Cortando alas

Últimamente me entero que a muchos les da por "cortar" las alas de su avión, estando éste en fase de construcción o estando por comenzar la construcción.

Cuando digo "cortar" alas, me refiero a un diseño que originalmente viene con un ala de determinada envergadura y yo he decidido achicarla.

Que implica cortarle las alas a un avión

Escucho que en general se comenta "Le cortó las alas y va más rápido!" "Ahora le gana unos 20/30 Km/h". Y esto realmente no es verdad. No podría serlo, dado que un ala corta no nos hace ganar velocidad mágicamente. Todo lo contrario.

La única realidad es que el piloto tiene que dar más motor para mantener al avión en un recto y nivelado Es decir, necesita más RPM.

No hay otra, no me vengan con zaraza.

Con alas mas cortas, se necesita mayor velocidad. Quizás lo más importante; La velocidad de pérdida aumentó porque la carga alar aumentó.

El larguero está más cargado, la posición de la toma del montante en el ala genera momentos distintos.

No solo esto, la ubicación del "punto neutro" se vio afectada, al cortar las alas, el coeficiente de cola ha sido afectado, si la cola (estabilizador horizontal y elevador, estabilizador vertical y timón) estaban bien dimensionadas, ahora quedaron "grandes". Debido a esto, la estabilidad del avión es diferente y la reacción de los comandos de elevador y timón, también (y lo más probable; peor y no mejor que antes). La distancia entre la posición del punto neutro y el CG cambió.

¿Averiguaste algo respecto de esto?

Dado que evaluar todas las variables es realmente "un chino", me detengo caprichosamente en algo que guarda relación con la frase "Ahora va más rápido":

La resistencia inducida.

El quitarle envergadura genera una disminución del alargamiento y por tanto un aumento de la resistencia inducida.

Veamos la ecuación de resistencia inducida.

Vamos a suponer que para un vuelo recto y nivelado, el coeficiente de sustentación en nuestro perfil alar equivale a un valor de 0,35

Si nuestra ala es de 11m de envergadura y 1,4m de cuerda, tenemos un alargamiento igual a 7,86.

Cabe recordar que para aviones del tipo recreativo o entrenador, el alargamiento en general utilizado debe encontrarse entre valores de 6 a 8. Menor alargamiento genera un aumento de la resistencia y mayor alargamiento genera tal aumento del peso que perjudica cualquier otro supuesto beneficio.

Por esto es que los planeadores tienen alas muy largas y estrechas, poseen de hecho, mucho alargamiento, para disminuir al máximo posible la resistencia inducida.

Ahora, si se nos ocurre cortar el ala 3m, es decir, 1,5m por cada semi-ala, pasamos a tener una envergadura de 8 m, la cuerda se mantiene en el mismo valor y el alargamiento pasa a valer 5.33.

¿Cuanto vale ahora el coeficiente de resistencia inducida para nuestro coeficiente de sustentación 0.35?

Probablemente no puedo darme cuenta claramente cómo influye esto de los "coeficientes" en la vida real, así que podemos completar el cálculo con otro supuesto.

Si el avión tiene una velocidad de 50 m/s en la que el coeficiente de sustentación vale 0.35 para el vuelo recto y nivelado, la resistencia inducida a nivel del mar (y no voy a considerar todas las resistencias, por tanto el cálculo es incompleto) es la siguiente:

Finalmente, cuando antes necesitaba tracción para contrarrestar 14 kg de resistencia, ahora necesito tracción para contrarrestar 20,7 kg.

Además de esto, es obvio que hay menos sustentación si he cortado las alas, aunque también saqué peso. La certeza es que la sustentación se ha visto mucho mas afectada que la ganancia en peso.

Cuando en general la disminución del peso no va a superar los 15 o 20 kg, (un 3 % a un 5% del peso total del avión) la superficie alar ha quedado disminuida entre un 15 a un 20%

Como dije, se puede calcular con la misma ecuación utilizando el coeficiente de sustentación 0.35.

Finalmente:

• Necesito más velocidad para que la sustentación iguale al peso

• Necesito más tracción para vencer la mayor resistencia inducida generada

Pero además:

• Tengo un larguero más sobrecargado.

• Los momentos de fuerza producidos debido a la ubicación de las tomas de los montantes (que se ha visto modificada) son diferentes.

• El tren de aterrizaje que fue diseñado para soportar una determinada carga alar, ahora soporta menos que antes.

• La velocidades de pérdida, de planeo, de crucero y de maniobra, han aumentado.

¿Podes cortarle las alas a tu avión?

sí....o bueno, mejor no.

Pero si lo vas a hacer, detenete a evaluarlo para conocer las consecuencias y saber como contrarrestarlas o al menos saber que esperar de tu "nuevo avión".

Es posible que un estudio pormenorizado demuestre que en el diseño original, tales alas estén sobredimensionadas sin sentido....porqué no, esto puede pasar.

En todo caso estaríamos hablando de un diseño regular.

Si fuera el caso, lo que habría que hacer, es lo siguiente:

Cortá el largo un poco y achicá la cuerda. Mantené el alargamiento dentro de parámetros.

Si fuera el caso del ejemplo del ala de 11 m de largo por 1,4 m de cuerda, con un alargamiento de 7,86 trataría de no disminuir demasiado el alargamiento, esto lo logro achicando un poco el largo del ala (disminuye el peso y entrará más cómodo en el hangar) y achicando un poco la cuerda, aunque esto perjudica el número de Reynolds (...otra historia).

Si le saco 2m (1m por semi ala) y le quito 20 cm a la cuerda llevándola a 1,2 m, tengo un ala de 9 m de envergadura y un alargamiento de 7,5.

Disminuí el peso y he logrado que ocupe menos espacio en el hangar, casi no quité alargamiento, con lo que la resistencia no va a aumentar prácticamente nada. Pero la superficie alar ahora es un 30% menos!

Por supuesto, tampoco nada puedo hacer con el resto de las variables afectadas.

Debería rever la situación del estabilizador horizontal fundamentalmente, que no haya superado un coeficiente de 0,5 (si achiqué las alas, el coeficiente de cola aumentó).

Este debería encontrarse entre valores 0.35 (como muy mínimo) y 0.5, para aviones de estas características (entrenadores, recreación).

Debería verificar que el NP (punto neutro) se mantenga en una distancia respecto del CG que no supere el 15%, si el avión se pasa de "estable", hacer girar un camión Scania sin dirección hidráulica va a ser más placentero que volar el nuevo avión.

Y después de todo esto....¿Va más rápido ahora?.

NO.

Simplemente lo voy a tener que hacer ir más rápido, porque no me queda otra...y todo esto si fuera el caso que tuviera un motor con resto para poder llevarlo a cabo.

Es tan mito el avión que va más rápido con alas cortas, como lo es el perfil alar que te hace ir más rápido o más lento.

Lo único que en un avión me hace ganar o perder velocidad, es su resistencia (inducida, parásita, de interferencia, etc.) y su tracción o empuje (motor). El resto de las variables pueden hacer que necesite mayor o menor velocidad, pero no que la gane o la pierda.

• Cuando te hablan de un perfil "rápido" o "lento" estamos generando confusión.

• Cuando te hablan de un avión al que si le cortas las alas obtenes un beneficio, estamos generando confusión.

Probablemente toda esa confusión provenga de conceptos mal aprendidos o mal explicados.

Por ejemplo: la frase "Un avión veloz en general posee una alta carga alar" es real. Está en la bibliografía.

Esto no quiere decir que si quiero un avión rápido entonces pienso en mucha carga alar. Significa que indefectiblemente el avión tendrá que ser rápido, es decir voy a tener que poner un motor potente.

Con la misma analogía la frase "Un avión de baja carga alar, será más lento". Parece contradictoria, sin embargo guarda toda la lógica aeronáutica: Las velocidades son menores, para pesos menores.

Del mismo modo; en el colectivo del submundillo aero, cuando dicen "Una baja relación de aspecto (poco alargamiento) es para un avión veloz" es real, y resalto la palabra "es" porque esta afirmación no significa que si le corto las alas a mi avión lo voy a hacer ir más rápido.

Significa que obligatoriamente lo voy a tener que hacer ir mas rápido yo mismo...si es que puedo.