Ala trapezoidal

En aeronáutica , un ala trapezoidal es una forma de ala recta y ahusada . Puede tener cualquier relación de aspecto y puede o no ser de flecha . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

La configuración trapezoidal delgada, sin flecha, de corta envergadura y baja relación de aspecto ofrece algunas ventajas para el vuelo a alta velocidad y se ha utilizado en un número reducido de tipos de aeronaves. En esta configuración de ala , el borde de ataque se inclina hacia atrás y el borde de salida hacia adelante. ^{[ 4 ]} Puede proporcionar una baja resistencia aerodinámica a altas velocidades, manteniendo al mismo tiempo una alta resistencia y rigidez. Se utilizó con éxito durante los inicios de las aeronaves supersónicas.

Cualquier ala con bordes de ataque y de salida rectos y con cuerdas de raíz y punta diferentes es un trapecio , independientemente de si está en flecha o no. ^{[ 5 ]}

El área A de un ala trapezoidal de este tipo se puede calcular a partir de la envergadura s , la cuerda de la raíz c _r y la cuerda de la punta c _t :

${\displaystyle A=s{\frac {c_{r}+c_{t}}{2}}}$

La carga alar w viene dada entonces por la sustentación L dividida por el área:

${\displaystyle w={\frac {L}{A}}}$

En vuelo horizontal, la sustentación es igual al peso bruto.

En un ala trapezoidal recta, como la del Bell X-1 , la parte más gruesa del ala a lo largo de su envergadura, la línea de cuerda máxima, se extiende lateralmente en línea recta desde la raíz hasta la punta. El borde de ataque se curva hacia atrás y el borde de salida hacia adelante. ^{[ 3 ]} En un ala trapezoidal curvada, la línea de cuerda máxima se curva en ángulo, generalmente hacia adelante. Esto aumenta la curvatura del borde de ataque y disminuye la del borde de salida, y en el caso extremo ambos bordes se curvan hacia atrás en cantidades diferentes. ^{[ 5 ]} La forma de transición, donde el borde de salida es recto, es equivalente a una planta delta recortada .

A velocidades supersónicas, un ala delgada, pequeña y con alta carga ofrece una resistencia aerodinámica sustancialmente menor que otras configuraciones. Su baja envergadura y su planta cónica sin flecha reducen las tensiones estructurales, lo que permite fabricar alas delgadas. Para lograr una resistencia aerodinámica mínima, la carga alar puede superar los 400 kilogramos por metro cuadrado (82 lb/ pie²) .  

Los primeros ejemplos ofrecieron una solución al problema del vuelo supersónico cuando la potencia del motor era limitada. Eran tan delgados que debían mecanizarse a partir de una gruesa lámina de metal macizo. ^{[ 6 ]} Incluso con esta ala de baja resistencia, el Douglas X-3 Stiletto tenía muy poca potencia para alcanzar su velocidad de vuelo de diseño de Mach 2, pero el diseño de su sencilla ala de perfil hexagonal se desarrolló para otros aviones X y para el interceptor de gran altitud F-104 Starfighter Mach 2.2 de Lockheed, de amplia producción .

Se descubrió que el ala pequeña del Starfighter tenía una buena respuesta a las ráfagas de viento a baja altitud, lo que proporcionaba un vuelo suave a altas velocidades subsónicas. En consecuencia, este modelo fue adoptado para misiones de ataque a tierra, especialmente por la Luftwaffe alemana . Sin embargo, la elevada carga del ala resultaba en una alta velocidad de pérdida, con características de despegue y aterrizaje deficientes y, por consiguiente, un alto índice de accidentes durante estas operaciones.

Se desarrolló una variante con un perfil aerodinámico curvo, borde de salida romo y estructura interna convencional para el avión cohete norteamericano X-15 . ^{[ 6 ]}

Lockheed siguió utilizando el diseño básico en muchas de sus propuestas de aeronaves en la década de 1950, incluyendo el Lockheed CL-400 Suntan y las primeras versiones de sus diseños de transporte supersónico .

Ejemplos de alta velocidad

Aviones X

• Douglas X-3 Stiletto
• Lockheed X-7
• X-15 norteamericano
• Proyecto Lockheed X-27 . ^{[ 6 ]}

Aviones militares

• Caza estelar Lockheed F-104

• Teoría del barrido

Notas