En busca del ala perfecta (I)

Antes del estallido de la Segunda Guerra Mundial, las relaciones entre los ingenieros aeronáuticos británicos y alemanes eran lo suficientemente cordiales como para que Reginald Mitchell, diseñador jefe del Supermarine Spitfire, escribiera a su homólogo alemán, Ernst Heinkel, felicitándolo por su He 70 Blitz. 

El Blitz (en alemán relámpago), diseñado en 1932, era un rápido avión postal de cinco asientos. Una de sus características notables fue la forma en planta elíptica de su ala; otro fue el acabado de la superficie extremadamente suave de su fuselaje remachado al ras. "No hemos podido lograr líneas tan suaves en el avión con el que participamos en las carreras del Trofeo Schneider", escribió Mitchell a Heinkel.

Diagrama de MMK-Draw Licencia Creative Commons
El Spitfiere no fue el primer avión con ala elíptica


Mitchell estaba realmente sorprendido con el diseño alemán. Confirmó a Heinkel que un aeroplano Blitz adquirido por Rolls-Royce y equipado con un motor Kestrel de 810 caballos era "apreciablemente más rápido que nuestros cazas". 

La realidad es que los cazas británicos de la época eran en su mayoría biplanos obsoletos, por lo que debemos entender que la comparación no fue seguramente muy gratificante para Heinkel. Pero la generosa apreciación de Mitchell por el cuidadosamente simplificado y bien  diseñado He 70 dio lugar a que se corriera la historia de que el diseño del Spitfire fuese "copiado" o "influenciado por" el Blitz. 

Muchos años después, Beverley Shenstone, un ingeniero canadiense especializado en aerodinámica, que había sido el responsable principal del diseño del ala Spitfire, negó enfáticamente la acusación, señalando que la forma de ala elíptica se había utilizado en otros aviones y que sus ventajas eran bien conocidas. De hecho, las virtudes de las alas elípticas habían sido ya descritas por el teórico británico Frederick Lanchester en 1907. 

La forma de ala elíptica ya había sido elegida para el Spitfire "desde el principio", según Shenstone, porque Mitchell, después de haber usado secciones gruesas de perfil aerodinámico en un precursor mediocre del Spitfire, quería contar unos perfiles más delgados para el nuevo caza.

El problema era que las cuatro ametralladoras de calibre .303 en cada plano era un requisito irrenunciable de la Royal Air Force. Estas ametralladoras no cabían dentro de un ala delgada con estrechamiento (de líneas rectas con anchura decreciente hacia la punta, el llamado taper en inglés). 

La forma del ala elíptica era mucho más ancha en el espacio donde debían ir las armas, por lo que estas podían alojarse cómodamente en su espacio. Según se cuenta que dijo Mitchell: "¡Me importa un carajo si es elíptica o no, siempre que pueda alojar en su interior las armas!". Sin embargo, el éxito de un diseño con una característica llamativa no pudo evitar influir en los demás. La supuesta virtud del ala elíptica era que, al menos en teoría, generaría la menor resistencia posible, en función de la sustentación o inducida. 

En la imagen se puede ver la planta alar del Spitfire y la disposición de sus armas

La resistencia inducida es la propia resistencia que genera la sustentación, en contraposición a la resistencia debida a la fricción de la estructura de alas y fuselaje (resistencia parásita llamada skin en inglés) y a los remolinos turbulentos que se generan en el aire al pasar el avión. La resistencia inducida aumenta a medida que el avión pierde velocidad y el ángulo en el que el ala se encuentra con el aire aumenta, por lo que afecta principalmente a la tasa de ascenso y a las maniobras de alta carga gravitacional.

La resistencia parásita, por otro lado, afecta a la velocidad máxima del avión. El principio identificado por Lanchester es que la resistencia inducida es mínima cuando la distribución de la sustentación a lo largo de la envergadura ocurre en un ala elíptica, y hay una ecuación que lo prueba. 


Las alas con flecha moderada eran comunes en el período de entreguerras. El Douglas DC-3, que voló por primera vez en 1935, tenía un ala con un borde de ataque con una ligero aflechamiento y un borde de salida recto. 

La idea siempre fue más teórica que práctica. Los aviones reales tendrían siempre fuselajes y góndolas de motores, huecos entre las superficies de control, radiadores debajo de las alas, tomas de aire y cañones, todo lo cual hacía que la distribución de la sustentación se apartara del ideal de una elipse suave. 

La batalla por la perfección ya estaba inevitablemente perdida antes incluso de comenzar. Sin embargo, el hechizo de la elipse persistió. El Hawker Sea Fury usó un ala elíptica, pero de alguna manera no consiguió el atractivo que tenía el Spitfire. El fundador de Republic Aircraft, Alexander de Seversky, y su diseñador en jefe, Alexander Kartveli, se inclinaron por utilizar en sus diseños la planta alar del P-35 de preguerra en el P-47 Thunderbolt: un borde de ataque recto con puntas curvas y borde de fuga semielíptico, que dio una distribución de área elíptica sin las dificultades de fabricación de un borde de ataque curvo. 

Otros constructores probaron alas trapezoidales, o unas que se aproximaban a una elipse con dos o tres paneles trapezoidales, y no las encontraron realmente inferiores a las elípticas. La punta redondeada del ala sobrevivió como una reliquia de la elipse ideal hasta que el P-51 de North American y el F6F Hellcat de Grumman la abandonaron por completo. 

El Hellcat continuó la práctica de redondear las puntas del empenaje; no así el P-51, cuyo empenaje y estabilizador se cuadraron tan brutalmente como sus alas. Al final, una distribución de sustentación "ideal" y una punta redondeada no parecían hacer falta. Lo que hacía que el juego del diseño de aviones fuera una tarea difícil y seductora era el hecho de que los vínculos entre causas y efectos a menudo fueran sutiles y en ocasiones oscuros. Podría darse el caso de que un avión tuviera una característica llamativa, como el ala elíptica del Heinkel, pero que su buen (o mal) rendimiento se debiera, de hecho, a otra cosa. Siempre hubo espacio en las decisiones de diseño para corazonadas, teorías sólidas y descabelladas, y un sentido personal del estilo. 

Para un ojo perspicaz, la diferencias entre las alas tanto del Spitfire como del He 70 eran tan sorprendentes como las similitudes. El ala del He 70, vista de frente, tiene forma de gaviota invertida y, en la vista superior, se estrecha cerca del fuselaje. 

Ambas características estaban destinadas a reducir la interferencia aerodinámica entre el fuselaje y el ala. El Spitfire, sin embargo, ignoró ambos refinamientos y utilizó un carenado voluminoso en la raíz del ala, una solución que simplificó la construcción del ala pero que podría haber costado una pizca de velocidad o tasa de ascenso. 

El ala de gaviota invertida del Vought F4U permitió que su tren de aterrizaje fuese corto y resistente, pero hacía que alabeara de manera impredecible durante una pérdida. 

El diseño de alas de gaviota invertida era uno de los favoritos de Richard Vogt, el imaginativo diseñador jefe de la firma alemana Blohm & Voss. Lo usó en un bombardero en picado que se parecía a un pequeño Stuka, y en el Ha 139, un hidroavión de cuatro motores que volaba rutas postales y de pasajeros sobre el Atlántico Sur antes de la guerra. 


Debajo se puede ver una versión posterior del mismo modelo basada en una configuración terrestre. Se trata del Blohm & Voss Bv 142.

Vogt probó también la disposición opuesta, el ala de gaviota sin invertir, en un hidroavión de tres motores. Los diseñadores de hidroaviones de tamaño medio solían utilizar el ala de gaviota para colocar los motores montados en las alas lo más lejos posible del agua. Pero Vogt se pasó tres pueblos, como se suele decir. llevó la idea demasiado lejos. Los paneles del ala interior de su Ha 138 trimotor formaban una V muy pronunciada, y el motor del medio debía estar montado sobre un pilón entre los otros dos. 

La aerodinámica de este singular diseño resultó no ser la mejor, por lo que Vogt se vio obligado posteriormente a reemplazar el ala de gaviota por un ala recta, pero no sin antes recibir de que una revista aeronáutica especializada británica un pequeño tirón de orejas en un pie de foto: 

"El original Richard Vogt, diseña aviones más feos que la mayoría de los demás diseñadores. Aquí se muestra en el Mar Báltico Una monstruosidad típica de Vogt, The One-Three-Eight de B y V." 

Foto de http://www.luftarchiv.de/index.htm?/flugzeuge/blohm-voss/bv138.htm

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