Ala (aeronáutica)

En aeronáutica se denomina ala a un cuerpo aerodinámico formado por una estructura muy fuerte estructuralmente, compuesta por un perfil aerodinámico o perfil alar envolviendo a uno o más largueros y que es capaz de generar una diferencia de presiones entre su cara superior (extradós) y su cara inferior (intradós) al desplazarse por el aire lo que produce la fuerza ascendente de sustentación que mantiene al avión en vuelo. El ala típica también utiliza el principio de acción y reacción generando una fuerza cuya componente vertical contrarresta al peso. En el caso particular de las alas para aviones supersónicos, el diseño está orientado a usar sólo este efecto de la “reacción” y se evita la sustentación aerodinámica. El ala compensará por tanto el peso del avión y a su vez generará una resistencia.​ El efecto de sustentación aerodinámica existe debido a las características neumáticas del aire, es su compresibilidad la que hace posible el desbalance entre las presiones de las caras del intradós y el extradós.

Se utiliza en diversas aeronaves, es el componente de referencia de las aeronaves de ala fija (avión por ejemplo), pero no es exclusivo de ellas. Por ejemplo, los helicópteros como AH-64 Apache y los Autogiros son dos tipos de aeronave de alas giratorias que, aparte de sus alas giratorias, posee además unas alas fijas que utiliza para llevar armamento; en este caso la función principal de sustentar la aeronave se pierde, pero sigue siendo un ala (embrionaria) cuya función principal se ha cambiado por otra.​

Los pioneros de la aviación, tratando de emular el vuelo de las aves, construyeron todo tipo de artefactos dotados de alas articuladas que generaban corrientes de aire o bien construyeron artefactos planeadores que al lanzarse desde sitios elevados con corrientes de aire ofrecían sustentación. Sólo cuando se pudo disponer de un motor de suficiente potencia se construyeron aeroplanos con alas fijas, que surcaban el aire en vez de moverlo de manera autopropulsada, fue entonces posible el vuelo de máquinas más pesadas que el aire por sus propios medios y no dependientes de la gravedad, como los planeadores. Fueron los hermanos Wright en 1903 quienes consiguieron el primer vuelo autopropulsado; sin embargo Alberto Santos Dumont fue el primero en cumplir un circuito preestablecido, bajo la supervisión oficial de especialistas en la materia, periodistas y ciudadanos parisinos. El 23 de octubre de 1906, voló cerca de 60 metros a una altura de 2 a 3 metros del suelo con su 14-bis, en el campo de Bagatelle en París. Santos Dumont fue realmente la primera persona en realizar un vuelo en una aeronave más pesada que el aire por medios propios, ya que el Kitty Hawk de los hermanos Wright necesitó de la catapulta hasta 1908. Realizado en París, Francia el 12 de noviembre de 1906, no solo tuvo buenos testigos presentes y por la prensa, sino también lo vieron varios aviadores y autoridades. Asimismo son de destacar los planeadores construidos por John Joseph Montgomery y Otto Lilienthal que consiguieron vuelos sustentados (con alas) y controlados pero no autopropulsados (es decir, carecían de motor).​ Aunque hay alas de todos los tipos y formas, todas obedecen a los mismos principios explicados con anterioridad y están caracterizadas por una forma alargada (una dimensión es bastante mayor que las otras dimensiones).

En un avión moderno el ala cumple además otras funciones aparte de sustentar el peso conjunto propio de las alas más el del resto de la estructura, principalmente el fuselaje y las superficies de mando como el estabilizador horizontal y el timón de dirección. En las funciones del ala, que es además uno de los componentes que más ha evolucionado desde el inicio de la aviación como se puede ver en su evolución histórica. Al ser una de las partes más importantes del avión (y quizás la más estudiada)hasta el punto de que desde los años 30 existieron aeronaves sin fuselaje ni superficies de mando independientes, las llamadas ala volante, resulta que es posiblemente la que más terminología emplee para distinguir sus diferentes partes, contando con partes móviles, partes estructurales y partes geométricas. Por último, es interesante observar como las diferentes formas en planta se han adaptado a los diferentes regímenes de vuelo.

El ala es el principal componente de un avión, su principal función es asegurar la sustentación, que compensa al peso. Esto hace que el avión pueda mantener un vuelo estable. Pero al ser una estructura bastante grande, la evolución tecnológica de los aviones ha hecho que adquiera una serie de nuevas funciones aparte de mantener el vuelo. El ala es diseñada basándose en criterios de actuaciones en vuelo batman stainless steel water bottle, es decir la velocidad de diseño, el coeficiente de planeo, la carga útil, la maniobrabilidad del avión, todo ello implica consideraciones de diseño estructural y finalmente factores de diseño global del avión (por ejemplo, donde poner un sistema u otro).​

Un resumen de sus funciones principales sería el siguiente:

Los primeros aviones fueron construidos con la configuración alar de biplano donde dos alas eran unidas entre sí mediante tirantes y rigidizadores. Los motivos de esta configuración eran debidos a problemas estructurales, no era posible tener una estructura lo suficientemente resistente como para aguantar toda la sustentación que necesitaba el avión usando solamente un ala, era necesario minimizar el tamaño del ala (y por tanto los esfuerzos estructurales) y por lo tanto se necesitó aumentar su número para hacer que el avión volara. Esta configuración se mantuvo durante mucho tiempo (incluso hubo algún avión de configuración triplano e incluso multiplano de más de tres alas) hasta la aparición de los aviones monoplano gracias a un avance en la ciencia de materiales y de estructuras.

Como se puede ver en la imagen del Sopwith Camel, los aviones biplanos utilizaban elementos externos (debido a la falta de rigidez de las alas) para dar la resistencia necesaria a las alas durante el vuelo y, sobre todo, las maniobras. Estos elementos en un principio no eran aerodinámicos (más bien cuerpos romos y daban una gran resistencia al vuelo. Un gran avance fue la introducción del avión monoplano y sobre todo el avión semimonocasco y monocasco

Las configuraciones actuales de aviones comerciales y de aviones de transporte suelen ser de una sola ala y configuración semimonocasco. El ala se diseña para poder resistir por ella misma todos los esfuerzos que se puede encontrar durante el vuelo y realiza varias funciones. Este diseño es el básico en todas las configuraciones volando en subsónico aunque, debido a motivos especiales, algunos aviones usan configuraciones distintas para resolver problemas concretos.

Los aviones monoplano tienen diversas configuraciones posibles. Bien pueden tener el ala baja donde el ala va a la altura del fuselaje inferior, lo que facilita el acceso al motor pero obliga a tener un tren de aterrizaje más grande, es la más usada en aviones comerciales de pasajeros. Otra ala tradicional es el ala alta, donde el ala está instalada en la parte superior del fuselaje, con lo cual se requiere un tren de aterrizaje más pequeño pero crea problemas en la zona del fuselaje donde se encuentra el ala ya que el espacio es más reducido. También tenemos el ala media típica de los cazas militares y el parasol que es un ala montada por encima del fuselaje. Por regla general, los aviones comerciales de pasajeros suelen ser de ala baja para poder dar cabida a mayor número de pasajeros y el tren de aterrizaje se suele colocar en el carenado del vientre (del inglés belly fairing) del avión. Los aviones de transporte suelen ser derivaciones de aviones comerciales o bien aviones específicos para transporte (especialmente los aviones de transporte militar como el A400M), estos aviones tienden a ser de configuración de ala alta y tienen su tren de aterrizaje en la parte inferior del fuselaje, siendo bastante corto. Esto permite que haya más espacio alrededor para realizar operaciones de carga y descarga.

Hay varios tipos de alas para los aviones:

Recta de cuerda constante.

Trapezoidal (recta con estrechamiento).

Elíptica

Flecha

Flecha invertida

Doble flecha

Flecha variable

Delta

Delta con timones canard

Delta con timones traseros

Doble delta

Ojival

Los modelos previos responden a guías generales de cómo son los aviones en la actualidad, pero dependen claramente del avión concreto y la misión a realizar. Por ejemplo, el Fokker 60 es un avión de pasajeros con ala alta y el tren de aterrizaje en los motores.

En la actualidad hay diversos estudios para cambiar radicalmente la forma del avión comercial y dejar la estructura fuselaje-ala, pasando a una estructura totalmente integrada llamada ala volante. Esta estructura tiene la ventaja de ofrecer una menor resistencia para un mismo número de pasajeros, aunque hoy en día se enfrenta a un problema a la hora de responder a los requerimientos de evacuación del avión de las autoridades (los pasajeros estarían en filas de 20-30 pasajeros comparadas con el máximo de 11 de hoy en día). Hay diversos aviones operativos (militares en su mayoría) con esta configuración por ejemplo el Northrop YB-49 o el B-2 Spirit. Otra concepción parecida (intermedia) es una fusión de fuselaje y ala en una sola estructura pero sin llegar a ser un solo componente aunque diferenciados. Es el llamado fuselaje integrado, que viene a ser un paso intermedio entre una configuración monoplano clásica actual y la configuración de ala volante.

Todos las configuraciones previas están centradas en los aviones comerciales, que son en su mayoría, aviones que vuelan en subsónico, los aviones militares (especialmente los cazas) vuelan en régimen supersónico y por lo tanto la configuración alar debe responder a esta diferencia. En general los aviones militares supersónicos utilizan una configuración de ala en delta (ya sea con variantes de canard, doble delta…) que responde mejor a las necesidades de la misión. Estas alas tienen sus dificultades y ningún avión usa hoy en día un ala delta pura.

El ala es, sin duda, uno de los mayores logros de la ingeniería aeronáutica. Combina en un sólo componente una estructura eficiente, un componente multifuncional y una ligereza asombrosa. La arquitectura alar actual se basa en la tecnología semimonocasco basada en varios componentes que cumplen un función específica. Hoy en día con la introducción de los materiales compuestos avanzados, la fabricación de la estructura empieza a ser de piezas integradas (larguerillos-revestimiento) pero los componentes (aunque integrados en una pieza) siguen siendo distinguibles:

Aparte de todos estos componentes estructurales internos, el ala lleva los elementos que componen la cinemática de los dispositivos hipersustentadores.

-Estrechamiento en planta (planform taper): reducción de la cuerda y el espesor desde el encastre hasta la punta (“conicidad”). -Estrechamiento en espesor (thickness taper): reducción del espesor desde el encastre hasta la punta, pero la cuerda se mantiene constante.

A la hora de diseñar un avión la forma en planta determinará principalmente la distribución de carga alar (y por lo tanto los esfuerzo en el encastre), la eficiencia del ala y la resistencia del ala, además hay que tener en cuenta a la hora de elegirla factores como el coste de fabricación, el espacio para los sistemas y las condiciones de vuelo del avión.​

Por las formas en planta las alas se pueden clasificar en:

Ala Recta

Piper PA-32 Cherokee Six

Thorp T-18

Pilatus PC-6 Porter

Fairchild-Republic A-10 Thunderbolt II

Trapezoidal

X-3 Stiletto de ala pequeña

F-22 Raptor caza con un ala de bajo alargamiento

X-32, un prototipo de caza de Boeing

Grob 102 Astir, un velero monoplaza, se aprecia el gran alargamiento

Elíptica

Supermarine Spitfire, famoso caza de la Segunda Guerra Mundial

Tres Heinkel He-111 en formación real jerseys for cheap.

Flecha

Flecha invertida

Flecha variable

Doble flecha

B-52, avión con ala en flecha.

X-29, avión experimental con ala en flecha invertida.

F-14 Tomcat, avión ala de geometría variable, con alas plegadas (flecha elevada).

F-14 Tomcat con alas extendidas (flecha pequeña).

Delta

Delta con canard

Delta con timones

Doble delta

F-106 con ala en delta. También tiene un fuselaje adaptado a la regla del área

Saab 39 Gripen, avión con ala en delta y canards.

F-16, avión con ala en delta y timones.

Saab 35 Draken, avión con ala en doble delta.

Ojival

Concorde, el avión comercial supersónico de la industria europea