Un ala volante es un avión de ala fija sin cola que no tiene fuselaje definido , con su tripulación, carga útil, combustible y equipo alojados dentro de la estructura del ala principal. Un ala voladora puede tener varias protuberancias pequeñas como cápsulas, góndolas , ampollas, plumas o estabilizadores verticales .
Los diseños de aviones similares, que técnicamente no son alas voladoras, a veces se denominan casualmente como tales. Estos tipos incluyen aviones con cuerpo de ala combinada y aviones con cuerpo elevable , que tienen fuselaje y no alas definidas.
Un ala volante pura es teóricamente la configuración de diseño de menor resistencia para un avión de ala fija. Sin embargo, debido a que carece de superficies estabilizadoras convencionales y de las superficies de control asociadas, en su forma más pura, el ala volante adolece de ser inestable y difícil de controlar.
La configuración básica del ala volante se convirtió en objeto de importante estudio durante la década de 1920, a menudo junto con otros diseños sin cola. En la Segunda Guerra Mundial , tanto la Alemania nazi como los aliados lograron avances en el desarrollo de alas voladoras. El interés militar en las alas volantes disminuyó durante la década de 1950 con el desarrollo de aviones supersónicos, pero se renovó en la década de 1980 debido a su potencial para la tecnología furtiva . Este enfoque finalmente condujo al bombardero furtivo Northrop Grumman B-2 Spirit . Ha habido un interés continuo en su uso en grandes funciones de transporte de carga o pasajeros. Boeing , McDonnell Douglas y Armstrong Whitworth han emprendido estudios de diseño sobre aviones de pasajeros con alas volantes ; sin embargo, todavía no se ha construido ningún avión de pasajeros de este tipo.
El concepto de ala volante se adapta principalmente a aviones subsónicos . Nunca se ha construido ningún ala voladora supersónica.
Un ala volante es un avión que no tiene fuselaje ni plano de cola definidos , con su tripulación, carga útil, combustible y equipo alojados dentro de la estructura del ala principal. Un ala voladora puede tener varias protuberancias pequeñas como cápsulas, góndolas , ampollas, plumas o estabilizadores verticales . [1]
Un ala de vuelo limpia a veces se presenta teóricamente como la configuración de diseño más aerodinámicamente eficiente (la menor resistencia) para un avión de ala fija. También ofrecería una alta eficiencia estructural para una profundidad de ala determinada, lo que conduciría a un peso ligero y una alta eficiencia de combustible . [2]
Debido a que carece de superficies estabilizadoras convencionales y de las superficies de control asociadas, en su forma más pura, el ala volante sufre las desventajas inherentes de ser inestable y difícil de controlar. Estos compromisos son difíciles de conciliar, y los esfuerzos para lograrlo pueden reducir o incluso anular las ventajas esperadas del diseño de ala volante, como la reducción de peso y resistencia . Además, las soluciones pueden producir un diseño final que todavía sea demasiado inseguro para ciertos usos, como la aviación comercial.
Otras dificultades surgen del problema de colocar el piloto, los motores, el equipo de vuelo y la carga útil dentro de la profundidad de la sección del ala. Otros problemas conocidos con el diseño del ala volante se relacionan con el cabeceo y la guiñada . Las cuestiones de cabeceo se analizan en el artículo sobre aviones sin cola . Los problemas de guiñada se analizan a continuación.
Un ala lo suficientemente profunda para contener al piloto, los motores, el combustible, el tren de aterrizaje y otros equipos necesarios tendrá un área frontal mayor, en comparación con un ala convencional y un fuselaje largo y delgado. En realidad, esto puede resultar en una mayor resistencia y, por lo tanto, una menor eficiencia que un diseño convencional. Normalmente, la solución adoptada en este caso es mantener el ala razonablemente delgada y luego se equipa al avión con una variedad de ampollas, cápsulas, góndolas, aletas, etc. para satisfacer todas las necesidades de un avión práctico.
El problema se agudiza a velocidades supersónicas, donde la resistencia de un ala gruesa aumenta bruscamente y es esencial adelgazar el ala. Nunca se ha construido ningún ala voladora supersónica.
Para que cualquier avión vuele sin una corrección constante debe tener estabilidad direccional en guiñada.
Las alas voladoras carecen de algún lugar donde colocar un estabilizador vertical o una aleta eficiente. Cualquier aleta debe fijarse directamente a la parte trasera del ala, proporcionando un pequeño brazo de momento desde el centro aerodinámico, lo que a su vez significa que la aleta es ineficiente y, para ser efectiva, el área de la aleta debe ser grande. Una aleta tan grande tiene penalizaciones de peso y resistencia, y puede anular las ventajas del ala voladora. El problema se puede minimizar aumentando el barrido del ala y colocando aletas gemelas cerca de las puntas, como por ejemplo en un ala delta de baja relación de aspecto , pero dada la correspondiente reducción en la eficiencia, muchas alas voladoras tienen un barrido más suave y en consecuencia tienen, al menos mejor, estabilidad marginal.
La relación de aspecto de un ala en flecha vista en la dirección del flujo de aire depende del ángulo de guiñada en relación con el flujo de aire. La guiñada aumenta la relación de aspecto del ala delantera y reduce la del ala trasera. Con suficiente barrido hacia atrás, la resistencia diferencial inducida resultante de los vórtices de la punta y el flujo cruzado es suficiente para realinear naturalmente la aeronave.
Un enfoque complementario utiliza torsión o lavado, reduciendo el ángulo de ataque hacia las puntas de las alas, junto con una forma en planta del ala inclinada hacia atrás. El Dunne D.5 incorporó este principio y su diseñador JW Dunne lo publicó en 1913. [3] El lavado reduce la sustentación en las puntas para crear una curva de distribución en forma de campana a lo largo del tramo, descrita por Ludwig Prandtl en 1933, y esto se puede utilizar para optimizar el peso y la resistencia para una determinada cantidad de sustentación.
Otra solución es inclinar o girar las secciones de la punta del ala hacia abajo con un anédrico significativo , aumentando el área en la parte trasera del avión cuando se ve desde un lado. Cuando se combina con barrido y lavado, puede resolver otro problema. Con una distribución de sustentación elíptica convencional, el elevón descendente provoca una mayor resistencia inducida que hace que la aeronave se desvíe fuera del giro ("guiñada adversa"). El lavado inclina el vector aerodinámico neto (sustentación más resistencia) hacia adelante a medida que se reduce el ángulo de ataque y, en casos extremos, esto puede crear un empuje neto hacia adelante. La restauración de la sustentación exterior mediante el elevón crea un ligero empuje inducido para la sección trasera (exterior) del ala durante el giro. Este vector esencialmente tira del ala trasera hacia adelante para provocar una "guiñada proverbial", creando un giro naturalmente coordinado. En su conferencia de 1913 ante la Sociedad Aeronáutica de Gran Bretaña, Dunne describió el efecto como "ganancia tangencial". [3] La existencia de la guiñada inversa no se demostró hasta que la NASA voló su demostrador sin cola Prandtl-D . [4]
En algunos diseños de alas voladoras, las aletas estabilizadoras y los timones de control asociados estarían demasiado adelantados para tener mucho efecto, por lo que a veces se proporcionan medios alternativos para el control de guiñada .
Una solución al problema de control es la resistencia diferencial: la resistencia cerca de la punta de un ala aumenta artificialmente, lo que hace que el avión se desvíe en la dirección de esa ala. Los métodos típicos incluyen:
Una consecuencia del método de resistencia diferencial es que si la aeronave maniobra con frecuencia, con frecuencia creará resistencia. Por lo tanto, las alas voladoras funcionan mejor cuando navegan en aire en calma: en aire turbulento o al cambiar de rumbo, el avión puede ser menos eficiente que un diseño convencional.
Algunas aeronaves relacionadas que no son estrictamente alas de vuelo se han descrito como tales.
Algunos tipos, como el Northrop Flying Wing (NX-216H) , todavía tienen un estabilizador de cola montado en brazos de cola, aunque carecen de fuselaje.
Muchos alas delta y aviones ultraligeros no tienen cola. Aunque a veces se denominan alas voladoras, estos tipos llevan al piloto (y al motor, si está instalado) debajo de la estructura del ala en lugar de dentro de ella, por lo que no son verdaderas alas voladoras.
Una aeronave con forma delta marcadamente curvada y sección central profunda representa un caso límite entre configuraciones de ala voladora, cuerpo de ala combinada y/o cuerpo elevador .
Se ha experimentado con aviones sin cola desde los primeros intentos de volar. El británico JW Dunne fue uno de los primeros pioneros; sus diseños de biplanos y monoplanos de ala en flecha mostraban una estabilidad inherente ya en 1910. Su trabajo influyó directamente en varios otros diseñadores, incluido GTR Hill , que desarrolló una serie de diseños de aviones experimentales sin cola , conocidos colectivamente como Pterodáctilos de Westland-Hill , durante los años 1920 y principios de los 1930. [5] A pesar de los intentos de cumplir con las órdenes del Ministerio de Aviación , el programa Pterodactyl finalmente fue cancelado a mediados de la década de 1930 antes de que cualquier pedido para el Mk. Se emitió el VI. [6]
El alemán Hugo Junkers patentó su propio concepto de transporte aéreo basado únicamente en alas en 1910, considerándolo una solución natural al problema de construir un avión de pasajeros lo suficientemente grande como para transportar una carga razonable de pasajeros y suficiente combustible para cruzar el Atlántico en servicio regular. Creía que el volumen interno potencialmente grande del ala volante y su baja resistencia la convertían en un diseño obvio para esta función. Su ala de monoplano de cuerda profunda se incorporó al Junkers J 1, por lo demás convencional , en diciembre de 1915. En 1919 comenzó a trabajar en su diseño "Giant" JG1, destinado a acomodar pasajeros dentro de un ala gruesa, pero dos años más tarde, la Comisión Aeronáutica Aliada de El control ordenó la destrucción del JG1 incompleto por exceder los límites de tamaño de posguerra en los aviones alemanes. Junkers concibió alas voladoras futuristas para hasta 1.000 pasajeros; lo más cerca que estuvo de realizarse fue en el avión de pasajeros Junkers G.38 de 34 plazas Grossflugzeug de 1931 , que presentaba un ala grande de cuerda gruesa que proporcionaba espacio para combustible, motores y dos cabinas de pasajeros. Sin embargo, todavía se necesitaba un fuselaje corto para albergar a la tripulación y a los pasajeros adicionales.
El soviético Boris Ivanovich Cheranovsky comenzó a probar planeadores con alas voladoras sin cola en 1924. Después de la década de 1920, diseñadores soviéticos como Cheranovsky trabajaron de forma independiente y en secreto bajo Stalin . [7] Gracias a importantes avances en materiales y métodos de construcción, se hicieron posibles aviones como el BICh-3 , [8] BICh-14 y BICh-7A . Hombres como Chizhevskij y Antonov también se convirtieron en el centro de atención del Partido Comunista al diseñar aviones como el BOK-5 sin cola [9] (Chizhevskij) y el OKA-33 [10] (el primero construido por Antonov), que fueron designados como "motorizados". planeadores" debido a su similitud con los planeadores populares de la época. El BICh-11, desarrollado por Cheranovsky en 1932, [11] compitió con los hermanos Horten H1 y Adolf Galland en la Novena Competición de Planeadores en 1933, pero no fue demostrado en los Juegos Olímpicos de verano de 1936 en Berlín.
En Alemania , Alexander Lippisch trabajó primero en tipos sin cola antes de pasar progresivamente a las alas voladoras, mientras que los hermanos Horten desarrollaron una serie de planeadores con alas voladoras durante la década de 1930. El planeador H1 voló con éxito parcial en 1933, y el H2 posterior voló con éxito tanto en variantes de planeador como motorizadas. [12]
En Estados Unidos , a partir de la década de 1930 Jack Northrop trabajó de forma independiente en sus propios diseños. El Northrop N-1M , un prototipo a escala de un bombardero de largo alcance, voló por primera vez en 1940. En 1941, Northrop obtuvo un contrato de desarrollo para construir dos ejemplares del ala volante YB-35, un ala voladora muy grande de 4 motores con un luz de 172'. El desarrollo y la construcción de este avión continuaron durante la Segunda Guerra Mundial. [13] [14]
Otros ejemplos de verdaderas alas voladoras de la década de 1930 incluyen el planeador AV3 del francés Charles Fauvel de 1933 y el planeador estadounidense Freel Flying Wing volado en 1937. [15] que presenta un perfil aerodinámico autoestabilizador en un ala recta. [ cita necesaria ]
Durante la Segunda Guerra Mundial , los problemas aerodinámicos se entendieron lo suficiente como para comenzar a trabajar en una variedad de prototipos representativos de la producción. En la Alemania nazi , los hermanos Horten fueron entusiastas defensores de la configuración del ala volante, desarrollando sus propios diseños en torno a ella, utilizando únicamente en la época la "distribución de elevación en forma de campana" parecida a un pájaro de Prandtl. [16] Uno de esos aviones que produjeron fue el planeador Horten H.IV , que se produjo en pequeñas cantidades entre 1941 y 1943. [17] Varios otros diseños militares alemanes de finales de la guerra se basaron en el concepto de ala volante, o variaciones del mismo. , como una solución propuesta para ampliar el alcance de aviones que de otro modo serían de muy corto alcance propulsados por los primeros motores a reacción .
El prototipo de caza a reacción Horten Ho 229 voló por primera vez en 1944. [18] Combinaba un diseño de ala voladora, o Nurflügel , con un par de motores a reacción Junkers Jumo 004 en su segundo prototipo de estructura de avión, o "V2" (V de Versuch ); como tal, fue la primera ala voladora pura del mundo propulsada por motores a reacción gemelos y, según se informa, voló por primera vez en marzo de 1944. La V2 fue pilotada por Erwin Ziller, quien murió cuando un incendio en uno de sus motores provocó un accidente. Se hicieron planes para producir el tipo Gotha Go 229 durante las etapas finales del conflicto. A pesar de las intenciones de desarrollar el Go 229 y un Go P.60 mejorado para varias funciones, incluido el de caza nocturno , nunca se completó ningún Go 229 o P.60 construido por Gotha. El "V3" o tercer prototipo superviviente, que no voló y estaba casi terminado, fue capturado por las fuerzas estadounidenses y enviado de regreso para su estudio; Ha acabado almacenado en el Instituto Smithsonian . [19] [20]
Los aliados también hicieron varios avances relevantes en este campo utilizando una distribución de elevación elíptica convencional con superficies de cola verticales. Durante diciembre de 1942, Northrop voló el N-9M , un avión de desarrollo a escala de un tercio para un bombardero de largo alcance propuesto; [21] Se produjeron varios, todos menos uno fueron desguazados tras la terminación del programa de bombarderos. [22] En Gran Bretaña, el planeador Baynes Bat voló durante tiempos de guerra; Era un avión experimental a escala de un tercio destinado a probar la configuración para una posible conversión de tanques en planeadores temporales . [23]
El británico Armstrong Whitworth AW52 G de 1944 fue un banco de pruebas de planeadores para un gran avión de pasajeros de ala volante propuesto capaz de servir rutas transatlánticas . [24] [25] Al AW52G le siguió más tarde el Armstrong Whitworth AW52 , un modelo propulsado por un jet totalmente metálico capaz de alcanzar altas velocidades para la época; Se prestó gran atención al flujo laminar . [25] [26] Volado por primera vez el 13 de noviembre de 1947, el AW52 arrojó resultados decepcionantes; El primer prototipo se estrelló sin pérdidas de vidas el 30 de mayo de 1949, siendo la ocasión el primer uso de emergencia de un asiento eyectable por parte de un piloto británico. El segundo AW52 permaneció volando en el Royal Aircraft Establishment hasta 1954. [25]
Los proyectos para examinar el ala volante continuaron durante la posguerra . El trabajo en el bombardero de largo alcance YB-35, iniciado en 1941, continuó durante toda la guerra con máquinas de preproducción volando en 1946. Esto fue reemplazado al año siguiente por la conversión del tipo a propulsión a reacción como el YB-49 de 1947. .
Inicialmente, el diseño no ofrecía una gran ventaja en alcance en comparación con los diseños de bombarderos de pistón más lentos, principalmente debido al alto consumo de combustible de los primeros turborreactores; sin embargo, abrió nuevos caminos en velocidad para un avión grande.
El 9 de febrero de 1949, voló desde la Base de la Fuerza Aérea Edwards en California a la Base de la Fuerza Aérea Andrews, cerca de Washington, DC, para la demostración de poder aéreo del presidente Harry Truman. El vuelo se realizó en cuatro horas y 20 minutos, estableciendo un récord de velocidad transcontinental. [27] El YB-49 presentó algunos problemas menores de estabilidad lateral que estaban siendo rectificados por un nuevo sistema de piloto automático, cuando la versión del bombardero fue cancelada en favor del B-36, mucho más grande pero más lento. Se continuó desarrollando una versión de reconocimiento durante algún tiempo, pero el avión no entró en producción.
En la Unión Soviética, el BICh-26 , se convirtió en uno de los primeros intentos de producir un avión supersónico de alas volantes en 1948; [28] El autor de aviación Bill Gunston se refirió al BICh-26 como un adelantado a su tiempo. [29] Sin embargo, el avión no fue aceptado por el ejército soviético y el diseño murió con Cheranovsky.
Varias otras naciones también optaron por emprender proyectos de alas voladoras. Turquía era uno de esos países, el turco Hava Kurumu Ucak Fabrikasi produjo el planeador sin cola THK-13 durante 1948. [30] [31] Varios fabricantes británicos también exploraron el concepto en ese momento. Las primeras propuestas para el Avro Vulcan , un bombardero estratégico con armas nucleares diseñado por Roy Chadwick , también exploraron varias disposiciones de alas volantes, aunque el diseño final tenía un fuselaje. [32]
Ha habido un interés continuo en el ala volante para grandes funciones de transporte de carga o pasajeros. Boeing , McDonnell Douglas y Armstrong Whitworth han emprendido estudios de diseño sobre aviones de pasajeros con alas volantes ; sin embargo, todavía no se ha construido ningún avión de este tipo. [25]
Tras la llegada de los aviones supersónicos durante la década de 1950, el interés militar en el ala volante se redujo rápidamente, ya que el concepto de adoptar un ala gruesa que acomodara a la tripulación y el equipo entraba directamente en conflicto con el ala delgada óptima para vuelos supersónicos.
El interés por las alas voladoras se renovó en la década de 1980 debido a sus secciones transversales de reflexión de radar potencialmente bajas. La tecnología furtiva se basa en formas que reflejan las ondas del radar sólo en ciertas direcciones, lo que hace que la aeronave sea difícil de detectar a menos que el receptor del radar esté en una posición específica relativa a la aeronave, una posición que cambia continuamente a medida que la aeronave se mueve. [33] Este enfoque finalmente condujo al Northrop Grumman B-2 Spirit , un bombardero furtivo de ala voladora . [34] [35] En este caso, las ventajas aerodinámicas del ala volante no son las razones principales para la adopción del diseño. Sin embargo, los modernos sistemas de vuelo por cable controlados por computadora permiten minimizar muchos de los inconvenientes aerodinámicos del ala volante, lo que lo convierte en un bombardero de largo alcance eficiente y efectivamente estable. [36] [37]
Debido a la necesidad práctica de un ala profunda, el concepto de ala volante se adopta principalmente para aviones subsónicos . Ha habido un interés continuo en utilizarlo en el transporte de gran tamaño, donde el ala es lo suficientemente profunda como para contener carga o pasajeros. Varias empresas, incluidas Boeing , McDonnell Douglas y Armstrong Whitworth , han llevado a cabo estudios de diseño sobre aviones de pasajeros con alas volantes hasta la fecha; sin embargo, [25] aún no se han construido aviones de este tipo hasta 2023. [ cita necesaria ]
El ala volante bidireccional es un concepto de geometría variable que comprende un ala subsónica de larga envergadura y un ala supersónica de corta envergadura, unidas en forma de cruz desigual. Propuesta en 2011, el ala de baja velocidad tendría un perfil aerodinámico grueso y redondeado capaz de contener la carga útil y una envergadura larga para una alta eficiencia, mientras que el ala de alta velocidad tendría un perfil aerodinámico delgado y con bordes afilados y una envergadura más corta para vuelos bajos. arrastre a velocidad supersónica. La nave despegaría y aterrizaría con el ala de baja velocidad a través del flujo de aire, luego giraría un cuarto de vuelta para que el ala de alta velocidad mirara hacia el flujo de aire para un viaje supersónico. [38] La NASA ha financiado un estudio de la propuesta. [39] Se afirma que el diseño ofrece baja resistencia a las olas, alta eficiencia subsónica y reducido boom sónico.
Desde el final de la Guerra Fría se han producido numerosos vehículos aéreos no tripulados (UAV) con alas volante. Las naciones normalmente han utilizado este tipo de plataformas para el reconocimiento aéreo ; tales vehículos aéreos no tripulados incluyen el Lockheed Martin RQ-170 Sentinel [40] [41] y el Northrop Grumman Tern . [42] [43] Las empresas civiles también han experimentado con vehículos aéreos no tripulados, como el Facebook Aquila , como satélites atmosféricos . [44] [45] Se han producido varios prototipos de vehículos aéreos de combate no tripulados (UCAV), incluido el Dassault nEUROn , [46] el Sukhoi S-70 Okhotnik-B , [47] el DRDO Ghatak y el BAE Systems Taranis . [48]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )Hora diez. H-II Tanto en versión planeador como motorizada - (ver figuras 19 y 20)
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