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Autor: Carlos Alberto Bravo Riofrío
Onbtenido de Mecanica de Vuelo, número 98-II |
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IntroducciónDesde siempre el hombre ha tenido deseos de volar. Se dice que los chinos lograron volar con cometas, que eran sostenidas por cuerdas que halaban desde tierra. También se dice que Leonardo da Vinci diseñó sistemas que permitieran al hombre remontar el vuelo, sin embargo no hay registros de que hubieran tenido éxito o siquiera de que hubieran sido probados. Aunque desde los inicios de la aviación hasta hoy en día han pasado más o menos cien años, parece increíble que el vuelo que aparentemente sería más simple, como lo es el vuelo en delta, no se haya realizado sino hasta 1967 cuando Bill Moyers, en Australia, modificó ligeramente el diseño de un paracaídas de alas flexibles hecho para la NASA por Francis Rogallo y con la ayuda de una lancha para propulsarse, hizo espectáculos de esquí acuático. La idea de Moyers tubo gran acogida, se difundió por Europa y Estados Unidos y en pocos años ya existían varias marcas que fabricaban estos aparatos.Como el título lo indica, en este artículo el autor pretende explicar sobre las generalidades de este vehículo desde el punto de vista aeronáutico, pero mostrando su aplicación directa en el aparato. De esta forma se quiere mostrar como están relacionados los perfiles aerodinámicos que se utilizan, las dimensiones del ala y el ángulo de flecha con el desempeño de ésta (velocidad de despegue, velocidad mínima y máxima, peso máximo de despegue etc.). Alas DeltaLa forma de delta utilizada en las alas de aviones, se utiliza cuando estos viajan a velocidades comparables con Mach 1. Esto se debe a que esta forma alivia las presiones que se crean en el fluido y que cambian la densidad del mismo.Como ya se ha dicho antes, el diseño original de Moyers provenía de un paracaídas de alas flexibles hecho para la NASA y éste tenía sus alas en forma de delta. Sin embargo estas alas delta no tienen nada que ver con las aplicaciones que se citaron para aviones de alta velocidad. En el caso de las cometas, la forma de sus alas se debe, en una parte, a que es la forma más sencilla de colocar un bastidor en una tela para crear un ala. Por otra parte, su diseño también se debe a que con esta configuración el porcentaje más alto de la sustentación esta localizado en la región central, lo cual hace que el aparato se pueda gobernar fácilmente con pequeños cambios en la localización del centro de masa del aparato. Estos los hace el piloto moviendo su cuerpo de derecha a izquierda y de adelante hacia atrás. Configuración básicaUna cometa está compuesta básicamente de las siguientes partes: tubo transversal, quilla, barra de control, costillas, vela y arnés.La función del tubo transversal es la de dar la debida consistencia al ala y soportar todos los momentos producidos por las cargas sustentadoras durante el vuelo. Está hecho de materiales con una relación de resistencia sobre densidad alta, como lo son los aluminios aeronáuticos, del tipo 6061 T6 o 7075 y los materiales compuestos del tipo de la fibra de carbono. La quilla esta colocada en el eje longitudinal del ala y su función es también la de dar rigidez al ala y además es la que soporta el peso del piloto y los momentos que genera el cabeceo del aparato. Al igual que el tubo transversal, también puede estar hecha de materiales compuestos y aluminios de aviación. La función de la barra de control, como su nombre lo indica es la de proporcionar la debida direccionalidad del aparato, lo cual hace sirviendo de asidero para que el piloto pueda trasladar su cuerpo de un lado a otro y con esto se traslada el centro de masa, creándose así los momentos necesarios para reorientar la cometa. La vela es la parte más importante de cualquier cometa y su función es la de, con ayuda de las costillas, conformar el perfil alar y por lo tanto, debe soportar todas las presiones de sustentación causadas durante el vuelo. Esta hecha de fibras de Dacron, Teryleno, Mylar o Keblar recubiertas de poliuretano para reducir la porosidad a cero. Las costillas se introducen en unos canales hechos en la vela y como ya se había dicho, ayudan a formar el perfil alar. Generalmente están hechas de aluminio, aunque también pueden estar hechas de materiales compuestos. El arnés es una especie de "saco" en donde se introduce el piloto, el cual queda suspendido, ya que el arnés se cuelga de la quilla por medio de una banda. Esta configuración le permite al piloto la libertad necesaria para mover el centro de gravedad. Otros elementos importantes pueden ser los cables que se encargan de poner la estructura en tensión para que no se deforme bajo las diferentes cargas. Al igual que el resto de herrajes están hechos de acero inoxidable. Características generales de un ala delta típica
Análisis del alaExisten dos cosas básicas que se pueden analizar de un ala delta. Estas son: la velocidad mínima de despegue y el centro aerodinámico del ala.El primero es de gran utilidad debido a que nos permite saber para un determinado peso total de despegue y un determinado viento cual será la velocidad mínima a la que se deberá correr para lograr el despegue. El segundo permite calcular el punto en el cual se concentra la fuerza sustentadora del ala y por lo tanto el punto en el cual se deberán colocar la barra de control y el arnés del piloto, para lograr un vuelo horizontal sin necesidad de aplicar ninguna fuerza en la barra de control. En forma general tenemos que:
En donde:
De esta forma se obtiene la coordenada en x del centro aerodinámico
del ala y por la simetría del ala se sabe que la coordenada en y
será igual a cero, colocando de esta forma al CA en un punto X
sobre la cuerda raíz.
Para hallar la velocidad mínima de despegue se tiene que:
Donde:
Ejemplo: A manera de ejemplo se calculará la localización del centro aerodinámico del ala y su velocidad mínima de despegue para el ala típica citada anteriormente. Un bosquejo del ala con sus dimensiones se encuentra al final de este artículo. Para lo siguiente se asume:
Substituyendo en las ecuaciones anteriores: V = 43.3 m/s
Proyecciones hacia el futuroBuscando cada vez encontrar un mejor desempeño en las alas delta así como una mejor capacidad de plegado para facilitar su transporte, los diseñadores están encontrando otras formas de ala y también están colocando, sobre éstas, superficies de control que dan al aparato una mejor maniobravilidad a baja altura.Un diseño interesante es el que se logra al hacer el tubo transversal de varios pequeños tubos de aluminio, colocados uno dentro del otro en forma telescópica de tal manera que una vez estirado, si se tensiona con una guaya sujeta de punta a punta, como en un arco de cacería, produce una forma parabólica que como se sabe, es la más eficiente para un ala de baja velocidad. Esta ala posee además superficies de control que, como se ha dicho, la hacen sumamente maniobrable. Por otra parte, debido a que está compuesta de pequeños segmentos, al plegarla ocupa un espacio mucho menor que el que ocuparía un ala convencional. Sin embargo, el difícil decir si en el futuro las alas delta
tendrán o no esta forma, debido a que estos diseños de eficiencia
mejorada son mucho más costosos que los tradicionales y en ocasiones
es necesario que los arme una persona con mayor experiencia.
Bibliografía
Mecánica Popular, Con el viento contra el rostro, María José Díaz, RudyGotés, Octubre de 1998 |
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