La naturaleza es una gran fuente de inspiración para los ingenieros. Y Airbus comenzó a investigar con el proyecto Albatross ya hace unos años una punta de ala que actuara como las plumas terminales de las alas de las rapaces. Superó con éxito las pruebas de túnel de viento, y ahora ha estado presente en el Paris Air Show 2023.
Eagle-inspired wing will let airliners of the future stretch fuel burn to a minimum – 'Paris Air Show 2023 – Day Two' #avgeek #PAS23 #ParisAirShow https://t.co/7OUYiBvPXz pic.twitter.com/1800vFX6Nd
— Royal Aeronautical Society (@AeroSociety) June 21, 2023
En el Paris Air Lab, un pabellón especial dedicado a la tecnología sostenible, es donde Airbus ha presentado este modelo a gran escala del ala eXtra Performance.
Es de sobra conocido que los torbellinos de punta de ala causan la resistencia inducida, y que hay muchas estrategias para lograr mitigar esta resistencia, como modificar la punta de ala con distintos tipos de winglets, cortando la punta de ala en planta dándole forma de flecha invertida, cortando la punta del ala en alzado en los llamados Hoerner tips, e incluso probando formas mucho más originales, como aquellos Spiroid Wingtip… Y por supuesto, con alas de gran alargamiento.
Cuanto mayor es el alargamiento del ala, más se parece el comportamiento de éste al ala teórico de envergadura infinita, donde los efectos de borde se pueden despreciar y se puede considerar el perfil en dos dimensiones, y por tanto no existen los efectos de fuera de plano que introducen los torbellinos de punta de ala y hacen aumentar la resistencia inducida inclinando hacia atrás la resultante de la sustentación. Vale, tal vez es hora de definir el alargamiento del ala: es un número adimensional que nos indica cómo de larga es el ala respecto a su anchura. En alas rectangulares es la envergadura divido entre la cuerda. En general se expresa como AR=b^2/S, siendo b la envergadura y S la superficie alar, o AR=b/cma, siendo b la envergadura y cma la cuerda media aerodinámica.
Que el ala sea tan esbelta, y tan larga, no solo trae ventajas. Tambien trae inconvenientes. Como una bailarina girando sobre sus pies con los brazos extendidos o retraídos cambia su velocidad de rotación, la longitud del ala hace cambiar la velocidad de alabeo. Así que cuanto más largas, menos maniobrabilidad en alabeo. Además cuanto más largas mayor es el momento que inducen en el encastre (la unión del ala al fuselaje), por aquella ley de la palanca que cuanto más alejes la fuerza del punto de aplicación más momento tienes.
Así pues las alas de los albatros, que son de gran alargamiento, lo que les permite volar grandes distancias sin cansarse, aportan una solución a los aviones comerciales, en los que la maniobrabilidad no es tan importante como en un caza y donde prima el consumo en viajes a larga distancia. Pero si se estudian más a fondo aportan más soluciones.
Los albatros pueden «bloquear» las alas en la posición de crucero, y sin embargo cuando tienen una ráfaga el ala flexa y no se comporta de forma rígida, evitando transladar esa carga de ráfaga, ese momento, al fuselaje. Pues ese es el invento que llevan probando los de Airbus desde hace algún tiempo. Lo llaman punta de ala con bisagra semi-rígida.
¿Y cómo funciona? Pues más o menos como los viejos slats de Handely Page, con un muelle, o resorte, o material con una rigidez tal que permita a la punta de ala deflectarse más o menos en función de la carga que presione sobre ella. En los slats automáticos desarrollados por Handely Page hace cien años, los slats iban unidos a un resorte, de tal modo que mientras la presión aerodinámica sobre el slat fuera pequeña éste iba desplegado, permitiendo el paso del intradós al extradós, mientras que al aumentar la velocidad del avión aumentaba la presión sobre el slat, haciendo que se retrajera de forma automática. Pues con un mecanismo similar, pero en vez de linal, rotatorio, podemos hacer que la rigidez de la bisagra permita a la punta de ala adaptarse, y en función de la ráfaga que reciba el ala se plegara más o menos. Y no solo eso, en función de la velocidad de vuelo la punta de ala tendrá más o menos diedro.
El uso de una sección exterior articulada con una articulación semiaeroelástica permite que un avión de tamaño A320 aumente su envergadura en un tercio, aumentando el alargamiento en un 50 %, lo que reduce la resistencia, aumenta la eficiencia y ofrece un ahorro potencial de combustible del 5 al 10 %.
Pero al ser las puntas de las alas plegables, permitirán que un A320 con este ala de alto alargamiento encaje en una «caja» de aeropuerto estándar cuando está estacionado en una puerta.
El ala también tiene un borde de salida multifuncional, con superficies aerodinámicas que combinan funciones de hipersustentadores, alerones y spoilers. En esto, el ala está más cerca de las plumas ultraeficientes de un pájaro.
Ahora se está construyendo una versión a escala 1:3 del ala que montaría un avión de pasillo único en el Centro Nacional de Compuestos (NCC) en el Reino Unido, que se acoplará a un avión de negocios de Cessna para probar el concepto en vuelo en 2024.
Fuentes: el blog de Sandglass y Royar Aeronautic Society