Aleta (aeronáutica)

Dependiendo del tipo de aeronave, los flaps pueden extenderse parcialmente para el despegue . ^{[ 1 ]} Cuando se utilizan durante el despegue, los flaps sacrifican distancia en pista por velocidad de ascenso: su uso reduce la carrera de despegue, pero también la velocidad de ascenso. La cantidad de flaps utilizada en el despegue es específica para cada tipo de aeronave, y el fabricante sugerirá límites y puede indicar la reducción esperada en la velocidad de ascenso. El Manual de Operaciones del Piloto del Cessna 172S recomienda 10° de flaps en el despegue, cuando el terreno es blando o la pista es corta; de lo contrario, se utilizan 0 grados. ^{[ 2 ]}

Los flaps pueden extenderse completamente para el aterrizaje , lo que permite una menor velocidad de pérdida y una aproximación más lenta, además de un aterrizaje más corto. La mayor resistencia aerodinámica y la menor velocidad de pérdida asociadas a los flaps extendidos permiten una aproximación más pronunciada y lenta al lugar de aterrizaje, pero dificultan el manejo en aeronaves con muy baja carga alar (es decir, con poco peso y una gran superficie alar). Los vientos cruzados , o vientos de través , provocan que el lado de barlovento de la aeronave genere mayor sustentación y resistencia, causando que la aeronave gire, guiñe y cabecee fuera de su trayectoria prevista. Como resultado, muchas aeronaves ligeras aterrizan con flaps reducidos en condiciones de viento cruzado. Además, una vez en tierra, los flaps pueden disminuir la eficacia de los frenos, ya que el ala sigue generando sustentación e impidiendo que todo el peso de la aeronave recaiga sobre los neumáticos, aumentando así la distancia de frenado, especialmente en condiciones de lluvia o hielo. Por lo general, el piloto eleva los flaps lo antes posible para evitar que esto ocurra. ^{[ 2 ]}

Algunos planeadores no solo usan flaps al aterrizar, sino también en vuelo para optimizar la curvatura del ala para la velocidad elegida. Al volar en térmicas , los flaps pueden extenderse parcialmente para reducir la velocidad de pérdida, de modo que el planeador pueda volar más despacio y, por lo tanto, reducir la tasa de descenso, lo que permite al planeador usar el aire ascendente de la térmica de manera más eficiente, y girar en un círculo más pequeño para aprovechar al máximo el núcleo de la térmica . A velocidades más altas, se usa una configuración negativa de flaps para reducir el momento de cabeceo hacia abajo . Esto reduce la carga de equilibrio requerida en el estabilizador horizontal , lo que a su vez reduce la resistencia de compensación asociada con mantener el planeador en equilibrio longitudinal. Los flaps negativos también pueden usarse durante la etapa inicial de un lanzamiento de remolque aéreo y al final de la carrera de aterrizaje para mantener un mejor control por los alerones .

Al igual que los planeadores, algunos cazas como el Nakajima Ki-43 también utilizan flaps especiales para mejorar la maniobrabilidad durante el combate aéreo (de accionamiento manual, un flap Fowler), reduciendo la velocidad de pérdida y permitiendo giros mucho más cerrados. ^{[ 3 ]} Los flaps utilizados para esto deben diseñarse específicamente para soportar las mayores tensiones y la mayoría de los flaps tienen una velocidad máxima a la que se pueden desplegar. Los aviones modelo de control por cable construidos para competiciones de acrobacia de precisión suelen tener un tipo de sistema de flaps de maniobra que los mueve en dirección opuesta a los elevadores, para ayudar a cerrar el radio de una maniobra.

"Goerge 21" y otros tenían un sistema de flaps automático de computación analógica para peleas de perros. ( ja: 自動空戦フラップ)

Fabricadas con mayor frecuencia de aceros PH y titanio, las guías de los flaps controlan los flaps ubicados en el borde de salida de las alas de una aeronave. Los flaps extensibles suelen deslizarse sobre guías. Cuando estas se encuentran fuera de la estructura del ala, pueden estar carenadas para optimizar su aerodinámica y protegerlas de daños. ^{[ 4 ]} Algunas carenas de las guías de los flaps están diseñadas para actuar como cuerpos antichoque , que reducen la resistencia causada por ondas de choque sónicas locales donde el flujo de aire se vuelve transónico a altas velocidades.

Es posible que se requieran compuertas de empuje, o espacios, en los flaps del borde de salida para minimizar la interferencia entre el flujo del motor y los flaps desplegados. En ausencia de un alerón interior, que proporciona un espacio en muchas instalaciones de flaps, puede ser necesaria una sección de flap modificada. La compuerta de empuje en el Boeing 757 se proporcionó mediante un flap de una sola ranura entre los flaps de doble ranura interior y exterior. ^{[ 5 ]} Los A320 , A330 , A340 y A380 no tienen alerón interior. No se requiere compuerta de empuje en el flap continuo de una sola ranura. La interferencia en el caso de frustrada aproximación mientras los flaps aún están completamente desplegados puede causar un aumento de la resistencia que no debe comprometer la pendiente de ascenso. ^{[ 6 ]}

La parte trasera del perfil aerodinámico gira hacia abajo sobre una bisagra simple montada en la parte delantera del flap. ^{[ 7 ]} La Royal Aircraft Factory y el National Physical Laboratory en el Reino Unido probaron flaps en 1913 y 1914, pero estos nunca se instalaron en una aeronave real. ^{[ 8 ]} En 1916, la Fairey Aviation Company hizo una serie de mejoras a un Sopwith Baby que estaban reconstruyendo, incluyendo su Patent Camber Changing Gear, convirtiendo al Fairey Hamble Baby, como lo rebautizaron, en el primer avión en volar con flaps. ^{[ 8 ]} Estos eran flaps simples de envergadura completa que incorporaban alerones, lo que lo convierte también en el primer ejemplo de flaperones. ^{[ 8 ]} Sin embargo, Fairey no estaba solo, ya que Breguet pronto incorporó flaps automáticos en el ala inferior de su Breguet 14 de reconocimiento/bombardero en 1917. ^{[ 9 ]} Debido a la mayor eficiencia de otros tipos de flaps, el flap simple normalmente solo se usa cuando se requiere simplicidad.

La parte posterior de la superficie inferior del perfil aerodinámico se articula hacia abajo desde el borde de ataque del flap, mientras que la superficie superior permanece inmóvil. ^{[ 10 ]} Esto puede causar grandes cambios en el ajuste longitudinal, inclinando el morro hacia abajo o hacia arriba. En su máxima deflexión, un flap dividido actúa de forma muy similar a un spoiler, aumentando significativamente el coeficiente de resistencia. También aumenta ligeramente el coeficiente de sustentación. Fue inventado por Orville Wright y James MH Jacobs en 1920, pero no se popularizó hasta la década de 1930 y fue rápidamente reemplazado. ^{[ 11 ]} El Supermarine Spitfire y el Douglas DC-1 (precursor del DC-3 y el C-47) son dos de los muchos tipos de aeronaves de la década de 1930 que utilizaron flaps divididos.

Un espacio entre el flap y el ala fuerza el aire a alta presión desde debajo del ala sobre el flap, lo que ayuda a que el flujo de aire permanezca adherido al flap, aumentando el coeficiente de sustentación máximo en comparación con un flap dividido. ^{[ 12 ]} Además, la presión a lo largo de toda la cuerda del perfil aerodinámico primario se reduce considerablemente a medida que aumenta la velocidad del aire que sale de su borde de salida, desde el típico 80 % de flujo libre sin flap, hasta la del aire de mayor velocidad y menor presión que fluye alrededor del borde de ataque del flap ranurado. ^{[ 13 ]} Cualquier flap que permita el paso de aire entre el ala y el flap se considera un flap ranurado. El flap ranurado fue el resultado de la investigación en Handley-Page , una variante de la ranura que data de la década de 1920, pero no se utilizó ampliamente hasta mucho más tarde. Algunos flaps utilizan múltiples ranuras para potenciar aún más el efecto.

Un flap dividido que se desliza hacia atrás antes de plegarse hacia abajo, aumentando así primero la cuerda y luego la curvatura. ^{[ 14 ]} El flap puede formar parte de la superficie superior del ala, como un flap simple, o no, como un flap dividido, pero debe deslizarse hacia atrás antes de bajar. Como característica distintiva —que lo diferencia del flap de ranura— siempre produce un efecto de ranura.

El flap fue inventado por Harlan D. Fowler en 1924 y probado por Fred Weick en la NACA en 1932. Utilizado por primera vez en el prototipo Martin 146 en 1935, entró en producción en el Lockheed Super Electra de 1937 ^{[ 15 ]} y sigue siendo de uso generalizado en aeronaves modernas, a menudo con múltiples ranuras ^{[ 16 ] .}

Un flap liso ranurado fijado debajo del borde de salida del ala y que gira alrededor de su borde delantero. ^{[ 17 ]} Cuando no está en uso, tiene más resistencia que otros tipos, pero es más eficaz para reducir la velocidad de pérdida que un flap liso o dividido, manteniendo su simplicidad mecánica. Inventado por Otto Mader en Junkers a finales de la década de 1920, se veía con mayor frecuencia en el Junkers Ju 52 y el Junkers Ju 87 Stuka , aunque el mismo diseño básico también se puede encontrar en muchos ultraligeros modernos, como el Denney Kitfox . Este tipo de flap a veces se denomina flap de perfil aerodinámico externo. ^{[ 18 ]}

Un tipo de flap dividido que se desliza hacia atrás a lo largo de rieles curvos que fuerzan el borde de salida hacia abajo, aumentando la cuerda y la curvatura sin afectar el trimado ni requerir mecanismos adicionales. ^{[ 19 ]} Fue inventado por Arthur Gouge para Short Brothers en 1936 y utilizado en los hidroaviones Short Empire y Sunderland , que empleaban el perfil aerodinámico Shorts AD5, muy grueso. Es posible que Short Brothers haya sido la única empresa en utilizar este tipo.

Se despliega hacia abajo (convirtiéndose en un alerón Junkers) antes de deslizarse hacia atrás y luego girar hacia arriba o hacia abajo. Fairey fue uno de los pocos fabricantes que utilizó este diseño, empleado en los aviones Fairey Firefly y Fairey Barracuda . ​​En su posición extendida, podía inclinarse hacia arriba (con un ángulo de incidencia negativo) para permitir que la aeronave realizara picados verticales sin necesidad de realizar ajustes excesivos en el trimado.

El flap Zap fue inventado por Edward F. Zaparka mientras trabajaba en Berliner/Joyce y probado en un Aristocrat de General Airplanes Corporation en 1932 y en otros tipos periódicamente a partir de entonces, pero tuvo poco uso en aeronaves de producción, excepto en el Northrop P-61 Black Widow . El borde de ataque del flap está montado sobre un riel, mientras que un punto en la mitad de la cuerda del flap está conectado mediante un brazo a un pivote justo encima del riel. Cuando el borde de ataque del flap se mueve hacia atrás a lo largo del riel, el triángulo formado por el riel, el eje y la superficie del flap (fijado en el pivote) se vuelve más estrecho y profundo, forzando el flap hacia abajo. ^{[ 20 ]}

Un flap articulado que se despliega desde debajo del borde de ataque del ala sin formar parte de este cuando está retraído. Esto aumenta la curvatura y el grosor del ala, lo que a su vez reduce la velocidad de pérdida y aumenta la resistencia aerodinámica. ^{[ 21 ] [ 22 ]} No es lo mismo que un flap de borde de ataque abatible, ya que este último se forma a partir de todo el borde de ataque. ^{[ 23 ]} Inventados por Werner Krüger en 1943 y evaluados en Gotinga, los flaps Krüger se encuentran en muchos aviones comerciales modernos de ala en flecha.

Una pequeña lengüeta perpendicular fija de entre el 1 y el 2 % de la cuerda del ala, montada en el lado de alta presión del borde de salida de un perfil aerodinámico. Recibió su nombre del piloto de carreras Dan Gurney, quien la redescubrió en 1971, y desde entonces se ha utilizado en algunos helicópteros, como el Sikorsky S-76B, para corregir problemas de control sin necesidad de un rediseño importante. Aumenta la eficiencia incluso de perfiles aerodinámicos teóricos básicos (compuestos por un triángulo y un círculo superpuestos) hasta el equivalente de un perfil aerodinámico convencional. El principio se descubrió en la década de 1930, pero se utilizó raramente y luego cayó en el olvido. Las últimas versiones del Supermarine Spitfire utilizaban una lengüeta en el borde de salida de los elevadores, que funcionaba de manera similar.

Todo el borde de ataque del ala gira hacia abajo, aumentando efectivamente la curvatura y reduciendo ligeramente la cuerda. ^{[ 24 ] [ 25 ]} Se encuentran más comúnmente en cazas con alas muy delgadas que no son adecuadas para otros dispositivos de alta sustentación en el borde de ataque. Los slats son uno de esos dispositivos. Los slats son dispositivos de alta sustentación extensibles en el borde de ataque de las alas de algunas aeronaves de ala fija. Su propósito es aumentar la sustentación durante operaciones a baja velocidad, como el despegue, el ascenso inicial, la aproximación y el aterrizaje.

Un tipo de sistema de control de la capa límite, los flaps soplados hacen pasar aire o gases de escape generados por el motor sobre los flaps para reducir la velocidad de pérdida por debajo de la que se puede alcanzar con flaps mecánicos. Los tipos incluyen el flap soplado interno original, que sopla aire comprimido del motor sobre la parte superior del flap; el flap soplado externo, que sopla gases de escape del motor sobre las superficies superior e inferior del flap; y el soplado de superficie superior, que sopla gases de escape del motor sobre la parte superior del ala y el flap. Si bien se realizaron pruebas en Gran Bretaña y Alemania antes de la Segunda Guerra Mundial , ^{[ 26 ]} y comenzaron los ensayos de vuelo, el primer avión de producción con flaps soplados no fue hasta el Lockheed T2V SeaStar de 1957. ^{[ 27 ]} El soplado de superficie superior se utilizó en el Boeing YC-14 en 1976.

También conocido como FlexFoil, una interpretación moderna de la torsión de alas, los actuadores mecánicos internos doblan una estructura reticular que cambia la forma del perfil aerodinámico. Puede tener un sello de separación flexible en la transición entre los perfiles aerodinámicos fijos y flexibles. ^{[ 28 ]}

Un tipo de superficie de control de aeronave que combina las funciones de los flaps y los alerones .

En 2014, investigadores del Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos (ARL) en el Centro de Investigación Langley de la NASA desarrollaron un diseño de aleta activa para las palas del rotor de helicópteros. La aleta continua del borde de salida (CTEF) utiliza componentes para modificar la curvatura de la pala durante el vuelo, eliminando las bisagras mecánicas para mejorar la fiabilidad del sistema. Se construyeron prototipos para realizar pruebas en túnel de viento. ^{[ 29 ]}

Un equipo del ARL completó en enero de 2016 una prueba de fuego real de una pala de rotor con tecnología de control de palas individual. Los experimentos de fuego real exploraron la vulnerabilidad balística de las tecnologías de control de palas. Los investigadores dispararon tres tiros representativos de un fuego terrestre típico contra una sección de pala de rotor de 2,13 metros de envergadura y 25,4 centímetros de cuerda con un CTEF de 1,22 metros de longitud en las instalaciones experimentales de la base aérea del ARL. ^{[ 30 ]}

• Los slats y ranuras del borde de ataque se montan en la parte superior del borde de ataque de las alas y, aunque pueden ser fijos o retráctiles, cuando se despliegan proporcionan una ranura o espacio debajo del slat para forzar el aire contra la parte superior del ala, algo que no está presente en un flap Krueger. Mejoran la controlabilidad a bajas velocidades. Los slats del borde de ataque permiten que el ala vuele con un ángulo de ataque mayor, lo que reduce las distancias de despegue y aterrizaje. ^{[ 31 ]} Otros tipos de flaps pueden estar equipados con una o más ranuras para aumentar su eficacia, una configuración típica en muchos aviones comerciales modernos. Estos se conocen como flaps ranurados, como se describió anteriormente. Frederick Handley Page experimentó con diseños de ranuras delanteras y traseras en las décadas de 1920 y 1930.
• Los spoilers tienen como objetivo aumentar la resistencia aerodinámica al desviar el flujo de aire sobre el ala. Un spoiler es mucho más grande que un flap Gurney y puede retraerse. Generalmente se instalan en la parte media de la cuerda superior del ala, aunque también pueden instalarse en la superficie inferior.
• Los frenos aerodinámicos se utilizan para aumentar la resistencia del aire, lo que permite que la aeronave descienda en un ángulo pronunciado o desacelere rápidamente.
• Los alerones son similares a los flaps (y funcionan de la misma manera), pero su función es proporcionar control lateral, en lugar de modificar las características de sustentación de ambas alas simultáneamente. Por lo tanto, operan de forma diferencial: cuando un alerón en una mitad del ala aumenta la sustentación en esa mitad, el alerón opuesto no lo hace y, a menudo, trabaja para disminuir la sustentación en su mitad del ala. Cuando los alerones están diseñados para descender junto con los flaps, se les suele llamar flaperones , mientras que aquellos que interrumpen el flujo de aire (generalmente ubicados en la superficie superior antes del borde de salida) se denominan spoilers .

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  Solapa lisa en máxima deflexión.
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  Flap dividida en un bombardero de la Segunda Guerra Mundial
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  Flaps Fowler de doble ranura extendidos para el aterrizaje
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  Los flaps Krueger y los flaps de borde de salida de triple ranura de un Boeing 747 se extienden para el aterrizaje.
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  Los flaps de Junkers también funcionan como alerones .
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  C-17A mostrando los múltiples flaps ranurados y slats mientras los flaps están extendidos en la posición de tres cuartos.

• Clancy, LJ (1975). "6". Aerodinámica . Londres: Pitman Publishing Limited. ISBN 978-0-273-01120-0.
• Gunston, Bill, The Cambridge Aerospace Dictionary Cambridge, Cambridge University Press 2004, ISBN 978-0-521-84140-5/ ISBN 0-521-84140-2
• Windrow, Martin C. y René J. Francillon. El Nakajima Ki-43 Hayabusa . Leatherhead, Surrey, Reino Unido: Profile Publications, 1965.