Aerodinámica: ¿Cómo disminuyen la resistencia las aletas (puntas de las alas elevadas en los aviones modernos)?

Answer 1

Actualización: 2016

Hay información nueva de Boeing sobre los nuevos winglets de diseño en el Boeing 737 MAX, junto con información sobre cómo funcionan los winglets.

737 MAX EN ALA

El winglet más eficiente en cualquier avión.

El nuevo 737 MAX AT winglet es el más eficiente jamás diseñado para un avión de producción. Esta es la historia de la ingeniosa manipulación de la aerodinámica que hace que este diseño distintivo sea tan eficiente.

Sin ningún winglets, el flujo de aire sobre la punta de cada ala rodará desde el área de alta presión debajo del ala hasta el área de baja presión sobre él.

Cuando el ala se mueve hacia adelante a alta velocidad, el flujo de aire sobre la punta del ala se ve obligado a retroceder, y los elementos de flujo hacia arriba y hacia atrás se combinan para formar vórtices. Estos vórtices causan arrastre inducido por el levantamiento, lo que reduce la eficiencia del ala.

737 Winglet mezclado

Con el diseño original de la aleta combinada, el flujo de aire en la punta se utiliza para crear elevación en la aleta, principalmente vectorizada hacia el fuselaje. También hay un pequeño elemento de elevación vectorizada hacia adelante, lo que reduce la resistencia inducida por la elevación. Ambos elementos mejoran la eficiencia del ala.

737 MAX AT Winglet

Boeing presenta lo último en tecnología avanzada de alas, el 737 MAX AT Winglet. Además de los componentes de elevación hacia adentro, hacia arriba y ligeramente hacia adelante del perfil aerodinámico superior, el nuevo perfil aerodinámico inferior genera un componente de elevación vertical que se aleja del fuselaje, y también ligeramente hacia adelante. Trabajando juntos, proporcionan el ala perfectamente equilibrada que maximiza la eficiencia general del ala.

Creyendo que se podía ganar aún más eficiencia además de los beneficios de esta ingeniosa solución, el equipo 737 MAX incorporó la avanzada tecnología de flujo laminar natural de Boeing en la especificación de material de superficie para la aleta MAX AT.

737 Winglet mezclado

En alerones anteriores, el arrastre debido a la fricción del flujo de aire sobre la aleta es uno de los principales detractores del flujo de aire eficiente.

737 MAX AT Winglet tiene flujo laminar natural

Con las propiedades de “flujo laminar natural” del 737 MAX AT Winglet, Boeing lo resuelve utilizando un diseño detallado, materiales de superficie y recubrimientos que permiten un flujo de aire laminar o más suave sobre la aleta. Esto reduce aún más la resistencia y aumenta la eficiencia del combustible.

Fuente: Boeing

Answer 2

Hoy en día, muchas aeronaves tienen alerones deportivos, que son puntas de las alas giradas verticalmente. Si bien las aletas apuntan hacia arriba en las alas, debe tenerse en cuenta que las aletas en los estabilizadores horizontales apuntan hacia abajo, ya que el estabilizador horizontal tira hacia abajo. Los winglets van un paso más allá para evitar que el paso de aire a alta presión fluya desde la superficie inferior hacia la superficie superior. En esencia, proporcionan un bloque. El resultado es que el ala puede llevar una cantidad finita de elevación hasta la punta. La eficiencia de un ala aumenta con la longitud. Los winglets aumentan la longitud efectiva del ala y, por lo tanto, aumentan la eficiencia del ala sin aumentar su longitud. Winglets se ha convertido en el hijo de oro de todos los representantes de ventas de aviones.

El arrastre inducido aumenta con el vórtice de la punta del ala que se forma debido al movimiento del aire a alta presión desde debajo del ala. La aleta reduce este movimiento como resultado de esto, la resistencia inducida disminuye con la inducción de la aleta.

la aleta actúa como una barrera entre la parte superior e inferior del ala

Answer 3

Reducen un tipo de resistencia causada por la producción de elevación. Aumentan otro tipo de resistencia causada por la fricción. En total, la reducción del arrastre relacionado con el levantamiento debe ser mayor que el aumento del arrastre por fricción, o los winglets no ayudarían. Por lo tanto, los encontrará con mayor frecuencia en versiones de crecimiento de diseños más antiguos donde se necesita producir más elevación de la prevista inicialmente cuando se diseñó el ala.

Cada ala crea elevación al desviar el aire hacia abajo. Esto sucede gradualmente sobre el acorde del ala y crea una fuerza de reacción perpendicular a la velocidad local del aire. Esto significa que la fuerza de reacción apunta hacia arriba y ligeramente hacia atrás. Este componente hacia atrás se llama arrastre inducido, y crece con la elevación y el ángulo de desviación. A baja velocidad, está disponible relativamente menos aire por unidad de tiempo para la desviación, por lo que el ángulo debe ser mayor. Esa es la razón por la cual los aviones despliegan aletas y listones en vuelo lento.

Si vuela rápido, hay una gran cantidad de masa de aire que pasa por el ala por unidad de tiempo, por lo que debe desviar el aire solo ligeramente. Tu resistencia inducida es pequeña. Sames opta por un gran lapso: “captura” más aire que puede desviarse, por lo que la resistencia inducida es pequeña.

Agregar winglets hace que haya un poco más de aire disponible para la creación del elevador, por lo que se necesita un ángulo de desviación ligeramente más pequeño. Extender la extensión del ala por la altura de una aleta ayudaría aún más, pero produciría un momento de flexión más grande, ya que el extremo más alejado del ala tiene el brazo de palanca más grande y aumenta el momento de flexión en la raíz del ala de manera desproporcionada. Además, extender el lapso elevaría algunos diseños a una nueva clase de tamaño, lo que trae más restricciones en los aeropuertos (menos aeropuertos para operar, menos puertas disponibles en los aeropuertos restantes, menos espacio libre en las calles de rodaje).

Answer 4

Gracias por A2A.

Esta pregunta se ha hecho, lo que se siente como un millón de veces, aquí en Quora y ha sido respondida igual de veces.

Entonces, sin sonar como un disco rayado …

• Los wnglets aumentan la elevación al reducir los vértices creados alrededor de la punta de las alas.
• No aumentan la resistencia si se diseñan correctamente.

Mire el primer segmento de este video para saber por qué los Winglets se usan con frecuencia.

Crédito de video: BBC y National Geographic.

Answer 5

Alguna vez ha caminado en una acera concurrida con personas que se mueven en direcciones opuestas. No hay una línea divisoria clara entre cada lado, por lo que la cantidad de la acera que ocupan varía y, por lo tanto, interfiere entre sí. Colocar algunas cuerdas o cercas entre cada lado haría que las cosas fueran mucho más suaves.

La misma idea con un ala. La parte inferior de un ala es más recta que el lado superior, lo que conduce a la fuerza de elevación (ya que un ala curva significa que la misma cantidad de aire tiene que viajar más lejos, por lo tanto, menos presión en la parte superior y más en la parte inferior). Debido a que el aire ahora se mueve de manera diferente en la parte superior y en la parte inferior del ala, esos dos lados interferirían entre sí donde se encuentran (no se mueven en direcciones opuestas, pero son lo suficientemente diferentes como para marcar la diferencia) . Entonces, los winglets (o en el caso de algunos aviones Airbus, cercas de ala), ayudan a dividir los dos.

Answer 6

Este video de Destin Sandlin de la fama Smarter Every Day: Home tiene un lindo video sobre la eliminación de Vortex, explica cómo los winglets mejoran la aerodinámica al reducir la resistencia y, por lo tanto, aumentar la eficiencia del combustible

Answer 7

En primer lugar, la elevación se produce en el ala, no debajo de ella, en función de, pero no limitado a, la velocidad. A medida que el aire fluye sobre el ala y se acerca al borde de salida, el flujo se convierte en turbulencia, el flujo de aire gira y crea un arrastre “sobre” el ala. La punta del ala también se abre a otro tipo de arrastre, vórtices, si es recto como se ve en la figura. Estos arrastres también causan una disminución en todo el levantamiento disponible. Con la ayuda de la aleta, el arrastre sigue ahí, pero hacia adentro. Como resultado, la aleta convierte el arrastre de elevación en un arrastre lateral, reduciendo la penalización de arrastre “en” el ala.

Answer 8

Los winglets actúan reduciendo el arrastre inducido, o el arrastre debido al levantamiento. Vea mi respuesta sobre arrastre inducido para comprender ese concepto.

Aumentar la envergadura del ala reduce la resistencia inducida. Los alerones aumentan el alcance efectivo del ala al aumentar su longitud. Este aumento está en la dirección “hacia arriba”, que funciona bastante bien.

Hay muchos conceptos erróneos sobre cómo funcionan, y esta es la forma más sencilla de explicar su efectividad.

Answer 9

El arrastre inducido es generado por los vórtices generados en las puntas de las alas por la diferencia de presión de aire entre las superficies inferior y superior del ala. Los winglets reducen estos vórtices dando como resultado un arrastre menos inducido.

Answer 10

La aleta parece una vela, y esto no es una coincidencia, creo.

La velocidad de flujo de aire no perturbada entrante, V infinita, agregada vectorialmente a las velocidades del aire del vórtice de punta de ala alrededor, en la aleta, tiene elevación y arrastre.

Cuando está bien diseñado, habrá un componente de esta elevación producida en la aleta que apunta hacia adelante, es decir, contraposición de arrastre, empujando la aleta y el avión hacia adelante.

Esta fuerza de empuje puede representar aproximadamente el 3% del arrastre o empuje del avión, ahorrando así combustible.

En el proceso para una aleta bien diseñada, los vórtices de punta de ala se suprimen en su mayoría, minimizando o evitando el fenómeno peligroso de la turbulencia de estela de los aviones, particularmente peligroso cuando se arroja desde aviones más grandes.

Answer 11

Aerodinámica: ¿Cómo disminuyen la resistencia las aletas (puntas de las alas elevadas en los aviones modernos)?

Answer 12

Las aletas de chorro reducen los vórtices de las puntas de las alas que se forman en las puntas de las alas y reducen el área de elevación de las alas. La reducción del tamaño de los vórtices le da al ala más área para crear elevación y hace que el ala sea más eficiente. Los helicópteros tienen el mismo problema con los vórtices de la punta del rotor y es por eso que ves algunas puntas con las últimas pulgadas en ángulo.