F-35A Lighting, con un F-22A Raptor de fondo. Ninguno tiene winglets (foto: Carlos Ay).
A modo de introducción, una primera respuesta a este interrogante es:
Porque una aeronave militar necesita una rápida respuesta frente a situaciones cambiantes, necesita velocidad, poder ofensivo, maniobrabilidad…
Esto es, sin fijarse en la eficiencia, el vuelo recto y nivelado, o el ahorro de combustible, es decir, lo opuesto al fin para el cual se diseñaron los Winglets / Sharklets…
Ampliemos lo recién escrito con mayor detenimiento.
Beneficio aerodinámico, detrimento en maniobrabilidad…
Si bien el agregado de superficies aerodinámicas en las puntas de las alas mejora la sustentación, el alcance, y la reducción de la resistencia inducida, como ya vimos, en la otra mano tenemos el hecho de que estamos agregando más masa, y, por ende, más peso. Si bien los materiales compuestos actuales no influyen significativamente en el peso total, si influye, en cambio, en la inercia; más específicamente, en la inercia rotacional: recordemos las clases de física, en donde se nos enseñó que más masa implica más inercia (más resistencia a un cambio en el movimiento, o en la dirección del mismo). En este caso, la más afectada es la inercia rotacional, o de rolido (también conocida como alabeo), que es la maniobra que realiza una aeronave al rotar sobre su eje longitudinal, es decir, a lo largo del fuselaje.
La mayor envergadura de las alas de los aviones comerciales provoca un radio de giro tan grande cuanto mayor sea la longitud de cada semiala; entonces, una masa, por pequeña que sea, colocada en el extremo más alejado de la raíz del ala (o sea, la punta, donde generalmente están los Winglets), generará un incremento en la inercia rotacional (conocida como “momento de inercia”) que hará que el avión esté más “pesado” al querer realizar la rotación sobre su eje. Obviamente, este tipo de maniobras no son realizadas en ningún avión comercial, de ahí que no importe el incremento en la inercia rotacional por el agregado de estos elementos, pero si debe ser considerado en aeronaves militares, donde las maniobras evasivas, o de picada, son muy comunes, y la inercia rotacional es un factor importante y no debe despreciarse.
Entonces, la experiencia demuestra que “cuanta más envergadura tenga un ala, más inercia rotacional tendrá, y la aceleración angular máxima permitida disminuirá”.
La Relación de Aspecto: Un problema de geometría y aerodinámica
Para quienes no saben que es, la “Relación de Aspecto” es la relación entre las longitudes de una figura geométrica. Así, para un rectángulo, por ejemplo, de 16 x 9 cm, su relación de aspecto será 16/9 = 1.777.Esto significa que el largo de este rectángulo será 1.777 veces mayor que su ancho, o también, 16:9.En aeronáutica, el concepto es el mismo, y consiste en dividir la envergadura del ala por su cuerda, dando así la relación de aspecto.
El problema surge para alas de planta más compleja: en el caso de alas en flecha, trapezoidales, etc., se aplica otra fórmula, y la relación entre la envergadura elevada al cuadrado, dividida por la superficie alar. Así, un ala de un planeador, tendrá un ala de mayor relación de aspecto que una de una aeronave de combate:
¿Porque hablamos de esto? Si recordamos el articulo 3 de esta serie (ver “Envergadura efectiva versus geométrica” en La resistencia inducida y su importancia en la aerodinámica), vimos que los Winglets tienen el efecto de aumentar la Relación de Aspecto del ala, es decir, hacen que ala sea aerodinámicamente más larga. Y como en el rolido un ala muy larga tiene mucha inercia rotacional, un ala de igual envergadura con Winglets o Sharklets tendrá aún más.
Por eso usted no ve a ningún piloto de planeador realizar maniobras acrobáticas de rolido…
Entonces, en el caso de una aeronave militar, en donde se necesitan rápidas maniobras, para evadir y atacar al enemigo, no es conveniente usar largas alas, sino más bien cortas, de baja relación de aspecto, aptas para giros bruscos sin que la estructura se vea afectada. Como contrapartida, la poca sustentación que se obtiene con estas alas, se ve compensada por potentes motores con gran capacidad de empuje, lo que le da una velocidad suficiente para obtener la sustentación necesaria para mantener el vuelo (recordemos que uno de los factores en el cálculo de la sustentación de un ala es la velocidad relativa al aire). Si bien en las primeras aeronaves militares obtener mucha potencia de empuje implicaba incrementar el peso del motor, en los aviones militares de hoy en día, eso ya no es un problema, porque las aleaciones livianas, los materiales cerámicos y compuestos redujeron su peso, mejorando la relación empuje / peso.
Bien, lo anteriormente escrito explica por qué las alas en aeronaves militares deben ser cortas, es decir, de poca envergadura o relación de aspecto. Pero aún falta responder porque la mayoría no lleva Winglets / Sharklets.
Una de las respuestas a esta pregunta fue dicha al principio de este artículo, y es que estos dispositivos incrementan la relación de aspecto del ala, y además incrementan la inercia rotacional, factores estos que no son buscados en aviones militares. Además, existen otras razones, que citamos a continuación:
- Los Winglets son diseñados para dar el mayor rendimiento para una particular configuración del ala, velocidad y perfil de vuelo, y son poco efectivos, o con efectos adversos, para otras performances de la aeronave.
- Poseen elevados valores de Resistencia aerodinámica en vuelos transónicos y supersónicos.
- En ciertas actitudes de vuelo, los Winglets crean una “sombra” considerable a las señales de radar, algo no deseado en aeronaves militares.
Otra razón por la que las aeronaves militares no usan Winglets / Sharklets, es debido a que estos también mejoran la estabilidad en las maniobras de guiñada (“yaw”), dándole mayor estabilidad al vuelo. Aunque parezca extraño, los aviones militares aprovechan la inestabilidad, para poder realizar giros y maniobras más rápidamente. Esta inestabilidad era todo un desafío para los pilotos en las tempranas épocas de la aviación, sobre todo en las aeronaves de la primera guerra mundial, pero hoy en día, las computadoras hacen que el vuelo sea más seguro.
En el próximo artículo, continuaremos desarrollando este tema relacionado con las aeronaves militares.
