Ala

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Un KC-10 Extender de ala en flecha (arriba) reposta un F-22 Raptor de ala trapezoidal .

Un ala es un tipo de aleta que produce sustentación mientras se mueve a través del aire o algún otro fluido . En consecuencia, las alas tienen secciones transversales aerodinámicas que están sujetas a fuerzas aerodinámicas y actúan como superficies aerodinámicas . La eficiencia aerodinámica de un ala se expresa como su relación de sustentación / arrastre . La sustentación que genera un ala a una velocidad y ángulo de ataque dados puede ser de uno a dos órdenes de magnitud mayor que la resistencia total del ala. Una alta relación entre sustentación y arrastre requiere un empuje significativamente menor para propulsar las alas por el aire con suficiente sustentación.

Las estructuras de elevación utilizadas en el agua incluyen varias láminas , como hidroalas . La hidrodinámica es la ciencia que gobierna, más que la aerodinámica. Las aplicaciones de láminas submarinas se producen en hidroaviones , veleros y submarinos .

Etimología y uso [ editar ]

Durante muchos siglos, la palabra "ala", del nórdico antiguo vængr , [1] se refería principalmente a las extremidades más importantes de las aves (además del pasillo arquitectónico). Pero en los últimos siglos, el significado de la palabra se ha extendido para incluir apéndices que producen sustentación de insectos , murciélagos , pterosaurios , bumeranes , algunos veleros y aviones , o el perfil aerodinámico invertido en un automóvil de carreras que genera una fuerza descendente para aumentar la tracción. [ cita requerida ]

Aerodinámica [ editar ]

Condensación en la región de baja presión sobre el ala de un Airbus A340 , pasando por aire húmedo
Los flaps (verdes) se utilizan en varias configuraciones para aumentar el área del ala y aumentar la sustentación. Junto con los spoilers (rojo), los flaps maximizan la resistencia y minimizan la sustentación durante el aterrizaje.

El diseño y análisis de las alas de los aviones es una de las principales aplicaciones de la ciencia de la aerodinámica , rama de la mecánica de fluidos . En principio, las propiedades del flujo de aire alrededor de cualquier objeto en movimiento se pueden encontrar resolviendo las ecuaciones de dinámica de fluidos de Navier-Stokes . Sin embargo, a excepción de las geometrías simples, estas ecuaciones son notoriamente difíciles de resolver y se utilizan ecuaciones más simples. [2]

Para que un ala produzca sustentación , debe estar orientada en un ángulo de ataque adecuado . Cuando esto ocurre, el ala desvía el flujo de aire hacia abajo cuando pasa por el ala. Dado que el ala ejerce una fuerza sobre el aire para cambiar su dirección, el aire también debe ejercer una fuerza igual y opuesta sobre el ala, lo que resulta en diferentes presiones de aire sobre la superficie del ala. [3] [4] [5] [6]

Forma transversal [ editar ]

Un perfil aerodinámico ( inglés americano ) o perfil aerodinámico ( inglés británico ) es la forma de un ala, pala (de una hélice , rotor o turbina ) o vela (como se ve en sección transversal ). Las alas con una sección transversal asimétrica son la norma en el vuelo subsónico . Las alas con una sección transversal simétrica también pueden generar elevación mediante el uso de un ángulo de ataque positivo para desviar el aire hacia abajo. Los perfiles aerodinámicos simétricos tienen mayores velocidades de pérdida que los perfiles arqueados de la misma área del ala [7] pero se utilizan enAeronaves acrobáticas [ cita requerida ] ya que brindan un rendimiento práctico ya sea que la aeronave esté en posición vertical o invertida. Otro ejemplo proviene de los veleros, donde la vela es una membrana delgada sin diferencia de longitud de trayectoria entre un lado y el otro. [8]

Para velocidades de vuelo cercanas a la velocidad del sonido ( vuelo transónico ), se utilizan superficies aerodinámicas con formas asimétricas complejas para minimizar el aumento drástico de la resistencia asociada con el flujo de aire cerca de la velocidad del sonido. [9] Tales superficies aerodinámicas, llamadas superficies aerodinámicas supercríticas , son planas en la parte superior y curvas en la parte inferior. [10]

Características de diseño [ editar ]

El ala de un aterrizaje BMI Airbus A319-100 . Se extienden las lamas en su borde de ataque y las solapas en su borde de fuga .

Las alas de las aeronaves pueden presentar algunas de las siguientes características:

  • Una sección transversal redondeada del borde de ataque
  • Una sección transversal afilada del borde de fuga
  • Dispositivos de vanguardia como listones , ranuras o extensiones
  • Dispositivos de borde de fuga como flaps o flaperons (combinación de flaps y alerones)
  • Aletas para evitar que los vórtices de las puntas de las alas aumenten la resistencia y disminuyan la sustentación
  • El diedro , o un ángulo de ala positivo con respecto a la horizontal, aumenta la estabilidad de la espiral alrededor del eje de balanceo, mientras que el anédrico , o un ángulo de ala negativo con respecto a la horizontal, disminuye la estabilidad de la espiral.

Las alas de las aeronaves pueden tener varios dispositivos, como flaps o listones que el piloto usa para modificar la forma y el área de la superficie del ala para cambiar sus características operativas en vuelo.

  • Alerones (generalmente cerca de las puntas de las alas) para hacer rodar la aeronave en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario a las agujas del reloj sobre su eje largo
  • Spoilers en la superficie superior para interrumpir el levantamiento y proporcionar tracción adicional a una aeronave que acaba de aterrizar pero aún se está moviendo.
  • Los generadores de vórtice mitigan la separación del flujo a bajas velocidades y altos ángulos de ataque, especialmente sobre superficies de control. [11]
  • Vallas de ala para mantener el flujo unido al ala al detener la separación de la capa límite de la dirección de propagación del rollo.
  • Las alas plegables permiten más almacenamiento de aviones en el espacio confinado de la cubierta del hangar de un portaaviones
  • Ala de barrido variable o "alas oscilantes" que permiten alas extendidas durante el vuelo a baja velocidad (es decir, despegue y aterrizaje) y alas hacia atrás para vuelo a alta velocidad (incluido vuelo supersónico ), como en el F-111 Aardvark , el F-14 Tomcat , el Panavia Tornado , el MiG-23 , el MiG-27 , el Tu-160 y los aviones de combate B-1B Lancer
  • Strakes para mejorar las características de vuelo.
  • Chine , que puede mezclarse con el ala
  • Solapa abatible de vanguardia , un dispositivo de gran elevación
  • Carenados , estructuras cuya función principal es producir un contorno suave y reducir el arrastre. Por ejemplo, carenados de pista de flaps

Las alas pueden tener otras superficies independientes menores .

Aplicaciones y variantes [ editar ]

Además de los aviones de ala fija , las aplicaciones para formas de ala incluyen:

En la naturaleza [ editar ]

En la naturaleza, las alas han evolucionado en insectos , pterosaurios , dinosaurios ( aves ) y mamíferos ( murciélagos ) como medio de locomoción . Varias especies de pingüinos y otros voladoras o no voladora aves acuáticas como alcas , cormoranes , araos , pardelas , Eider patos y Scoter del salto y petreles son nadadores ávidos, y usar sus alas para impulsarse a través del agua. [12]

Formas de alas en la naturaleza

Estructuras de tracción [ editar ]

En 1948, Francis Rogallo inventó un ala extensible en forma de cometa sostenida por puntales inflados o rígidos, que marcó el comienzo de nuevas posibilidades para los aviones. [13] Casi con el tiempo, Domina Jalbert inventó unas gruesas alas aerodinámicas flexibles y sin sparred. Desde entonces, estas dos nuevas ramas de alas se han estudiado y aplicado ampliamente en nuevas ramas de aeronaves, alterando especialmente el panorama de la aviación recreativa personal. [14]

Ver también [ editar ]

Mundo natural:

Aviación:

Navegación:

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Diccionario de etimología en línea" . Etymonline.com . Consultado el 25 de abril de 2012 .
  2. ^ "Ecuaciones de Navier-Stokes" . Grc.nasa.gov . 2012-04-16 . Consultado el 25 de abril de 2012 .
  3. ^ "... el efecto del ala es darle a la corriente de aire una componente de velocidad descendente. La fuerza de reacción de la masa de aire desviada debe actuar entonces sobre el ala para darle una componente ascendente igual y opuesta". En: Halliday, David; Resnick, Robert, Fundamentos de la física 3ª edición , John Wiley & Sons, pág. 378
  4. ^ "Si el cuerpo se forma, se mueve o se inclina de tal manera que se produce una desviación neta o un giro del flujo, la velocidad local cambia en magnitud, dirección o ambas. Cambiar la velocidad crea una fuerza neta en el cuerpo " " Levantar desde el flujo girando " . Centro de Investigación Glenn de la NASA . Consultado el 29 de junio de 2011 .
  5. ^ "La causa de la fuerza de elevación aerodinámica es la aceleración hacia abajo del aire por el perfil aerodinámico ..." Weltner, Klaus; Ingelman-Sundberg, Martin, Physics of Flight - revisado , archivado desde el original el 19 de julio de 2011
  6. ^ "Teoría de elevación incorrecta" . www.grc.nasa.gov .
  7. ^ EV Laitone, Pruebas de alas en túnel de viento en números de Reynolds por debajo de 70 000, Experimentos en fluidos 23 , 405 (1997). doi : 10.1007 / s003480050128
  8. ^ "... considere una vela que no es más que un ala vertical (que genera una fuerza lateral para propulsar un yate). ... es obvio que la distancia entre el punto de estancamiento y el borde de fuga es más o menos la misma en ambos lados. Esto se vuelve exactamente cierto en ausencia de un mástil, y claramente la presencia del mástil no tiene ninguna consecuencia en la generación de sustentación. Por lo tanto, la generación de sustentación no requiere distancias diferentes alrededor de las superficies superior e inferior " . Holger Babinsky ¿Cómo funcionan las alas? Educación física, noviembre de 2003, PDF
  9. ^ John D. Anderson, Jr. Introducción al vuelo 4th ed página 271.
  10. ^ 'Las alas supercríticas tienen una apariencia plana en la parte superior "al revés".' Centro de investigación de vuelo Dryden de la NASA http://www.nasa.gov/centers/dryden/about/Organizations/Technology/Facts/TF-2004-13-DFRC.html
  11. ^ Hahne, David E .; Jordan, Frank L., Jr. (1991). Ensayos a escala real de semi-tramo de un ala de un jet comercial con un perfil aerodinámico de flujo laminar natural . Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Oficina de Información Científica y Técnica. pag. 5.
  12. ^ "Natación" . Stanford.edu . Consultado el 25 de abril de 2012 .
  13. ^ "Rogallo Wing -la historia contada por la NASA" . History.nasa.gov . Consultado el 23 de diciembre de 2012 .
  14. ^ Hopkins, Ellen; Bledsoe, Glen (2001). The Golden Knights: El equipo de paracaidistas del ejército de EE. UU . Piedra angular. págs.  21 . ISBN 9780736807753. Ala de aire ram Domina Jalbert.

Enlaces externos [ editar ]