Efectos Del Mach Critico Sobre Alas en Forma de Flecha

EFECTOS DEL MACH CRITICO SOBRE ALAS EN FORMA
DE FLECHA
Mach Crtico
El Mach crtico es el nmero de Mach de vuelo de una aeronave para el cual la
velocidad del aire local mxima alcanza la velocidad del sonido (normalmente en la
superficie alar). Esto equivale a que en dicho punto (el punto de mxima velocidad
local del aire) se alcanza un Mach igual a 1. Cabe destacar que la velocidad del aire
se mide respecto de la aeronave, no respecto de tierra.
El nmero de Mach crtico de cualquier aeronave es siempre inferior a 1, ya que en el
fluido que le rodea siempre hay puntos en los que la velocidad local es mayor que la
velocidad de vuelo. El nmero de Mach crtico es el punto de partida del rgimen
transnico. Debido al aumento considerable de la resistencia aerodinmica que los
perfiles sufren cuando vuelan en torno a la velocidad del sonido, el Mach crtico es
una primera aproximacin a la velocidad mxima de vuelo de cualquier aeronave que
haya sido diseada para volar por debajo de la velocidad del sonido.
Ala en flecha
El ala en flecha es una configuracin alar comn en los aviones de alta velocidad. La
forma ms comn de ala en flecha es con los extremos de stas dirigidos hacia atrs
(flecha positiva), en vez de formar un ngulo recto con el fuselaje, sin embargo, la
configuracin opuesta (con los extremos de las alas dirigidos hacia adelante) tambin
se utiliza en algunos aviones.
Velocidad del sonido

Las alas en flecha se emplean en aviones que realizan parte de sus vuelos en
velocidades en torno a la velocidad del sonido.
Cuando una aeronave se aproxima a la velocidad del sonido, empieza a aparecer el
fenmeno conocido como "buffetting". El aire alcanza velocidades supersnicas en los
extremos de las alas y esta zona de velocidad supersnica acaba en una onda de
choque oblicua, que es prcticamente perpendicular en la parte superior del ala.
Desventajas
Cuando un avin con alas en flecha vuela a gran velocidad, el flujo de aire tiene poco
tiempo para reaccionar y simplemente fluye en lnea recta de delante a atrs sobre el
ala. A velocidades ms bajas, el aire s tiene tiempo para reaccionar, y sufre un
empuje a lo largo de la envergadura por el borde de ataque en ngulo, hacia las
puntas de las alas. En la raz de las alas, junto al fuselaje, esto no tiene un efecto
perceptible, pero al acercarse a las puntas, el flujo de aire es empujado a lo largo de
la envergadura, no slo por el borde de ataque, sino por todo el aire que se mueve a
lo largo de la envergadura junto a l. As, en los extremos, el flujo de aire se mueve a
lo largo del ala, en vez de pasar sobre ella, este fenmeno se conoce como flujo de
envergadura.
En las alas, la sustentacin alar la produce el fluir del aire sobre ella de delante a
atrs. Al aumentar el flujo a lo largo de la envergadura, las capas lmite sobre la
superficie del ala tienen un mayor recorrido, y as, son ms gruesas y ms
susceptibles al trnsito a flujo turbulento o separacin del flujo; igualmente, el
alargamiento efectivo del ala es menor, y as, hay "fugas" de aire alrededor de los
extremos de las alas, reduciendo su eficacia, y la sustentacin al despegue. El flujo a
lo largo de la envergadura en las alas aflechadas genera un flujo de aire que mueve el
punto de estancamiento en el borde de ataque de cualquier seccin concreta del ala
an ms bajo el borde de ataque, lo que incrementa el ngulo de ataque efectivo de
los sectores del ala respecto al adyacente anterior. El resultado es que los sectores
del ala an ms atrs actan en ngulos de ataque cada vez mayores, lo que fomenta
una prdida precoz de esos sectores. Esto hace que en las alas con flecha hacia atrs
entren en prdida los extremos, al ser las puntas lo ms posterior, mientras retrasa la
entrada en prdida de los extremos en las alas con flecha hacia delante, en que las
puntas estn adelantadas.
Normalmente no es un problema, pero como los aviones reducen la velocidad para
aterrizar, los extremos pueden en la prctica entrar en la zona de entrada en prdida
incluso a velocidades donde dicha prdida no debera ocurrir. Tanto en las alas con
flecha hacia atrs como con flecha hacia delante, la parte posterior del ala entra en
prdida antes. Esto produce un momento de encabritamieefento o de aumento del
ngulo de ataque, y as la sustentacin neta -centro de presiones- se desplaza hacia
delante. Si el piloto no lo corrige, el movimiento del morro hacia arriba se acenta, lo
que provoca que entre en prdida una mayor parte del ala, lo que aumenta el
alzamiento del morro, etc. Este problema acab siendo conocido como Sabre dance
en referencia a los North American F-86 Sabre que tuvieron accidentes en los
aterrizajes como resultado de estos problemas.
Se desarrollaron varias soluciones para este problema. Una fue el agregado de una
placa o aleta de metal llamada wing fence sobre la superficie superior del ala
-extrads- para re-encauzar el flujo hacia atrs (esta solucin se us por ejemplo en el
MiG-15), otro diseo similar fue el aadir una muesca en diente de perro en el borde
de ataque (Avro Arrow). Otros diseos siguieron ideas ms radicales, incluyendo el
ala del XF-91 Thunderceptor que se ensanchaba hacia el extremo para dar ms
sustentacin en los extremos, y los britnicos se inclinaron por una planta del ala en
medialuna compound sweep o ala cimitarra que tena una mayor flecha junto a la raz
del ala, aflechamiento que se iba reduciendo a lo largo de la envergadura, al igual que
el espesor del ala, utilizada en el Handley Page Victor, uno de los Bombarderos Serie
V.
Las soluciones modernas al problema ya no precisan diseos "personalizados" como
estos. La adicin de slats -ranuras- en el borde de ataque y grandes flaps compuestos
dispositivo hipersustentador en las alas ha resuelto ampliamente el problema. En
diseos de cazas la adicin de extensiones en el borde de ataque, hecha para
mejorar la maniobrabilidad, tambin sirve para aadir sustentacin durante el
aterrizaje y reducir el problema.
El ala en flecha tiene varios problemas ms. Uno es que sea cual sea la longitud del
ala, la envergadura real extremo a extremo es ms corta que la de cualquier ala que
no sea en flecha. La resistencia a baja velocidad est fuertemente relacionada con la
relacin de aspecto -alargamiento-, la envergadura comparada con la cuerda; un ala
en flecha siempre tiene ms resistencia a baja velocidad. Otro problema es el par
aplicado por el ala al fuselaje, ya que buena parte de la sustentacin que produce el
ala queda detrs del punto en que la raz del ala se une al avin. Finalmente, mientras
es realmente fcil hacer pasar los spars -largueros- principales del ala de un lado al
otro del fuselaje en un diseo de ala recta, para usar una nica pieza continua de
metal, esto no es posible en el ala en flecha porque los largueros se encontraran en
ngulo.

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