Un ala elíptica es una forma de ala cuyos bordes anterior y posterior se aproximan cada uno a dos segmentos de una elipse . No debe confundirse con las alas anulares , que pueden tener forma elíptica.
Relativamente pocos aviones han adoptado el ala elíptica, un número aún menor de los cuales alcanzó la producción en masa ; la mayoría de los aviones que utilizaron esta característica se introdujeron durante los años 1930 y 1940. Quizás el avión más famoso que presenta un ala elíptica es el Supermarine Spitfire , un avión de combate británico de la Segunda Guerra Mundial . Otra aplicación importante fue el Heinkel He 70 "Blitz", un avión de correo rápido y bombardero de reconocimiento alemán ; las primeras versiones del bombardero He 111 también utilizaron esta configuración de ala antes de que se adoptara un diseño más simple por razones económicas.
En teoría, la forma más eficiente de crear sustentación es generarla en una distribución elíptica a lo largo del ala. [1] No existe una superioridad inherente a las formas elípticas puras, y las alas con otras formas de planta se pueden optimizar para dar distribuciones de sustentación elípticas a lo largo del ala.
La forma básica del ala elíptica también tiene desventajas:
Para que un ala tenga una distribución de área elíptica, no es necesario que tanto el borde de ataque como el de salida sean curvos. Si uno de ellos es recto, como en la forma semielíptica, el ala puede tener una distribución de área elíptica. Se han construido varios aviones de este tipo; uno de los más exitosos es el Seversky P-35 estadounidense .
Durante la posguerra , el perfil de ala semielíptico se estudió ampliamente por sus propiedades de efecto suelo ; se postuló que sería adecuado para vehículos de efecto suelo (que operan cerca del agua, en efecto suelo, para evitar la mayor resistencia inducida que se produce fuera del efecto suelo). El bajo nivel de resistencia inducida producida por un ala semielíptica sería beneficioso para estos vehículos. [6]
El teórico aerodinámico británico Frederick Lanchester fue quizás la primera persona en escribir en detalle sobre el ala elíptica, habiéndolo hecho durante 1907. [7] Ludwig Prandtl redescubrió esto de forma independiente en 1917-1918 . A pesar de esta ventaja temprana, el ala elíptica fue vista inicialmente como un concepto más teórico que uno de aplicación práctica, en parte debido a la necesidad imperiosa de lograr un equilibrio entre las propiedades aerodinámicas de una aeronave y sus otros aspectos de diseño. Pasaría bastante tiempo antes de que se hiciera un uso práctico de la forma en planta . [7]
El primer avión en utilizar el ala elíptica fue el Bäumer Sausewind , un avión deportivo ligero alemán que realizó su vuelo inaugural el 26 de mayo de 1925. Sus diseñadores, los hermanos Günther, se unirían posteriormente al fabricante de aviones alemán Heinkel y aplicarían sus diseños, incluida el ala elíptica, a varios proyectos diferentes llevados a cabo por la firma. [8] A principios de la década de 1930, Heinkel desarrolló un avión correo rápido y un bombardero de reconocimiento , el Heinkel He 70 "Blitz", que presentaba el ala elíptica. Demostró tener un rendimiento excelente para la época, estableciendo ocho récords mundiales individuales relacionados con la velocidad sobre la distancia, habiendo alcanzado supuestamente una velocidad máxima de 377 km/h (222 mph). [9]
Poco después, Heinkel desarrolló el bombardero He 111 , que realizó su primer vuelo el 24 de febrero de 1935. En comparación con el He 70 anterior, era un avión más grande que inicialmente se hizo pasar por un avión de pasajeros civil a pesar de haber sido desarrollado desde su concepción para proporcionar a la naciente Luftwaffe un bombardero medio rápido ; este engaño se debió a las restricciones impuestas a Alemania después de la Primera Guerra Mundial que prohibían el desarrollo o despliegue de aviones bombarderos. [8] A pesar de que el tipo se produjo en grandes cantidades antes y durante la Segunda Guerra Mundial , solo los primeros modelos de producción del He 111 estaban equipados con un ala elíptica. [10] La razón principal para abandonar el ala elíptica del He 111 en favor de una con bordes de ataque y de salida rectos fue económica, este último diseño podría fabricarse con mayor eficiencia. [11]
Quizás la compañía aeronáutica más comúnmente asociada con el ala elíptica fue el fabricante británico Supermarine . A principios de la década de 1920, el diseñador jefe de la compañía, Reginald Mitchell , había desarrollado el Supermarine S.4 , un hidroavión de carreras británico de ala elíptica ; realizó su primer vuelo durante 1924. Si bien los sucesores directos del S.4 presentaban un ala diseñada por un diseñador diferente, Mitchell siguió siendo un defensor de la forma en planta. [12] En 1934, Mitchell y su personal de diseño se dedicaron a diseñar un nuevo avión de combate para la Royal Air Force . Decidieron utilizar una forma de ala semielíptica para resolver dos requisitos conflictivos; el ala necesitaba ser delgada para permitir un alto número crítico de Mach , pero tenía que ser lo suficientemente gruesa para albergar el tren de aterrizaje retráctil, el armamento y la munición. Una forma en planta elíptica es la forma aerodinámica más eficiente para un ala sin torsión, lo que genera la menor cantidad de resistencia inducida . La forma semielíptica de la planta estaba inclinada de modo que el centro de presión, que se produce cerca de la posición del cuarto de cuerda en todas las velocidades, excepto en las más altas, estaba cerca del larguero principal, lo que impedía que las alas se torcieran. El Spitfire realizó su vuelo inaugural el 5 de marzo de 1936. [12]
El ala elíptica se decidió desde el principio. Aerodinámicamente era la mejor para nuestro propósito porque la resistencia inducida causada al producir sustentación era menor cuando se usaba esta forma: la elipse era... teóricamente una perfección... Para reducir la resistencia, queríamos la menor relación posible entre grosor y cuerda, acorde con la resistencia necesaria. Pero cerca de la raíz, el ala tenía que ser lo suficientemente gruesa para acomodar los trenes de aterrizaje retraídos y los cañones... Mitchell era un hombre intensamente práctico... La elipse era simplemente la forma que nos permitía tener el ala más delgada posible con espacio en el interior para llevar la estructura necesaria y las cosas que queríamos meter. Y se veía bien.
Beverly Shenstone [13]
En ocasiones, se ha acusado a Mitchell de copiar la forma del ala del Heinkel He 70. Las comunicaciones entre Ernest Heinkel y Mitchell durante la década de 1930 demuestran que Mitchell conocía el He 70 y su rendimiento. [7] Sin embargo, Beverley Shenstone , la aerodinámica del equipo de Mitchell, observó que: "Nuestra ala era mucho más delgada y tenía una sección bastante diferente a la del Heinkel. En cualquier caso, habría sido simplemente buscarse problemas haber copiado la forma del ala de un avión diseñado para un propósito completamente diferente". [14]
Casi todos los Republic P-47 Thunderbolt , un avión de combate estadounidense , estaban equipados con alas elípticas; solo los últimos modelos de producción eran diferentes, ya que presentaban puntas de ala cuadradas, similares a las variantes de baja altitud Spitfire. [7] El Aichi D3A , un bombardero en picado japonés operado por la Armada Imperial Japonesa , también usaba un ala elíptica que tenía una similitud considerable con la del He 70. [15] El caza Mitsubishi A5M también utilizaba un diseño de ala elíptica. [16] Varios otros tipos tenían formas en planta que diferían relativamente poco de la elíptica. El avión de combate Hawker Tempest II , que más tarde se convirtió en el Hawker Fury y el Hawker Sea Fury , también utilizaba una forma en planta de ala casi elíptica, aunque cuadrada en las puntas. [17] [18]
Desde 2009, la compañía aeronáutica británica Swift Aircraft habría estado desarrollando un avión biplaza de categoría Very Light Aircraft , Light-sport Aircraft y CS-23, el Swift Aircraft Swift , que cuenta con alas elípticas. [19]