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Ala en flecha
Esquema de un avin con configuracin de ala en flecha.
El ala en flecha es una configuracin alar comn en los aviones de
alta velocidad. La forma ms comn
de ala en flecha es con los extremos de stas dirigidos hacia
atrs, en vez de formar un ngulo recto
con el fuselaje, sin embargo, la configuracin opuesta (con los
extremos de las alas dirigidos hacia
adelante) tambin se utiliza en algunos aviones.
ndice
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1 Historia
2 Velocidad del sonido
3 Desventajas
4 Ala en flecha invertida
5 Referencias
6 Vase tambin
Historia[editar editar fuente]
Un B-52 Stratofortress mostrando unas alas en flecha con un
ngulo relativamente agudo para un avin de transporte.
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuselajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flechahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha#Historiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha#Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha#Desventajashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha#Ala_en_flecha_invertidahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha#Referenciashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha#V.C3.A9ase_tambi.C3.A9nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha?veaction=edit&vesection=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ala_en_flecha&action=edit§ion=1http://es.wikipedia.org/wiki/B-52_Stratofortresshttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ala_en_flecha.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ala_en_flecha.svghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aspect.ratio.b52.arp.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Aspect.ratio.b52.arp.jpg
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Las alas en flecha de un avin ejecutivo grande.
Este efecto ya era conocido hacia 1930, pero como los aviones
por esa poca volaban a velocidades
reducidas, se lo consideraba un tema de inters puramente
acadmico. La existencia de grandes
motores en la parte anterior de los aviones hacia difcil obtener
un ratio de fineza adecuado, y a pesar
de que era posible fabricar alas delgadas y anchas, estas
caractersticas resultaban en una reduccin
en su resistencia. El avin britnicoSupermarine Spitfire utiliz
alas tan delgadas como era posible para
disminuir la resistencia a altas velocidades, aunque esto
produjo una serie de problemas aerodinmicos
tales como inversin de los efectos de los controles. Los diseos
alemanes en cambio optaron por alas
ms gruesas de mayor resistencia y mayor espacio interno que
permitan guardar el tren de aterrizaje,
combustible y armamento, aunque a costa de una mayor
resistencia.
Los ingenieros alemanes ya haban presentado una solucin en una
reunin de temas de aeronutica
que tuvo lugar en 1935 en Roma Italia. En su presentacin
hicieron observar que el espesor del ala para
los clculos se deba medir a lo largo de la direccin del flujo de
aire en vez de medirlo a lo largo de la
lnea de la cuerda del ala. De esta forma un ala gruesa poda ser
"adelgazada" al rotarla hasta lograr un
ngulo relativo a la direccin del flujo de aire orientndola para
atrs (en flecha). Dado que por esa
poca la velocidad mxima de los aviones apenas alcanzaba los 400
km/h, la presentacin alemana no
tuvo una aplicacin inmediata.
Con la introduccin de los motores de reaccin en la ltima mitad
de la Segunda Guerra Mundial la
aplicacin del ala en flecha se hizo oportuna. Los aviones
alemanes Messerschmitt Me 262 (con
motores de turbina, de planta alar parecida a la de muchos
aviones comerciales ms recientes)
y Messerschmitt Me 163 (impulsado por un motor cohete) sufran
los efectos de la compresibilidad, lo
que los haca muy difciles de controlar a altas velocidades.
Adems las altas velocidades los situaban el
el rgimen de wave drag, y cualquier cosa que pudiera reducir
este efecto incrementara las
prestaciones de estos aparatos, sobre todo el reducidsimo tiempo
de vuelo, del orden de minutos del
http://es.wikipedia.org/wiki/1930http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ratio_de_fineza&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Supermarine_Spitfirehttp://es.wikipedia.org/wiki/Italiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reactor_(motor)http://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_Guerra_Mundialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Messerschmitt_Me_262http://es.wikipedia.org/wiki/Messerschmitt_Me_163http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Biz_Jet_-_Swept_Wings_and_Tail.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Biz_Jet_-_Swept_Wings_and_Tail.jpg
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Me-163, del que se dice que fue el primer avin en superar los
1000 km/h, hecho que no divulgaron por
mantener el secreto de sus avances durante la guerra.
Por dichas razones se lanz un plan masivo para introducir diseos
de alas en flecha, tanto para los
aviones de caza como para los bombarderos. Para ello se construy
el Messerschmitt Me P.1101, como
avin prototipo, para investigar las caractersticas y
particularidades del diseo y establecer cuales eran
los ngulos ptimos de la flecha para las alas, fue el primer avin
movido por turbina a reaccin que
prob el concepto del ala con flecha de ngulo variable. Ninguno
de los diseos estuvo consolidado
como para ser utilizado antes de finalizar la Segunda Guerra
Mundial, pero el ejrcito norteamericano
captur el P.1011 y lo envi a Estados Unidos. En Estados Unidos
se construyeron dos copias con
motores norteamericanos que se utilizaron para avanzar en la
investigacin y que fueron conocidos
como Bell X-5, este avin result inestable, y no se consigui la
estabilidad de los aviones con flecha de
ngulo variable hasta que se aadi en la raz del ala, una seccin
de pequea longitud y flecha fija de
gran ngulo, en la que se articulaba la seccin del ala con ngulo
de flecha variable. Theodore von
Krmn relata que el ingeniero principal de Boeing envi un cable
al departamento de diseo de su
empresa para parar el diseo de un bombardero en el que estaban
trabajando, al ver en 1945 los datos
de tnel de viento de maquetas de avin con alas en flecha en un
laboratorio alemn abandonado en
Braunschweig, esa informacin dio lugar al primer bombardero de
la USAF con alas en flecha, el B-47.
La introduccin en la aeronutica de los avances alemanes en el
campo de las alas en flecha caus una
pequea revolucin, y casi todos los diseos en curso se
modificaron para incorporar alas en flecha.
Una vctima interesante fue el britnico Miles M-52, que era un
intento de romper la barrera del sonido
con un diseo de ala recta. Cuando sali a la luz el diseo de ala
en flecha, el proyecto fue cancelado,
ya que se pensaba que tendra demasiada resistencia como para
romper la barrera del sonido, pero sin
embargo, poco despus en EEUU hicieron exactamente eso con el
Bell X-1. En 1945, Robert T.
Jones un ingeniero del NACA desarroll la teora del barrido que
perfeccion el concepto de ala en
flecha y permiti estudiar su capacidad de reducir los efectos de
la onda de choque en los nmeros
de Mach crticos. A principio de los aos 1950 la mayora de los
aviones de combate utilizaban alas en
flecha. Fue entonces cuando sali a la luz otro problema
descubierto por los alemanes.
Velocidad del sonido[editar editar fuente]
http://es.wikipedia.org/wiki/Bombarderohttp://es.wikipedia.org/wiki/Messerschmitt_Me_P.1101http://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_Guerra_Mundialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Bell_X-5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Miles_M-52&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Bell_X-1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Robert_T._Jones&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Robert_T._Jones&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/NACAhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Teor%C3%ADa_del_barrido&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_Machhttp://es.wikipedia.org/wiki/A%C3%B1os_1950http://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha?veaction=edit&vesection=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ala_en_flecha&action=edit§ion=2http://commons.wikimedia.org/wiki/File:F-14_breaks_the_sound_barrier.jpg
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F-14 Tomcat, un ejemplo de aeronave con alas de geometra
variable, en este caso en configuracin para alta velocidad
(ngulo de las alas ms agudo) para romper mejor la barrera del
sonido
Las alas en flecha se emplean en aviones que realizan parte de
sus vuelos en velocidades en torno a
la velocidad del sonido. Inicialmente slo se utilizaron en
aviones de combate, pero actualmente pueden
verse en prcticamente todos los aviones de reaccin, incluyendo
aviones de lnea regular o privados.
Cuando una aeronave se aproxima a la velocidad del sonido,
empieza a aparecer el fenmeno conocido
como "buffer".1 El aire alcanza velocidades supersnicas en los
extremos de las alas y esta zona de
velocidad supersnica acaba en una onda de choque oblicua, que es
prcticamente perpendicular en la
parte superior del ala. Las prdidas de la onda de choque normal
aumentan la resistencia. El choque
puede hacerse ms oblicuo haciendo que el perfil de la aeronave
cambie tan gradualmente como sea
posible (alta finura o fineness ratio en ingls).
En lugar de cambiar el perfil es posible actuar indirectamente
mediante oscilacin del alas o extendiendo
las alas con cuerpos anti-choque, los cuales producen efectos
mnimos a bajas velocidades. Estos
mtodos tambin desplazan el choque en otra direccin (que no es
visible en una vista en corte del perfil
alar) especialmente con alas en flecha hacia adelante: el choque
ocurre cerca del borde de ataque. El
barrido hacia atrs junto con la finura suelen ser tiles slo con
alas en flecha invertida.
Para vuelos supersnicos el borde de ataque del ala debe ser muy
afilado o en flecha hacia atrs.
Desventajas[editar editar fuente]
Alas rectas de un avin ligero Maule M-7-235B Super Rocket
Cuando un avin con alas en flecha vuela a gran velocidad, el
flujo de aire tiene poco tiempo para
reaccionar y simplemente fluye en lnea recta de delante a atrs
sobre el ala. A velocidades ms bajas,
el aire s tiene tiempo para reaccionar, y sufre un empuje a lo
largo de la envergadura por el borde de
ataque en ngulo, hacia las puntas de las alas. En la raz de las
alas, junto al fuselaje, esto no tiene un
efecto perceptible, pero al acercarse a las puntas, el flujo de
aire es empujado a lo largo de la
http://es.wikipedia.org/wiki/F-14_Tomcathttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bufferhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha#cite_note-avion249-1http://es.wikipedia.org/wiki/Finurahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Oscilaci%C3%B3n_del_ala&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/F-104_Starfighterhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha?veaction=edit&vesection=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ala_en_flecha&action=edit§ion=3http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:F-14_breaks_the_sound_barrier.jpghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Maule.m7-235b.arp.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Maule.m7-235b.arp.jpg
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envergadura, no slo por el borde de ataque, sino por todo el
aire que se mueve a lo largo de la
envergadura junto a l. As, en los extremos, el flujo de aire se
mueve a lo largo del ala, en vez de pasar
sobre ella, este fenmeno se conoce como flujo de
envergadura.
En las alas, la sustentacin alar la produce el fluir del aire
sobre ella de delante a atrs. Al aumentar el
flujo a lo largo de la envergadura, las capas lmite sobre la
superficie del ala tienen un mayor recorrido, y
as, son ms gruesas y ms susceptibles al trnsito a flujo
turbulento o separacin del flujo; igualmente,
el alargamiento efectivo del ala es menor, y as, hay "fugas" de
aire alrededor de los extremos de las
alas, reduciendo su eficacia, y la sustentacin al despegue. El
flujo a lo largo de la envergadura en las
alas aflechadas genera un flujo de aire que mueve el punto de
estancamiento en el borde de ataque de
cualquier seccin concreta del ala an ms bajo el borde de ataque,
lo que incrementa el ngulo de
ataque efectivo de los sectores del ala respecto al adyacente
anterior. El resultado es que los sectores
del ala an ms atrs actan en ngulos de ataque cada vez mayores,
lo que fomenta una prdida
precoz de esos sectores. Esto hace que en las alas con flecha
hacia atrs entren en prdida los
extremos, al ser las puntas lo ms posterior, mientras retrasa la
entrada en prdida de los extremos en
las alas con flecha hacia delante, en que las puntas estn
adelantadas. Normalmente no es un
problema, pero como los aviones reducen la velocidad para
aterrizar, los extremos pueden en la prctica
entrar en la zona de entrada en prdida incluso a velocidades
donde dicha prdida no debera ocurrir.
Tanto en las alas con flecha hacia atrs como con flecha hacia
delante, la parte posterior del ala entra
en prdida antes. Esto produce un momento de encabritamiento o de
aumento del ngulo de ataque, y
as la sustentacin neta -centro de presiones- se desplaza hacia
delante. Si el piloto no lo corrige, el
movimiento del morro hacia arriba se acenta, lo que provoca que
entre en prdida una mayor parte del
ala, lo que aumenta el alzamiento del morro, etc. Este problema
acab siendo conocido como Sabre
dance en referencia a los North American F-86 Sabre que tuvieron
accidentes en los aterrizajes como
resultado de estos problemas.
Se desarrollaron varias soluciones para este problema. Una fue
el agregado de una placa o aleta de
metal llamada wing fence sobre la superficie superior del ala
-extrads- para re-encauzar el flujo hacia
atrs (esta solucin se us por ejemplo en el MiG-15), otro diseo
similar fue el aadir una muesca en
diente de perro en el borde de ataque (Avro Arrow). Otros diseos
siguieron ideas ms radicales,
incluyendo el ala del XF-91 Thunderceptor que se ensanchaba
hacia el extremo para dar ms
sustentacin en los extremos, y los britnicos se inclinaron por
una planta del ala en
medialuna compound sweep o ala cimitarra que tena una mayor
flecha junto a la raz del ala,
aflechamiento que se iba reduciendo a lo largo de la
envergadura, al igual que el espesor del ala,
utilizada en el Handley Page Victor, uno de los Bombarderos
Serie V.
Las soluciones modernas al problema ya no precisan diseos
"personalizados" como estos. La adicin
de slats -ranuras- en el borde de ataque y grandes flaps
compuestos dispositivo hipersustentador en las
http://es.wikipedia.org/wiki/Entrada_en_p%C3%A9rdidahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sabre_dance&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sabre_dance&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/North_American_F-86_Sabrehttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wing_fence&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/MiG-15http://es.wikipedia.org/wiki/Avro_Arrowhttp://es.wikipedia.org/wiki/XF-91_Thunderceptorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Handley_Page_Victorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bombarderos_Serie_Vhttp://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_hipersustentador
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alas ha resuelto ampliamente el problema. En diseos de cazas la
adicin de extensiones en el borde
de ataque, hecha para mejorar la maniobrabilidad, tambin sirve
para aadir sustentacin durante el
aterrizaje y reducir el problema.
El ala en flecha tiene varios problemas ms. Uno es que sea cual
sea la longitud del ala, la envergadura
real extremo a extremo es ms corta que la de cualquier ala que
no sea en flecha. La resistencia a baja
velocidad est fuertemente relacionada con la relacin de aspecto
-alargamiento-, la envergadura
comparada con la cuerda; un ala en flecha siempre tiene ms
resistencia a baja velocidad. Otro
problema es el par aplicado por el ala al fuselaje, ya que buena
parte de la sustentacin que produce el
ala queda detrs del punto en que la raz del ala se une al avin.
Finalmente, mientras es realmente fcil
hacer pasar los spars -largueros- principales del ala de un lado
al otro del fuselaje en un diseo de ala
recta, para usar una nica pieza contnua de metal, esto no es
posible en el ala en flecha porque
los largueros se encontraran en ngulo.
Ala en flecha invertida[editar editar fuente]
Grumman X-29 un avin experimental mostrando un ejemplo extremo
de alas en flecha dirigidas hacia adelante.
Artculo principal: Ala en flecha invertida.
El aflechar una ala hacia delante viene a tener el mismo efecto
que hacia atrs en trminos de reduccin
de la resistencia, pero tiene otras ventajas en trminos de
control a baja velocidad, ya que el problema
de entrada en prdida de los extremos de las alas desaparece. En
este caso, el aire a baja velocidad
fluye hacia el fuselaje, que acta como una placa o aleta de ala
de gran tamao. Adems, en todos los
casos las alas suelen ser ms anchas en la raz, lo que permite
que produzcan ms sustentacin a baja
velocidad.
Sin embargo, esta disposicin tiene serios problemas de
estabilidad. El sector ms posterior del ala
entra en prdida antes, produciendo una fuerza de levantamiento
del morro que pone al avin an ms
en prdida, igual que con la flecha hacia atrs. As, las alas con
flecha hacia delante son inestables en
forma parecida a los problemas a baja velocidad de las alas con
flecha convencional hacia atrs. Sin
embargo, y a diferencia de las alas con flecha hacia atrs, los
extremos de un ala con un diseo de
flecha hacia delante entrarn en prdida los ltimos, lo que
permite mantener el control de alabeo.
Las alas con flecha hacia delante puede sufrir unos peligrosos
efectos de torsin, comparados con la
flecha hacia atrs, que pueden anular la ventaja respecto a la
entrada en prdida de los extremos si el
http://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_de_aspectohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha?veaction=edit&vesection=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ala_en_flecha&action=edit§ion=4http://es.wikipedia.org/wiki/Grumman_X-29http://es.wikipedia.org/wiki/Ala_en_flecha_invertidahttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Grumman-X29-InFlight.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Grumman-X29-InFlight.jpg
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ala no es suficientemente rgida. En los diseos con flecha hacia
atrs, cuando el avin maniobra con un
alto factor de carga, la carga alar y la geometra tuercen el ala
de forma que producen una correccin
(los extremos se doblan haciendo que el borde de ataque baje),
esto reduce el ngulo de ataque en el
extremo del ala, lo que reduce la fuerza de torsin sobre el ala,
y en cierto modo la entrada en prdida
de los extremos. Sin embargo, el mismo fenmeno en las alas con
flecha hacia delante refuerza el
efecto, lo que aumenta el ngulo de ataque e induce la entrada en
prdida del extremo.
A pesar de eso, este diseo proporciona al avin una
extraordinaria agilidad y maniobrabilidad; lo utiliz
en la IIGM el Junkers 287. El Grumman X-29 de 1984fue un
proyecto experimental que permiti probar
la mejora de la maniobrabilidad que aportaba esta tecnologa. El
Su-47 Berkut es otro notable ejemplo
de empleo de esta solucin tcnica. Con las alas en flecha
invertida se hacen necesarios los sistemas
de vuelo asistidos por ordenador y los sistemas fly by wire.
Si el ngulo de la flecha hacia delante no es excesivo, la
inestabilidad no es tan acusada, y se ha
utilizado esta configuracin en muy diversos aviones, para
desplazar el larguero a una posicin
adecuada, como en el Junkers Ju 287 o el HFB-320 Hansa Jet y en
planeadores biplazas a fin de hacer
coincidir el centro de masas -centro de gravedad- y el centro de
empuje -centro de presiones- de la
aeronave. Esto es necesario para permitir que el nacimiento de
las alas sparest situado tras el asiento
trasero del aparato. Un gran aflechamiento, adecuado para
aviones rpidos, como los cazas, era
imposible hasta la introduccin de los sistemas de "fly by wire"
-vuelo elctrico- que pueden reaccionar
con suficiente rapidez como para contrarrestar esas
inestabilidades. El Grumman X 29 era un proyecto
experimental de demostracin de tecnologa diseado para probar el
concepto del ala con flecha hacia
delante para mejorar la maniobrabilidad. Otro ejemplo notable
del uso de esta tecnologa es el Su-47
Berkut. Sin embargo, no ha entrado en fase de produccin ningn
diseo con alas de gran
aflechamiento hacia delante.
http://es.wikipedia.org/wiki/Grumman_X-29http://es.wikipedia.org/wiki/1984http://es.wikipedia.org/wiki/Sujoi_Su-47http://es.wikipedia.org/wiki/Fly_by_wirehttp://es.wikipedia.org/wiki/Planeadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_masashttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Centro_de_empuje&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Spar_(aviaci%C3%B3n)&action=edit&redlink=1
