Ala (vuelo)

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 sustentación-resistencia. La sustentación que genera un ala a una determinada velocidad y ángulo de ataque puede ser de uno a dos órdenes de magnitud mayor que la resistencia total del ala. Una alta relación sustentación-resistencia requiere un empuje significativamente menor para impulsar las alas a través del aire con suficiente sustentación.

Las estructuras de elevación utilizadas en el agua incluyen varias láminas, como hidroalas. La hidrodinámica es la ciencia rectora, en lugar de la aerodinámica. Las aplicaciones de láminas subacuáticas ocurren en hidroaviones, veleros y submarinos.

Etimología y uso

Durante muchos siglos, la palabra "ala", del nórdico antiguo vængr, se refería principalmente a las extremidades principales de las aves (además del pasillo arquitectónico). Pero en los últimos siglos, el significado de la palabra se ha extendido para incluir apéndices de insectos, murciélagos, pterosaurios, boomerangs, algunos barcos de vela y aviones, o la superficie aerodinámica invertida de un coche de carreras que genera una fuerza hacia abajo para aumentar la tracción.

Aerodinámica

El diseño y análisis de las alas de los aviones es una de las principales aplicaciones de la ciencia de la aerodinámica, que es una 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 geometrías simples, estas ecuaciones son notoriamente difíciles de resolver y se utilizan ecuaciones más simples.

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.

Forma de sección transversal

Un perfil aerodinámico (inglés americano) o perfil aerodinámico (inglés británico) tiene la forma de un ala, pala (de una hélice, rotor o turbina) o vela (como se ve en la 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 sustentación utilizando un ángulo de ataque positivo para desviar el aire hacia abajo. Los perfiles aerodinámicos simétricos tienen velocidades de pérdida más altas que los perfiles aerodinámicos combados de la misma área del ala, pero se utilizan en aeronaves acrobáticas 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 camino entre un lado y el otro.

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 cercano a la velocidad del sonido. Dichos perfiles aerodinámicos, llamados perfiles aerodinámicos supercríticos, son planos en la parte superior y curvos en la parte inferior.

Caracteristicas de diseño

Las alas de los aviones pueden presentar algunos de los siguientes:

• Una sección transversal redondeada del borde de ataque
• Una sección transversal del borde de fuga afilada
• Dispositivos de vanguardia como listones, ranuras o extensiones
• Dispositivos de borde de fuga como flaps o flaperones (combinación de flaps y alerones)
• Winglets 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 en espiral alrededor del eje de balanceo, mientras que el anédrico, o un ángulo de ala negativo con respecto a la horizontal, disminuye la estabilidad en espiral.

Las alas de las aeronaves pueden tener varios dispositivos, como flaps o listones que el piloto utiliza 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 el sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de su eje largo
• Spoilers en la superficie superior para interrumpir el ascenso 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.
• Vallas de ala para mantener el flujo unido al ala impidiendo que la separación de la capa límite se extienda en la dirección del rodillo.
• Las alas plegables permiten almacenar más aeronaves 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 en barrido hacia atrás para vuelos de alta velocidad (incluido el 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
• Lomo, que puede mezclarse con el ala.
• Solapa de caída de vanguardia, un dispositivo de gran elevación
• Carenados, estructuras cuya función principal es producir un contorno suave y reducir la resistencia. Por ejemplo, carenados de pista de aleta

Las alas pueden tener otras superficies independientes menores.

Aplicaciones y variantes

Además de las aeronaves de ala fija, las aplicaciones para formas de alas incluyen:

• Alas delta, que usan alas que van desde completamente flexibles (parapentes, paracaídas deslizantes), flexibles (alas de vela enmarcadas) hasta rígidas.
• Cometas, que usan una variedad de superficies para lograr sustentación y mantener la estabilidad.
• Modelos de aviones voladores
• Helicópteros, que utilizan un ala giratoria con un ángulo de paso variable para proporcionar fuerzas direccionales
• Hélices, cuyas palas generan sustentación para la propulsión.
• El transbordador espacial de la NASA, que usa sus alas solo para planear durante su descenso a una pista. Este tipo de aeronaves se denominan aviones espaciales.
• Algunos autos de carreras, especialmente los autos de Fórmula Uno, que usan alas (o superficies aerodinámicas) invertidas para proporcionar una mayor tracción a altas velocidades.
• Barcos de vela, que utilizan velas de tela flexible como alas verticales con dirección y dirección variable para moverse a través del agua.
• Hidroalas, que utilizan estructuras rígidas en forma de ala para levantar una embarcación fuera del agua para reducir la resistencia y aumentar la velocidad.

En naturaleza

En la naturaleza, las alas han evolucionado en insectos, pterosaurios, dinosaurios (aves) y mamíferos (murciélagos) como medio de locomoción. Varias especies de pingüinos y otras aves acuáticas voladoras o no voladoras, como alcas, cormoranes, araos, pardelas, patos eider y scoter y petreles buceadores, son ávidos nadadores y usan sus alas para impulsarse a través del agua.Formas de alas en la naturaleza.

• Semillas de árboles alados que provocan autorrotación en descenso
• Una gaviota que ríe, exhibiendo el contorno del "ala de gaviota"
• Murciélago en vuelo

Tensoestructuras

En 1948, Francis Rogallo inventó un ala extensible en forma de cometa sostenida por puntales inflados o rígidos, lo que abrió nuevas posibilidades para los aviones. Cerca en el tiempo, Domina Jalbert inventó alas gruesas aerodinámicas ram-air flexibles sin vigas. Estas dos nuevas ramas de alas han sido ampliamente estudiadas y aplicadas en nuevas ramas de aeronaves, alterando especialmente el panorama de la aviación recreativa personal.