¿Por qué algunos aviones tienen alas bajas y otros tienen alas altas?

Pregunta original A2A’ed – ¿Cuál es la razón detrás de tener las alas de los aviones por encima del fuselaje como en la USAF C-17, Antonov-225,124, mientras que la mayoría de los otros aviones tienen debajo?

Si ve aviones militares y aviones de carga, la mayoría de ellos tienen alas montadas en la parte superior.

Entonces, ¿cuáles son las ventajas de tener las alas montadas en la parte superior?

  • La capacidad de cargar carga es importante tanto en aviones militares como en aviones de carga. La altura del fuselaje desde el suelo es baja, por lo que tienen la ventaja de facilitar la carga y descarga de la carga.
  • Las alas estarán levantadas del suelo, lo que también significa que el motor está más alejado del suelo, de modo que pueda evitar cualquier daño debido a cualquier objeto o enfrentarse a perturbaciones mientras carga y descarga la carga.
  • La estabilidad del rollo y la maniobra son altas.
  • Movimiento de vehículos terrestres bajo el ala.
  • Además, los aviones militares están diseñados de tal manera que tienen que aterrizar en pistas desiguales, de modo que este diseño satisfaga sus necesidades.

Ahora llegando a aviones comerciales,

  • Usan puertas laterales para cargar carga.
  • Los aviones comerciales cargan menos objetos voluminosos y la plataforma cargada.
  • Además, como dije anteriormente, los aviones militares están diseñados para aterrizar en superficies rugosas, pero los aviones se utilizan para aterrizar en pistas preparadas.
  • Como las alas y los motores son bajos, es fácil de mantener.

La mayoría de los transportistas pesados ​​también tienen alas anédricas (que descienden en picado) para compensar el alto efecto diédrico creado por la colocación de las alas altas (el efecto diherdral determina qué tan bien rueda un avión sobre su eje). Hay varias razones para tener una colocación de ala alta, ya que proporciona una mayor integridad estructural para el motor múltiple colocado en el ala.
Los aviones de pasajeros son aviones bastante grandes, pero son más pequeños cuando se compara con el enorme An225.
Fuente: http://en.davidleonato.com/anton
Como puede observar, tanto el 747 como el A380 tienen un ala de dihedro (inclinada hacia arriba) para agregar al efecto de dihedro ya que no se colocan en lo alto del fuselaje. Es sobre todo el tamaño masivo de estos transportistas de carga lo que define la colocación del ala y el ángulo del ala. Esta es una de las razones principales por las que los diseñadores de aviones piensan, aunque también hay otros factores que se tienen en cuenta.

Bueno, esta es una buena pregunta y muchas tienen explicaciones diferentes, así que te doy mis puntos en función de mi conocimiento de aerodinámica y de ver el C-17 por adelantado (Blore HAL).

Dos puntos que creo son ciertos.

1) Los aviones pesados ​​como el IL-76/72, C-5/7 y CJ-130 tienen alas altas, cierto. Su función es la elevación de aire pesado (transporte de camiones, tanques, lanzadores de misiles, muchas tropas, etc.), por lo que estarán completamente cargados para su función. Como saben, el centro de elevación es un punto de concentración de la fuerza de elevación en el ala (x2). En un avión de gran elevación, el Centro de gravedad estará debajo del centro de elevación. Esto actúa como una fuerza de tracción hacia abajo como un péndulo. Durante una tirada, es más fácil que un ala alta vuelva a su posición estable de nivel de ala. Esto se llama efecto de péndulo y también ahorra un pequeño deslizamiento lateral adicional de esos bancos de ángulo alto para alas altas.

2) Las aeronaves de ala alta (solo los aviones pesados, que no hablan de los cessna) tienen requisitos de pista de despegue y aterrizaje increíblemente cortos. Esto se debe a la menor resistencia que sufren debido al efecto suelo. Para el mismo tramo de ala, un avión que vuela a una altitud de 30 pies tiene un aumento del 5% en la resistencia inducida que un avión a 50 pies. Agregue a esto la mejor eficiencia de esos alerones y alerones en las ubicaciones de ala alta y también menor daño a objetos extraños debido a la distancia al suelo y tiene un buen avión de despegue y aterrizaje corto (STOL).

La razón principal por la que sé que se utiliza la configuración de Wing alta es por las capacidades de STOL.

Los aviones de ala alta son excelentes para operaciones de campo no mejoradas, también conocido como Bush Flying. Militares como el C-130, C123 y otros tienen alas altas y son muy adecuados para aterrizar en tierra.

Con respecto a la altura del Prop para un solo motor, la distancia sobre el suelo es casi la misma para los triciclos, dependiendo de la presión de los neumáticos y la compresión del puntal de la nariz. Con configuraciones de ala alta, no se arrojarán tantas rocas contra el borde de ataque del ala como con la configuración de ala baja, y las plantas rodadoras no rayarán tanta pintura, pero las técnicas de despegue y aterrizaje de campo suave son casi las mismas . En el caso de operaciones de tierra blanda, las configuraciones de arrastre de ala alta y cola generalmente van de la mano, ya que no tiene que preocuparse por la excavación de la rueda de morro si la planta demasiado pronto.

Además, para operaciones de topografía y sesiones fotográficas, y para buscar peces cuando están sobre el agua, los aviones de ala alta proporcionan vistas superiores del suelo y son muy adecuados para operaciones de prospección tanto a gran altitud como a baja y baja velocidad.

Los procedimientos de limpieza antes de girar son lo opuesto. En las alas altas, levantas el ala para despejar antes de girar, y tu visibilidad arriba está bloqueada durante el giro (a excepción del viejo C-177 que tenía una cabina muy por delante del ala) y con las alas bajas despejas al comenzar su banco y siga todo.

Comparando el Cessna 172s y superior Monomotor con Piper Monomotor, Cessnas es más fácil para que pax entre y salga, y generalmente tiene más espacio en la cabina que Piper. Comparando el Tramahawk (solo en mi opinión) con el C-150/152, el Tomahawk es más fácil para que las personas grandes entren y salgan.

Si bien, por ejemplo, el Cherokee Six y el Lance tienen puertas de carga, estas no son tan útiles como las puertas de carga en el viejo Cessna 206 o 208. Entonces, como lo mencionó otro, las alas altas tienden a tener un acceso más fácil con respecto a la carga ( en aviones ligeros de todos modos).

A veces se puede saber si se usa un ala alta para volar en arbustos porque tendrán neumáticos de gran tamaño para que no se empantanen en el barro o la suciedad.

¿Cuál es más estable: ala alta o ala baja? Este argumento es casi el mismo que vino primero: ¿la gallina o el huevo? Me divierte cada vez que escucho a los pilotos discutir sus puntos sobre cuál es cuál. Honestamente, cuando era un CFI, si trabajaba para una escuela que usaba solo ala baja, le diría al estudiante que si bien ambos son muy buenos aviones, la ala baja es mucho más estable porque … y luego cuando Trabajé para una escuela que solo volaba de ala alta … ¿Puedes adivinar lo que les dije?

Cuando estaba volando, las escuelas de vuelo generalmente tenían el propósito de vender aviones, porque las escuelas casi siempre perdían dinero. Los instructores obtendrían una pequeña comisión si su estudiante comprara un avión en el concesionario que patrocinaba la escuela. ¡Oye, yo también tenía que ganarme la vida!

Si bien no creo realmente que ninguno sea más estable que el otro, diré que todas las aves y los insectos alados tienen una configuración de ala alta. Por lo tanto, la naturaleza pretendía que todas las cosas voladoras tengan alas altas. Debido a la selección natural, todas las aves e insectos de viento bajo y medio se extinguieron. La humanidad ha ido en contra del orden natural mediante el desarrollo de aviones de ala baja y media. ¡Para vergüenza! ¡Para vergüenza!

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EDITAR:
He decidido aclarar mi posición. En cuanto a las características de diseño de los aviones de uso general, ya sea de ala alta o baja, hay poca o ninguna diferencia al comparar la estabilidad. Esto se debe a que la estabilidad dinámica positiva está diseñada en el avión.
Prueba de estabilidad dinámica positiva: si usted es un estudiante o un piloto certificado, su instructor probablemente ya haya demostrado la estabilidad dinámica positiva. Cuando el avión está correctamente cargado y recortado para un vuelo recto y nivelado, aplique suavemente contrapresión en la rueda / palanca como si estuviera iniciando una escalada. Suelte la rueda / palanca, doble las manos en su regazo y sea testigo de lo que sucede. Verá que el avión comenzará una inmersión. A medida que aumenta la velocidad del aire, la pestaña de ajuste en el elevador se hará cargo y hará que la nariz se levante, como en una escalada y sentirá que el efecto aumenta Gs debido a la aceleración. A medida que el avión sube, la velocidad del aire disminuirá y el avión volverá a sumergirse, pero la velocidad del aire no aumentará tan rápidamente y la pérdida de altitud no será tanto como la primera vez, y la sensación de una mayor carga de G será Menos. Estas oscilaciones continuarán, y cada movimiento hacia arriba y hacia abajo será menor que el anterior hasta que con el tiempo, el avión estará en vuelo razonablemente nivelado una vez más.
Esto está garantizado por el fabricante de aviones de propósito general de ala alta y ala baja, siempre que el avión esté cargado correctamente. Si el avión se carga correctamente, el Centro de gravedad estará delante del Centro de elevación. Ahora bien, si el Centro de gravedad del avión es igual al Centro de elevación, el avión estaría en una configuración de Estabilidad dinámica neutra y las oscilaciones continuarían indefinidamente.

Es importante tener en cuenta que los controles se vuelven mucho más ligeros a medida que el avión se carga con el CG ubicado en el límite de popa del sobre. Mientras que en maniobras no celebradas el avión mostrará Estabilidad dinámica positiva, la recuperación automática lleva mucho más tiempo.
Cuando un avión se carga con un CG a popa del CL, el avión estará en una estabilidad dinámica negativa. Es poco probable que el avión inicie una inmersión, porque una vez que se levanta la nariz, a medida que disminuye la velocidad del aire, puede que no haya suficiente presión dinámica sobre el elevador para que el piloto pueda recuperarse manualmente incluso empujando la rueda de control hacia adelante.
Olvidé la fecha exacta, pero después de esa fecha, se hizo obligatorio para TODOS los aviones de Aviación General, Propósito General, poder recuperarse de un giro, sin manos, después de una rotación completa. Solía ​​demostrarles esto a mis alumnos. Recortaría el avión para un vuelo recto y nivelado, iniciaría un giro y luego soltaría los controles. No sé cuántos Gs fueron arrastrados, pero el avión se recuperó. He hecho esto en aviones de ala alta y de ala baja. Nunca, nunca intente esto con los pasajeros en los asientos traseros (aviones no acrobáticos), ya que el efecto con mancuernas hará que el centro de gravedad se mueva a popa hacia el centro de elevación y desarrolle un giro plano casi irrecuperable.
Entonces, basado en los aviones de tipo Propósito General, es razonable decir que no hay una diferencia real al comparar la estabilidad de los aviones de ala alta con los de ala baja; No estoy hablando de luchadores o especiales de Pitts .

Además de las ventajas / desventajas de la colocación del ala alta o baja que pueden ayudar en la visibilidad hacia arriba o hacia abajo, la distancia al suelo para accesorios o motores y / o armas en el ala, y las características de aterrizaje (las aeronaves de ala baja inciden en el suelo), la estabilidad aerodinámica También es una consideración importante.

Cuando el ala se coloca alta o incluso por encima del fuselaje, el centro de gravedad está debajo de las alas. Esto proporciona equilibrio y estabilidad estática positiva. Sin embargo, si el centro de gravedad está por encima del ala, esto proporciona estabilidad estática negativa y pérdida de equilibrio. Por supuesto, esta estabilidad estática negativa a veces se contrarresta con Dihedral que agrega algo de estabilidad estática.



En igualdad de condiciones, un avión altamente maniobrable probablemente tendrá una colocación de ala más baja que una menos maniobrable.

¡Gracias por preguntar!

Intentaré detallar un poco más la respuesta de John, las alas altas tienen una estabilidad lateral natural asociada. De hecho, se podría decir que un ala alta tiene un efecto diédrico . Los aviones están diseñados de tal manera que vuelven a su posición neutral sin mucho o ningún esfuerzo por parte del piloto después de una perturbación. Un avión de ala alta, por ejemplo, hace un giro a la izquierda (o bancos a la izquierda debido a los fuertes vientos). El aire que fluye sobre el ala izquierda aumentará su ángulo de ataque respectivo, lo que aumentará la elevación del ala. Esto creará un momento de balanceo estabilizador hacia la derecha. Una buena cosa, obviamente! A veces, las alas altas se vuelven demasiado estables, es por eso que algunos aviones de alas altas tienen alas un poco inclinadas. Este agacharse se llama Anhedral. A continuación se muestra una imagen de un C-17 con un ala anódica muy prominente. Esto reduce un poco la estabilidad.

Si coloca un ala baja completamente recta en un avión, será muy inestable. Nuevamente, digamos que hacemos un giro a la izquierda. Tenga en cuenta que el aire atacará desde abajo ahora. Sin embargo, el ala izquierda ahora experimentará un ángulo de ataque más bajo que el del ala derecha, por lo que la derecha creará más elevación. Esto genera un momento rodante hacia la izquierda. El avión que debería estar haciendo un momento de estabilización ahora lo está empeorando yendo hacia la izquierda. Ahora, imagine vientos fuertes tratando de hacer lo mismo. El avión incluso podría salirse de control. Para evitar esto en alas bajas, vino lo opuesto a anédrico, el diédrico. Al levantar las alas un poco, se crea el diédrico como se ve en el Boeing 787 a continuación. Esto hace que la mayor parte del aire ataque las alas desde arriba, actúa mucho y hace exactamente lo mismo que un ala alta que expliqué anteriormente.

Tú dices papa, yo digo potahto.

Un avión de ala alta ofrece una mejor visibilidad debajo en un giro.

Un avión de ala alta proporciona más distancia al suelo para el ala al aterrizar y durante el rodaje en tierra, protegiendo el ala en pistas de aterrizaje ásperas y sin mejoras.

Un avión de ala baja ofrece una mejor visibilidad arriba en un giro.

Un avión de ala baja puede acomodar más fácilmente una armadura interna, eliminando la necesidad de puntales externos que generalmente se ven en aviones de ala alta.

Algunos podrían afirmar que un avión de ala baja crea más un “colchón de aire” entre el ala y el suelo al aterrizar, lo que permite un aterrizaje más suave con mayor facilidad, aunque nunca he observado que ese sea el caso. (Aunque la Bonanza de ala baja es particularmente fácil de aterrizar bien, entonces tal vez sea un factor).

Para las aeronaves en la categoría ligera, por debajo de las 12,500 libras de peso bruto, la división entre las aeronaves de ala baja y de ala alta es más o menos uniforme. Pero, como los aviones Cessna de un solo motor son de ala alta, los altos son probablemente la mayoría.

En las categorías más pesadas, predomina el ala baja, aunque hay algunos aviones de ala alta, generalmente en la categoría de menor peso entre las aeronaves de tipo aerolínea.

Me parece que las personas que aprendieron a volar en un ala alta tienen cierta preferencia por ese tipo, y aquellos que aprendieron en un ala baja, lo favorecen. Al menos en sus primeros días de vuelo.

Esto es puramente anecdótico y, por supuesto, todo desaparece a medida que busca un mayor rendimiento, motores gemelos o jets, categorías donde predomina el tipo de ala baja.

Las alas altas son las más adecuadas para los aviones de hélice (pero no exclusivamente) para balancear el gran apoyo. También son más adecuados para aviones de carga para permitir una cubierta de carga baja y plana, que no sea interrumpida por la raíz del ala.

Los aviones de ala baja ofrecen una mejor cabina de pasajeros al colocar la raíz del ala debajo del piso. Eso también permite un compartimento para el equipaje del vientre, que es fácil de cargar. También permite un mantenimiento más fácil del motor y un tren de aterrizaje más corto.

También hay muchas otras razones, pero principalmente relacionadas con la misión de diseño del avión.

Un ala alta también significa que el fuselaje se encuentra cerca del suelo. Esto permite cargar y descargar fácilmente la carga, especialmente los vehículos militares, que pueden ser conducidos directamente. Algunos de los aviones incluso tienen la capacidad de “arrodillarse”, para mayor facilidad de acceso. Además, en esta disposición, la disposición del motor puede seguir siendo convencional (suspendida debajo de las alas) y, sin embargo, mantenerse elevada del suelo para evitar que el polvo y los desechos sean absorbidos por el motor.

Con alas en el vientre, el tren de aterrizaje puede guardarse en la góndola del motor. También el tren de aterrizaje en las alas es más estable que en el fuselaje. mantenimiento de motores, y ala más fácil que ala alta. abastecimiento de combustible también más fácil.