¿Se pueden usar winglets para compensar la alta resistencia inducida creada por un ala de baja relación de aspecto?

Desde el punto de vista de la teoría del potencial, podemos explicar y predecir la eficacia del winglet a través de cuánto diluye la fuerza de los vórtices de arrastre. Al igual que podemos demostrar que la distribución de sustentación elíptica produce la menor resistencia inducida para una longitud de tramo dada en una forma plana, también podemos derivar la distribución de sustentación óptima para cualquier combinación de ala+winglet de altura arbitraria de winglet y ángulo de inclinación.

El siguiente gráfico, recopilado de Drela , Flight Vehicle Aerodynamics, muestra paramétricamente cómo se compara la resistencia inducida más óptima de varias extensiones de ala y ángulos de inclinación con la resistencia elíptica plana, si la sustentación total del ala es fija.$h_{winglet}$es la altura vertical de la aleta sobre el plano en planta, y$\theta_{winglet}$es el ángulo de inclinación medido desde el plano de la forma en planta (0 significa una extensión de tramo simple, mientras que 90 significa una aleta perpendicular).

_{Imagen de Drela , aerodinámica de vehículos de vuelo}

Como puede ver, una extensión de intervalo simple ($\theta_{winglet}=0$) siempre es mejor. Por ejemplo, para lograr la misma reducción de la resistencia inducida que una extensión de tramo del 20 %, debemos tener una aleta vertical cuya altura combinada sea del 40 % de tramo (suponiendo que no permitimos ninguna extensión de tramo).

Debo enfatizar que los resultados anteriores son una comparación entre las combinaciones más óptimas de forma en planta + winglet. Optimalidad significa que cuando se unen los winglets, el ala en sí se modifica para lograr la optimización. En la práctica, con el ala en sí arreglada, solo podrías hacerlo peor.

Considere dos alas de igual área, una con la mitad de la envergadura y el doble de la cuerda, por lo que tiene un cuarto de la relación de aspecto y cuatro veces las pérdidas de punta.

Ahora agregue alerones, que tienen el tamaño de acuerdo con la cuerda, de modo que el ala de poca envergadura tenga alerones el doble de altos. Los winglets recuperan digamos el 50% de las pérdidas de la punta. Aunque el ala grande recupera más eficiencia como valor absoluto de la resistencia, el ala de envergadura corta perdió tanto en primer lugar que todavía pierde el doble que el ala de alta relación de aspecto.

Así que no, los winglets no reemplazan la relación de aspecto. En aplicaciones típicas, permiten una modesta reducción de la envergadura, de aproximadamente la altura de la aleta de cada ala.