Un ala oblicua (también llamada ala girada ) es un concepto de ala de geometría variable . En un avión así equipado, el ala está diseñada para girar sobre un pivote central, de modo que una punta se mueve hacia adelante mientras que la punta opuesta se mueve hacia atrás. Al cambiar su ángulo de barrido de esta manera, la resistencia se puede reducir a alta velocidad (con el ala barrida) sin sacrificar el rendimiento a baja velocidad (con el ala perpendicular). Esta es una variación del diseño clásico de ala oscilante, destinada a simplificar la construcción y retener el centro de gravedad a medida que se cambia el ángulo de barrido.
Historia
Los ejemplos más antiguos de esta tecnología son los proyectos de aviones alemanes no realizados Blohm & Voss P.202 y Messerschmitt Me P.1009-01 del año 1944, basados en una patente Messerschmitt. [1] [2] Después de la guerra, el constructor Dr. Richard Vogt fue llevado a los Estados Unidos durante la Operación Paperclip . [3] El concepto de ala oblicua fue resucitado por Robert T. Jones , un ingeniero aeronáutico del Centro de Investigación Ames de la NASA , Moffett Field , California. Los estudios analíticos y de túnel de viento iniciados por Jones en Ames indicaron que un avión de ala oblicua del tamaño de un transporte, volando a velocidades de hasta Mach 1.4 (1.4 veces la velocidad del sonido), tendría un rendimiento aerodinámico sustancialmente mejor que un avión con alas más convencionales .
En la década de 1970, se construyó y probó un avión no tripulado propulsado por hélice en Moffett Field. [4] Conocido como el ala oblicua de la NASA, el proyecto señaló las características desagradables de una nave en grandes ángulos de barrido.
Hasta ahora, solo se ha construido un avión tripulado, el NASA AD-1 , para explorar este concepto. Voló una serie de pruebas de vuelo a partir de 1979 . Este avión demostró una serie de modos de acoplamiento de balanceo serios y terminó la experimentación adicional.
Teoría
La idea general es diseñar una aeronave que se desempeñe con alta eficiencia a medida que aumenta el número de Mach desde el despegue hasta las condiciones de crucero (M ~ 0.8, para una aeronave comercial). Dado que dos tipos diferentes de arrastre dominan en cada uno de estos dos regímenes de vuelo, unir diseños de alto rendimiento para cada régimen en un solo fuselaje es problemático.
A números de Mach bajos, la resistencia inducida domina las preocupaciones sobre la resistencia. Los aviones durante el despegue y los planeadores están más preocupados por la resistencia inducida. Una forma de reducir la resistencia inducida es aumentar la envergadura efectiva de la superficie de elevación. Por eso los planeadores tienen alas tan largas y estrechas. Un ala ideal tiene una envergadura infinita y la resistencia inducida se reduce a una propiedad bidimensional. A velocidades más bajas, durante los despegues y aterrizajes, un ala oblicua se colocaría perpendicular al fuselaje como un ala convencional para proporcionar las máximas cualidades de sustentación y control. A medida que la aeronave ganaba velocidad, el ala giraba para aumentar el ángulo oblicuo, reduciendo así el arrastre debido al área mojada y disminuyendo el consumo de combustible.
Alternativamente, cuando los números de Mach aumentan hacia la velocidad del sonido y más allá, la resistencia de las ondas domina las preocupaciones de diseño. A medida que la aeronave desplaza el aire, se genera una onda sónica. Alejar las alas del morro de la aeronave puede mantener las alas a popa de la onda sónica, lo que reduce en gran medida la resistencia. Desafortunadamente, para un diseño de ala dado, aumentar el barrido disminuye la relación de aspecto . A altas velocidades, tanto subsónicas como supersónicas , un ala oblicua pivotaría hasta 60 grados con respecto al fuselaje de la aeronave para un mejor rendimiento a alta velocidad. Los estudios mostraron que estos ángulos disminuirían la resistencia aerodinámica, lo que permitiría una mayor velocidad y un mayor alcance con el mismo gasto de combustible.
Básicamente, parece que ningún diseño puede optimizarse completamente para ambos regímenes de vuelo. Sin embargo, el ala oblicua promete acercarse. Al aumentar activamente el barrido a medida que aumenta el número de Mach, es posible una alta eficiencia para una amplia gama de velocidades.
¿Está teorizado [ por quién? ] que un ala volante oblicua podría mejorar drásticamente el transporte aéreo comercial, reduciendo los costos de combustible y el ruido en las cercanías de los aeropuertos. Las operaciones militares incluyen la posibilidad de un caza / vehículo de ataque de larga duración.
Investigación de aviones de pasajeros OFW de la NASA
Se han realizado investigaciones sobre una plataforma OFW que se está convirtiendo en un avión transcontinental. [5] NASA Ames realizó un estudio de diseño preliminar de un avión supersónico teórico de 500 asientos usando el concepto en 1991. Después de este estudio, la NASA construyó un pequeño avión demostrador controlado a distancia con una envergadura de 20 pies (6,1 m). Voló sólo una vez, durante cuatro minutos en mayo de 1994, pero al hacerlo, demostró un vuelo estable con un barrido de ala oblicuo de 35 grados a 50 grados. A pesar de este éxito, el programa de investigación de alta velocidad de la NASA y otros estudios de alas oblicuas fueron cancelados.
Proyecto DARPA Oblique Flying-Wing (OFW)
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) otorgó a Northrop Grumman un contrato de $ 10,3 millones (USD) para la reducción de riesgos y la planificación preliminar para un demostrador de OFW en X-plane, [6] conocido como Switchblade . Ese programa finalmente se canceló, citando dificultades con los sistemas de control.
El programa tenía como objetivo producir un avión demostrador de tecnología para explorar los diversos desafíos que conlleva el diseño radical. El avión propuesto sería un ala voladora pura (un avión sin otras superficies auxiliares como colas, canards o un fuselaje ) donde el ala se desplaza con un lado del avión hacia adelante y otro hacia atrás de forma asimétrica. [7] Se cree que esta configuración de avión le da una combinación de alta velocidad, largo alcance y larga resistencia. [8] El programa constaba de dos fases. La Fase I fue explorar la teoría y dar como resultado un diseño conceptual, mientras que la Fase II cubrió el diseño, fabricación y prueba de vuelo de una aeronave. El programa esperaba producir un conjunto de datos que luego se pueda usar al considerar futuros diseños de aviones militares.
Se han completado las pruebas en túnel de viento para el diseño de la aeronave. Se observó que el diseño era "viable y robusto". [9]
Ver también
Referencias
- ^ Flügelpfeilung und Flächenregel, zwei grundlegende deutsche Patente der Flugzeugaerodynamik (Wing Sweep and Area Rule, dos patentes básicas alemanas de aerodinámica de aviones)., Werner Heinzerling, TU Darmstadt p.7 + 8 (en alemán)
- ^ http://www.fzt.haw-hamburg.de/pers/Scholz/dglr/hh/text_2011_03_03_Swept_Wing.pdf Desarrollo alemán del Swept Wing 1935-1945, H.-U. Meier
- ^ Científicos y amigos
- ^ La NASA probó el avión de investigación de ala oblicua a fines de la década de 1970. Sus desagradables características de vuelo en ángulos extremos de barrido de alas desanimaron a los investigadores.
- ^ Blog de Michael Williams Archivado el 9 de octubre de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ G. Warwick - Vuelo internacional , núm. 5029, vol. 169, pág. 20
- ^ Ala voladora oblicua Archivado el 21 de abril de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ Ala de vuelo oblicua, aerodinámica supersónica Archivado el 14 de mayo de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ Nuevos ángulos: los resultados del túnel de viento apuntan hacia el futuro para el estudio de las alas voladoras oblicuas sin cola. Semana de la aviación y tecnología espacial , 8 de octubre de 2007, págs. 34-35
Otras lecturas
- Pensando oblicuamente, Larrimer, Bruce I., NASA (2013)
enlaces externos
- Alas voladoras oblicuas: Introducción y documento técnico - Desktop Aeronautics, Inc., 2005