Ala

Un ala es un tipo de aleta que produce sustentación mientras se mueve a través del aire o algún otro fluido . En consecuencia, las alas tienen secciones transversales aerodinámicas que están sujetas a fuerzas aerodinámicas y actúan como perfiles aerodinámicos . La eficiencia aerodinámica de un ala se expresa como su relación sustentación-resistencia . La sustentación que genera un ala a una velocidad y un ángulo de ataque determinados puede ser de uno a dos órdenes de magnitud mayor que la resistencia total del ala. Una relación sustentación-resistencia alta requiere un empuje significativamente menor para impulsar las alas a través del aire con suficiente sustentación.

Las estructuras de sustentación que se utilizan en el agua incluyen diversas láminas , como los hidroplanos . La hidrodinámica es la ciencia que las rige, más que la aerodinámica. Las láminas submarinas se utilizan en hidroaviones , veleros y submarinos .

Durante muchos siglos, la palabra "ala", del nórdico antiguo vængr , ^[1] se refería principalmente a las extremidades delanteras de las aves (además del pasillo arquitectónico). Pero en los últimos siglos el significado de la palabra se ha ampliado para incluir apéndices productores de sustentación de insectos , murciélagos , pterosaurios , bumeranes , algunos barcos de vela y perfiles aerodinámicos invertidos en autos de carrera que generan una fuerza hacia abajo para aumentar la tracción.

El diseño y análisis de las alas de los aviones es una de las principales aplicaciones de la ciencia de la aerodinámica , que es una rama de la mecánica de fluidos . En principio, las propiedades del flujo de aire alrededor de cualquier objeto en movimiento se pueden encontrar resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes de dinámica de fluidos . Sin embargo, excepto para geometrías simples, estas ecuaciones son notoriamente difíciles de resolver y se utilizan ecuaciones más simples. ^[2]

Para que un ala produzca sustentación , debe estar orientada en un ángulo de ataque adecuado . Cuando esto ocurre, el ala desvía el flujo de aire hacia abajo a medida que pasa por ella. Dado que el ala ejerce una fuerza sobre el aire para cambiar su dirección, el aire también debe ejercer una fuerza igual y opuesta sobre el ala. ^{[3] [4] [5] [6]}

Un perfil aerodinámico ( en inglés americano ) o aerofoil ( en inglés británico ) es la forma de un ala, una pala (de una hélice , rotor o turbina ) o una vela (como se ve en la sección transversal ). Las alas con una sección transversal asimétrica son la norma en el vuelo subsónico . Las alas con una sección transversal simétrica también pueden generar sustentación utilizando un ángulo de ataque positivo para desviar el aire hacia abajo. Los perfiles aerodinámicos simétricos tienen velocidades de pérdida más altas que los perfiles aerodinámicos curvados de la misma área del ala ^[7], pero se utilizan en aviones acrobáticos ^[8] ya que proporcionan un rendimiento práctico ya sea que el avión esté en posición vertical o invertido. Otro ejemplo proviene de los veleros, donde la vela es una membrana delgada sin diferencia de longitud de trayectoria entre un lado y el otro. ^[9]

Para velocidades de vuelo cercanas a la velocidad del sonido ( vuelo transónico ), se utilizan perfiles aerodinámicos con formas asimétricas complejas para minimizar el aumento drástico de la resistencia asociada con el flujo de aire cerca de la velocidad del sonido. ^[10] Estos perfiles aerodinámicos, llamados perfiles aerodinámicos supercríticos , son planos en la parte superior y curvados en la parte inferior. ^[11]

Las alas de los aviones pueden presentar algunas de las siguientes características:

• Una sección transversal de borde delantero redondeado
• Una sección transversal del borde de salida afilado
• Dispositivos de vanguardia como listones , ranuras o extensiones
• Dispositivos de borde de salida como flaps o flaperones (combinación de flaps y alerones)
• Winglets para evitar que los vórtices en las puntas de las alas aumenten la resistencia y disminuyan la sustentación
• Un ángulo diedro , o un ángulo de ala positivo con respecto a la horizontal, aumenta la estabilidad en espiral alrededor del eje de balanceo, mientras que un ángulo anédrico , o un ángulo de ala negativo con respecto a la horizontal, disminuye la estabilidad en espiral.

Las alas de los aviones pueden tener varios dispositivos, como flaps o slats, que el piloto utiliza para modificar la forma y la superficie del ala para cambiar sus características de funcionamiento en vuelo.

• Alerones (generalmente cerca de las puntas de las alas) para hacer girar el avión en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario a las agujas del reloj sobre su eje largo.
• Spoilers en la superficie superior para interrumpir la sustentación y proporcionar tracción adicional a un avión que acaba de aterrizar pero aún está en movimiento.
• Los generadores de vórtices mitigan la separación del flujo a bajas velocidades y ángulos de ataque altos, especialmente sobre superficies de control. ^[12]
• Las cercas laterales mantienen el flujo adherido al ala impidiendo que la capa límite se separe de la dirección de expansión del rollo.
• Las alas plegables permiten almacenar más aeronaves en el espacio reducido de la cubierta del hangar de un portaaviones.
• Alas de barrido variable o "alas oscilantes" que permiten tener las alas extendidas durante el vuelo a baja velocidad (es decir, despegue y aterrizaje) y alas en flecha hacia atrás para el vuelo a alta velocidad (incluido el vuelo supersónico ), como en los aviones de guerra F-111 Aardvark , el F-14 Tomcat , el Panavia Tornado , el MiG-23 , el MiG-27 , el Tu-160 y el B-1B Lancer
• Tracas para mejorar las características del vuelo
• China , que puede fundirse con el ala
• Flap de borde de ataque , un dispositivo de alta sustentación
• Carenados , estructuras cuya función principal es producir un contorno suave y reducir la resistencia aerodinámica. Por ejemplo, los carenados de las pistas de los flaps

Las alas pueden tener otras superficies independientes menores .

Además de los aviones de ala fija , las aplicaciones para las formas de alas incluyen:

• Alas delta , que utilizan alas que van desde totalmente flexibles ( parapentes , paracaídas planeadores ), flexibles (alas de vela con marco) hasta rígidas.
• Cometas , que utilizan una variedad de superficies para lograr elevación y mantener la estabilidad. ^[13]
• Modelos de aviones voladores
• Helicópteros , que utilizan un ala giratoria con un ángulo de inclinación variable para proporcionar fuerzas direccionales. ^[14]
• Hélices , cuyas palas generan sustentación para la propulsión.
• El transbordador espacial de la NASA , que utiliza sus alas únicamente para planear durante su descenso hacia una pista . Este tipo de aeronaves se denominan aviones espaciales . ^[15]
• Algunos coches de carreras , especialmente los de Fórmula Uno , utilizan alas invertidas (o perfiles aerodinámicos ) para proporcionar mayor tracción a altas velocidades. ^[16]
• Barcos de vela , que utilizan velas de tela flexible como alas verticales con amplitud y dirección variables para moverse a través del agua.
• Hidroalas , que utilizan estructuras rígidas en forma de alas para levantar una embarcación fuera del agua para reducir la resistencia y aumentar la velocidad.

En la naturaleza, las alas han evolucionado en insectos , pterosaurios , dinosaurios ( aves , Scansoriopterygidae ) y mamíferos ( murciélagos ) como medio de locomoción . Varias especies de pingüinos y otras aves acuáticas voladoras o no voladoras , como alcas , cormoranes , araos , pardelas , eideres y negrones y petreles buceadores son ávidos nadadores que usan sus alas para impulsarse a través del agua. ^[17]

• 
  Semillas de árboles alados que provocan autorrotación en el descenso.
• 
  Una gaviota risueña , que muestra el contorno de " ala de gaviota ".
• 
  Murciélago en vuelo
• 
  Una mosca grulla , mostrando las alas traseras reducidas a halterios con forma de baqueta.

En 1948, Francis Rogallo inventó un ala tensada similar a una cometa sostenida por puntales inflados o rígidos, que abrió el camino a nuevas posibilidades para los aviones. ^[18] Cerca de esa época, Domina Jalbert inventó alas gruesas flexibles con perfil aerodinámico y sin largueros. Estas dos nuevas ramas de alas han sido ampliamente estudiadas y aplicadas desde entonces en nuevas ramas de los aviones, especialmente alterando el panorama de la aviación recreativa personal. ^[19]

• Vuelo

Mundo natural

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• Lista de aves planeadoras
• Samara (semillas aladas de árboles)

Aviación

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• Solidez de la hoja
• Aviones FanWing y Flettner (tipos de alas experimentales)
• Dinámica de vuelo (aeronaves de ala fija)
• Tipos de cometas
• Ornitóptero : avión de alas batientes (prototipos de investigación, juguetes sencillos y modelos)
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• Vuelo con traje de alas

Navegación

• Paño
• Fuerzas sobre las velas
• Vela de ala

• Cómo funcionan las alas - Holger Babinsky Educación Física 2003
• Cómo vuelan los aviones: descripción física de la sustentación
• Desmitificando la ciencia del vuelo: segmento de audio en Talk of the Nation Science Friday de NPR
• Explicaciones y simulaciones de la NASA
• Vuelo del ala del StyroHawk
• Mira como vuela