La ingeniería aeronáutica ha experimentado a lo largo de las décadas varios diseños que quizá más de una vez te llamaron la atención.
A muchos les gusta ese look sofisticado que le da a las aeronaves, las aerolíneas promueven en ese pequeño espacio visible a través de las ventanas, su portal web, el escudo de la misma u otro visual, pero va más allá de eso, no se trata de una simple extravagancia de diseño.
Los diseños de winglets de Airbus llamado “Wingtip Fence” (German Wings) y Boeing (Turkish Airlines), diseñados según la visión de cada fabricante en sus aeronaves de pasillo único más populares.
Muy poco en la aeronáutica tiene una razón meramente estética. A los coches la gente acostumbra equiparlos con accesorios como llantas, bumpers, alerones… que muchas veces cumplen una mera función visual estética, pero en la ingeniería aeronáutica esto no siempre es así, aquí la función está por encima de la forma.
Gráfica que compara la cantidad de vórtice generado y su momento sin/con winglets. Wikimedia Commons
Todos los winglets funcionan de la misma manera básica, pero no todos tienen el mismo aspecto. En esencia, reducen la resistencia al recuperar parte de la energía en el vórtice o torbellino de las puntas de las alas. Esto proporciona un aumento efectivo en la relación de aspecto del ala, y por lo tanto una reducción en la resistencia inducida por la elevación, para un menor aumento en la extensión, peso y resistencia del perfil en comparación con simplemente aumentar la envergadura de la misma.
El jet ejecutivo Bombardier Challenger 601 (1986) fue el primer avión fabricado en serie en contar con dispositivos de punta alar.
Alguna vez fueron algo extraño y exótico, pero hoy día los winglets se han convertido en algo común, y con los años su diseño ha evolucionado para hacerlos más eficientes y maximizar el ahorro de combustible que proporcionan. Aquí hay algunos ejemplos de cómo los winglets han cambiado, y cómo podrían cambiar en el futuro.
Extravagante diseño de Aviation Partners, de tipo espiroide probado en un Falcon 50, prometía reducir hasta en un 10% el consumo de combustible.
Los winglets, o simplemente “aletas” en español, como su nombre aplica, son alas en miniatura, y como tales generan sus propios vórtices de punta que degradan su rendimiento pero en menor medida que si estuvieran ausentes.
Lo último es el winglet “doble pluma” para el Boeing 737 MAX. El fabricante de Seattle afirma que ofrece una nueva mejora de consumo de combustible de hasta el 1.5% sobre el diseño anterior.
Los winglets reducen la resistencia, pero también generan elevación en la punta, lo que aumenta el momento de flexión en la raíz del ala y requiere que la estructura se refuerce, agregando peso, es por eso que algunos fabricantes ofrecen versiones con y sin el dispositivo en el mismo modelo de avión, pues en ocasiones de vuelos muy cortos pueden resultar hasta contraproducentes y no generarían el ahorro esperado.
Boeing lanzó el programa “Split Scimitar” para modernizar sus 737 Next Generation (versiones 600, 700, 800 y 900). Aletas combinadas con una nueva tapa de punta y una faja ventral para un ahorro adicional de combustible del 2%
Del Wingtip Fence de Airbus, pasan al diseño denominado “Sharklets”, también presente como retrofit en los A320Ceo, de serie en los A320Neo y variantes.
¿Winglets retráctiles?
Recientemente se pudo apreciar en funcionamiento otro dispositivo de punta alar extraordinario; el winglet retráctil, que estará presente en la próxima generación del Boeing 777, el Boeing 777X, que en este caso cumplirá una doble función; en posición plegada, permitirá al avión adaptarse al espacio de la mayoría de los aeropuertos sin tener que reconfigurar los mismos para adaptarse al nuevo avión, y permitirá mayor operabilidad del mismo. En posición desplegada es el “Raked Wingtip” de los widebodies de última generación del fabricante norteamericano, un diseño que curva la punta del ala hacia atrás, consiguiendo similar efecto que los winglets plegados hacia arriba.
El winglet plegable del 777X es lo que se viene para adaptar sus grandes dimensiones a la mayoría de los aeropuertos sin necesidad de modificar la infraestructura en tierra.
El 777X sólo volará con el winglet completamente desplegado. La única razón del mecanismo plegable es el ahorro de espacio en tierra, este diseño es lo que denominan comercialmente com “raked wingtip” presente en los widebody de última generación de Boeing.
El posible futuro
Patente de EEUU. 8,366,056
El primer diseño de Airbus (patente de EEUU. 8,366,056) busca mitigar aún más los vórtices curvando la punta, como una especie de ala en una ala, un poco como la idea detrás de Spiroid de Aviation Partners, pero no tan extrema.
Patente de EEUU. 8.342.456
El segundo diseño de Airbus (patente de EEUU. 8.342.456), el winglet aún extrae energía del vórtice de la punta del ala, pero ahora está inclinado hacia abajo, de modo que parte de él genera una fuerza descendente para contrarrestar el levantamiento adicional y reducir la penalización por peso.
Patente de EEUU. 8.387.922.
Una tercera patente reciente, también asignada a Airbus (patente de EEUU. 8,387,922), utiliza el winglet para más que solo reducir la resistencia del ala. Las superficies controladas de forma activa se agregan a los bordes posteriores de las aletas para introducir inestabilidades aerodinámicas en los remolinos que arroja el ala. Estas inestabilidades acelerarían la disipación de los vórtices de estela de alta velocidad y permitirían que los aviones se sigan más de cerca (en el diagrama de arriba, el objeto cilíndrico 20, en la parte inferior es una carcasa estructural para los actuadores de superficie activa).
