Ala delta

La larga cuerda de la raíz del ala delta y la mínima área exterior la hacen estructuralmente eficiente. Puede construirse más resistente, rígida y, al mismo tiempo, más ligera que un ala en flecha de relación de aspecto y capacidad de sustentación equivalentes. Por ello, su construcción es sencilla y relativamente económica, un factor determinante en el éxito de las series de aviones MiG-21 y Mirage . ^{[ 3 ]}

Su larga cuerda en la raíz permite una estructura de ala más gruesa para una sección aerodinámica dada . Esto mejora su ligereza y proporciona un mayor volumen interno para combustible y otros componentes, sin un aumento significativo de la resistencia aerodinámica. Sin embargo, en diseños supersónicos, a menudo se opta por utilizar un perfil aerodinámico más delgado para reducir la resistencia.

Al igual que otras aeronaves sin cola , el ala delta sin cola no es adecuada para cargas alares elevadas y requiere una gran superficie alar para un peso determinado. Los perfiles aerodinámicos más eficientes son inestables en cabeceo, por lo que las aeronaves sin cola deben utilizar un diseño menos eficiente y, por consiguiente, un ala más grande. Las técnicas utilizadas incluyen:

• Utilizando un perfil aerodinámico menos eficiente pero inherentemente estable, como una forma simétrica con curvatura cero, o incluso una curvatura refleja cerca del borde de salida,
• Utilizar la parte trasera del ala como estabilizador horizontal con carga ligera o incluso negativa:
  • Al girar el borde de ataque exterior hacia abajo, se reduce la incidencia de la punta del ala, que se encuentra detrás del centro principal de sustentación. Esto también mejora las características de entrada en pérdida y puede resultar beneficioso para el crucero supersónico de otras maneras.
  • Desplazar el centro de masas hacia adelante y ajustar el elevador para ejercer una fuerza descendente de equilibrio. En casos extremos, esto reduce la capacidad de la aeronave para elevar su morro durante el despegue y el aterrizaje.

Las principales ventajas del ala delta sin cola son su simplicidad estructural y su ligereza, combinadas con una baja resistencia aerodinámica. Estas características contribuyeron a que el Dassault Mirage III se convirtiera en uno de los cazas supersónicos de mayor producción de todos los tiempos.

Un estabilizador de cola convencional permite optimizar el ala principal para la sustentación y, por lo tanto, hacerla más pequeña y con mayor capacidad de carga. El desarrollo de aeronaves equipadas con esta configuración se remonta a finales de la década de 1940. ^{[ 9 ]}

Cuando se utiliza con una cola en T, como en el Gloster Javelin , al igual que otras alas, un ala delta puede provocar una " entrada en pérdida profunda " en la que el alto ángulo de ataque en la entrada en pérdida hace que la estela turbulenta del ala en pérdida envuelva la cola. Esto hace que el elevador sea ineficaz y el avión no puede recuperarse de la entrada en pérdida. ^{[ 10 ]} En el caso del Javelin, se desarrolló e implementó un dispositivo de advertencia de entrada en pérdida para el Javelin tras la pérdida temprana de una aeronave en tales condiciones. ^{[ 11 ]} Según se informa, el equipo de diseño de Gloster optó por utilizar una configuración delta con cola por necesidad, buscando lograr una maniobrabilidad efectiva a velocidades relativamente altas para la época, al tiempo que requería una controlabilidad adecuada cuando se volaba a las velocidades de aterrizaje más lentas deseadas. ^{[ 12 ]}

Un alerón delta con canards sustentadores puede ofrecer un desplazamiento menor del centro de sustentación al aumentar el número de Mach en comparación con una configuración de cola convencional.

Un canard sin carga o flotante puede permitir una recuperación segura desde un ángulo de ataque elevado. Dependiendo de su diseño, la superficie de un canard puede aumentar o disminuir la estabilidad longitudinal de la aeronave. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Un plano delantero delta canard genera su propio vórtice de estela. Si este vórtice interfiere con el del ala delta principal, puede afectar negativamente el flujo de aire sobre el ala y provocar un comportamiento indeseado e incluso peligroso. En la configuración de acoplamiento cercano, el vórtice del canard se acopla con el vórtice principal para potenciar sus beneficios y mantener un flujo de aire controlado en un amplio rango de velocidades y ángulos de ataque. Esto permite una mayor maniobrabilidad y velocidades de pérdida más bajas, pero la presencia del plano delantero puede aumentar la resistencia aerodinámica a velocidades supersónicas y, por lo tanto, reducir la velocidad máxima de la aeronave.

Las aletas estabilizadoras triangulares para cohetes fueron descritas ya entre 1529 y 1556 por el ingeniero militar austriaco Conrad Haas y en el siglo XVII por el ingeniero militar polaco-lituano Kazimierz Siemienowicz . ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} Sin embargo, un ala sustentadora verdadera en forma de delta no apareció hasta 1867, cuando fue patentada por JW Butler y E. Edwards en un diseño para un aeroplano propulsado por cohete con una relación de aspecto baja y forma de dardo. A esto le siguieron varias propuestas similares en forma de dardo, como una versión biplano de Butler y Edwards, y una versión propulsada por chorro del ruso Nicholas de Telescheff . ^{[ 18 ]} En 1909, el escultor español Ricardo Causarás experimentó con una variante con un plano delantero canard . ^{[ 19 ] [ 20 ]}

También en 1909, el pionero aeronáutico británico JW Dunne patentó su aeronave estable sin cola con desarrollo de ala cónica. La patente incluía un delta bicónico de gran envergadura, con cada lado abultándose hacia arriba en la parte trasera de una manera característica del ala Rogallo moderna . ^{[ 21 ]} Durante el año siguiente, en Estados Unidos, UG Lee y WA Darrah patentaron un aeroplano similar con ala delta bicónica y un ala explícitamente rígida. También incorporaba una propuesta para un sistema de control de vuelo y abarcaba tanto el vuelo planeado como el vuelo motorizado. ^{[ 22 ] [ 23 ]} No se tiene constancia de que ninguno de estos primeros diseños haya volado con éxito, aunque, en 1904, el ala delta de Lavezzani, que presentaba alas triangulares izquierda y derecha independientes, había despegado, y otros diseños de Dunne sin cola con alas en flecha, basados ​​en el mismo principio, sí volarían. ^{[ 22 ]}

El ala delta práctica fue desarrollada por el diseñador aeronáutico alemán Alexander Lippisch en la década de 1930, utilizando un ala voladiza gruesa sin cola. Sus primeros diseños, para los que acuñó el nombre "Delta", utilizaban un ángulo muy suave, de modo que el ala parecía casi recta y las puntas de las alas debían recortarse bruscamente (véase más abajo). Su primer delta voló en 1931, seguido de cuatro ejemplos sucesivamente mejorados. ^{[ 24 ] [ 25 ]} Estos prototipos no eran fáciles de manejar a baja velocidad y ninguno tuvo un uso generalizado. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Durante los últimos años de la Segunda Guerra Mundial , Alexander Lippisch perfeccionó sus ideas sobre el ala delta de alta velocidad, aumentando sustancialmente el ángulo de flecha del borde de ataque del ala. Se construyó un planeador experimental, el DM-1 , para probar la aerodinámica del interceptor de alta velocidad P.13a propuesto . ^{[ 28 ]} Tras el fin de las hostilidades, el DM-1 se completó en nombre de los Estados Unidos y se envió a Langley Field en Virginia para su examen por la NACA (Comité Asesor Nacional de Aeronáutica, precursor de la actual NASA ). Sufrió importantes modificaciones en los EE. UU., principalmente para reducir su resistencia aerodinámica, lo que resultó en el reemplazo de su gran estabilizador vertical por uno más pequeño y convencional, junto con una cabina normal tomada de un Lockheed P-80 Shooting Star . ^{[ 29 ]}

El trabajo del diseñador francés Nicolas Roland Payen guardaba cierto paralelismo con el de Lippisch. Durante la década de 1930, desarrolló una configuración delta en tándem con un ala delantera recta y un ala trasera delta pronunciada, similar a la del Causarás. El estallido de la Segunda Guerra Mundial detuvo las pruebas de vuelo del Pa-22 , aunque el trabajo continuó durante un tiempo después de que el proyecto captara la atención alemana. ^{[ 30 ]} Durante la posguerra , Payen voló un reactor delta experimental sin cola, el Pa.49 , en 1954, así como la serie Arbalète de configuración propulsora sin cola a partir de 1965. Se propusieron otras variantes basadas en el trabajo de Payen, pero finalmente no se desarrollaron. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

Tras la guerra, los británicos desarrollaron varios aviones a reacción subsónicos que aprovecharon los datos recopilados del trabajo de Lippisch. Uno de estos aviones, el avión de investigación Avro 707 , realizó su primer vuelo en 1949. ^{[ 33 ]} Aviones militares británicos como el Avro Vulcan (un bombardero estratégico ) y el Gloster Javelin (un caza para todo tiempo) estuvieron entre los primeros aviones equipados con ala delta en entrar en producción. Mientras que el Vulcan era un diseño clásico sin cola, el Javelin incorporó un plano de cola para mejorar el manejo a baja velocidad y la maniobrabilidad a alta velocidad, así como para permitir un mayor rango del centro de gravedad . ^{[ 34 ]} Gloster propuso un perfeccionamiento del Javelin que habría reducido, entre otros cambios, el grosor del ala para alcanzar velocidades supersónicas de hasta Mach 1,6. ^{[ 35 ]}

El aerodinamista estadounidense Robert T. Jones , quien trabajó en la NACA durante la Segunda Guerra Mundial, desarrolló la teoría del ala delta delgada para el vuelo supersónico. Publicado por primera vez en enero de 1945, su enfoque contrastaba con el de Lippisch sobre las alas delta gruesas. El ala delta delgada voló por primera vez en el Convair XF-92 en 1948, convirtiéndose así en el primer avión a reacción con ala delta en volar. ^{[ 36 ]} Proporcionó una base exitosa para todos los deltas supersónicos prácticos y la configuración se adoptó ampliamente. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

A finales de la década de 1940, el fabricante británico de aeronaves Fairey Aviation se interesó por el ala delta, ^{[ 39 ]} sus propuestas llevaron a la producción del experimental Fairey Delta 1 según la especificación E.10/47 del Ministerio del Aire . ^{[ 40 ]} Un avión experimental posterior, el Fairey Delta 2, estableció un nuevo récord mundial de velocidad aérea el 10 de marzo de 1956, alcanzando 1132  mph (1811  km/h) o Mach 1,73. ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]} Esto elevó el récord por encima de las 1000  mph por primera vez y rompió el récord anterior por 310  mph, o un 37 por ciento; nunca antes se había elevado el récord por un margen tan grande. ^{[ 42 ] [ 45 ]}

En su forma original sin cola, el ala delta delgada fue ampliamente utilizada por la compañía aeronáutica estadounidense Convair y por el fabricante de aeronaves francés Dassault Aviation . El supersónico Convair F-102 Delta Dagger y el transónico Douglas F4D Skyray fueron dos de los primeros cazas a reacción operativos en presentar un ala delta sin cola cuando entraron en servicio en 1956. ^{[ 46 ]} El interés de Dassault en el ala delta produjo la familia de aviones de combate Dassault Mirage , especialmente el exitoso Mirage III . Entre otros atributos, el Mirage III fue el primer avión de combate de Europa Occidental en superar Mach 2 en vuelo horizontal. ^{[ 47 ]}

La configuración delta con cola fue adoptada por el TsAGI (Instituto Central Aeroespacial e Hidrodinámico de Moscú ) para mejorar el manejo a altos ángulos de ataque , la maniobrabilidad y el rango del centro de gravedad en comparación con una configuración delta pura. El perfil aerodinámico TsAGI S-12 resultante se utilizó en el Mikoyan-Gurevich MiG-21 ("Fishbed"), que se convirtió en el avión de combate más fabricado de la década de 1970. ^{[ 48 ]}

Durante la década de 1960, el fabricante de aeronaves sueco Saab AB desarrolló una configuración delta con canards de acoplamiento cercano, colocando un plano delantero delta justo delante y encima del ala delta principal. ^{[ 49 ]} Patentada en 1963, esta configuración se probó por primera vez en el avión de combate Viggen de la compañía en 1967. El acoplamiento cercano modifica el flujo de aire sobre el ala, sobre todo al volar con altos ángulos de ataque. A diferencia de los elevadores clásicos montados en la cola, los canards aumentan la sustentación total y estabilizan el flujo de aire sobre el ala principal. Esto permite maniobras más extremas, mejora el manejo a baja velocidad y reduce la carrera de despegue y la velocidad de aterrizaje. Durante la década de 1960, esta configuración se consideró radical, pero el equipo de diseño de Saab juzgó que era el enfoque óptimo disponible para satisfacer las demandas de rendimiento contradictorias del Viggen, que incluían un rendimiento STOL favorable , velocidad supersónica, baja sensibilidad a la turbulencia durante el vuelo a baja altitud y sustentación eficiente para el vuelo subsónico. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

El alerón canard de acoplamiento cercano se ha vuelto común en los aviones de combate supersónicos. Ejemplos notables incluyen el Eurofighter Typhoon multinacional, el Dassault Rafale francés , el Gripen de Saab (sucesor del Viggen) y el IAI Kfir israelí . Una de las principales razones de su popularidad ha sido la gran agilidad de maniobra que ofrece. ^{[ 52 ] [ 53 ]}

Cuando se desarrollaron los aviones de transporte supersónico (SST), se eligió el ala delta ojival sin cola tanto para el Concorde anglo-francés como para el Tupolev Tu-144 soviético , el Concorde comenzó sus vuelos de prueba en 1965 y el Tupolev voló por primera vez en 1968. Si bien tanto el Concorde como el prototipo del Tu-144 presentaban una configuración delta ojival , los modelos de producción del Tu-144 se diferenciaron por cambiar a un ala delta doble . ^{[ 54 ]} Las alas delta requerían que estos aviones de pasajeros adoptaran un ángulo de ataque más alto a bajas velocidades que los aviones convencionales; en el caso del Concorde, la sustentación se mantenía permitiendo la formación de grandes vórtices de baja presión sobre toda la superficie superior del ala. ^{[ 55 ]} Su velocidad típica de aterrizaje era de 170 millas por hora (274 km/h) , considerablemente más alta que la de los aviones de pasajeros subsónicos. ^{[ 56 ]} Según se informa , varios sucesores propuestos, como el Transporte Hipersónico de Emisiones Cero (ZEHST), han adoptado una configuración similar al diseño básico del Concorde, por lo que el ala Delta sigue siendo una candidata probable para futuros proyectos civiles supersónicos. ^{[ 57 ]} 

Durante y después de la Segunda Guerra Mundial, Francis y Gertrude Rogallo desarrollaron la idea de un ala flexible que pudiera plegarse para su almacenamiento. Francis vislumbró una aplicación en la recuperación de naves espaciales y la NASA se interesó. En 1961, Ryan voló el XV-8 , un prototipo experimental de "Jeep volador" o "fleep". El ala flexible elegida para este prototipo era un ala delta; en uso, se desplegaba formando un perfil de doble cono que le proporcionaba estabilidad aerodinámica. Aunque se probó, nunca se utilizó para la recuperación de naves espaciales, pero este diseño pronto se popularizó para alas delta y aeronaves ultraligeras , y se le conoce como el ala Rogallo.