Continuando con esta serie de artículos, en el anterior comenzamos a recorrer la historia de cómo se fueron aportando soluciones hasta llegar a la solución definitiva que conocemos hoy. En este artículo veremos más tipos de soluciones de puntas de ala para disminuir su resistencia inducida.
El método “Arco tubular de aluminio”
Una solución muy sencilla, pero solo útil para aeronaves con alas enteladas, consiste en colocar, en la punta del ala, un arco tubular de aluminio, cuyos extremos se unan con el borde de ataque y el borde de fuga del perfil de la punta alar. Luego, al entelarlo, la tela al tensarse forma una pendiente curva que, vista de perfil, va reduciendo el espesor del ala hasta el diámetro del tubo. Este método ya se conocía en aeronaves de la primera guerra mundial, como el Fokker DVII. En este caso, se usaba un tirante de madera curvada, y se entelaba.
La punta de ala “Hoerner”
Este tipo de punta alar lleva el nombre de su inventor, el Dr. Sighard F. Hoerner (n.18 de abril de 1906, Münster, Alemania — f. 22 de junio de 1971, Brick Town, USA), quien fue un talentoso investigador en el campo de la aerodinámica, y el diseñador del avión STOL Fieseler Fi. 156 “Storch”. Hoerner propuso ir reduciendo el espesor del ala en las cercanías de las puntas alares, de tal forma que el borde de ataque visto de frente, en la zona de las puntas se vería el intradós formando una superficie a 45º con la horizontal.
El efecto que producen este tipo de alas es alejar los vórtices fuera de la zona del extradós. Así, el barrido de la capa limite que se produce debido al vórtice, es desplazado hacia afuera, disminuyendo la turbulencia sobre las puntas alares, mejorando la estabilidad y la sustentación en esa zona.
“Raised wingtips” versus “Drooped Wingtips”
Este tipo de configuración consiste básicamente en doblar la punta del ala, hacia arriba (Raised Wingtip) o hacia abajo (Drooped Wingtip); el efecto es similar a la punta alar Hoerner, es decir, el vórtice es separado hacia afuera, haciendo que la mezcla de las masas de aire del intradós y el extradós no se produzca sobre el ala, sino a su lado, aumentando así la envergadura efectiva. Los beneficios adicionales que traen este tipo de puntas alares son:
- Aumento de la carga alar local cerca de la punta alar, debido a lo cual la respuesta de los alerones se ve mejorada, aumentando la maniobrabilidad a bajas altitudes.
- Mejoran el rendimiento de despegue, una ventaja en aeronaves que deben operar desde campos cortos o semipreparados.
Como ya se dijo en el artículo anterior, la aeronave Heinkel He-162 Salamander tenía este tipo de puntas; además, el avión de ataque a tierra Fairchild -Republic A -10 Thunderbolt II y Cessna 172 llevan este tipo de soluciones.
Las alas con “Tip – Tanks”
Otra solución que se encontró para reducir los vórtices de punta de ala, y al mismo tiempo, aumentar la capacidad de combustible de la aeronave, fue la incorporación de tanques suplementarios en las puntas de las alas, denominados “Tip – tanks”, o tanques de puntas alares. Este tipo de punta alar se difundió mucho tanto en aeronaves civiles como militares.
Básicamente, esta configuración consiste en colocar dos tanques suplementarios de combustible en las puntas de las alas, con forma cilíndrica, y ahusados. El propósito es crear un camino circular para el aire, e impedir que barra la capa limite en el extradós, disminuyendo así la vorticidad. La experiencia demostró que, además, esos tanques creaban una sustentación adicional, que justificaba su agregado, en relación al peso de los tanques y el combustible agregado.
Como ventajas de estos elementos, podemos citar:
- Reducen la flexión del ala debido a la distribución de la masa crea un centro de masas lejos del fuselaje.
- Extiende la vida de fatiga de las superficies superiores de las estructuras alares.
- Tienden a prevenir los vórtices de punta de ala, reduciendo la resistencia inducida.
- Si bien también tiende a incrementar la resistencia aerodinámica del perfil, debido al aumento de la resistencia de interferencia en el punto de unión del tanque con el ala, este aumento de resistencia es menor que la reducción de la resistencia inducida.
- Permiten llevar menos combustible en el fuselaje.
Como desventajas, los tanques vacíos incrementan la flexión alar, debido al corrimiento del centro de presión alar más al exterior, por el incremento de sustentación en las puntas alares. Por esta razón, cuando se comenzó a usar en aeronaves más grandes, como el Lockheed “Super Constellation”, se recomendaba a los pilotos no usar en vuelo el combustible alojado en estos tanques (salvo en caso de necesidad), debido a que, si gastaban ese combustible, el tanque quedaría muy liviano, y el menor peso no podría contrarrestar la sustentación propia del tanque, generando una fuerza de sustentación vertical hacia arriba en cada punta alar, incrementando mucho la flexión de cada ala, creando un curvado del ala que hiciera peligrar la resistencia estructural sobre todo en las vigas y superficies del extradós.
En las aeronaves militares, sobre todo las de caza, el combustible alojado en los tanques de las puntas alares debían evacuarse en caso de combate, ya que ese combustible genera un incremento en el momento de inercia en la maniobra de rolido, creando una clara desventaja de esta aeronave frente a su oponente.
Las aeronaves militares que usaron este sistema fueron, principalmente, el Lockheed T-33, Republic F-84 “Thunderjet”, Lockheed F-94 “Starfire” y F-104 “Starfighter”, El Grumman F9F “Panther”, Embraer EMB-326 “Xavante”, Aero L-39 “Albatros”, el Cessna A-37B Dragonfly, y el Embraer EMB – 111, el BAe “Nimrod” M.R.2, y el Dassault – Breguet “Atlantic” NG.entre otros.
El uso de este tipo de alas fue más difundido aún en la aviación civil, ya que podemos encontrarlas en aeronaves pequeñas, como el Cessna 310, Piper PA-31T “Cheyenne”, Beechcraft “Bonanza”, Extra Aircraft EA-500; aeronaves ejecutivas, como el Learjet 23, 24, 25, 35 y 36, el Grumman Gulfstream II, y aeronaves de mayor porte, como el ya mencionado Lockheed L-1049 Súper Constellation, y el Mitsubishi MU-2 “Marquise”.
Aqui apreciamos las imágenes de un F9F Panther y un Embraer EMB-326 “Xavante”, ambos de la Aviación Naval Argentina.
Variantes
Otra utilidad de este tipo de configuración alar, la encontramos en las aeronaves anfibias (hidroaviones), en donde se le da el mismo doble uso que con los tanques suplementarios, pero en este caso, tienen la función de flotadores, para mejorar la estabilidad lateral de la aeronave, cuando está posada sobre el agua. A diferencia de los “Tip – Tanks”, que eran fijos, en este caso, los flotadores son móviles; mientras están sobre el agua, se rotan a 90º, para que la aeronave no sea sacudida por las olas, y cuando el hidroavión despegó, se retraen, cumpliendo la función de reductores de vórtices. En la Figura 8 se muestra al hidroavión Consolidated PBY-5 “Catalina”, de una empresa privada chilena, en la Feria Aeronáutica del Aire y el Espacio (FIDAE).
