Ala cerrada

Un ala cerrada es aquella que , en la práctica, tiene dos planos principales que se fusionan en sus extremos, de modo que no presenta puntas de ala convencionales . Entre los diseños de alas cerradas se incluyen el ala anular (conocida comúnmente como ala cilíndrica o de anillo ), el ala unida, el ala en caja y los dispositivos de punta espiral. ^{[ 1 ]}

Al igual que muchos dispositivos en las puntas de las alas , el ala cerrada busca reducir los efectos indeseables asociados con los vórtices que se producen en las puntas de las alas convencionales. Si bien el ala cerrada no es la única que ofrece tales beneficios, muchos diseños de alas cerradas sí ofrecen ventajas estructurales sobre un monoplano en voladizo convencional .

Los vórtices de las puntas de las alas constituyen un componente importante de la turbulencia de la estela y están asociados con la resistencia inducida , que contribuye significativamente a la resistencia total en la mayoría de los regímenes. Un ala cerrada evita la necesidad de puntas de ala y, por lo tanto, cabría esperar que redujera los efectos de la resistencia en las puntas de las alas .

Además de las posibles ventajas estructurales sobre las alas en voladizo abiertas, las superficies de las alas cerradas poseen algunas propiedades aerodinámicas únicas:

• Para un sistema de sustentación restringido a un compartimento rectangular de dimensiones horizontales (en sentido transversal) y verticales fijas, visto desde la dirección del flujo libre, la configuración que proporciona la mínima resistencia inducida para una sustentación vertical total dada es un sistema cerrado, es decir, un ala rectangular con superficies de sustentación que ocupan completamente los cuatro límites del área rectangular permitida. ^{[ 2 ]} Sin embargo, el rendimiento de la resistencia inducida del ala ideal cerrada puede aproximarse mucho mediante configuraciones abiertas como el ala en C que se analiza más adelante. ^{[ 1 ]}
• Para cualquier sistema de sustentación (o parte de un sistema de sustentación) que forme un circuito cerrado visto desde la dirección del flujo libre, la distribución óptima de sustentación (o circulación) que produce la mínima resistencia inducida para una sustentación vertical total dada no es única, sino que se define solo dentro de una constante en la parte del circuito cerrado. Esto se debe a que, independientemente de cuál sea la distribución de circulación inicial, se puede agregar una circulación constante a la parte del circuito cerrado sin cambiar la sustentación total del sistema ni la resistencia inducida. ^{[ 1 ]} Esta es la clave para explicar cómo el ala en C produce casi la misma reducción de resistencia inducida que el sistema completamente cerrado correspondiente, como se analiza más adelante.

En resumen, aunque los sistemas cerrados pueden producir grandes reducciones de la resistencia inducida en relación con un ala plana convencional, no existe una ventaja aerodinámica significativa que se derive exclusivamente de su carácter cerrado en lugar de abierto. ^{[ 1 ]}

El ala en C es una configuración teórica en la que se elimina gran parte de la sección central superior de un ala en caja, creando un ala que se pliega hacia arriba y sobre sí misma en los extremos, pero no se vuelve a unir en el centro. Un ala en C puede lograr un rendimiento de resistencia inducida prácticamente idéntico al de un ala en caja correspondiente, como demuestran los cálculos que se ilustran a continuación. ^{[ 25 ]}

Cada una de las tres primeras filas de la ilustración muestra una configuración diferente de ala en C a medida que se somete a una secuencia de cálculos teóricos de resistencia inducida en los que las puntas de las alas se acercan, culminando en el caso límite de la derecha, donde la separación se ha reducido a cero y la configuración se ha convertido en un ala de caja cerrada (denominada "ala en C cuasi cerrada" porque los cálculos se realizaron en el límite cuando la separación tendía a cero).

El parámetro ε es la relación óptima de eficiencia aerodinámica ^{[ 25 ] y representa la relación entre la eficiencia aerodinámica de un ala no plana dada y la eficiencia correspondiente de un ala clásica en voladizo de referencia con la misma envergadura y sustentación total. Ambas eficiencias se evalúan para sus respectivas distribuciones óptimas de} sustentación. Valores de ε mayores que 1 indican una menor resistencia inducida que la de un ala clásica en voladizo para la cual ε = 1. ^{[ 25} ]

Nótese que todas las configuraciones de ala en C tienen ε mayor que 1 y que hay poca diferencia (sin diferencia hasta los dos decimales mostrados en dos de los casos) entre una configuración con un espacio considerable (la segunda entrada de cada fila) y la configuración cerrada correspondiente (la tercera entrada de cada fila). Esto se debe a que la carga de sustentación óptima calculada para los casos casi cerrados es muy pequeña en la sección central superior, y esa parte del ala se puede eliminar con poca variación en la sustentación o la resistencia.

Las distribuciones de sustentación que se muestran aquí para los casos cuasi-cerrados difieren de las que se suelen mostrar para alas de caja en la literatura clásica (véase, por ejemplo, la figura 81 de Durand). ^{[ 2 ]} La solución clásica de Durand se obtuvo mediante un análisis de mapeo conforme que, casualmente, se formuló de manera que dio lugar a cargas ascendentes iguales en los paneles horizontales de la caja. Pero la distribución de sustentación óptima no es única. ^{[ 1 ]} Se puede añadir una carga interna constante (correspondiente a una circulación constante particular) a una carga clásica como la que muestra Durand para obtener una carga como las de los casos cuasi-cerrados que se muestran a continuación. Los dos métodos de análisis dan versiones de la carga óptima que parecen diferentes, pero que no son fundamentalmente distintas. Excepto por pequeñas diferencias debidas al método numérico utilizado para los casos cuasi-cerrados, los dos tipos de carga son, en principio, solo versiones desplazadas una de la otra.

• Filippone, Antonio (septiembre de 2006). "Sistemas de alas no planas" . Temas avanzados en aerodinámica . Archivado del original el 11 de abril de 2021. Recuperado el 7 de abril de 2022 .
• "Configuración avanzada de aeronaves" . Configuración avanzada de aeronaves . Archivado del original el 12 de junio de 2021. Consultado el 7 de abril de 2022 .
• Imagen del modelo Convair 49. Archivada desde el original el 29 de octubre de 2007.