. Sus desagradables características de vuelo en ángulos de barrido extremos desalentaron a los investigadores.