Ala

Un ala es un tipo de aleta que produce sustentación mientras se mueve por el aire o el agua. Al mismo tiempo se produce una resistencia aerodinámica que es indeseable, ya que desperdicia parte del combustible necesario para mover el ala. Las alas se definen por dos características de forma: una sección aerodinámica y una forma en planta. La eficiencia del ala se expresa como la relación sustentación-resistencia . La aerodinámica es el estudio del rendimiento del ala en el aire.

Las alas que se utilizan en el agua incluyen varios tipos de láminas , entre ellas los hidroplanos . Las aplicaciones de las láminas submarinas incluyen hidroaviones , veleros y submarinos . La hidrodinámica es el estudio del rendimiento de las alas en el agua.

La palabra "ala" del nórdico antiguo vængr ^{[1] durante muchos siglos se refería principalmente a las} extremidades delanteras de las aves (además del pasillo arquitectónico). Pero en los últimos siglos el significado de la palabra se ha ampliado para incluir apéndices productores de sustentación de insectos , murciélagos , pterosaurios , bumeranes , algunos veleros y aviones , o el perfil aerodinámico invertido de un coche de carreras que genera una fuerza hacia abajo para aumentar la tracción. ^{[ cita requerida ]}

En la naturaleza, las alas han evolucionado en dinosaurios, aves , mamíferos, peces, reptiles y plantas como medio de locomoción . ^{[ cita requerida ]} Varias especies de pingüinos y otras aves acuáticas voladoras o no voladoras , como alcas , cormoranes , araos , pardelas , eideres y negrones y petreles buceadores son nadadores submarinos eficientes y usan sus alas para impulsarse a través del agua. ^[2]

• Formas de alas en la naturaleza
• 
  Semillas de árboles alados que provocan autorrotación en el descenso.
• 
  Una gaviota risueña , que muestra el contorno de " ala de gaviota ".
• 
  Murciélago en vuelo

El diseño y análisis de las alas de los aviones es una de las principales aplicaciones de la ciencia de la aerodinámica , que es una rama de la mecánica de fluidos . Las propiedades del flujo de aire alrededor de cualquier objeto en movimiento se pueden encontrar resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes de dinámica de fluidos . Excepto en el caso de geometrías simples, estas ecuaciones son difíciles de resolver. ^[3] Se pueden dar explicaciones más simples .

Para que un ala produzca "sustentación", debe estar orientada en un ángulo de ataque adecuado en relación con el flujo de aire que pasa por el ala. Cuando esto ocurre, el ala desvía el flujo de aire hacia abajo, "girando" el aire a medida que pasa por el ala. Dado que el ala ejerce una fuerza sobre el aire para cambiar su dirección, el aire debe ejercer una fuerza sobre el ala, de igual magnitud pero de dirección opuesta. Esta fuerza surge de las diferentes presiones de aire que existen en las superficies superior e inferior del ala. ^{[4] [5] [6]}

En la superficie superior del ala se genera una presión de aire inferior a la ambiental, y en la parte inferior una presión superior a la ambiental (véase: perfil aerodinámico ). Estas diferencias de presión de aire se pueden medir utilizando un dispositivo de medición de presión o se pueden calcular a partir de la velocidad del aire utilizando principios físicos , incluido el principio de Bernoulli , que relaciona los cambios en la velocidad del aire con los cambios en la presión del aire.

La menor presión de aire en la parte superior del ala genera una fuerza descendente menor en la parte superior del ala que la fuerza ascendente generada por la mayor presión de aire en la parte inferior del ala. Esto genera una fuerza ascendente en el ala. Esta fuerza se denomina sustentación generada por el ala.

Las diferentes velocidades del aire que pasa por el ala, las diferencias de presión del aire, el cambio en la dirección del flujo de aire y la sustentación en el ala son diferentes formas de describir cómo se produce la sustentación, por lo que es posible calcular la sustentación a partir de cualquiera de las otras tres. Por ejemplo, la sustentación se puede calcular a partir de las diferencias de presión, o de diferentes velocidades del aire por encima y por debajo del ala, o del cambio de momento total del aire desviado. La dinámica de fluidos ofrece otros enfoques para resolver estos problemas, y todos producen las mismas respuestas si se hacen correctamente. Dada una ala particular y su velocidad a través del aire, los debates sobre qué enfoque matemático es el más conveniente para usar pueden ser confundidos por aquellos que no están familiarizados con el estudio de la aerodinámica con diferencias de opinión sobre los principios básicos del vuelo. ^[7]

Las alas con una sección transversal asimétrica son la norma en el vuelo subsónico . Las alas con una sección transversal simétrica también pueden generar sustentación utilizando un ángulo de ataque positivo para desviar el aire hacia abajo. Los perfiles aerodinámicos simétricos tienen velocidades de pérdida más altas que los perfiles aerodinámicos curvados de la misma área del ala ^[8], pero se utilizan en aviones acrobáticos , ya que proporcionan las mismas características de vuelo ya sea que el avión esté en posición vertical o invertido. ^[9] Otro ejemplo proviene de los veleros, donde la vela es una lámina delgada. ^[10]

Para velocidades de vuelo cercanas a la velocidad del sonido ( vuelo transónico ), se utilizan secciones aerodinámicas asimétricas específicas para minimizar el aumento muy pronunciado de la resistencia asociado con el flujo de aire cerca de la velocidad del sonido. ^[11] Estos perfiles aerodinámicos, llamados perfiles aerodinámicos supercríticos , son planos en la parte superior y curvados en la parte inferior. ^[12]

Las alas de los aviones pueden presentar algunas de las siguientes características:

• Una sección transversal de borde delantero redondeado
• Una sección transversal del borde de salida afilado
• Dispositivos de vanguardia como listones , ranuras o extensiones
• Dispositivos de borde de salida como flaps o flaperones (combinación de flaps y alerones)
• Winglets para evitar que los vórtices en las puntas de las alas aumenten la resistencia y disminuyan la sustentación
• Un ángulo diedro , o un ángulo de ala positivo con respecto a la horizontal, aumenta la estabilidad en espiral alrededor del eje de balanceo, mientras que un ángulo anédrico , o un ángulo de ala negativo con respecto a la horizontal, disminuye la estabilidad en espiral.

Las alas de los aviones pueden tener varios dispositivos, como flaps o slats, que el piloto utiliza para modificar la forma y la superficie del ala para cambiar sus características de funcionamiento en vuelo.

• Alerones (generalmente cerca de las puntas de las alas) para hacer girar el avión.
• Spoilers en la superficie superior para aumentar la resistencia en descenso y reducir la sustentación para que haya más peso sobre las ruedas durante el frenado
• Generadores de vórtices para ayudar a prevenir la separación del flujo en el flujo transónico
• Las cercas laterales mantienen el flujo adherido al ala impidiendo que la capa límite se separe de la dirección de expansión del rollo.
• Las alas plegables permiten almacenar más aeronaves en el espacio reducido de la cubierta del hangar de un portaaviones.
• Alas de barrido variable o "alas oscilantes" que permiten tener las alas extendidas durante el vuelo a baja velocidad (por ejemplo, despegue, aterrizaje y espera) y alas en flecha hacia atrás para el vuelo a alta velocidad (incluido el vuelo supersónico ), como en el F-111 Aardvark , el F-14 Tomcat , el Panavia Tornado , el MiG-23 , el MiG-27 , el Tu-160 y el B-1B Lancer .

Además de los aviones de ala fija , las aplicaciones de las formas de alas incluyen: ^{[ cita requerida ]}

• Alas delta , que utilizan alas que van desde totalmente flexibles ( parapentes , paracaídas planeadores ), flexibles (alas de vela con marco) hasta rígidas.
• Cometas , que utilizan una variedad de superficies de elevación.
• Modelos de aviones voladores
• Helicópteros , que utilizan un ala giratoria con un ángulo de inclinación variable para proporcionar fuerzas direccionales.
• Hélices , cuyas palas generan sustentación para la propulsión.
• El transbordador espacial de la NASA , que utiliza sus alas únicamente para planear durante su descenso hacia una pista. Este tipo de aeronaves se denominan aviones espaciales .
• Algunos coches de carreras , especialmente los de Fórmula Uno , utilizan alas invertidas (o perfiles aerodinámicos ) para proporcionar mayor tracción a altas velocidades.
• Veleros , que utilizan velas como alas verticales con amplitud y dirección variables para moverse a través del agua.

En 1948, Francis Rogallo inventó el ala flexible y completamente flexible. Domina Jalbert inventó alas gruesas con perfil aerodinámico y sin largueros.

• Vuelo

Mundo natural:

• Vuelo de pájaro
• Pluma de vuelo
• Animales voladores y planeadores
• Vuelo de insectos
• Lista de aves planeadoras
• Samara (semillas aladas de árboles)

Aviación:

• Aeronave
• Solidez de la hoja
• Aviones FanWing y Flettner (tipos de alas experimentales)
• Dinámica de vuelo (aeronaves de ala fija)
• Tipos de cometas
• Ornitóptero : avión de alas batientes (prototipos de investigación, juguetes sencillos y modelos)
• Otto Lilienthal
• Configuración del ala
• Traje de alas

Navegación:

• Paño
• Fuerzas sobre las velas
• Vela de ala

• Cómo funcionan las alas - Holger Babinsky Educación Física 2003
• Cómo vuelan los aviones: descripción física de la sustentación
• Desmitificando la ciencia del vuelo: segmento de audio en el programa de ciencia Talk of the Nation de NPR
• Explicaciones y simulaciones de la NASA
• Vuelo del ala del StyroHawk
• Mira como vuela