Aerodinámica para una mejor economía de combustible

Controlando el aire con dispositivos hipersustentadores

Las alas de los aviones están equipadas con dispositivos que pueden extenderse y retraerse para cambiar la forma y el tamaño. Esto se hace con el fin de que la aeronave pueda volar de manera eficiente a alta velocidad de crucero y de manera segura a baja velocidad en los despegues y  aterrizajes. Estos dispositivos permiten que el ala produzca la misma cantidad de sustentación (aproximadamente igual al peso del avión) en un amplio rango de velocidades. Los alerones controlan la dirección del flujo de aire entre las alas derecha e izquierda (necesario para cambiar la dirección de vuelo), mientras que los slats y los flaps ayudan a controlar la cantidad de sustentación. Por ejemplo, cuando un avión aterriza, su vuelo se efectúa más lentamente que durante otros sectores, por lo que debe extender sus slats y sus flaps (para aumentar el área de la superficie y cambiar la forma del ala) con el fin de mantener la sustentación. 

Las puntas de plano: cuando el aire a gran velocidad a lo largo de la parte superior del ala se encuentra con el aire lento que se mueve por debajo de la punta del ala, crea un vórtice de aire o remolino, conocido como "estela". En la ilustración se puede ver cómo este vórtice de estela puede reducirse significativamente mediante el uso de dispositivos de punta de ala.

Empuje y peso 

Volar significa tener aire sobre las alas a una velocidad suficiente como para generar la sustentación necesaria. Los primeros pioneros del vuelo entendieron bien los principios básicos de la aerodinámica, pero el verdadero éxito de los aviones pasaba irremediablemente por la disponibilidad de motores livianos y eficientes que ayudaran a obtener la propulsión necesaria. Cuando un avión vuela, la resistencia del aire crea una fuerza llamada "drag" en inglés. Los aviones comerciales superan esta resistencia usando la fuerza de empuje (thrust) proporcionada por los motores a reacción. Inicialmente, las hélices eran la única solución, pero con el avance de la ciencia y de la técnica, el motor a reacción se ha implantado en la aviación comercial revolucionado el diseño de las aeronaves, especialmente cuando se requiere una mayor velocidad.

Peso = combustible quemado

La cantidad de combustible que se utiliza en el curso de un vuelo es aproximadamente proporcional a la resistencia que crea la aeronave. Una mayor resistencia al avance significa que se debe quemar más combustible, por lo que los diseñadores dedican mucho esfuerzo y atención al detalle para dar forma al avión con el fin de que este sea más aerodinámico y tenga menos resistencia al avance. El peso también es importante. Agregar peso a una aeronave requiere crear una mayor fuerza de sustentación a medida que se mueve por el aire, lo que a su vez también aumenta la resistencia. La resistencia y el peso son dos áreas clave en las que la industria aeronáutica actual trabaja para mejorar la eficiencia del vuelo.

Reducción de la resistencia

El llamado "Drag" o resistencia es el enemigo número uno de los diseñadores de aviones. Es la fuerza aerodinámica que se opone al movimiento de una aeronave a través del aire y es generada por cada parte de la superficie externa de la aeronave. Las aeronaves están cuidadosamente diseñadas para minimizar la resistencia, pero como son tan grandes y vuelan a velocidades tan altas, la resistencia sigue siendo un factor importante.

El diseñador de aeronaves trata de evitar la resistencia dando a las partes principales de la aeronave formas con líneas suaves y redondeadas en las que el flujo de aire pueda permanecer pegado hasta alcanzar el borde casi afilado en la parte posterior de las alas, en las superficies de la cola y las partes posteriores ahusadas del fuselaje. Si los aviones se diseñaran con extremos traseros cuadrados en vez de ahusados (como los de los automóviles y camiones), el aire que fluye sobre el avión dejaría una estela turbulenta llena de grandes remolinos, lo que daría lugar a una gran cantidad de resistencia. Con el "deag" producido por la forma de la aeronave reducido al mínimo, gran parte de la resistencia al avance restante se debe a la fricción del fuselaje. Cuantas menos antenas y protuberancias tenga el fuselaje tanto mejor.

El ala

Un área importante de mejoras aerodinámicas en los últimos años ha sido el diseño del ala en sí. Como en todos los aspectos de la construcción de aeronaves, lograr un buen diseño de ala requiere encontrar un buen equilibrio entre factores que a menudo entran en conflicto. Aumentar la envergadura reduce un tipo de resistencia pero aumenta el peso de la estructura requerida para el ala. El aumento del grosor del ala reduce el peso estructural porque se pueden usar recubrimientos melgados, pero aumenta la resistencia, especialmente a las altas velocidades de vuelo en crucero. El aumento del área del ala permite despegar y aterrizar a velocidades más bajas y, por lo tanto, utilizar pistas más cortas, pero aumenta la fricción durante el resto del vuelo.

Las mejoras en los perfiles aerodinámicos (las formas de las secciones transversales de las alas) dirigidas particularmente a la fase de vuelo de alta velocidad, han permitido encontrar buenos equilibrios entre la forma o sección, el grosor, el área y el peso. Otra área de innovación ha sido la punta de las alas llamadas winglets. La adición de estas aletas de punta de plano, ya sea a un avión nuevo o como adaptación a los modelos existentes, ha generado entre un 3 y un 5% de reducción en la quema de combustible, dependiendo de la duración del vuelo y el tipo de avión. Las aletas de punta de plano reducen la resistencia inducida sin incrementar mucho la envergadura. Esto sería un problema para el estacionamiento en algunas puertas de embarque de algunos aeropuertos, donde no hay espacio adicional disponible para aumento de la envergadura. Una alternativa al winglet es la punta de plano angulada hacia atrás, que puede producir reducciones de resistencia similares. Estos tipos se utilizan en varios aviones nuevos de largo alcance, proporcionando un diseño de punta de ala aún más ligero.