¿Qué había antes de los Winglets? ¿O no había nada, y todo se dio por un descubrimiento casual?
Bueno, en lo personal soy un firme creyente de que nada es casual en este mundo, y la aeronáutica no escapa a esta regla: La historia de los Winglets, también llamados “Sharklets”, es tan antigua como la aviación misma, e incluso aún más. Si, el fenómeno de los vórtices en las puntas de las alas, ya se conocía en 1897, mucho antes del primer vuelo de los hermanos Wright. Un científico inglés, Frederick W. Lanchester, presentó una patente ante la Royal Society sobre un método para controlar los vórtices en las puntas de las alas. Este método consistía en colocar dos placas verticales en los extremos de las alas, de tal manera que el aire que atraviesa el ala se “encajona”, reduciendo así su vorticidad. Unos años antes, dio una conferencia ante la Birmingham Natural History and Philosophical Society, en donde exponía su trabajo sobre vórtices y teoría de la sustentación alar. Curiosamente, tanto éste, como su trabajo sobre las placas de extremos de alas, fueron rechazados tanto por la Royal Society como por la Physical Society. De todas formas, siguió investigando en esta y otras áreas, y en 1907 presentó otro trabajo llamado “Aerodynamics”, en dos volúmenes: el volumen I de la colección “Aerial Flight”, y el volumen II, “Aerodonetics” publicado en 1908.
En la siguiente se ilustra lo propuesto por Lanchester:
Este tipo de dispositivo se utilizó luego en algunas aeronaves, como el Republic “Seabee”.
Muchos años después, investigadores como el Dr. Sighard F. Hoerner establecieron las bases teóricas avaladas por resultados experimentales de este tipo de configuración alar. La figura de la página siguiente muestra el aumento de la envergadura efectiva gracias al agregado de esta placa, y la relación entre este alargamiento y el alto de la placa:
Los pioneros
A los comienzos de la aviación, hubo un entusiasta constructor, piloto y emprendedor de la aviación, llamado William E. “Billie” Somerville, nacido en Escocia en 1869. Introdujo por primera vez esta innovación, que probó con éxito en un biplano de su construcción, en 1910. Este tipo de puntas de alas curvadas, las patentó en ese mismo año. Fue tal su éxito, que en 1913 construyó su primer monoplano, basado en un monoplano Borel – Morane, que Somerville compró en una subasta. Era tan parecido al monoplano Borel, que la prensa de la época lo llamaba el monoplano “Somerville – Borel”. Aquí también experimentó con la técnica de curvado de las puntas alares, e incorporó un sistema de control de vuelo que él llamó de «auto-estabilización», que incorporaba unas aletas ranuradas cuyo efecto neto era que, en un viraje, el piloto podía soltar los controles y el avión volvería automáticamente a nivel de vuelo.
En la foto siguiente se puede apreciar el biplano de alas curvadas construido por Somerville, y a continuación, su monoplano. Nótese la curvatura en las puntas alares.
Alas elípticas y alas “con orejas”
En Inglaterra, durante la década de 1930, el Ministerio del aire británico, emitió la especificación F7/30 para la construcción de una aeronave de combate de alta velocidad y corto alcance, capaz de alcanzar al menos 250 millas por hora, y llevar 4 ametralladoras. Es así que R.J. Mitchell, diseñador de la firma Supermarine (una filial de la Vickers Armstrong) tomando como base el Supermarine S6B (El hidroavión ganador del Trofeo Schneider), le agregó muchos cambios: un motor más potente, el recién construido Rolls Royce PV-XII V12 “Merlin”, y una innovación en cuanto a la aerodinámica: el ala elíptica. Este tipo de planta alar, presenta ventajas en cuanto a la distribución de sustentación y la resistencia inducida, ya que las fuerzas de sustentación se distribuyen de tal forma que la sustentación va disminuyendo desde la raíz hasta la punta, con el efecto de que las fuerzas aerodinámicas sobre la estructura se reducen en comparación con un ala rectangular; además, la reducción de sustentación en la zona cercana a la punta se realiza de manera suave, de tal forma que prácticamente no hay resistencia inducida allí (no hay formación de vórtices de punta de ala).
Entonces, ¿Por qué este tipo de alas no se popularizaron?
El “talón de Aquiles” de las alas elípticas es su gran dificultad y costo de construcción. Tengamos en cuenta que cada sección del ala necesita costillas de distinto tamaño, el corte de la chapa también se hace complicado, y la mano de obra debe ser calificada. Todas estas dificultades constructivas elevan el costo de fabricación y pesan más que el beneficio aerodinámico, a la hora de decidir qué tipo de ala usar en un diseño.
Otras aeronaves adoptaron luego este tipo de ala: el avión alemán Heinkel HE – 70, avión postal rápido o de reconocimiento, (del que derivaría luego en el bombardero Heinkel He 111) disponía de ala elíptica en las primeras versiones. La mayoría de los aviones caza Republic P-47 Thunderbolt, también se fabricaron con ala elíptica.
Una solución intermedia
Una variante del ala elíptica fue la incorporación de las puntas de alas redondeadas, llamadas “rounded wingtips”, que aproximaban bastante al beneficio que se obtenía con las alas elípticas, con la ventaja de una más fácil construcción de la estructura alar.
En la segunda guerra mundial…
El diseñador Ernst Heinkel, diseñó el Heinkel He-162 “Volksjäger” (Caza del pueblo), el cual tenía la particularidad de ser de muy simple y rápida construcción, debido a la urgencia del tercer Reich de tener un caza para la defensa de los ataques de los bombarderos aliados. Como dato, desde la firma del contrato, hasta la salida de producción del primer prototipo, solo se tardó 69 días, todo un record en la historia de la aviación. Otra innovación que se agregó a este avión fue la incorporación de un asiento eyectable, que el piloto podía accionar a 30 m de altura, en caso de ser derribado. Debido a problemas de estabilidad en los vuelos de prueba, se le agregaron unas aletas con diedro negativo, que solucionaron ese problema.
A estas aletas las tripulaciones las llamaban «Lippisch-Ohren» (Orejas de Lippisch) en honor a su ingeniero, Alexander Lippisch (El diseñador del Messerschmitt Me-163 “Komet”, y el padre del ala en delta).
Este tipo de configuración alar, que en esta aeronave resultó producto de una necesidad de corregir defectos en el vuelo, (la aeronave tenía tendencia a ladearse a ambos lados en vuelo, maniobra conocida como “Dutch Roll”), años después tuvo su justificación teórica, gracias a los trabajos del Dr. Sighard F. Hoerner (un importante investigador de la aerodinámica, autor de dos libros, “Lift” y “Drag”), y también fue el diseñador de uno de los primeros aviones STOL: El Fieseler Fi 156 “Storch” (Cigüeña). El trabajo acerca de las aletas con diedro negativo lo presentó en una publicación en el año 1952, titulada “Aerodinamic Shape of the Wing tips”, en donde a este tipo de terminación alar las bautizó “Drooped wingtips” (Puntas de ala inclinadas), las que luego también se llamaron “Hoerner wingtips”, en su honor. Los planeadores y aeronaves livianas usaron este tipo de punta de ala por muchos años.
También en la Unión Soviética
En la entonces Unión Soviética, en 1946, se realizaron experimentos con la misma configuración alar que el Heinkel He-162, con dos prototipos de la aeronave Florov Samolyet 4302/4303: la VVS (Военно-воздушные силы, Voyenno-Vozdushnye Sily, conocida en español como Fuerza Aérea Soviética), encargó a Ilya Florov para desarrollar un avión experimental de cohete para investigar el vuelo transónico de alta velocidad. Teniendo en cuenta el papel deseado, el “Camoлet 4302” (Aeronave Nº 4302) tenía que ser increíblemente compacto: el fuselaje era apenas lo suficientemente grande para adaptarse al cohete y al tanque de combustible. Con la poca información disponible para Florov acerca del vuelo a altas velocidades, más bien se dirigió a un diseño de ala alta que se parecía mucho al Heinkel He – 162. Se desarrolló un ala de perfil delgado de flujo laminar TsAGI para uso en el prototipo y un puesto de pilotaje presurizado para el piloto. El primer 4302 fue diseñado con un tren de aterrizaje fijo, mientras que todos los aviones posteriores usarían un carro y un patín retráctil, como en el Messerschmitt Me – 163. Los ensayos en vuelo comenzaron en 1946 sin motor, Seguidos de ensayos motorizados al año siguiente. Mientras tanto, el 4303, más avanzado, esperaba su motor cohete. Sin embargo, a mediados de 1947 se canceló todo el proyecto debido a los progresos realizados con los motores de reacción. El motor cohete previsto para ser utilizado en el 4303 fue transferido a MiG, que todavía trabajaba en su I-270 de propulsión por cohetes. En la Figura 7 se puede apreciar una foto del modelo 4303.
En el próximo artículo, continuaremos con la evolución de los diseños previos a los Winglets, en las décadas posteriores a la segunda guerra
