EL ALA

Diseño

 En otras ocasiones hemos comentado que la forma y sección del ala es lo que determina la mayor parte de las características del avión, ya que esta soporta los esfuerzos aerodinámicos y de torsión a los que se ve sometido el modelo.  Para comenzar con el diseño debemos  establecer estas características. Como en un avión de iniciación nos interesa especialmente la sustentación y una respuesta noble a la perdida (meter el ala),  la forma será preferiblemente rectangular o con un ligero estrechamiento. Además necesitaremos que la estructura sea lo bastante resistente para aguantar los movimientos bruscos propios del aprendizaje. Con ese mismo principio decidiremos que tipo de sección alar es la más adecuada, nos interesan especialmente los perfiles plano-convexos o asimétricos, con espesores entre el 11 y el 15 %.

En el diseño del ala una característica importante es la relación de alargamiento, esto es, la proporción entre la cuerda media y la envergadura. En aeromodelismo rara vez se supera un valor equivalente a 12 veces la cuerda en la envergadura y en el caso de modelos a motor el alargamiento estará comprendido en valores de 5.5 a 7.

La razón para fijar esta medida se debe a dos factores, un mayor alargamiento compromete  la resistencia estructural del ala, ya que un excesivo alargamiento sobre todo unido a altos coeficientes de sustentación puede producir vibraciones fatales en determinadas maniobras. Y por otro lado influye en la estabilidad del modelo. Un alargamiento bajo es interesante si queremos una maquina maniobrable y nerviosa, pero si lo que pretendemos es que el modelo sea dócil nos conviene un ratio mayor.

Otra característica del diseño del ala son los ángulos relativos que tiene esta con respecto a los ejes del avión, estos son Diedro, incidencia y torsión.

Empezando por el ultimo, la torsión, es un ángulo que se induce en la punta del ala de forma que esta presenta una incidencia ligeramente menor que la raíz con el fin de que entre en perdida un poco más tarde de modo que el avión sea más estable en los giros. En un entrenador no suele darse torsión alguna al ala entre otras cosas porque complica la construcción y su influencia es relativamente baja.

La incidencia es el ángulo fijo del ala con respecto al datum o al eje motor ( no tienen por qué ser coincidentes). Este ángulo influye en las características de planeo  y resistencia y lo fijaremos en valores de 0º a 2º según tengamos  interés por las cualidades de velocidad o planeo.

El diedro determina la estabilidad transversal del avión, siendo este ángulo (repartido entre las dos semialas)  mayor si el modelo no tiene alerones  entre 6º y 10º y de 0º a 4º si dispone de ellos.

Calculo de las dimensiones

Cuando empezamos con el diseño de un modelo, necesitaremos un dato fijo a partir del cual  establecer el resto de medidas en proporción a este valor fijo. En nuestro caso vamos a partir de la distancia de punta a punta del ala, es decir, su envergadura. El cálculo es sencillo.

En nuestro modelo habíamos establecido una envergadura de 1400 mm, si elegimos un valor promedio de 6.25 en el alargamiento, la cuerda media debería ser el resultado de: Envergadura/alargamiento, luego 1400/6.25= 224 mm que redondeamos a 220 para no complicarnos en las operaciones siguientes.

Si nuestro proyecto es de planta trapezoidal, deberemos hallar las dimensiones de la cuerda en la raíz y en la punta. La diferencia o razón entre estas medidas con respecto a la cuerda media es lo que se conoce como estrechamiento, este lo fijaremos en 0.8 como valor más adecuado a los propósitos del avión. Calcularemos estas cuerdas del modo siguiente:

Cuerda en la  punta= valor del estrechamiento (0.8) *cuerda media

Cuerda en la raíz =cuerda media/ valor del estrechamiento (0.8)

En nuestro caso los valores serian 176 y 275 mm respectivamente cuya media geométrica es exactamente 220 mm

Ahora podemos calcular la superficie alar, que es el resultado de multiplicar la cuerda media por la envergadura expresadas en cm, en este caso: 140*22=3080, las superficies se suelen indicar en dm, así, 30.8 dm².

Hay una relación entre la carga alar, es decir el peso repartido en la superficie del ala y la raíz cuadrada de la superficie alar, el resultado es un coeficiente que nos da una referencia de la categoría del aeromodelo en función de sus características. Aunque esta operación no es especialmente rigurosa, ya que no considera las características del perfil ni los parámetros de estabilidad  puede servirnos como punto de referencia. Según esta relación, un entrenador tendria un coeficiente de entre 7 para un modelo muy tranquilo y predecible y 9 para un entrenador avanzado con alerones y capacidad acrobática, de modo que si queremos hallar la superficie podemos hacerlo desarrollando la expresión : Superficie=(carga alar/Coeficiente)².

si aplicamos esta ecuación en nuestro modelo tenemos que: S=(50/9)², o lo que es igual, 30.8 dm². En el caso del TmA, esto es un poco distinto, de hecho, el coeficiente para esa misma carga alar seria igual a 10, en medio de la categoría de acrobáticos. Esto tampoco debe preocuparnos en exceso ya que en realidad, casi ninguno de los modelos de entrenador analizados obtenía un coeficiente por debajo de 9.

En un entrenador de tipo medio la carga alar se mueve en un intervalo entre 45 y 60 gramos/dm². Así que nuestro modelo debería tener un peso de entre 1400  y 1800 gr, para cumplir con estas condiciones.

En cuanto a los alerones, estos deben tener una superficie equivalente al menos  al 12% del área alar, en el caso del ejemplo: 30.8*0.12= 3.7 dm²

Podemos calcularlos como porcentajes de la cuerda de modo que si los alerones son convencionales sus medidas serán (por alerón) aproximadamente una cuarta parte de la envergadura por un cuarto de la cuerda media. (E*0.25)*(Cma*0.25) Si son del tipo borde de fuga, media envergadura por un octavo de la cuerda media.(E*0.50)*(Cma*0.125).

De nuevo en nuestro ejemplo:

Convencional ( 140*.25)*(22*.25)=1.92 dm² 

De Salida ( 140*.50)*(22*.125)=1.92 dm² 

Si multiplicamos por 2, el resultado es 3.84, es decir, un 12.5 % de la superficie del ala.

Estructura del ala

Estructuralmente el ala está formada por costillas que reproducen el perfil alar y se disponen en dirección al movimiento, que se unen entre si con dos vigas en los extremos del perfil a los que denominamos borde de ataque y borde de salida,  En las costillas, en especial en la zona de mayor espesor del perfil se disponen  largueros  que están destinados a soportar los esfuerzos de comprensión y tracción a los que se ve sometida el ala. Esta estructura se comporta como una viga única cuya resistencia es mayor cuanto mayor es la altura de esta viga única (espesor del perfil).

Esta estructura puede reforzarse adicionalmente mediante el enchapado del primer tercio de la cuerda, creando una viga anti torsión que multiplica la resistencia del ala. Este enchapado parcial puede hacerse solo en el extradós o en el intradós o mejor aún en ambas, aunque naturalmente el planteamiento debe hacerse pensando en el tipo de avión que estamos construyendo. En el caso del TmA, hemos calculado la resistencia del ala mediante una hoja de cálculo que puede descargarse del blog Alas volantes , mediante esta herramienta obtenemos que el modelo puede resistir una torsión equivalente a 12 g, es decir, que teóricamente el ala podría soportar 12 veces el peso del avión o lo que es lo mismo; 18 kilos.