Ala (aeronáutica)

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En aeronáutica se denomina ala a un cuerpo de perfil aerodinámico capaz de generar una diferencia de presiones entre su intradós y extradós al deplazarse por el aire lo que, a su vez, produce sustentación. Se utiliza en diversas aeronaves.

Los pioneros de la aviación, tratando de emular el vuelo de las aves, construyeron todo tipo de artefactos dotados de alas articuladas que generaban corrientes de aire. Sólo cuando se disponía de un motor de suficiente potencia y se construyeron aeroplanos con alas fijas, que surcaban el aire en vez de generarlo, fue posible el vuelo de máquinas más pesadas que el aire. Aunque hay alas de todos los tipos y formas, todas obedecen a los mismos principios explicados con anterioridad.

En un avión moderno el ala tiene aparte de la función de sustentar al avión en vuelo, las funciones de: formar la estructura para los depósitos de combustible, en configuraciones con motor en el ala debe transmistir los esfuerzos del motor al avión, algunos modelos (sobre todo antiguos) lleva el tren de aterrizaje.

Por ser la parte más importante de un aeroplano y por ello quizá la más estudiada, es posiblemente también la que más terminología emplee para distinguir las distintas partes de la misma. A continuación se detalla esta terminología.

[editar] Configuración del ala

Imagen:YB49-2 300.jpg

Los primeros aviones fueron construido con la configuración de ala de biplano donde dos alas eran unidas entre sí mediante tirantes y rigidizadores que estropeaban la aerodinámica externa. Esta configuración se mantuvo durante mucho tiempo (incluso hubo alguno aviones de configuración triplano) hasta la aparición de los aviones monoplano gracias a un avance en la ciencia de materiales y de estructuras.

Los aviones monoplano tienen diversas configuraciones posible. Bien pueden tener el ala baja done el ala va a la altura del fuselage inferior lo que facilita el acceso al motor pero obliga a tener un tren de aterrizaje más grande, es la más usada en aviones comerciales. Otro ala tradicional es el ala alta, donde el ala está instalada en la parte superior del fuselage, con lo cual se requiere un tren de aterrizaje más pequeño pero crea problemas en la zona del fuselage donde se encuentra el ala ya que el espacio es más reducido. También tenemos el ala media típica de los cazas militares y el parasol que es un ala montada por encima del fuselage.

En la actualidad hay diversos estudios para cambiar radicalmente la forma del avión y dejar la estructura fuselage-ala y pasar a una estructura totalmente integrada llamada ala volante. Hay diversos aviones operativos con esta configuración por ejemplo: Northrop YB-49 o el B-2 Spirit. Otra concepción parecida es una fusión de fuselage y ala en una sola estructura (pero en la que se diferencian ambos componentes) pero sin llegar a ser un solo componente.

[editar] Partes de ala

Imagen:PlaneWing.png

Winglet(1): su misión es reducir la resistencia inducida del ala ya que evita la conexión entre intradós y extradós. La distribución de sustentación a lo largo del ala no es uniforme y se produce un fenómeno de barrido hacía la punta del ala, esto provoca la formación de los torbellinos de punta de ala, lo que al final es que el aire da energía cinética al aire gastando energía en este proceso. Los winglets o aletas reducen este fenómeno, pero en contra generan un elevado momento de flexión en el encastre del ala.
Alerones
- Alerón de baja velocidad(2): usado para realizar giros con el avión a bajo Mach
- Alerón de alta velocidad(3): usado para realizar giros con el avión a Mach de crucero.
Flap (Aleta)(4): es un dispositivo hipersustentador pasivo.
Krüger flaps(5): es un dispositivo hipersustentador pasivo complejo.
Slats(6)
Flap(7) de 3 series interior
Flap(8) de 3 series exterior
Spoilers(9) : usador para destruir la sustentación.
Spoilers-Frenos(10) de aire

[editar] Estructura del ala

El ala debe ser, como todas las partes del avión, lo más ligera posible. La estructura actual de una ala se compone de:

Largeros: es los aviones de fuselage ancho suele haber tres largueros en la raiz. Dos forma la caja de torsión y el tercero asegura la forma cerca del encastre donde el ala es más grande. Entre los largueros anterior y posterior están situados los depósitos de combustible del ala. La misión de los largueros es de dar resistencia a flexión al ala.
Costillas: son estructuras que dán resistencia a torsión al ala. Se encuentra intercalados de manera perpendicular a los largueros. Suelen estar vaciadas para eliminar material no necesario y aligerar peso. Junto con los largueros dan forma a los depósitos de combustible y deben estar preparadas para resistir químicamente el combustible.
Larguerillos: son pequeñas vigas que se sitúan entre costillas para evitar el pandeo local del revestimiento. Pueden estar integrados en el propio revestimiento formando una sola pieza.
Revestimiento: es la parte externa del ala, cuya misión es resistir esfuerzos cortantes y aislar el combustible del medio ambiente.

[editar] Componentes del ala

Imagen:Airplane wing.jpg

Perfil alar: Es la forma de la sección del ala, es decir lo que veríamos si cortáramos ésta transversalmente "como en rodajas". Salvo en el caso de alas rectangulares en que todos los perfiles ("rodajas") son iguales, lo habitual es que los perfiles que componen un ala sean diferentes; se van haciendo más pequeños y estrechos hacia los extremos del ala.

Borde de ataque: Es el borde delantero del ala, o sea la línea que une la parte anterior de todos los perfiles que forman el ala; o dicho de otra forma: la parte del ala que primero toma contacto con el flujo de aire. Es también la zona más susceptible a tener formación de hielo, por lo tanto suele tener sistemas de deshielo o antihielo.

Borde de salida: Es el borde posterior del ala, es decir la línea que une la parte posterior de todos los perfiles del ala; o dicho de otra forma: la parte del ala por donde el flujo de aire perturbado por el ala retorna a la corriente libre.

Extradós: Parte superior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida. En esta zona (en vuelo normal del avión) se forman bajas presiones.

Intradós: Parte inferior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida. En esta zona (en vuelo normal del avión) se forman sobrepresiones.

Espesor: Distancia máxima entre el extradós y el intradós.

Cuerda: Es la línea recta imaginaria trazada entre los bordes de ataque y de salida de cada perfil.

Cuerda media: Como los perfiles del ala no suelen ser iguales, sino que van disminuyendo hacia los extremos, lo mismo sucede con la cuerda de cada uno. Por tanto, al tener cada perfil una cuerda distinta, lo normal es hablar de cuerda media. Se definen dos tipos de cuerta: la cuerda media aerodinámica y la cuerda media geométrica

Línea del 25% de la cuerda: Línea imaginaria que se obtendría al unir todos los puntos situados a una distancia del 25% de la longitud de la cuerda de cada perfil, distancia medida comenzando por el Borde de ataque.

Curvatura. Del ala desde el borde de ataque al de salida. Curvatura superior se refiere a la de la superficie superior (extradós); inferior a la de la superficie inferior (intrados), y curvatura media a la equidistante a ambas superficies. Aunque se puede dar en cifra absoluta, lo normal es que se exprese en % de la cuerda.

Superficie alar: Superficie total correspondiente a las alas.

Envergadura: Distancia entre los dos extremos de las alas. Por simple geometría, si multiplicamos la envergadura por la cuerda media geométrica debemos obtener la superficie alar.

Alargamiento: Cociente entre la envergadura y la cuerda media. Este dato nos dice la relación existente entre la longitud y la anchura del ala (Envergadura/Cuerda media). Por ejemplo; si este cociente fuera 1 estaríamos ante un ala cuadrada de igual longitud que anchura. Obviamente a medida que este valor se hace más elevado el ala es más larga y estrecha.

Este cociente afecta a la resistencia inducida de forma que: a mayor alargamiento, menor resistencia inducida. Las alas cortas y anchas son fáciles de construir y muy resistentes pero generan mucha resistencia; por el contrario las alas alargadas y estrechas generan poca resistencia pero son difíciles de construir y presentan problemas estructurales. Normalmente el alargamiento suele estar comprendido entre 5:1 y 10:1.

Flecha: Angulo que forman las alas (más concretamente la línea del 25% de la cuerda) respecto del eje transversal del avión. La flecha puede ser positiva (extremos de las alas orientados hacia atrás respecto a la raíz o encastre, que es lo habitual), neutra, o negativa (extremos adelantados). Para tener una idea más gráfica, pongamos nuestros brazos en cruz como si fueran unas alas; en esta posición tienen flecha nula, si los echamos hacia atrás tienen flecha positiva, y si los echamos hacia delante tienen flecha negativa.

Formas en planta más comunes

Flecha (el ala forma un ángulo no recto con el fuselage. Típico de aviones en vuelo subsónico alto)
- Positiva
- Negativa
- Variable (conocidas como alas de geometría variable)
Elíptica (ala que minimiza la resistencia inducida)
Delta
Rectangular
Con estrechamiento (tiene forma trapezoidal)