¿Está maduro el diseño de las puntas de las alas?

Hay muchos diseños de punta de ala, todos hechos para reducir la resistencia relacionada con los vórtices, y ni Boeing ni Airbus parecen preferir uno sobre otro. Pasan de un diseño a otro en cada nuevo avión, siempre alegando que la nueva elección es más eficiente que la anterior. En detalle, toda la generación mixta, parece (lista no exhaustiva):

aleta: B737NG, A330, B747-400, A320NEO, A350

valla de punta de ala: A320, A380, B737MAX

punta del ala inclinada: B787

EDITAR: Los otros elementos del diseño de aeronaves son casi los mismos para todas las aeronaves nuevas (ala baja, motores debajo del ala, tren de aterrizaje clásico, APU en la cola, ...), por lo que asumo que ha alcanzado un gran nivel de madurez. , nada tiene que ser mejorado e introducido en una nueva generación de aviones. Obviamente, este no es el caso de la punta del ala.

Los diferentes diseños funcionan de diferentes maneras, aunque abordan un problema, que es cómo lidiar con los vórtices en las puntas de las alas.
"casi todos iguales"? No son más iguales que el diseño de la punta del ala.
Una EXCELENTE pregunta. Creo que el feroz debate que generó da testimonio de la excelencia de esta pregunta.

Respuestas (3)

Las puntas de las alas son una parte única del avión en el sentido de que realmente tienen un trabajo; minimizar el arrastre. Su diseño es fácil de ver y son una adición bastante reciente a los aviones de transporte. Se siguen realizando avances en el estudio de la aerodinámica, con métodos y poder de cómputo modernos que permiten un modelado mucho mejor de los patrones de flujo para evaluar diseños, y mejoras en los materiales que permiten construir diseños más complejos.

La clave es que el winglet debe estar bien diseñado. A medida que cambian los diseños de las alas, cambia el flujo sobre las alas y se inventan nuevos diseños de aletas.

Dado que depende en gran medida de la aplicación específica, es más relevante observar la evolución de los diseños en diferentes aeronaves. El diseño elegido depende de la tecnología disponible en ese momento, tanto para evaluar el diseño como para construirlo, el diseño del ala, el uso previsto de la aeronave y la experiencia previa del fabricante.

El 737 es un diseño antiguo que ha evolucionado con el tiempo: Original/Clásico: ninguno, NG: winglet, P-8: punta inclinada, MAX: cimitarra dividida

El A330 tiene un diseño bastante nuevo: Actual: aleta pequeña, neo: aleta

El 747 también ha evolucionado con el tiempo, y la última versión comparte tecnología con el 787: Original: ninguno, -400: ala pequeña, -8: punta inclinada

El A320 también ha evolucionado con el tiempo: Original: ninguno, Actual: valla de punta, neo: winglet

El A380 es un nuevo diseño: valla de punta

El A350 es un nuevo diseño: winglet

El 787 es un nuevo diseño: punta inclinada

El 777 es un diseño bastante nuevo: Básico: ninguno, -200LR y -300ER: puntas inclinadas

Notarás una tendencia de diseños más pequeños a más grandes. Sin embargo, en aviones más grandes, el peso de una ala grande y las cargas que produce pueden ser demasiado grandes. Los nuevos diseños como el 777, A380, 787 y 747-8 usan puntas inclinadas o pequeñas aletas.

En cuanto a otras partes de los aviones, los motores están cambiando más de lo que piensas. Los motores a reacción de los primeros transportes a reacción tienen un aspecto muy diferente al de los modernos turboventiladores de derivación alta. Los motores GEnx del 787 y el 747-8 tienen chevrones en la parte trasera para reducir el ruido. Todo lo que ves en el exterior es la góndola que minimiza la resistencia; la mayoría de los cambios ocurren en el interior. Además, si observa detenidamente el frente, las aspas del ventilador de los motores más nuevos tienen curvas en lugar de tener bordes rectos.

La mayoría de las otras partes de la aeronave tienen trabajos más complejos, no principalmente externos. Un fuselaje debe ser eficiente para transportar cosas en el interior, pero también debe mantener un bajo nivel de resistencia. Si observa de cerca, notará que los nuevos aviones como el 787 y el A350 tienen mucho en común con los fuselajes anteriores, pero también tienen una forma diferente. Es más difícil ver otros cambios drásticos como el uso de materiales compuestos en lugar del aluminio tradicional, sistemas eléctricos en lugar de hidráulicos o de purga de aire, fly by wire, etc.

Las superficies de control deben proporcionar suficiente control y minimizar la resistencia. El tamaño y la forma también han cambiado con el tiempo, aunque el diseño general se ha mantenido.

Accedí al documento y no puedo encontrar la cita exacta, pero siento que el comentario final es aún más relevante:It is clear that the benefits are far reaching. If properly designed, such that the profile drag penalty is of no consequence over the range of speeds at which the sailplane operates, there are no reasons to not take advantage of the benefits that winglets offer in both performance and handling qualities
O incluso esto, del apartado anterior:In designing winglets for a variety of sailplanes, as well as for a number of nonsailplanes, it appears that all wings can be improved with winglets.
... pero no en rendimiento, solo en manejo. Los beneficios están en la velocidad de balanceo (verdadero) y la resistencia al giro (depende), y tienen un gran "si": la resistencia del perfil debe ser baja. Eso no es fácil. Recuerde: las aletas causan arrastre, pero no sustentación directa. ¿Cómo debería eso mejorar el rendimiento? ¿En aviones que vuelan mayoritariamente en línea recta y lo más rápido posible?
Es interesante ver qué tan bien funciona ese "aceite de serpiente alada", sin una pizca de evidencia. La gente lo defiende incluso con citas inventadas o sacándolas de contexto. Esto me parece una guerra religiosa.
@PeterKämpf not in performance, only in handling, ese es su reclamo, el documento al que se hace referencia muestra claramente una mejora en la relación L/D y la velocidad a campo traviesa. Hasta el momento no has informado de ninguna fuente que demuestre lo contrario, por lo aquí escrito estás vendiendo el “aceite de serpiente”.
@Federico: Abre los ojos: Esto es cierto solo con restricción de tramo en las clases de competencia. Hombre, me estoy cansando de luchar contra tu ignorancia. Ve y predica tus tonterías mal entendidas, pero ya no responderé.
@PeterKämpf si quiere luchar contra la ignorancia, use datos, no autoridad presunta. Sí, veo las limitaciones de ese documento, pero de ninguna manera respaldan sus afirmaciones.
Los 737 originales venían de fábrica sin winglets, pero el 737-200 ahora tiene un winglet "mini" del mercado de accesorios. El diseño de cimitarra dividida es para los NG, no para los MAX; los MAX usan un estilo diferente de doble winglet, conocido como winglet de tecnología avanzada (AT). Sin embargo, la mayoría de los NG todavía tienen los winglets combinados simples (que también se pueden instalar en los Classic 737). Ver aquí _

No soy ingeniero aeronáutico, por lo que esta respuesta puede contener errores.

El diseño de un avión es más o menos el diseño de un ala. El hecho de que los diseños de las puntas de las alas cambien solo se debe al hecho de que el diseño de las alas también cambia con cada tipo de aeronave.

El diseño del fuselaje es maduro en el sentido de que circular es mejor que cuadrado. El diseño del motor es maduro en el sentido de que los motores son intercambiables; Siempre que tenga los puntos de anclaje correctos en el ala para combustible, purga de aire, etc., no importa si elige instalar el turboventilador Wilbur 400 o el turboventilador Orville 602N.

Pero el ala es parte integral del avión. Para cada avión de pasajeros que diseñes, diseñas un ala que vaya con él. El centro de gravedad, el centro de presión, la máquina crítica, todas estas cosas y muchas más se tienen en cuenta y cada una es diferente para cada avión, por lo que deben abordarse de manera diferente. El hecho de que las puntas de las alas difieran de un modelo a otro solo significa que las alas difieren de un modelo a otro.

Realmente no importa tanto.

Mire las aves: usan dos diseños diferentes de punta de ala. Supongo que ambos estaremos de acuerdo en que esos diseños están maduros después de millones de años de evolución. Y todavía hay dos formas distintas de punta de ala: una es la punta del ala con "dedos" con plumas grandes y extendidas, y la otra es la punta puntiaguda que se encuentra desde las gaviotas hasta los albatros, y también en las golondrinas. ¿Por qué no hay un diseño maduro?

Esto tiene que ver con el entorno en el que se utilizan. Las aves marinas y las golondrinas vuelan en un entorno sin obstrucciones con vientos constantes y necesitan permanecer en el aire durante más tiempo. Todas las demás aves, también las que habitan en lagos como los pelícanos, tienen que arreglárselas con árboles que obstruyen un camino de vuelo recto y ráfagas de viento desde las colinas, o esos árboles. Necesitan maniobrar rápidamente y hacer frente a los vientos racheados. Esto se ve favorecido por una luz reducida y la posibilidad de plegar el ala exterior o desplegarla en un instante. De ahí la punta del ala con dedos.

Para la mayoría de las aeronaves, la solución de aves marinas debería funcionar mejor. Pero a veces el entorno añade nuevas demandas, como restricciones de luz en las clases de competición de planeadores. Entonces tiene sentido agregar un winglet.

Otra "restricción" es el alto costo de desarrollar un ala nueva, por no hablar del esfuerzo de herramientas y certificación. Luego, ayuda agregar un ala para que el ala exterior pueda contribuir con más sustentación si la masa de la aeronave aumenta al estirarse más allá de las capacidades del ala original. Pero esto aumentará los momentos de flexión de las alas de manera desproporcionada, por lo que el beneficio general es pequeño. Siempre será mejor para el rendimiento diseñar un ala nueva con una punta de ala recta.

Si ve todo tipo de elegantes alerones en los aviones modernos, esto tiene más que ver con el marketing que con la aerodinámica. Después de todo, ningún pájaro tiene alas. Ni uno solo.

Pero ahora imagínese el tablero de Airbus (lleno de contadores de frijoles y abogados, y sin aerodinámicos) después de que Boeing haya promocionado su nueva ala con alas: la reacción inmediata es: ¡también necesitamos este dispositivo maravilloso! ¡Pero debe verse diferente! Lamentablemente, esto ha llevado al seguimiento casi religioso del culto de los winglets, donde los winglets están hechos para ser la panacea de los problemas aerodinámicos.

Ahora se puede argumentar que la naturaleza nunca se acercó para probar la modificación de las aletas. No en más de 100 millones de años, no en uno de varios desarrollos independientes de alas (pterodáctilos, insectos, pájaros y murciélagos. Incluso puedes agregar peces a esa lista, sus aletas tienen una función similar). Esto podría ser, pero ahora la pregunta se reduce a la Navaja de Occam: ¿Cuál es más probable?

  • ¿La naturaleza nunca desarrolló winglets, a pesar de sus ventajas? Y por favor, no llames aletas a la deformación elástica de las plumas de las puntas. Esto es una tontería.
  • ¿O la NASA y el marketing de Boeing han promocionado un dispositivo que mejora la aerodinámica en algunas condiciones, pero no es tan bueno como una extensión de ala recta si las condiciones lo permiten?

Juzga por ti mismo.

El no bird has winglets(lo que implica que son inútiles y, por lo tanto, los aviones deberían hacer lo mismo) es una falacia lógica de proporciones descomunales.
@Federico: ¿Por qué? ¿Solo porque dices que lo es? ¿O hay algo de sustancia en esta afirmación?
@PeterKämpf porque es una gran interpretación errónea y tergiversación de cómo funciona la evolución. pregúntele a un biólogo, no puedo resumir los principios de la evolución en una sección de comentarios sobre aviación.SE. Además, por esa misma lógica no bird has jet engines.
@Federico: No confunda la incapacidad de la vida para desarrollar la mecánica de rotación con la forma óptima de las alas. Doblar las puntas de las alas hacia arriba está dentro de las posibilidades de la evolución aviar, pero nunca trajo una ventaja selectiva. Ni en pterodáctilos, ni en insectos, murciélagos o pájaros. O aletas de pescado, para el caso.
el hecho de que ninguna mutación aleatoria haya producido un winglet* en las aves no es en modo alguno una demostración de que los aviones no se beneficien de ellas, no existe una relación lógica. [*aunque el diseño "en abanico" al que te refieres, como el del águila, puede considerarse una forma de ala óptima]
@Federico: Entonces consideras que las alas evolucionadas no están maduras. ¿La modificación del winglet está a la espera de suceder? ¿La naturaleza nunca lo intentó, en >100 millones de años de vuelo biológico? Podría ser, sí. Pero es extremadamente improbable. Eso lo resuelve por mí, ya no responderé a sus provocaciones.
So you consider evolved wings as not maturelo que implica que de alguna manera es. A eso es a lo que me refería cuando dije que ustedes malinterpretan y tergiversan el proceso evolutivo. Reitero mi invitación para hablar con un biólogo. (o para respaldar las afirmaciones de su respuesta con fuentes)
Normalmente espero tus respuestas, Peter. Creo que he aprendido más en este SE de sus respuestas que cualquier otra persona. Me resulta muy difícil creer que cualquiera de los principales fabricantes haya gastado horas de trabajo y dinero probando, diseñando e instalando modificaciones en las puntas de las alas a menos que haya un beneficio que no sea el 'mercadeo'. Me parece que si los mods de punta de ala fueran aceite de serpiente del siglo XXI, uno o ambos (Airbus y Boeing) los habrían dejado fuera de sus diseños.
Tíos, tíos... punto 1... muchos pájaros tienen alitas ..!!! Punto 2, (de acuerdo con Federico) hay muchas, muchas características de las alas, que no tienen absolutamente ninguna contraparte en el mundo de las alas evolucionadas. Punto 3, algunas partes de esto son como "Las enjutas de San Marco" (es decir, igualmente confundidas, de manera similar ;-)) *patos*
Sobre el "aceite de serpiente del siglo XXI". Siento que estás completamente equivocado, CG. (No eres lo suficientemente cínico para este mundo :)) Es totalmente común que entidades aparentemente impulsadas por la ingeniería de miles de millones de dólares utilicen "aceite de serpiente puro y ridículo".
@JoeBlow: solo puedo apoyar su punto de vista. Los ingenieros de Boeing pasaron varios meses optimizando la intersección del fuselaje y el estabilizador del 767, solo para que un gerente impusiera una geometría diferente "porque la optimizada se parece a McDonnell-Douglas". Cosas como esta son comunes. Desafortunadamente. Y si les parece que las aves tienen aletas: Las plumas se doblan hacia arriba como lo hace cualquier ala flexible. Esto todavía no los convierte en winglets.
anécdota interesante! Me temo que siento que es verdad para bien o para mal, bueno, en mi opinión. En los años 90 trabajé brevemente en el departamento de software. de un equipo de investigación de motores a reacción cerca de Berlín. Todo el esfuerzo fue impulsado por un truco :) Trabajé en publicidad durante algunos años, y es común que, por ejemplo, las compañías farmacéuticas gasten literalmente miles de millones en algo tan delgado como "¡bueno, este nombre suena como bla, así que podemos ganar mucho dinero si ¡Desarrolle algún tipo de producto en torno a eso!" Con respecto a los automóviles, ni siquiera vale la pena mencionar ejemplos :-)
@JoeBlow, pero en este caso los números no respaldan la historia del "aceite de serpiente", consulte el documento citado en la otra respuesta.
@Federico: Mira mi comentario sobre el papel. La oración citada no se encuentra en ninguna parte.
Lo sé, leí el periódico y cité otras oraciones, vea mis comentarios.
@JoeBlow: Gracias por mencionar "Spandrels of St. Marco", ¡aprendí algo nuevo! Pero desafortunadamente, este artículo es provocativo, pero en su mayoría equivocado, véase Robert Mark y muchos otros.
¡Hola @PeterKampf! Creo que es posible que no me hayas entendido bien: "Spandrels of St. Marco" es de hecho famoso como uno de los PEORES y más INCORRECTOS artículos científicos, ¡escrito por un tipo famoso! Entonces, lea de nuevo, dije "esta discusión es como las enjutas de San Marcos , ¡muy confusa!" :-) para la discusión definitiva sobre "spandrels of st marco" - seguramente Richard Dawkins. {Respecto a ese artículo, en una palabra, creo que lo más divertido es QUE, DE HECHO, ¡existen obviamente y en todas partes enjutas "intermedias"! ¡je! Para el resto ver Dawkins.}
Por cierto, este sitio es genial, todos ustedes son increíbles. ¡Tanta información en este sitio!
@PeterKämpf, "Parece McDonnell-Douglas" bien podría significar "McDonnell-Douglas tiene una patente sobre este diseño de intersección y nos demandará si lo usamos". Las citas tomadas fuera de contexto pueden ser muy engañosas.
@Mark: hablé con los ingenieros involucrados y eso NO fue lo que dijeron. El gerente simplemente se empeñaba en tener un look diferente para que Boeing no corroborara el trabajo de su (entonces) competidor.
Allí , pregunté por ti.
sus argumentos "evolutivos" siguen siendo incorrectos, como se informa en la pregunta vinculada a biology.SE. La "naturaleza" no tiene forma de probar los winglets, o todos los pasos intermedios son mejores que la versión actual, o se mantienen los mínimos locales, incluso si los mínimos globales están en otro lugar.
@Federico: Lo sé, cualquiera de mis argumentos estará mal si no respaldan la superioridad de los winglets. Entiendo tu punto y me tomo la libertad de estar en desacuerdo. con hechos Pero esos no cuentan en las disputas religiosas. Es por eso que ahora realmente dejo de responder.
@PeterKämpf, ¿podría darse cuenta de que no me importan los winglets y que me importan: 1- declaraciones biológicas incorrectas 2- lógica incorrecta? Puedes demostrar que los winglets son la raíz de todos los males en el mundo por lo que a mí respecta, pero sin usar comparaciones evolutivas incorrectas de una manera desprovista de lógica.
Es un error sugerir que los winglets del Airbus A380 son un accesorio de moda. Es un avión tan grande que las alas convencionales habrían sido demasiado anchas para muchos aeropuertos. Los winglets mejoran la eficiencia de la punta del ala, lo que permite una envergadura más corta para el mismo rendimiento general. Airbus descubrió que la longitud de las aletas era muy similar a la reducción de la envergadura, por lo que, en efecto, simplemente giraron las puntas hacia arriba sin pérdida de rendimiento. Fue puramente una decisión práctica de ingeniería.
@GuyInchbald pero la naturaleza no tiene restricciones de tramo artificial. Tiene razón, los winglets ayudan cuando el alcance es limitado, consulte esta respuesta , por ejemplo. En ausencia de regulaciones arbitrarias, los winglets no tienen sentido.
@PeterKampf: la primera parte es precisamente por qué su comparación con la naturaleza no tiene sentido, pero esa es una crítica que ya se hizo. Tenga en cuenta que no fueron las regulaciones sino la infraestructura terrestre las que dictaron la decisión de Airbus. Hay otras razones para usar winglets y dispositivos de punta relacionados, pero un contraejemplo a su sugerencia fuera de lugar es suficiente.
@PeterKampf Bueno, si te gusta la pedantería, las clases de la OACI son descriptivas, no reglamentarias. Además, como usted reconoce, se aplican a la infraestructura terrestre, no al avión.
¿Está maduro el diseño de las puntas de las alas?
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