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martes, junio 20, 2006

¡Y sin embargo vuelan! Jugando con las alas

Después de explicar un poco de teoría sobre el vuelo de los aviones en la primera parte, ahora nos toca jugar con el diseño básico. Empezaremos con las alas, la mejor forma, donde ponerlas o cuantas tener. Aquí vamos a hablar de generalidades, es imposible entrar en detalles aunque espero que los enlaces ayuden a quien tenga curiosidad.


En la imagen inferior tenemos un gráfico con distintos tipos de alas.



A la izquierda alas rectas, debajo las alas en ángulo y a la derecha alas en delta. Cada una tienes sus ventajas e inconvenientes. Como criterio general, cuanto mayor sea la velocidad, más ángulo tienen las alas ya que así se reduce la resistencia del aire. Una avioneta tendrá el ala recta, un avión de pasajeros en ángulo moderado y para aviones supersónicos como el Concorde se tiende a alas en delta. Claro que lo ideal seria poder ajustar el ángulo en función de la velocidad Bandera inglesa, como en el avión de la imagen. Esta solución es cara y compleja y solo ha sido utilizada en algunos modelos militares como el bombardero B-1B que veis en la foto inferior.

B-1 Angulo ajustable

¿Combinaciones extrañas? ¿Que tal si ponemos la cola delante de las alas? Se conoce como alas en canard Bandera inglesa. En la foto tenemos un ejemplo, el precioso Piaggio P-180 Bandera inglesa.

Piaggio P180

Aunque parezca algo extraño es el diseño más antiguo de avión a motor, ya que el primer vuelo de los hermanos Wright utilizaba una configuración parecida, con los timones horizontales por delante y los verticales detras. Debajo tenéis una copia de la fotografía original del avión, sacada desde atrás, mientras vuela sobre la playa.


Wright Flyer

La ventaja de este diseño es que la cola no “tira” hacia abajo sino que ayuda en la sustentación (Ver la primera parte). Por eso basta con un ala más pequeña para que el avión vuele correctamente. Como inconvenientes, se necesita un diseño cuidadoso para que la pérdida de sustentación Bandera inglesa haga caer el morro, que era una de las condiciones que pedíamos para un vuelo estable. Además el aire llega perturbado al ala principal y perjudica su funcionamiento.

Y puestos a cambiar, ¿Qué tal cambiar la inclinación de alas y girarlas hacia delante? La ventaja es que se mejora el flujo de aire pero necesitan puntas muy rígidas (es como mantener un veleta contra el viento). Solo un modelo civil, el aleman HFB-320, llego a fabricarse en serie, aunque en la parte superior tenéis una imagen de un prototipo militar, el X-29Bandera inglesa.




Y naturalmente siempre tenemos la posibilidad de sumar más alas. Inicialmente se diseñaron biplanos e incluso triplanos Bandera inglesa. La ventaja es que consiguen mayor sustentación a baja velocidad y mejor maniobrabilidad. A cambio tienen peor rendimiento, ya que un ala perturba el flujo de aire de la otra. Actualmente están en desuso excepto para la aviación deportiva. ¿Una variante curiosa? Las alas en tandem, una detrás de otra.

avion con varias alas

Aunque mi favorito a la hora de jugar con las alas es AD-1 Bandera inglesa. Un prototipo de la NASA de principios de los 80 dedicado a estudiar mejoras en el vuelo supersónico entre 1 y 2 mach.



El ala es oblicua y puede moverse entre 0 y 60 grados respecto al fuselaje. De esta forma siempre presenta el mejor ángulo al flujo de aire lo que disminuye su resistencia. Por sorprendente que parezca, siguen estudiando sus ventajas y es posible que se aplique como diseño para un ala volante (eso queda para la última parte).

Para concluir, un diseño que prescinde totalmente de la cola. El Helios Bandera inglesa fue un prototipo de avión solar creado por la NASA a principios de esta década. Su única fuente de energía eran los paneles solares que recubrían la parte superior del ala. Estos paneles impulsaban los motores y el excedente de energía se utilizaba para generar hidrogeno que acumulaba para su uso posterior. De esta forma el avión fue capaz de volar durante 40 horas seguidas. También marco un record de altitud para aviones no impulsados por cohetes. Voló por encima de 30.000 metros de altura, donde las condiciones de la atmósfera son similares a las del planeta Marte.


avion Helios plane

Fijaos en los cinco fuselajes de la parte inferior. Así se consigue un mejor reparto del peso lo que permite alas más ligeras y flexibles, como puede verse en la imagen. En este enlace tenéis un video del Helios (formato .ogg) volando majestuosamente sobre Hawai. Desgraciadamente este prototipo se perdió en un accidente en pleno vuelo. Si, lo habéis adivinado, las alas se partieron…..


En este último ha sido un anticipo para la tercera y última parte. Hablaremos de fuselajes.

Próximo tema: ¡Y sin embargo vuelan! Cambiando el fuselaje

Categoría: Física

Esta anotación tiene 3 comentarios.

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3 Comentarios:

  • Solo un par de anotaciones:
    -Entre los aviones de geometría variable, yo hubiera mencionado el F-14 (TopGun la hemos visto todos...:) )
    -Y el tema de colocar la cola delante... me chirría un poco. La cola por definición está detrás. Lo que se ha hecho es desplazar un poco de esfuerzo de sustentación desde las alas principales a unas secundarias en el morro, pero la cola sigue cumpliendo las mismas funciones que en un avión normal. En el avión de los hermanos Wright si que se desplazaba parte de las funciones de la cola actual al morro, pero el los modelos actuales (los que conozco) lo único que se hace es añadir un plano de sustentación (positiva) en el morro.

    Escrito por Anonymous Daniel, a las 20/6/06 23:56  

  • Si, el F-14 es el más conocido y tal vez habría sido mejor ponerlo. Pero empecé con la idea de poner aviones poco conocidos y acabe poniendo ese. Y si, yo también he visto TopGun, por lo menos un par de veces, :)

    Sobre las función de las cola, conozco algunos ejemplos donde los elementos del morro son móviles y contribuyen al control del avión como lo haría la cola en otros diseños. Cazas como en Saab Gripen o el Eurofighter Typhoon o prototipos como el X-29 de la foto los tienen móviles. Tal vez, llamarlo cola no sea lo mas apropiado pero creo que así es mas fácil de entender.

    Escrito por Blogger Ambros, a las 21/6/06 00:16  

  • Hace unas semanas pasaron por la universidad para dar unas conferencias Dennis Titto, Pedro Duque y Alighi, y estuvieron hablando de un nuevo proyecto de avión solar, de características similares al de la NASA. En realidad no hicieron una descripcion muy técnica, mas bien hicieron publicidad.

    En mi opinión, como un proyecto-reto está bien, pero dudo que se puedan extraer conclusiones útiles o innovadoras.

    Un saludo.

    Escrito por Anonymous tecker, a las 23/6/06 00:54  

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