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Un ala barrida hacia adelante o hacia atrás es una configuración de ala de avión en la que la línea de un cuarto de cuerda del ala tiene un barrido hacia adelante. Normalmente, el borde de ataque también avanza.
La configuración de barrido hacia adelante tiene una serie de características que aumentan a medida que aumenta el ángulo de barrido .
La ubicación en popa del larguero del ala principal conduciría a una disposición interior más eficiente con más espacio utilizable.
El aire que fluye sobre cualquier ala en flecha tiende a moverse en sentido transversal hacia el extremo posterior del ala. En un ala barrida hacia atrás, esto es hacia afuera, hacia la punta, mientras que en un ala barrida hacia adelante, es hacia adentro, hacia la raíz. Como resultado, la peligrosa condición de pérdida de punta de un diseño de barrido hacia atrás se convierte en una condición de pérdida de raíz más segura y controlable en un diseño de barrido hacia adelante. Esto permite un control total de los alerones a pesar de la pérdida de sustentación, y también significa que no se requieren ranuras en el borde de ataque u otros dispositivos que induzcan el arrastre. A velocidades transónicas, las ondas de choque se acumulan primero en la raíz y no en la punta, lo que nuevamente ayuda a garantizar un control efectivo de los alerones.
Cuando el aire fluye hacia adentro, se reducen los vórtices de las puntas de las alas y la resistencia que los acompaña. En cambio, el fuselaje actúa como una valla de ala muy grande y, dado que las alas son generalmente más grandes en la raíz, esto aumenta el coeficiente de sustentación máximo que permite un ala más pequeña. Como resultado, se mejora la maniobrabilidad, especialmente en ángulos de ataque elevados .
Un problema con el diseño de barrido hacia adelante es que cuando un ala en barrido se inclina hacia los lados (se mueve alrededor de su eje vertical), un ala retrocede mientras que la otra avanza. En un diseño de barrido hacia adelante, esto reduce el barrido del ala trasera, aumentando su resistencia y empujándolo más hacia atrás, aumentando la cantidad de guiñada y provocando inestabilidad direccional. Esto puede llevar a una tirada holandesa a la inversa. [1]
Uno de los inconvenientes de las alas en flecha hacia adelante es la mayor posibilidad de divergencia, una consecuencia aeroelástica de la fuerza de sustentación en las alas en flecha hacia adelante que gira la punta hacia arriba bajo una mayor sustentación. En un diseño barrido hacia adelante, esto provoca un circuito de retroalimentación positiva que aumenta el ángulo de incidencia en la punta, aumentando la sustentación e induciendo una mayor deflexión, lo que resulta en aún más sustentación y cambios adicionales en la forma del ala. El efecto de la divergencia aumenta con la velocidad. La velocidad máxima segura por debajo de la cual esto no sucede es la velocidad de divergencia de la aeronave.
Tal aumento en la sustentación de la punta bajo carga hace que el ala se ajuste en los giros y puede resultar en una caída en espiral de la cual no es posible recuperarse. En el peor de los casos, la estructura del ala puede sufrir tensiones hasta el punto de fallar.
En grandes ángulos de barrido y altas velocidades, para construir una estructura lo suficientemente rígida como para resistir la deformación pero lo suficientemente liviana como para ser practicable, se requieren materiales avanzados como los compuestos de fibra de carbono. Los compuestos también permiten la adaptación aeroelástica al alinear las fibras para influir en la naturaleza de la deformación a una forma más favorable, impactando la pérdida y otras características.
Cualquier ala en flecha tiende a ser inestable en pérdida , ya que las puntas del ala primero provocan una fuerza de cabeceo que empeora la pérdida y dificulta la recuperación. Este efecto es menos significativo con el barrido hacia adelante porque el extremo trasero soporta una mayor sustentación y proporciona estabilidad.
Sin embargo, si la flexión aeroelástica es suficiente, se puede contrarrestar esta tendencia aumentando el ángulo de ataque en las puntas del ala hasta tal punto que las puntas entran en pérdida primero y se pierde una de las principales características del diseño, en un ala convencional la Las propinas siempre se detienen primero. Esta pérdida de propinas puede ser impredecible, especialmente cuando una propina se detiene antes que la otra.
Los materiales compuestos permiten una adaptación aeroelástica, de modo que cuando el ala se acerca a la pérdida se tuerce al doblarse, para reducir el ángulo de ataque en las puntas. Esto asegura que la pérdida se produzca en la raíz del ala, haciéndola más predecible y permitiendo que los alerones mantengan el control total.
Belyaev, el autor del proyecto DB-LK mencionado a continuación, probó los planeadores de alas en flecha hacia adelante BP-2 y BP-3 en 1934 y 1935. [2] [3] Otros estudios de diseño de antes de la guerra incluyeron el PWS polaco Z-17, Z -18 y Z-47 series "Sęp".
Los diseños de alas en flecha hacia adelante, algunos cuyo diseño había comenzado durante el período anterior a la guerra, se desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial, de forma independiente en Alemania, la Unión Soviética, Japón y Estados Unidos. Uno de los primeros ejemplos de vuelo, en 1940, fue el Belyayev DB-LK soviético , un diseño de doble brazo con secciones exteriores de ala barridas hacia adelante y puntas barridas hacia atrás. Según se informa, voló bien. El avión de investigación Babochka propuesto por Belyayev fue cancelado tras la invasión alemana.
A lo largo de la Segunda Guerra Mundial, se puede describir que numerosos aviones de combate, bombarderos y otros aviones militares tienen alas en flecha hacia adelante, debido a que la cuerda promedio de sus alas se extiende hacia adelante. Sin embargo, estos diseños casi siempre utilizaban un borde de ataque barrido hacia atrás, lo que técnicamente los convertiría en alas trapezoidales de alta relación de aspecto .
El estadounidense Cornelius Mallard voló el 18 de agosto de 1943. El Mallard estaba propulsado por un solo motor, pero fue seguido por los prototipos Cornelius XFG-1 , que eran tanques de combustible voladores, sin motor y diseñados para ser remolcados por aviones más grandes. Estos diseños de Cornelius eran inusuales por no solo estar barridos hacia adelante sino también sin cola.
Mientras tanto, en Alemania, Hans Wocke estudiaba los problemas de las alas en flecha a las velocidades casi sónicas de las que eran capaces los nuevos motores a reacción. Reconoció muchas de las ventajas que ofrecía el barrido hacia adelante sobre los diseños de barrido hacia atrás que se estaban desarrollando en ese momento, y también comprendió las implicaciones de la flexión aeroelástica y la inestabilidad de guiñada. Su primer diseño de este tipo que voló fue el Junkers Ju 287 , el 16 de agosto de 1944. Las pruebas de vuelo de esta y de variantes posteriores confirmaron las ventajas de la baja velocidad, pero pronto también revelaron los problemas esperados, lo que impidió las pruebas de alta velocidad.
Wocke y el prototipo incompleto Ju 287 V3 fueron capturados y, en 1946, llevados a Moscú, donde el avión se completó y voló al año siguiente como OKB -1 EF 131 . El posterior OKB-1 EF 140 era esencialmente el mismo fuselaje rediseñado con un par de motores a reacción soviéticos de diseño Mikulin de mayor empuje. En 1948, la Unión Soviética creó el Tsybin LL-3. [4] El prototipo tendría posteriormente un gran impacto en el Sukhoi SYB-A, que se completó en 1982.
When the German research reached the United States after the war, a number of proposals were put forward. These included the Convair XB-53 supersonic bomber and forward-swept variants of the North American P-51 Mustang, Bell X-1 rocket plane and Douglas D-558-I. The Bell proposal reached the wind tunnel testing stage, where the problems of aeroelasticity were confirmed. The structural problems confirmed by the Ju 287 series and the Bell X-1 studies proved so severe that the materials available at the time could not make a wing strong and stiff enough without also making it too heavy to be practical. As a result, forward sweep for high-speed designs was abandoned, until many years later when new structural materials would become available.
Small amounts of sweep do not cause serious problems and even moderate forward sweep allows a significant aft movement of the main spar attachment point and carry-through structure.
In 1954, Wocke returned to the German Democratic Republic, moving to West Germany shortly afterwards and joining Hamburger Flugzeugbau (HFB) as their chief designer.[1] In Hamburg, Wocke completed work on the HFB 320 Hansa Jet business jet which flew in 1964. The forward sweep enabled the main spar to be moved aft behind the cabin so that the spar did not need to project into the cabin.
Moderate forward sweep has been used for similar reasons in many designs, mainly sailplanes and light aircraft. Many high-wing training gliders with two seats in tandem have slightly forward-swept wings in order to enable the wing root to be located further aft to prevent the wing from obscuring the rear occupant's lateral visibility. Typical examples are the Schleicher ASK 13 and the Let Kunovice LET L-13 Blaník.
Other examples include:
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Los grandes ángulos de barrido necesarios para vuelos a alta velocidad siguieron siendo poco prácticos durante muchos años.
A finales de la década de 1970, DARPA comenzó a investigar el uso de materiales compuestos más nuevos para evitar el problema de la reducción de la velocidad de divergencia mediante la adaptación aeroelástica. La tecnología Fly-by-wire permitió que el diseño fuera dinámicamente inestable y mejorara la maniobrabilidad. Grumman construyó dos demostradores de tecnología X-29 , que volaron por primera vez en 1984, con alas en flecha hacia adelante y bulos . Maniobrable en ángulos de ataque elevados , el X-29 seguía siendo controlable en un ángulo de ataque de 67°. [6]
Los avances en la tecnología de vectorización de empuje y un cambio en las tácticas de combate aéreo hacia enfrentamientos con misiles de mediano alcance disminuyeron la relevancia de un avión de combate altamente ágil.
En 1997, Sukhoi presentó el prototipo de caza Su-47 en el Salón Aeronáutico de París . No entró en producción, aunque se sometió a una serie de pruebas de vuelo y actuó en varios espectáculos aéreos .
El KB SAT SR-10 es un prototipo de avión de entrenamiento a reacción monomotor ruso, equipado con alas en flecha hacia adelante. Voló por primera vez en 2015.
Los pterosaurios de cabeza grande tenían alas en flecha hacia adelante para lograr un mejor equilibrio en vuelo. [7]