¿Por qué las alas de los aviones modernos a menudo son puntiagudas en lugar de ser más rectangulares?

Las alas rectangulares son fáciles de construir: solo necesita un tamaño de costilla y puede repetir la fabricación varias veces, usando la misma plantilla. Los primeros aviones requerían mucho montaje manual por parte de trabajadores semicualificados, y tenía sentido simplificar la tarea.

Ala SE5a en construcción ( fuente de la imagen )

Sin embargo, para producir la menor cantidad de resistencia inducida , la corriente descendente detrás del ala debe tener el mismo ángulo en toda la envergadura. Esto se puede lograr con lavado, pero luego el lavado debe ajustarse a un ángulo de ataque. Cambie el ángulo de ataque y su distribución de sustentación en el tramo producirá más resistencia de la necesaria. Para superar este problema, se utilizaron formas en planta de alas elípticas, pero son complicadas de construir y propensas a entrar en pérdida . Esto es cuando la punta del ala pierde sustentación primero durante una entrada en pérdida y hace que la aeronave se balancee violentamente. Si esto sucede cerca del suelo, es inevitable que se produzca un choque.

Por lo tanto, los diseñadores pronto se conformaron con algo que se asemeje a la forma en planta elíptica, pero que deje más área en la punta para que tenga menos carga y más margen de pérdida. Especialmente cuando esta ala está cubierta con láminas de metal, tiene sentido tener una sola dirección de curvatura, por lo que las formas en planta trapezoidales pronto se convirtieron en la forma preferida de construir alas una vez que el aluminio se convirtió en el material estructural principal para los aviones.

El planeador SB-11 utiliza un ala interior rectangular y un ala exterior trapezoidal. De esta manera, el molde para el ala interior podría usarse para el lado izquierdo y derecho, facilitando la construcción ( fuente de la imagen ).

El ala trapezoidal también es útil en otro aspecto: los diseños en voladizo tienen momentos de flexión elevados en la base del ala. Si la raíz tiene más cuerda , el larguero se puede hacer más grueso, y si el área en las puntas es más pequeña, se crea menos momento de flexión para la misma elevación. El arriostramiento de los biplanos se ocupa del momento de flexión de la raíz, pero cuando surgieron los monoplanos, el ala rectangular perdió la mayoría de sus beneficios.

Ahora, para las puntas de ala redondeadas: son un intento de acercar el ala a la forma en planta elíptica ideal sin perder el beneficio de un ala de cuerda constante en la mayor parte de la envergadura. Gran parte del diseño de la punta del ala también tiene que ver con la estética, y algunas personas tienen creencias casi religiosas sobre los beneficios de una forma particular de la punta del ala. Para las alas de metal, las puntas de las alas se pueden fabricar presionando las láminas de aluminio de la parte superior e inferior para darles forma y remachándolas, ya que las cargas aerodinámicas en la punta del ala son bajas. Las puntas de las alas y los carenados también estuvieron entre las primeras piezas de los aviones que se fabricaron con materiales compuestos, lo que facilita mucho la conformación tridimensional. Más cerca de la raíz, el ala necesita mucha más fuerza, y aquí la forma trapezoidal sigue siendo el mejor compromiso hoy en día.

Las alas apuntan hacia las puntas de las alas porque la mayoría de los aviones que vuelan hoy en día usan alas en flecha.

El ala barrida, donde se barre el ala o la cuerda del ala se reduce hacia la punta del ala es para reducir la resistencia de las olas. Esto se ve principalmente en los aviones que vuelan en transónicos (aviones civiles) y supersónicos (aviones de combate), mientras que las alas rectangulares se utilizan en aviones de aviación general de baja velocidad.

El barrido del ala tiene el efecto de reducir la velocidad normal del flujo de aire visto por el ala, por el coseno del ángulo de barrido.

Fuente: history.nasa.gov

Esto tiene el efecto de aumentar el número de Mach crítico, por encima del cual la resistencia de la onda aumenta significativamente.

Fuente: history.nasa.gov

Algunas puntas de alas rectangulares están redondeadas por la misma razón: para reducir la resistencia, aunque en este caso, están ahí para reducir la resistencia inducida.

Fuente: Aviación Deportiva

Sin embargo, el efecto es marginal, por lo que bastantes aviones se quedan sin él.

Fuente: Aviación Deportiva

Otra razón por la que las alas de los aviones de pasajeros se vuelven 'apuntadas' hacia la punta es estructural: el ala es prácticamente como una viga en voladizo, y la reducción de la sección transversal (de las alas grandes y largas) hacia la punta reduce los momentos de flexión del extremo de la raíz.

Otra razón para el diseño "puntiagudo" de las alas modernas es la incorporación de "winglets". En lugar de terminar en un rectángulo rechoncho, el ala se extiende hasta un punto cercano, que forma un arco hacia arriba.

Los winglets básicamente reducen la resistencia al mantener el aire corriendo suavemente sobre el ala, incluso cerca de la punta. Puede aumentar la eficiencia del combustible en alrededor de un 5%, lo cual es bastante asombroso.

Puede leer más sobre esto aquí: http://www.nytimes.com/2013/10/24/business/eye-traction-wingtips-but-they-arent-for-show.html

Esto, junto con el uso general de alas en flecha, conduce a un diseño de ala más "puntiagudo" al que podría estar refiriéndose.