¿Puede un avión supersónico tener winglets?

Esto se ha hecho (y, por lo tanto, se puede hacer) y también hay algunas investigaciones actuales al respecto. El XB-70 Valkyrie tenía puntas de ala caídas que añadían estabilidad a altas velocidades de Mach y permitían que el avión viajara en su propia onda de choque . También efectuó arrastre de ajuste,

Las puntas de las alas reposicionadas también redujeron el área detrás del centro de gravedad del avión, lo que redujo la resistencia aerodinámica. Los paneles exteriores vueltos hacia abajo también proporcionaron una superficie más vertical para mejorar la estabilidad direccional en números de Mach altos.

Puede consultar este episodio de podcast que entrevista a algunas de las personas de la NASA que realizan varios proyectos de investigación, incluidos los sistemas de control de punta de ala y otras aplicaciones interesantes en ese espacio.

Puede encontrar información en este libro sobre la teoría del ala supersónica .

Este hilo (y ya sabes lo preciso que es Internet) tiene algunos puntos interesantes al respecto.

Se han llevado a cabo investigaciones en esta área, por ejemplo, las pruebas de Dinámica de fluidos computarizados que la NASA llevó a cabo en alas altamente barridas en flujo supersónico . Llegaron a la conclusión de que los winglets pueden tener un efecto positivo en la sustentación/resistencia, pero, por supuesto, depende en gran medida de la forma y el perfil del ala. Del informe:

• Los winglets se pueden diseñar y alinear en un flujo supersónico de modo que se incurra en una penalización de rendimiento mínima o nula en relación con un ala de igual envergadura proyectada.
• la alteración de la longitud, barrido y camber del winglet puede no ser tan crítica como el ángulo de punta o la orientación del winglet en relación con el ala.
• Se encontró que los winglets con diedro negativo y convergencia normalmente superan a los winglets similares con diedro positivo.

Una de las configuraciones estudiadas es la siguiente: ala base NACA 1402 con un borde de ataque de 65 grados y la mejor ala encontrada. Una de las recomendaciones formuladas es investigar más a fondo el uso dual de los winglets, si son útiles para el control de la guiñada a velocidades supersónicas.

El avión espacial europeo proyectado Hermes de hecho tenía winglets. Esos eran necesarios para la reducción de la resistencia en la fase de aterrizaje. Entonces no ayudaron a velocidad supersónica sino a velocidad subsónica.

Sin las aletas, la energía se habría desvanecido demasiado rápido durante la rotación, por lo que el descenso no podría detenerse en las simulaciones. El avión espacial sin winglets era, en esencia, imposible de aterrizar. Solo elevando la L/D subsónica por encima de 5 con la ayuda de los alerones inclinados hacia afuera, la simulación dio como resultado aterrizajes suaves.

Impresión artística del avión espacial Hermes ( fuente de la imagen )

Incluso si pueden, ¿serían prácticos? Muchos aviones de combate utilizan las puntas de las alas para transportar misiles de corto alcance u otras armas ligeras. Perderías esos puntos fuertes. Además, introduciría más complejidad en el ala, especialmente si confía en ellos para la estabilidad, lo que hace que la aeronave sea más vulnerable.

Además, no he hecho los cálculos, pero muchos aviones de combate tienen alas que tienen una gran conicidad, los winglets pueden muy bien ser solo marginalmente efectivos con un diseño de ala de este tipo.

Hay 3 tipos de arrastre:

1. Arrastre por fricción
2. Arrastre inducido
3. Arrastre de onda

En vuelos de baja velocidad, los dos primeros son responsables de la resistencia total creada. El arrastre de las olas generalmente se descuida, ya que es muy inferior en comparación con otros. Se proporcionan winglets para reducir la resistencia inducida.

Ahora, en el caso de los aviones supersónicos, la resistencia de las olas crea la mayor parte de la resistencia total, ya que la onda de choque crea una enorme resistencia. El arrastre por fricción y el arrastre por onda son proporcionales a la velocidad , y el arrastre inducido es inversamente proporcional a la velocidad de vuelo. En el caso de un vuelo supersónico, debido a la velocidad, la resistencia inducida será muy pequeña y siempre se desprecia.

Entonces, sí, los winglets son posibles en un avión supersónico, pero son más bien una decoración que una utilidad. Y la mayoría de los aviones supersónicos son aviones de combate militares, y la eficiencia del combustible en el ejército no es una prioridad.

Por cierto, esta respuesta es de una pregunta de Quora que se encontró con una búsqueda rápida en Google.

El North American XB-70 Valkyrie era un bombardero Mach 3 que tenía alerones de geometría variable. Su propósito era más inusual en el sentido de que giraban verticalmente hacia abajo para ayudar a reducir la resistencia durante el crucero supersónico y volvían a la posición horizontal para aumentar el área del ala para el despegue y el aterrizaje.

El ala de la Valquiria era un delta cabalgando sobre las olas. Las tomas del motor formaron un cuerpo central debajo del ala que creó una fuerte onda de choque. El borde de ataque del ala tenía un ángulo tal que, a velocidad de crucero, el frente de choque se extendía a lo largo del ala justo detrás de él. Todo el ala detrás de ella estaba sujeta a un aumento en la presión del aire, creando una cantidad sustancial de sustentación adicional y mejorando la relación sustentación/resistencia del ala. Cuando el impacto se encontró con los alerones inclinados hacia abajo, se reflejó debajo de la parte trasera del ala creando aún más sustentación y mejorando aún más la eficiencia de crucero.

Los winglets también proporcionaron estabilidad direccional adicional justo cuando se necesitaba, ya que normalmente se reduce a altas velocidades.