¿Por qué algunas aeronaves tienen ala Elíptica?

Como amante de la aviación seguramente has visto en repetidas ocasiones la peculiar forma de algunas aeronaves de combate, especialmente de la segunda guerra mundial, ¿Por qué tienen esa forma “ovalada”? ¿Qué beneficio tiene? ¿Por qué no todas las aeronaves tienen esa forma de ala?

Antes de responder todas las preguntas planteadas en el párrafo anterior primero veamos el génesis de la plataforma elíptica en la aviación.

Durante 1907 el teórico aerodinamista Frederick Lanchester fue, tal vez, la primera perdona en escribir detalladamente sobre las plataformas alares en esta configuración. Frederick fue una de las primeras personas en el mundo aeronáutico en hablar sobre la producción de vórtices de punta de ala, fenómeno muy importante del cual hablaremos en los siguientes párrafos.

A pesar de su prematuro inicio, la plataforma elíptica fue inicialmente visto como un concepto teórico más, de los tantos que se planteaban por parte de los pioneros, tendría que pasar mucho tiempo hasta que la plataforma elíptica se use en aeronaves.

La primera aeronave en usar la configuración de alas elípticas fue el Bäumer Sausewind, una aeronave deportiva ligera de fabricación alemana, realizó su primer vuelo el 26 de mayo de 1925. Los diseñadores, los hermanos Günther, desarrollaron varios aviones de ala elíptica para la empresa Heinkel, durante el inicio de la década de 1930 el fruto del desarrollo fue el Heinkel He 70, marcando un récord mundial de velocidad máxima para la época, de 377 km/h (222 mph).

NOTA: El Heinkel 70 sería la aeronave que años más tarde inspiraría el diseño alar del Supermarine Spitfire.

Finalizando con la clase de historia ahora sigamos con la aerodinámica del ala elíptica. Como concepto general la plataforma alar elíptica es aquella en la cual el borde de ataque y borde de fuga se aproximan en segmentos en forma de elipse (concuerdo contigo, muy obvia la definición). ¿Cómo afecta la forma del ala al desempeño de la aeronave? Bueno, todo se trata de aerodinámica, esta plataforma alar es la forma más eficiente de producir sustentación ¿Por qué? Modifica la relación de aspecto de la aeronave, reduciendo la resistencia inducida que produce el avión durante el vuelo.

Qué es la relación de aspecto te estarás preguntando en este momento, en pocas palabras es la relación entre cuerda alar y envergadura de la aeronave, pero ¿Qué tiene que ver con la producción de la resistencia de la aeronave?

Si quieres saber más sobre la relación de aspecto te invitamos a leer nuestra entrada: Lo que nadie te contó sobre la Relación de Aspecto.

La intensidad resistencia indiciada es inversa a la relación de aspecto de la aeronave. Si la aeronave tiene mayor relación de aspecto, como es el caso de una aeronave de plataforma elíptica, la aeronave producirá menos resistencia inducida y significativamente mayor sustentación (mejor relación L/D). Esto es posible ya que al tener una menor área en la punta alar los vórtices de punta de ala se reducen en tamaño, consecuentemente reduciendo la resistencia inducida.

En la siguiente imagen se observa claramente cuan impresionante puede llegar a ser el vórtice de punta de ala.

Al ser el tamaño de los vórtices reducidos no solo se reduce la producción de resistencia, también se produce sustentación de forma más uniforme a lo largo de la envergadura.

Tal vez podría interesarte nuestra entrada sobre: ¿Cómo se producen los vórtices de punta de ala?

Ahora que ya conocemos todas las bondades de la plataforma elíptica es momento de dar un vistazo a su lado más oscuro. El ala elíptica posee las siguientes desventajas:

1.- Debido a sus características de producción de sustentación uniforme alrededor del ala, cuando el perfil aerodinámico entra en perdida este, por su forma, lo hace en toda la envergadura simultáneamente y de forma abrupta, produciendo perdidas de control con poco o sin previo aviso.

Para mejorar las características de perdida aerodinámica y proporcionarle al piloto alguna indicación, los diseñadores utilizaron un diseño de perfil aerodinámico no uniforme. Por ejemplo, el ala del Supermarine Spitfire fue adelgazada hacia las puntas y ligeramente retorcida, esto es conocido como washout, con el fin de reducir la carga en las puntas, logrando que la raíz del ala sea la sección que entre en perdida inicialmente, aunque este diseño compromete ligeramente las bondades de producción de sustentación uniforme, incrementando la resistencia. Este trabajo de diseño alar le permitió al Spitfire ser considerado uno de los mejores y mas eficientes aviones de la Segunda Guerra Mundial.

NOTA: En la siguiente imagen se puede apreciar el retorcido de un perfil alar, conocido como washout, variando el ángulo de incidencia de las alas, siendo que la raíz del ala sea la primera sección en entrar en perdida, proporcionándole así al piloto suficiente flujo aerodinámico en los alerones para poder controlar la aeronave.

2.- Estructuralmente hablando las plataformas alares de forma elíptica son mucho más difíciles de producir, tanto el borde de ataque como el borde de fuga son curvos, y las costillas (parte estructural interna de las alas) cambian en una forma no uniforme a lo largo de la envergadura. La complejidad de la arquitectura interna del ala eleva significantemente el costo de producción, razón por la cual en la aviación moderna se utilizan diferentes diseños mas simples y a su vez económicos para lograr un efecto similar.

NOTA: Como dato curioso, las alas del Spitfire en la época, dada la complejidad, debían ser ensambladas cuidadosamente a mano.

Artículo redactado por: Rafael Paccieri F.

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