Un ala oblicua (también llamada ala giratoria ) es un concepto de ala de geometría variable . En una aeronave así equipada, el ala está diseñada para girar sobre un pivote central, de modo que una punta se mueve hacia adelante mientras que la punta opuesta se mueve hacia atrás. Al cambiar su ángulo de barrido de esta manera, la resistencia se puede reducir a alta velocidad (con el ala en barrido) 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 retener el centro de gravedad a medida que se cambia el ángulo de barrido.
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 en el 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, que volara a velocidades de hasta Mach 1,4 (1,4 veces la velocidad del sonido), tendría un rendimiento aerodinámico sustancialmente mejor que un avión con alas más convencionales .
En la década de 1970, se construyó y probó un avión no tripulado propulsado por hélice en Moffett Field. [5] Conocido como Ala Oblicua de la NASA, el proyecto señaló las características desagradables de una nave en grandes ángulos de barrido.
Hasta ahora, sólo se ha construido un avión tripulado, el AD-1 de la NASA , para explorar este concepto. Realizó una serie de pruebas de vuelo a partir de 1979 . Este avión demostró una serie de modos serios de acoplamiento de balanceo y terminó la experimentación adicional.
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 dominan dos tipos diferentes de resistencia, unir diseños de alto rendimiento para cada régimen en un solo fuselaje es problemático.
Con números de Mach bajos, la resistencia inducida domina las preocupaciones sobre la resistencia. Los aviones durante el despegue y los planeadores están más preocupados por la resistencia inducida. Una forma de reducir la resistencia inducida es aumentar la envergadura efectiva de la superficie de elevación. 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, un ala oblicua se colocaría perpendicular al fuselaje como un ala convencional para proporcionar máximas cualidades de sustentación y control. A medida que el avión ganaba velocidad, el ala giraba para aumentar el ángulo oblicuo, reduciendo así la resistencia debida al área mojada y disminuyendo el consumo de combustible.
Alternativamente, cuando los números de Mach 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. Alejar las alas del morro del avión puede mantenerlas 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 un mejor rendimiento a alta velocidad. Los estudios demostraron que estos ángulos disminuirían la resistencia aerodinámica, permitiendo una mayor velocidad y un mayor alcance con el mismo gasto de combustible.
Básicamente, parece que ningún diseño puede optimizarse completamente para ambos regímenes de vuelo. Sin embargo, el ala oblicua promete acercarse. 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 realizado investigaciones sobre una plataforma OFW que se está convirtiendo en un avión transcontinental. [7] NASA Ames realizó un estudio de diseño preliminar 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 sólo una vez, durante cuatro minutos en mayo de 1994, pero al hacerlo demostró un vuelo estable con un ala inclinada oblicua de 35 grados a 50 grados. A pesar de este éxito, el programa de investigación de alta velocidad de la NASA y otros estudios sobre 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 OFW X-plane, [8] conocido como Switchblade . Ese programa finalmente fue cancelado, citando dificultades con los sistemas de control.
El programa tenía como objetivo producir un avión demostrador de tecnología para explorar los diversos desafíos que implica un diseño radical. El avión propuesto sería un ala volante pura (un avión sin otras superficies auxiliares como colas, canards o fuselaje ) donde el ala se mueve con un lado del avión hacia adelante y el otro hacia atrás de forma asimétrica. [9] Se cree que esta configuración de avión le da una combinación de alta velocidad, largo alcance y larga resistencia. [10] El programa constaba de dos fases. La Fase I consistía en explorar la teoría y dar como resultado un diseño conceptual, mientras que la Fase II cubrió el diseño, la fabricación y las pruebas de vuelo de una aeronave. El programa esperaba producir un conjunto de datos que luego pudiera usarse al considerar futuros diseños de aviones militares.
Se completaron las pruebas en el túnel de viento para el diseño del avión. Se destacó 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 finales de los años 1970. Sus desagradables características de vuelo en ángulos extremos de barrido de alas desanimaron a los investigadores.