Primero, supongamos que los problemas con las velocidades de aproximación/TO pueden solucionarse con dispositivos de elevación alta.
Aquí leemos que las alas generan más resistencia que el fuselaje. Entonces, una mejora parece obvia; encoger las alas.
Sin embargo, para un peso, una altitud y una velocidad aerodinámica dados, dicho ala necesitaría volar con un ángulo de ataque más alto, lo que crearía una mayor resistencia inducida. ¿Cómo se compara esto con la reducción de la resistencia parasitaria?
Si uno quiere reducir la resistencia inducida, debe volar a una altitud más baja. Esto significa más resistencia parasitaria, de nuevo . Pero, ¿el primero supera al segundo?
La resistencia inducida se puede reducir aún más mediante la reducción de peso de un ala más pequeña. ¿Cómo se compara esto con lo anterior?
En general, tienes razón. Reducir el área del ala es reducir la resistencia general. Dentro de los limites.
El arrastre inducido depende de la velocidad y la carga del tramo. Si la superficie mojada reducida le permite volar más rápido, la resistencia inducida será menor, dejando más potencia disponible para superar la resistencia viscosa. Sin embargo, si se reduce la envergadura del ala, la resistencia inducida será mayor a la misma velocidad, por lo que es mejor reducir la cuerda que reducir la envergadura. Esto puede ser atestiguado por el desarrollo reciente en aviones comerciales donde el flujo de combustible reducido de los motores ha permitido construir alas más pequeñas con relaciones de aspecto más altas. Un ejemplo similar, pero más antiguo, es el ala Davis , que combinó un grosor extremo del perfil aerodinámico y una relación de aspecto de 11 para minimizar la resistencia general y mantener un peso del ala razonable. ¡Otros aviones diseñados para largo alcance incluso tenían una relación de aspecto de 14,5!
Si uno quiere reducir la resistencia inducida, debe volar a una altitud más baja.
¡No se concentre solo en la reducción de la resistencia inducida! Recuerde que la resistencia total más baja se encuentra en el punto polar donde la resistencia inducida y de elevación cero son iguales . Aléjese de este punto y aumentará la resistencia general para levantar el mismo peso.
Los motores de turbina se benefician del aire más frío . Volar más alto significa una mayor velocidad real del aire para la misma presión dinámica. Por lo tanto, el área del ala debería ser suficiente para permitir la operación cerca de la tropopausa . Ir más alto que eso no mejora las cosas, pero mantenerse muy por debajo de la tropopausa significa renunciar a una ventaja obvia. Solo los aviones diseñados para misiones de bajo nivel tendrán una carga alar muy por encima de los 600 kg/m² que es típico de los aviones de pasajeros. Ese es el límite mencionado anteriormente.
Es posible que haya oído hablar de la "esquina del ataúd" en la que volaron los pilotos del U-2. El U-2, a 90 000 pies, tenía solo 9 nudos entre la velocidad de pérdida y el Vmo. Los aviones de pasajeros vuelan en una esquina similar, pero más ancha, con alrededor de 15 a 30 nudos entre pérdida y Vmo. Vmo es donde las ondas de choque comienzan a aparecer en la superficie superior del ala, los golpes, el aumento del motor y todo tipo de cosas malas suceden. La velocidad de pérdida es significativamente alta, ya que la baja densidad del aire significa que el ala ya funciona con un alto coeficiente de sustentación, además el ala tiene un valor CLmax más bajo en condiciones transónicas.
La razón de esto puede no estar siempre relacionada puramente con la aerodinámica/pérdida, el comportamiento aeroelástico del ala con alto CL y velocidades transónicas es muy complicado (aún más con dispositivos complejos en la punta del ala) y creo que este será el factor limitante.
Para alas diseñadas específicamente, el ala puede lograr un CL transónico más alto en comparación con el subsónico, pero dudo mucho que el ala de un avión comercial esté diseñada así. Las alas diseñadas para una sustentación transónica alta se ven generalmente en los aviones de combate. Como tienen relaciones de aspecto más bajas y no tienen dispositivos de punta de ala, son más simples desde el punto de vista estructural y aeroelástico.
Volviendo a tu pregunta, el ala no tiene mucho espacio para encogerse, incluso en condiciones de crucero. Acomodarse para el despegue y especialmente para el aterrizaje no es tan simple como colocar dispositivos de gran sustentación, ya que en ese caso aún deberá tener en cuenta la falla de algunos dispositivos de gran sustentación y aún así poder aterrizar el avión.
El interceptor F-104 fue diseñado con un ala muy pequeña (teníamos un guardián de puerta F-104 frente a nuestro edificio en la universidad, me sorprendió cuando lo vi por primera vez con mis propios ojos) y recurre a flaps, listones y un sistema de control de la capa límite, que se purga con aire del compresor para energizar la capa límite y retrasar el inicio de la parada. Obviamente, BLC solo funcionó cuando el motor estaba en marcha, por lo que con un apagado de llama, las velocidades de aproximación del F-104 excedieron los 200 nudos. Este fue un factor que contribuyó al terrible historial de seguridad del Starfighter, algunas fuerzas aéreas perdieron más del 30% de los aviones que adquirieron en accidentes.
Roberto DiGiovanni