Per Ardua ad Astra

Tanto gilipollas y tan pocas balas

Vórtices, winglets y demás parafernalia aerodinámica

42 comentarios

Un amigo, tan observador como temerario, cometió el error de preguntarme por qué el avión que le había traído tenía las puntas de las alas “dobladas” hacia arriba. Como me pareció que el rollo que le metí no le aburrió demasiado, lo comparto también con vosotros.
Winglet

Respuesta corta: eso que hay en la punta de las alas es un winglet, y sirve para reducir la resistencia (y el consumo) del avión entre un 2 y un 5%. Respuesta larga: poneos cómodos y dadme un segundo. ¿Sabéis por qué un avión se mantiene en el aire? Sí, hombre: échale un ojo al vídeo. Eso de que el aire va más rápido por la parte de arriba del ala que por la de abajo y que, según un tal Bernoulli, crea un vacío en la parte superior que “tira” del ala (y el avión) hacia arriba. Esto nos conviene para que el avión suba sin tener que esperar a que la curvatura de la Tierra se aleje de él. Pero entonces, si arriba hay menos presión que en la parte de abajo, ¿qué ocurrirá cuando nos acerquemos a la punta del ala? Claro: el aire de abajo tenderá a fluir hacia arriba, como en este dibujo:
Flujo de aire del intra al extradós
El resultado es que tenemos una corriente de aire que, combinada con el avance del avión, nos da un torbellino de punta de ala o, en inglés (que siempre mola más), un wingtip vortex.
Generación de torbellinos de punta de ala

Estos torbellinos suponen un problema a varios niveles. Para el propio avión, aumentan la resistencia inducida: tiene que desperdiciar energía en acelerar esa masa de aire en vez de emplearla en su propio avance. Y para el resto de aviones, esas turbulencias permanecen en el aire durante varios minutos (descendiendo lentamente a unos 100 m/min y alejándose lateralmente a unos 5 km/h). La putada es que esos vórtices de punta de ala son más intensos a bajas velocidades (aterrizaje y despegue), pudiendo llegar a tirar un avión. Podemos verlos gracias a la niebla en esta foto (o este vídeo de Landing Short):
Wingtip vortex en aterrizaje

WingletEl británico Lanchester, a finales del siglo XIX, ya se percató de este problema y propuso un apaño teórico. Pero no sería hasta la crisis del petróleo de los 70 que los estadounidenses, que de hacer aviones saben un rato, encargaron a Whitcomb y sus chicos de la NASA que se currasen una solución. Y dijeron: si el problema es que el aire va de abajo arriba… ¿por qué no ponemos una barrera? Y ese es el concepto de los winglets: superficies en la punta del ala que rompen la corriente ascendente, reduciendo la resistencia y aportando estabilidad direccional. Así pues, el primer avión comercial que equipó winglets fue el MD-11 (aunque unos años antes ya se había hecho en el Vari-Eze experimental y en el Learjet, un reactor ejecutivo).

Actualmente es común encontrar derivados de ese concepto en aeronaves de todos los tipos y fabricantes:

Winglet A330 Winglet CRJ9 Winglets en el Airbus 330 o la familia CRJ, entre otros muchos.
Winglet B737 Winglet B737 Blended winglets en el Boeing 737 Next Generation, que es lo mismo, sólo que con una transición más suave entre el plano del ala y el del winglet, para mejorar su rendimiento.
Hacer el ‘retrofit’ e instalárselos a un avión que no los tenga cuesta entre quinientos mil y dos millones de dólares.
Wingtip fence A322 Wingtip fence A320 Wingtip fences en la familia Airbus 320.
Aunque ya están listos los ‘sharklets’, una mezcla de winglet y raked wingtip.
Raked P8 Raked B764 Raked wingtip.
Donde caben tres, caben cuatro: estos no son como los anteriores, pero también se usan para reducir los torbellinos de punta de ala, en este caso adelgazando y echando hacia atrás la punta del ala. Boeing lo está empleando en sus nuevos aviones de largo alcance, tipo Boeing 777 o 787 (o el Poseidon militar de la foto), porque resulta más eficiente para cruceros largos que las otras opciones.

No está todo lo que es, pero sí es todo lo que está. Y como de costumbre, comentarios, preguntas y correcciones bajo el cuadradito gris.

Bibliografía:
Carmona AI. Aerodinámica y actuaciones del avión. 12ª ed. Madrid: Thomson-Paraninfo; 2004. [Y fuente de los esquemas explicativos]
U.S. Department of Transportation – Federal Aviation Administration. Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge. 2003.
Chambers JR. Concept to reality. Contributions of the NASA Langley Research Center to U.S. Civil Aircraft of the 1990s. NASA; 2003.
U.S. Department of Transportation – Federal Aviation Administration. Wake Turbulence Training Aid (DOT/FAA/RD-95/6). 1995.

Perpetrado por EC-JPR

octubre 23rd, 2010 a las 1:26 am

Categoría: Aviación

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