Un ala cruciforme es un conjunto de cuatro alas individuales dispuestas en forma de cruz . La cruz puede tomar cualquiera de dos formas; las alas pueden estar igualmente espaciadas alrededor de la sección transversal del fuselaje, colocadas en dos planos en ángulo recto, como en un misil típico , o pueden estar juntas en un solo plano horizontal alrededor de un eje vertical, como en el ala del rotor cruciforme o ala-X.
Misil de ala cruciforme
Los misiles propulsados por cohetes y propulsores a chorro a menudo tienen una disposición cruciforme de alas delgadas en las que cuatro alas idénticas delgadas y de baja relación de aspecto están igualmente espaciadas alrededor de un cuerpo largo y delgado. [1] Los misiles de alas cruciformes a veces se denominan armas de alas cruciformes (CWW) en contraste con las armas de alas planas (PWW).
Para alas de igual tamaño y forma, esto proporciona características aerodinámicas constantes cualquiera que sea el ángulo de alabeo o la dirección de giro de la aeronave.
Sin embargo, debido a que solo la mitad de la sustentación total de las cuatro superficies está disponible en cualquier posición dada, la configuración es menos eficiente que un ala plana convencional.
El misil también puede tener pequeñas superficies cruciformes del plano de proa de canard para el ajuste y / o control de vuelo. Estos pueden fijarse a 45 ° con respecto al ala principal, para minimizar la interferencia.
Las propiedades aerodinámicas de una configuración de ala más cuerpo tan esbelta son diferentes de las de los elementos individuales y el diseño debe evaluarse como una forma unificada. Una característica de las fuerzas laterales fuera del eje es que son relativamente independientes del ángulo de cabeceo o guiñada. [2]
Ala de rotor cruciforme
El ala del rotor cruciforme horizontal, también conocida como X-wing , es una forma del rotor detenido . [3]
Teledyne Ryan estudió el concepto en la década de 1970 y obtuvo varias patentes. [4] [5] El rotor de control de circulación X-Wing se desarrolló a mediados de la década de 1970 con fondos de DARPA . El concepto fue desarrollado por primera vez por el Centro de Investigación y Desarrollo de Buques Navales David W. Taylor y un rotor experimental construido por Lockheed Corporation , para pruebas en el Avión de Investigación de Sistemas de Rotor Sikorsky S-72 (RSRA). [6] [7]
Con la intención de despegar verticalmente como un helicóptero, el rotor rígido podría detenerse en pleno vuelo para actuar como un ala cruciforme en forma de X que proporciona sustentación durante el vuelo hacia adelante, ayudando a las alas fijas convencionales del RSRA. En lugar de controlar la sustentación alterando el ángulo de ataque de sus palas como lo hacen los helicópteros más convencionales, la nave utilizó aire comprimido alimentado por los motores y expulsado de sus palas para generar una superficie de ala virtual, similar a los flaps de una plataforma convencional. Las válvulas computarizadas aseguraron que el aire comprimido provenía del borde correcto del rotor, cambiando el borde correcto a medida que giraba el rotor. [8]
A finales de 1983, Sikorsky recibió un contrato para modificar el S-72 RSRA como banco de pruebas de demostración para el rotor X-Wing y se lanzó en 1986. El programa se canceló dos años más tarde, después de que se hubiera instalado el X-wing pero antes. había volado. [9] [10] [11]
Otras aplicaciones propuestas
Aeronaves de energía solar
Alrededor de 1980, la NASA estaba estudiando los aspectos técnicos de los UAV de larga duración alimentados por energía solar. Una configuración estudiada fue un ala fija cruciforme de muy alta relación de aspecto con paneles solares montados a lo largo de un plano del ala. La nave podía rodar en cualquier ángulo para seguir el sol, maximizando así la potencia disponible sin pérdida de sustentación. [12] [13]
Geometrías variables
Poco después de la Segunda Guerra Mundial, la compañía francesa Matra inició los estudios de un avión de geometría variable en el que se proporcionaron dos juegos de alas, uno para despegue y aterrizaje a baja velocidad y otro para vuelo de alta velocidad. Las alas de gran envergadura para vuelos a baja velocidad se colocaron en ángulo recto con alas de envergadura corta para vuelos de alta velocidad. Un juego estaba en posición horizontal para usarlo como alas de elevación, mientras que el otro estaba en posición vertical. La sección de soporte del fuselaje podría girarse 90 ° para intercambiarlas, y el conjunto de alas no utilizado podría plegarse hacia atrás y retraerse parcial o totalmente en el fuselaje. Fue patentado por el diseñador jefe de Matra, Robert Roger, en 1946. [14]
El ala bidireccional es un enfoque similar al mismo problema. Consta de un ala de baja velocidad de gran envergadura y un ala de alta velocidad de pequeño envergadura unidas en forma de cruz desigual. La nave despegaría y aterrizaría con el ala de baja velocidad a través del flujo de aire, luego la rotaría un cuarto de vuelta para que el ala de alta velocidad se enfrentara al flujo de aire para un viaje supersónico. Se ha estudiado en forma de ala volante bidireccional . [15] [16]
Referencias
Notas
- ^ Granjero (1956)
- ^ Spreiter (1950): " La sustentación y el momento de cabeceo son independientes del ángulo de guiñada, y la fuerza lateral y el momento de guiñada son independientes del ángulo de ataque. Si las alas verticales y horizontales son idénticas, el momento de balanceo es cero para todos los ángulos de cabeceo y guiñada. Por consideraciones de simetría, se muestra que estos resultados son igualmente aplicables para cualquier combinación de ala cruciforme y cuerpo que tenga alas horizontales y verticales idénticas de forma en planta y relación de aspecto arbitrarias " .
- ^ Eisenberg, Joseph D .; "La selección de motores convertibles con tecnología actual de generador de gas para aeronaves de alta velocidad", Memorándum técnico 103774, NASA, 1990, p.3: "La figura 4 muestra el concepto de ala en X. Esta aeronave utiliza su rotor para elevación vertical y baja velocidad. Luego, el rotor se detiene para formar un ala cruciforme, y se aplica propulsión auxiliar "y," Figura 4. Aeronave de rotor detenido X-Wing ".
- ^ Girard, Peter F. (Teledyne Ryan); "Avión VTOL con ala de rotor cruciforme", patente de EE.UU. 3792827 , presentada en 1972, expedida en 1974.
- ^ Girard, Peter F. (Teledyne Ryan); "Aeronave con ala de rotor retráctil", patente estadounidense 3986686 : "Ala de rotor cruciforme", presentada en 1975, expedida en 1976.
- ^ Warwick, Graham (9 de agosto de 2008). "X-Wing" . Galería 50 Aniversario de DARPA . Semana de la aviación y tecnología espacial . Consultado el 26 de octubre de 2012 .
- ^ Carlisle, Rodney P. (1998). Donde comienza la flota: una historia del Centro de Investigación David Taylor, 1898–1998 . Departamento de Marina. págs. 373–9. ISBN 0-160494-427.
- ^ Lector, Kenneth R; Wilkerson, Joseph B (2008) [1976]. Control de circulación aplicado a un rotor de helicóptero de alta velocidad (PDF) . Centro de Investigación y Desarrollo de Buques Navales David W. Taylor .
- ^ "X-Wing programado para volar en octubre" (PDF) . Vuelo internacional : 18. 22 de febrero de 1986.
- ^ "Darpa zanja X-Wing" (PDF) . Flight International : 2. 16 de enero de 1988.
- ^ Art Linden, Ken Rosen y Andy White; " X-Wing ", Sikorsky Product History, 2013. (consultado el 5 de agosto de 2018)
- ^ Phillips, WH; "Aeronaves de energía solar"; Tipo de documento: Informe técnico de la NASA LAR-12615, 1981. [1]
- ^ Phillips, WH; "Aeronaves de energía solar"; Patente de EE.UU. 4.415.133, presentada en 1981, emitida en 1983.
- ^ Robert, Roger Aimeé; "Mejoras en aeronaves o relacionadas con ellas", patente británica 11006/47, aceptada en 1949.
- ^ Zha, Im & Espinal, Toward Zero Sonic-Boom y vuelo supersónico de alta eficiencia: un concepto novedoso de ala voladora bidireccional supersónica
- ^ Anuncio de premios Fase I y Fase II del NIAC 2012
Bibliografía
- Granjero, Peter J .; "Diseño de misiles: el estado del arte", Vuelo , 7 de diciembre de 1956, págs. 885-889. [2]
- Spreiter, John R .; "Las Fuerzas Aerodinámicas en Combinaciones de Cuerpo y Ala Cruciforme, Plano y Esbelto", Informe 962, NACA, 1950. [3]