Ala

Un ala es una estructura que genera sustentación y resistencia aerodinámica al desplazarse por el aire. Las alas se definen por dos características de su forma: su perfil aerodinámico y su planta . La eficiencia del ala se expresa como la relación sustentación-resistencia , que compara la sustentación con la resistencia aerodinámica de una forma de ala determinada durante el vuelo. La aerodinámica estudia el rendimiento de las alas en el aire.

Se encuentran perfiles hidrodinámicos equivalentes que se desplazan por el agua en embarcaciones a motor con hidroalas y veleros con alerones que se elevan fuera del agua a gran velocidad, así como en submarinos que utilizan aletas de inmersión para orientar la embarcación hacia arriba o hacia abajo mientras navegan sumergidos. El estudio del rendimiento de los perfiles hidrodinámicos en el agua es un subcampo de la hidrodinámica .

La palabra «ala» es un préstamo 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 extendido para incluir los apéndices que producen sustentación en insectos , murciélagos , pterosaurios , bumeranes , algunos veleros y aeronaves , o el perfil aerodinámico de un coche de carreras . ^{[ 2 ]}

El diseño y análisis de las alas de las aeronaves 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 determinar resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes de la dinámica de fluidos . Excepto para geometrías simples, estas ecuaciones son difíciles de resolver. ^{[ 3 ]} Se pueden dar explicaciones más sencillas.

Para que un ala genere sustentación, debe estar orientada con un ángulo de ataque adecuado respecto al flujo de aire que pasa por ella. Cuando esto ocurre, el ala desvía el flujo de aire hacia abajo, "girándolo" a su paso. 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 en 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 atmosférica inferior a la ambiental, mientras que en la inferior se genera una presión superior. (Véase: perfil aerodinámico ). Estas diferencias de presión atmosférica pueden medirse mediante un dispositivo de medición de presión o calcularse 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 atmosférica.

La menor presión del aire en la parte superior del ala genera una fuerza descendente menor que la fuerza ascendente generada por la mayor presión del aire en la parte inferior. Esto produce una fuerza ascendente sobre el ala, denominada sustentación.

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

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

• Sección transversal de borde de ataque redondeada , en alas subsónicas
• Una sección transversal de borde de salida afilado
• Dispositivos de vanguardia como listones , ranuras o extensiones.
• Dispositivos del borde de salida, como flaps o flaperones (combinación de flaps y alerones).
• Los winglets evitan que los vórtices de las puntas de las alas aumenten la resistencia aerodinámica y disminuyan la sustentación.
• El diedro , o un ángulo positivo del ala con respecto a la horizontal, aumenta la estabilidad espiral alrededor del eje de balanceo, mientras que el anhedral , o un ángulo negativo del ala con respecto a la horizontal, disminuye la estabilidad 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 y así cambiar sus características operativas en vuelo.

• Los alerones (generalmente cerca de las puntas de las alas) sirven para inclinar la aeronave.
• Spoilers en la superficie superior para aumentar la resistencia aerodinámica durante el descenso y reducir la sustentación, lo que permite mayor peso sobre las ruedas durante el frenado.
• Generadores de vórtices para ayudar a prevenir la separación del flujo en flujo transónico.
• Las aletas laterales mantienen el flujo adherido al ala, impidiendo la separación de la capa límite en la dirección de propagación del alabeo.
• Las alas plegables permiten almacenar más aeronaves en el espacio reducido de la cubierta del hangar de un portaaviones.
• Alas de geometría variable o "alas oscilantes" que permiten extender las alas durante el vuelo a baja velocidad (por ejemplo, despegue, aterrizaje y vuelo de espera) y plegarlas 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 .

• Alas barridas
• Alas de flecha variable (incluye alas oblicuas )
• Alas Delta
• alas elípticas
• alas trapezoidales

Además de las aeronaves de ala fija , las aplicaciones de las formas de las alas incluyen:

• Alas delta , que utilizan alas que van desde totalmente flexibles ( parapentes , paracaídas de planeo ), flexibles (alas de vela con armazón), hasta rígidas.
• Cometas , que utilizan una variedad de superficies de sustentación
• Aviones modelo voladores
• Los helicópteros , que utilizan un ala giratoria con un ángulo de cabeceo 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 a una pista. Este tipo de aeronaves se denominan aviones espaciales .
• Algunos coches de carreras , especialmente los de Fórmula Uno , utilizan alerones invertidos (o perfiles aerodinámicos ) para proporcionar mayor tracción a altas velocidades.
• Los veleros , que utilizan velas como alas verticales con plenitud y dirección variables para desplazarse sobre el agua.

En 1948, Francis Rogallo inventó el ala flexible totalmente laxa. Domina Jalbert inventó alas gruesas flexibles sin largueros con perfil aerodinámico de aire dinámico.

Las alas han evolucionado varias veces en la historia: en insectos , dinosaurios (véase ala de ave ), mamíferos (véase murciélagos ), peces, reptiles (véase pterosaurios ) y plantas. Las alas de aves, murciélagos y pterosaurios evolucionaron a partir de extremidades preexistentes; sin embargo, las alas de los insectos evolucionaron como una estructura completamente separada. ^{[ 13 ]} Las alas facilitaron una mayor locomoción , dispersión y diversificación. ^{[ 14 ]} Varias especies de pingüinos y otras aves acuáticas voladoras o no voladoras , como alcas , cormoranes , araos, pardelas , patos eider y negrones , y petreles buceadores, son nadadores eficientes bajo el agua y utilizan sus alas para impulsarse a través del agua. ^{[ 15 ]}

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

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