La forma de los pilones subalares en el F-18

Cualquier cosa que se monta en un avión debe estar comprobada y certificada. A veces los ingenieros aprovechan la ocasión para que los aditamentos que se montan en ciertos aviones sirvan para incrementar las prestaciones o reducir algún defecto o problema inherente al diseño del avión. Ese es el caso de los pilones del F-18. Los que hemos trabajado con este avión sabemos que estos pilones han sido estudiados y diseñados no solo para lanzar bombas o misles o para llevar un pod de contramedidas. El diseño es mucho más complejo y requiere muchas pruebas en los túneles de viento o en los túneles de agua y aceite... como en el caso del F-18.

Los túneles de aire

La NASA tiene un túnel llamado Ames, que mide 12x24 metros. Es el túnel de circuito cerrado más grande de los EEUU. En la jerga ingenieril, se les llama túneles 40x80 (las medidas en pulgadas o 12 m de alto por 24 m de ancho). Este túnel puede producir vientos de entre 0 y 650 km/h. Seis ventiladores y seis motores se encargan de generar este vendaval. La NASA tiene otro túnel de circuito abierto (más bestia) que mide 24x36 metros, donde se pueden probar aviones a escala real como el F-18 que se puede ver más abajo.

Los túneles de agua y aceite

A pesar de que agua y aire son dos estados distintos de la materia y poseen una viscosidad y una densidad diferente, comparten propiedades comunes. Ambos son fluidos. Los túneles de aire no son exclusivos de los aviones y de la misma forma los túneles de agua tampoco lo son de barcos y submarinos. Los túneles de agua (y también de aceite) han sido utilizados de una forma u otra para explorar la mecánica de fluidos y los fenómenos aerodinámicos desde los tiempos de Leonardo da Vinci. 

Esta imagen muestra un modelo de plástico a escala 1/48 de un F-18 dentro del "túnel de agua" de la NASA. El agua se bombea a través del túnel en la dirección del flujo de aire normal sobre el avión; Entonces, los colorantes son inyectados a través de tubos con válvulas de aguja. Los colorantes fluyen hacia atrás a lo largo de la estructura del avión y sobre los perfiles aerodinámicos destacando sus características aerodinámicas.

El avión también puede moverse a través de sus ejes para observar las interrupciones del flujo de aire mientras simula el vuelo real con ángulos de ataque altos. La visualización de flujo en túneles de agua ayuda a determinar la fuerza de los vórtices, su ubicación y los posibles métodos para controlarlos. Otros usos del túnel son los estudios de cómo las antenas, sondas, pilones, paracaídas y otros elementos afectan el flujo de aire.

Con los pilones del F-18 se han tenido en cuenta muchas cosas, no solo la mejor posición, sino la forma para que estos puedan generar vórtices y así ayudar aerodinámicamente cuando el avión los lleve montados. Debajo se puede ver un F-18 E Super Hornet con los famosos pilones. La forma de estos es muy diferente a la de otros cazas. Tal como se puede apreciar, los pilones se colocan en el ala, pero la parte delantera sobresale del borde de ataque.

¿Por qué tiene esta forma los pilones subalares en el F-18? Una de las razones es que pueden servir de vortilones con altos ángulos de ataque. Vale, pero ¿Qué es un vortilón? La mayoría de los jets regionales utilizan torsión en el ala para controlar la capa límite. Algunos aviones, como el EMB 145, también hace uso de los vortilones para lograr lo mismo. La torsión del ala debe de emplearse con cuidado, ya que un exceso puede llevar a un incremento de resistencia (drag) y, consecuentemente, la perdida de características. En los EMB 145 se utiliza una torsión muy moderada: solo 4°. Los vortilones son dispositivos situados en la parte inferior del borde de ataque del ala por delante del borde de ataque.

En ángulos de ataque típicos de régimen de crucero, la resistencia es despreciable, pero a grandes ángulos de ataque estos dispositivos crean vórtices que transitan por el extradós (la parte de arriba del ala) añadiendo energía a la capa límite, retrasando su separación y consecuentemente, incrementando el control efectivo de los alerones, incluso cuando la raíz del ala entra en pérdida. Las pruebas en el túnel de viento revelan mejoras cuando el ángulo de ataque se aproxima a la pérdida. Ello ha permitido incrementar la capacidad de sustentación máxima y como resultado, también un incremento de la carga útil en el Embraer 145. Con el F-18 ha ocurrido algo parecido. Debajo se puede ver una foto retocada (para simular visualmente el efecto) de un F-18 español con los pilones a modo de vortilones generando vórtices.