Envergadura, dispositivos de punta de ala y relación de aspecto

Envergadura y dispositivos de punta de ala

La envergadura de una aeronave es un parámetro muy importante para el análisis de la eficiencia, ya que esta envergadura se cuenta dos veces en la fórmula de la resistencia inducida (va al cuadrado, tal como se puede ver en la fórmula de abajo). 

Donde:

Extender un ala añadiendo más distancia para ganar eficiencia es algo deseable aerodinámicamente, pero por otra parte puede limitar las operaciones de la aeronave, ya que no cabría en las puertas de embarque de los aeropuertos actuales. El límite aeroportuario es de 65 m para aviones grandes de pasillo doble como el 777 o el A350. Para extender un tramo el ala, se debe usar la dimensión vertical, como por ejemplo cuando se instalan aletas o simplemente adaptar unas bisagras para doblar las puntas, como lo que se ha hecho en el 777X. 

La importancia de los dispositivos que extienden la envergadura se entiende cuando uno se da cuenta de que una extensión de la envergadura, pongamos por ejemplo del 5%, reduce la resistencia inducida en un 10.3%, el efecto de la extensión es doble.

La envergadura estándar es directa en su definición; Es simplemente la medida entre las puntas de las alas. Las cosas se vuelven más complicadas cuando se agregan dispositivos de punta de ala. ¿Cómo se toma el efecto de estos dispositivos en los cálculos que tienen que ver con la envergadura, como el cálculo de la resistencia inducida o la relación de aspecto? Estos dependen de la representación correcta del efecto de la envergadura del ala con el dispositivo de punta de ala.

Una de las formas más directas de incluir estos efectos es definir una "envergadura efectiva" que incluya el efecto del dispositivo de punta de ala. Este método tiene la ventaja de reconocer que el dispositivo de punta de ala no está allí para reducir los vórtices de punta de ala y así reducir la resistencia inducida. Los vórtices detrás de un avión son creados por el ala en su totalidad, donde el dispositivo de punta de ala trabaja con el resto del ala para cambiar la distribución de presión total del ala y así reducir la fuerza del campo de vórtice total detrás del avión, ver figura del downwash a continuación.

Alguien que crea que la función de un dispositivo de punta de ala solo está diseñado para causar una disminución de los vórtices de punta de ala es que no ha entendido realmente su función. Una de las mejores descripciones de cómo funciona realmente estos dispositivos se puede leer aquí (solo en inglés). Es un artículo escrito por Doug McLean de Boeing. 

Sobre la base de este y otros documentos de investigación, se desarrollan modelos de cómo los dispositivos de punta de ala afectan la resistencia inducida de un avión. Este efecto se transforma en una "envergadura efectiva", es decir, un ala con una envergadura que proporciona la misma resistencia inducida que el ala con dispositivo de punta de ala. Todas las fórmulas donde la envergadura es un parámetro importante, por lo tanto, funcionan normalmente con estos valores. Esto representa el verdadero efecto de un dispositivo de punta de ala en la eficiencia de la aeronave.

Relación de aspecto o alargamiento

Una de estas fórmulas a las que nos referimos a menudo es la relación de aspecto. Es un número dimensional intuitivo para un ala, ya que una alta relación de aspecto describe un ala con baja resistencia inducida (resistencia debido al peso) y que al mismo tiempo mantiene una resistencia por fricción del aire contra la superficie bastante baja ya que el área del ala es relativamente pequeña si cuenta con una alta relación de aspecto.

La definición original de relación de aspecto es la envergadura de las alas dividida por la anchura o la cuerda del ala, es decir, su ancho en la dirección del flujo de aire. Cuando las alas se aflechan y tienen una cuerda variable a lo largo, la definición original se complica para el cálculo, pero se puede demostrar que la envergadura del ala al cuadrado dividida por el área del ala da el mismo resultado.

 

SMC= Cuerda media estándar 

Para obtener un valor de relación de aspecto correcto y comparable entre diferentes aeronaves, es importante que la definición de los valores en los aviones sea la misma. Esto se da raras veces. La mayoría de las ocasiones los números de relación de aspecto entre Airbus y Boeing es como comparar manzanas y castañas, con lo que al compararlos se sacan conclusiones casi siempre engañosas cunado nos parece que uno es mejor que otro.