El ala creciente es una configuración de aeronave de ala fija en la que un ala en flecha tiene un ángulo de flecha mayor en la sección interior que en la exterior, lo que le da al ala una forma de media luna.
La forma del avión intenta reducir varios efectos secundarios desagradables del diseño de ala en flecha, en particular su tendencia a " inclinarse hacia arriba ", a veces violentamente, cuando se acerca a una pérdida .
Cuando un avión entra en la región transónica , cercana a la velocidad del sonido , la aceleración del aire sobre las zonas curvas puede hacer que el flujo se vuelva supersónico . Esto genera una onda de choque y crea una resistencia considerable , conocida como resistencia ondulatoria . El aumento de la resistencia es tan rápido y potente que da lugar al concepto de barrera del sonido .
La velocidad a la que este efecto se hace notorio, conocida como velocidad de Mach crítica , se basa en la tasa de curvatura de las superficies superior e inferior; los perfiles aerodinámicos con mayor curvatura tendrán una velocidad de Mach crítica más baja y, por lo tanto, sufrirán más por la resistencia de las olas. Un ala diseñada para un buen rendimiento transónico y supersónico debe extender la curvatura del ala en una distancia mayor. Esto conduce naturalmente a diseños delgados, de cuerda larga y baja relación de aspecto como el ala del Lockheed F-104 Starfighter . Tales diseños sufren una resistencia inducida mucho mayor , lo que los hace menos eficientes a velocidades más lentas. También tienen inconvenientes prácticos, en particular la falta de espacio para el combustible y el almacenamiento del tren de aterrizaje .
Las alas en flecha son una forma de reducir la cantidad de curvatura efectiva de un ala sin tener una cuerda física más larga . En lugar de encontrarse directamente con la curvatura del borde de ataque , el barrido del ala alarga la trayectoria del flujo de aire sobre el ala por el seno del ángulo de barrido, lo que aumenta la cuerda efectiva. Esto permite que un ala más gruesa tenga el mismo Mach crítico que un diseño más delgado sin barrido. La mayoría de los diseños transónicos utilizan el barrido por este motivo, lo que les permite utilizar un ala que es lo suficientemente gruesa para un almacenamiento interno práctico sin incurrir en una penalización de resistencia al avance de las olas.
En los diseños del mundo real, la raíz del ala , donde el ala se une al fuselaje, es más gruesa que la punta del ala . Esto se debe a que el larguero del ala tiene que soportar las fuerzas de todo el exterior del ala, lo que significa que hay muy poca fuerza sobre el larguero en la punta, pero la fuerza de sustentación de todo el ala en la raíz. Los largueros generalmente se vuelven mucho más grandes a medida que se acercan a la raíz para tener en cuenta estas fuerzas, y la racionalización del perfil del ala en estos diseños generalmente requiere que el ala sea mucho más gruesa y esté más curvada en la raíz que en la punta.
Si se desea mantener el número de Mach crítico casi constante en un diseño de este tipo, las secciones exteriores más delgadas del ala deben tener menos curvatura que la raíz más gruesa. Darle forma a un ala para que incorpore un Mach crítico constante a lo largo de la envergadura le da naturalmente la forma de medialuna. El diseño tiene dos ventajas adicionales, que están relacionadas entre sí. La combinación de estos efectos permite que el ala en forma de medialuna tenga mejores características de manejo en un rango más amplio de velocidades.
Cuando el aire fluye sobre un ala en flecha, encuentra una fuerza hacia la punta del ala. A altas velocidades, esta fuerza es demasiado pequeña para tener un efecto antes de que el aire pase el ala. A velocidades más bajas, este movimiento lateral se hace más evidente, y a medida que el movimiento lateral empuja el aire hacia afuera, este flujo en la envergadura se hace cada vez más notorio hacia las puntas de las alas. A velocidades muy bajas, el flujo puede volverse tan lateral que el flujo de adelante hacia atrás, que es lo que da lugar a la sustentación, ya no está por encima de la velocidad de pérdida del perfil aerodinámico, y las puntas de las alas pueden entrar en pérdida. Debido a que el barrido significa que las puntas están detrás del centro de gravedad , esta pérdida de sustentación en la parte trasera de la aeronave provoca una fuerza de morro hacia arriba, que puede causar más pérdida. Puede ocurrir un peligroso efecto de desbocamiento, conocido como cabeceo hacia arriba .
Un ala en forma de media luna reduce este problema. Dado que el ángulo de flecha en la punta es menor que en la raíz, la fuerza lateral se reduce. Si se considera todo el ancho del ala, esto puede reducir en gran medida el flujo en la envergadura y, por lo tanto, reducir las velocidades en las que las puntas entran en pérdida. Además, incluso cuando las puntas de las alas entran en pérdida, están ubicadas más hacia adelante de lo que estarían en el caso de un ala en flecha recta. Esto significa que la pérdida de sustentación se produce más cerca del centro de gravedad y, por lo tanto, reduce la magnitud de las fuerzas de cabeceo. [1]
En el extremo opuesto del rango de velocidad, entra en juego otro efecto. Cuando se carga un ala, se dobla hacia arriba. En el caso de un ala en flecha, debido a que estas cargas están detrás de la cuerda media, esta fuerza ascendente se convierte en un par alrededor del larguero, lo que hace que las puntas giren hacia abajo. Esto reduce la cantidad de sustentación en las puntas a medida que se vuelven más planas con respecto al flujo de aire, o "se desgastan" . Esto provoca la misma fuerza de morro hacia arriba que en el caso de baja velocidad y, a altas velocidades, las fuerzas involucradas pueden ser muy altas y provocar problemas estructurales. Nuevamente, como las puntas del ala en forma de media luna están más cerca del centro de presión, estas fuerzas se reducen. [1]
Los alerones , ubicados en las puntas de las alas, también crean una gran fuerza de torsión cuando se activan. Esto puede causar un problema conocido como inversión de alerones , donde el movimiento de torsión de toda el ala hace que se aplique la fuerza opuesta. Este problema era bien conocido en el Supermarine Spitfire y requirió que su ala fuera muy reforzada para contrarrestar este efecto. En el caso de un ala en forma de medialuna, este efecto no es más o menos pronunciado que en otros diseños. Sin embargo, establece un requisito mínimo de resistencia a la torsión que puede ser más alto de lo que sería necesario de otra manera debido a la reducción de las cargas de maniobra de la forma de medialuna, lo que potencialmente compensa esta ventaja. [2]
La capacidad de autoenderezamiento, a menudo mencionada en las discusiones sobre el Handley Page Victor , no es inherente al ala en forma de media luna, pero puede ocurrir en cualquier avión de cola alta con algo de flecha alar. Este efecto es causado por el hecho de que el ala entra en el efecto suelo antes que la cola, que está montada alta en la caja de cola en T. Esto crea un breve período de sustentación adicional en el ala que no es contrarrestado por la cola, lo que hace que el morro se eleve. Esta rotación se detiene tan pronto como el avión desciende lo suficientemente bajo como para que la cola comience a entrar también en el efecto suelo. [2]
La forma de ala en forma de medialuna fue inventada por el ingeniero alemán en aerodinámica Rüdiger Kosin y Walther Lehmann, mientras trabajaban para Arado Flugzeugwerke Gmbh durante la Segunda Guerra Mundial. En abril de 1945 se construyó un prototipo de ala con la intención de instalarla en el fuselaje del prototipo Arado Ar 234 V16. Sin embargo, antes de que pudiera instalarse, el ejército británico invadió el lugar y el ala fue destruida.
El equipo de diseño del fabricante de aviones británico Handley Page , entre cuyos empleados se encontraba el ingeniero Gustav Lachmann , fue enviado a Alemania, donde quedaron impresionados por el trabajo de Arado. Posteriormente incorporaron la configuración en su propuesta para el bombardero HP.80 V, que más tarde se llamaría Victor .
Handley Page propuso un planeador de investigación a escala de un tercio, el HP.87, pero pronto lo abandonó en favor de un avión de investigación con motor, el HP.88, con un ala de escala 0,36. El HP.88 voló por primera vez el 21 de junio de 1951. Durante su breve carrera mostró una tendencia a las oscilaciones de cabeceo y, el 26 de agosto de 1951, se observó que esto ocurría cada vez con más violencia antes de que el avión se rompiera en el aire.
Para entonces, el diseño del Victor ya estaba muy avanzado: el primer prototipo voló el 24 de diciembre de 1952 y los ejemplares de producción entraron en servicio en abril de 1958. El problema observado en el HP.88 se debió en última instancia a un servomecanismo en los controles de cola, no a un problema inherente al diseño del bombardero.
Mientras tanto, en Francia, Bréguet propuso el diseño Br.978A para un avión de pasajeros con alas en forma de medialuna, al que se refirió como el "croissant". El diseño no se construyó. [3] El diseño también fue seleccionado para el Supermarine 545 , una versión supersónica del Supermarine Swift , pero este no se puso en producción.
Las primeras versiones del Avro Vulcan tenían bordes de ataque rectos, lo que presentaba problemas a altas velocidades transónicas. Esto incluía extensiones en el borde de ataque que le daban a las partes internas una curvatura menor. El resultado fue un diseño de ala revisado que es esencialmente una versión en delta del ala en forma de media luna.
El Victor fue el único modelo de ala en forma de medialuna que entró en producción. Sirvió en la Real Fuerza Aérea durante muchos años, cumpliendo diversas funciones además de la de bombardero, incluso como avión cisterna de reabastecimiento en vuelo durante la Guerra de las Malvinas .
El perfil y la forma del ala en forma de media luna fueron sujetos a considerables ajustes y modificaciones durante las primeras etapas de desarrollo, particularmente para contrarrestar el comportamiento de cabeceo desfavorable en vuelo.
Durante las pruebas de vuelo del primer prototipo, el Victor demostró su rendimiento aerodinámico, volando hasta Mach 0,98 sin problemas de manejo ni sacudidas; no hubo prácticamente cambios aerodinámicos entre el prototipo y el avión de producción. Los aviones de producción contaban con un funcionamiento automático del flap de morro para contrarrestar la tendencia del avión a cabecear hacia arriba durante números de Mach bajos a moderados. Una característica de vuelo inusual del primer Victor era su capacidad de aterrizaje automático; una vez alineado con la pista, el avión se enderezaba naturalmente cuando el ala entraba en efecto suelo mientras la cola continuaba hundiéndose, lo que proporcionaba un aterrizaje amortiguado sin ninguna orden o intervención por parte del piloto. [4] [5]
El Victor tenía un buen manejo y un rendimiento excelente, junto con características favorables de vuelo a baja velocidad y ha sido descrito como un avión ágil, atípico para un gran avión bombardero; en 1958, un Victor había realizado varios bucles y un tonel durante las prácticas para un vuelo de exhibición en el Salón Aeronáutico de Farnborough . [6]
El Victor fue diseñado para volar a altas velocidades subsónicas, aunque se han producido múltiples casos en los que se rompió la barrera del sonido . [7]