¿Cómo funciona la punta del ala inclinada del Boeing 787?

Las puntas de las alas son muy diferentes en estos aviones. La punta del ala de un Boeing 787 es un triángulo afilado, mientras que la punta del ala de un Boeing 737-300 es plana.

Punta de ala del Boeing 787-8 G-ZBJC de British Airways | por StephenG88

Punta de ala del Boeing 787-8 G-ZBJC de British Airways | por StephenG88 ( fuente )

¿Por qué la punta del ala del Boeing 787 es diferente a la del Boeing 737?

Les prometo una foto de lo que quiero decir, pero mi computadora portátil no ha estado funcionando correctamente.
@Simon: No, Ethan se refiere a lo que se llama punta de ala inclinada . También funciona mejor que un winglet.
@Simon Tengo que estar de acuerdo con Peter Kämpf, las alas inclinadas funcionan de manera diferente a los winglets (aunque hacen cosas similares), por lo que esto no es un duplicado de esa pregunta en particular. Y ninguna de las respuestas realmente se sumerge en cómo funcionan las alas inclinadas, así que... Sí, no un duplicado.
@PeterKämpf En el momento de mi comentario, la imagen no estaba en la publicación y solo se mencionaba un "triángulo" que interpreté como un tiburón pequeño. Lo tengo ahora, así que eliminé mi voto para cerrar.
Chicos, estaba preguntando sobre la forma de la punta del ala, no sobre el ala 787 y la reducción de la resistencia del vórtice de la punta del ala, gracias, algunas de esas imágenes fueron útiles. He descubierto la respuesta por mi cuenta, pero gracias por esforzarse e investigar mis preguntas.

Respuestas (2)

La punta del ala inclinada del Boeing 787 ahora es "le denier cri" en el diseño de la punta del ala, pero las aves acuáticas la han empleado con éxito durante muchos milenios. El uso de estructuras compuestas ha hecho que la forma tridimensional de las puntas de las alas sea mucho más fácil, y los primeros aviones en usar un mayor barrido en la punta del ala fueron planeadores compuestos como el Schempp-Hirth Discus .

Gaviota (izquierda) Schempp-Hirth Discus 2

Seagull (izquierda) Schempp-Hirth Discus 2 (derecha, fuente )

En la época de las alas metálicas, Dornier introdujo su TNT (Tragflügel Neuer Technologie, en inglés: Wing of new technology) en aeronaves como el Do 228 , Do 328 y el hidroavión Dornier ATT . Usó una punta de ala triangular sin cambios en el barrido del borde de fuga, que es más fácil de fabricar en aluminio.

Un Air Alps Dornier 328-110 aterrizando en el aeropuerto de Fiumicino, Roma, Italia, visto desde Ostia Antica

Un Air Alps Dornier 328-110 aterrizando en el aeropuerto de Fiumicino, Roma, Italia, visto desde Ostia Antica. Imagen de Makaristos .

Puede pensar en la punta del ala inclinada como si fuera un ala que se ha doblado hacia abajo. Aumentar la envergadura implicará una mayor masa de aire en la creación de sustentación, y se reduce la resistencia inducida . Esto ya explica la mayor parte del efecto, pero el mayor barrido añade algunos beneficios más.

  • Un barrido más alto reduce la pendiente de la curva de elevación. Esto ayuda a reducir la contribución de sustentación (¡y, en consecuencia, el momento de flexión!) de la punta del ala en ángulos de ataque altos. Por lo tanto, inclinar la punta del ala dará como resultado un momento de flexión máximo más bajo.
  • El barrido también desplaza el centro de presión de la punta del ala hacia atrás, agregando un momento de torsión negativo. Este momento reduce el ángulo de ataque sobre todo el ala exterior en ráfagas y con factores de carga elevados, lo que nuevamente ayuda a reducir el momento de flexión máximo en la raíz.
  • Especialmente en velas, permite combinar una distribución de circulación casi elíptica en una amplia gama de ángulos de ataque con buenas características de entrada en pérdida. La pendiente de la curva de sustentación más baja de la punta del ala le permite entrar en pérdida en un ángulo de ataque más alto y reduce su contribución de sustentación en relación con su área al aumentar el ángulo de ataque.

Esta adaptación aeroelástica , junto con el bajo consumo de combustible de los motores modernos de alta relación de derivación , permite que el Boeing 787 use un ala de una relación de aspecto de 10 y el A350 uno de hasta 11,8. Anteriormente, aparte de los planeadores, solo los diseños especiales para tiempos de vuelo y rangos extremos como el B-24 Liberator o el Breguet Atlantique lucían relaciones de aspecto tan altas. Los diseños de aviones de pasajeros más antiguos tenían que usar relaciones de aspecto más bajas (entre 6 y 8,5) para tener suficiente volumen de ala para combustible.

El propósito de la punta del ala inclinada es el mismo que el del winglet: reducir la resistencia al reducir el efecto de los vórtices de la punta del ala.

Boeing 767-600 Punta de ala inclinada

Fuente: www.boeing.com

La mayoría de los aviones utilizan winglets para mejorar el rendimiento. Básicamente, reducen el vórtice de la punta del ala al [desviar el aire] (y el arrastre asociado al desviar el aire que quiere escapar por la punta hacia abajo) que quiere escapar por la punta hacia abajo. Esto reduce la resistencia inducida.

En el caso de las puntas de las alas inclinadas, las puntas de las alas tienen más barrido en comparación con el resto del ala.

Boeing 787 con las puntas de las alas inclinadas" B787-800v1.0 " de Julien.scavini - Trabajo propio. Con licencia CC BY-SA 3.0 a través de Commons .

Las puntas de las alas inclinadas también reducen el vórtice de las puntas de las alas, al redirigir los vórtices de las puntas de las alas más hacia afuera y hacia atrás del ala.

Las puntas de las alas inclinadas son más eficientes en comparación con los winglets en crucero y se utilizan en aviones de ultra largo alcance.

Comparación de reducción de arrastre debido a dispositivos de punta de ala

Fuente: www.boeing.com

Un problema con las puntas de las alas inclinadas es que aumentan la envergadura. Esto aumenta el momento de flexión. Otra razón por la que no vemos una cantidad de aeronaves con las puntas de las alas inclinadas se debe al hecho de que no se pueden adaptar (aunque hubo una propuesta para adaptar el KC135 con las puntas de las alas inclinadas).

Nota: La foto no es muy clara. Simplemente respondí sobre la punta del ala inclinada.

Me temo que nunca entenderé cómo un vórtice detrás del ala puede causar resistencia.
Esto se debe a la naturaleza tridimensional del flujo; si el flujo fuera en dos dimensiones (es decir, alrededor de una superficie aerodinámica), no habría vórtices en las puntas de las alas ni arrastre inducido.
@aeroalias, no, Peter tiene razón. Los vórtices no pueden causar arrastre. Tienen la misma causa que la resistencia inducida, pero no son la causa en sí mismos.
Los vórtices de las puntas de las alas provocan la corriente descendente, lo que reduce el ángulo de ataque efectivo del ala. Esto inclina efectivamente el vector de sustentación hacia atrás, provocando una fuerza de orientación aguas abajo (arrastre) en el ala. Este arrastre se denomina arrastre inducido , ya que ha sido inducido por la acción de los vórtices de las puntas.
Sí, y las calles mojadas provocan lluvia. Todo el mundo lo sabe, ¡es obvio!
@PeterKämpf: La resistencia es una pérdida continua de energía. En particular, es la energía mecánica perdida por el avión al aire. Algo de arrastre es inevitable, asociado con las fuerzas que mueven el aire hacia abajo para generar sustentación. Las fuerzas que aceleran el aire en otras direcciones aún causan arrastre, pero no sustentación. El vórtice es una prueba de que el aire se mueve en direcciones no deseadas y, por lo tanto, de un arrastre evitable, pero el vórtice en realidad no es la fuerza en sí. Puede parecer contradictorio, pero los físicos hacen esto todo el tiempo. Pregúntele al CERN: todo lo que hacen es mirar los escombros de una colisión para decir algo sobre una partícula.
@MSalters OK, morderé. Se trata de causa y efecto, y aeroalias lo dice al revés (como la mayoría de la gente aquí). ¿O quiere decir que los bariones en el CERN causan colisiones? Ciertamente no, pero esto es lo que dice aeroalias sobre el vórtice de estela. El vórtice es prueba de sustentación y como tal es inevitable. Es justo lo que sucede detrás del avión para nivelar la perturbación que ha causado, pero no provoca resistencia. Si lee algunas de mis respuestas , la relación causa-efecto debería quedar clara.
@PeterKämpf: Lo que estaba diciendo es que muchos físicos no están considerando la causa y el efecto en términos tan blancos o negros. Estoy de acuerdo en que tanto la resistencia como el vórtice están asociados con el campo de aceleración del aire que fluye por encima y por debajo del ala. Sin embargo, el vórtice es parte de ese campo de aceleración, mientras que el arrastre es causado por el campo.
@MSalters: prefiero una comprensión clara de un mecanismo de trabajo a una visión confusa donde la causa y el efecto son intercambiables a voluntad. Tenemos una secuencia clara de eventos porque el flujo de aire y el tiempo van en una dirección. Incluso en el CERN, el tiempo no corre hacia atrás. Entonces, ¿por qué aceptar tonterías como "Los vórtices de las puntas de las alas causan la corriente descendente"?
@PeterKämpf: Observar el flujo de aire y el tiempo en una dirección es un enfoque bastante complicado. Una vista físicamente igualmente válida es estudiarlo como un modelo de estado estacionario. Esto congela el tiempo fuera de la ecuación, haciendo que el problema sea más fácil de resolver. De hecho, esta es una técnica común en la física.
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