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Categoría:	Teoría del vuelo
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Descripción

La resistencia aerodinámica inducida es una consecuencia inevitable de la sustentación y se produce por el paso de una lámina aerodinámica (e.por ejemplo, un ala o un plano de cola) a través del aire. El aire que fluye sobre la parte superior de un ala tiende a fluir hacia adentro porque la presión disminuida sobre la superficie superior es menor que la presión fuera de la punta del ala. Por debajo del ala, el aire fluye hacia fuera porque la presión por debajo del ala es mayor que la del exterior de la punta del ala. La consecuencia directa de esto, en lo que respecta a las puntas de las alas, es que hay un derrame continuo de aire hacia arriba alrededor de la punta del ala, un fenómeno llamado «efecto punta» o «efecto final». Una forma de apreciar por qué una relación de aspecto alta para un ala es mejor que una baja es que con una relación de aspecto alta, la proporción de aire que se mueve de esta manera se reduce y, por lo tanto, una mayor parte genera sustentación.

Para el ala en general, las corrientes de aire de arriba y abajo del ala están fluyendo en un ángulo entre sí cuando se encuentran a lo largo del borde de salida del ala. Se combinan para formar vórtices que, vistos desde atrás, giran en el sentido de las agujas del reloj desde el ala izquierda y en sentido contrario desde la derecha. La tendencia es que estos vórtices se desplacen hacia el exterior, hacia la punta del ala, uniéndose al hacerlo. Para cuando se llega a la punta del ala, se ha formado un gran vórtice de punta de ala que se desprende.

La mayoría de estos vórtices son, por supuesto, completamente invisibles pero, en aire muy húmedo, el núcleo central de un vórtice puede hacerse visible porque la presión del aire dentro de su centro se ha reducido -y por tanto se ha enfriado- lo suficiente como para que se produzca la condensación. Una mayor carga alar en un giro también aumentará la fuerza – y el grado de reducción de la presión – por lo que los núcleos de vórtices visibles son aún más probables durante los giros. La mayor parte del aire que fluye desde la parte superior de un ala, el «downwash», continúa más o menos horizontalmente hacia el empenaje porque se equilibra con el correspondiente upwash delante del borde de ataque del ala. Por el contrario, el movimiento ascendente del aire que lleva a la «consolidación» del vórtice en la punta está justo fuera de la punta, mientras que el movimiento descendente correspondiente está justo en el extremo de la envergadura, de modo que la dirección neta del flujo de aire que pasa por el ala es hacia abajo. La sustentación creada por el ala, que por definición está en ángulo recto con el flujo de aire, está por tanto ligeramente inclinada hacia atrás y por tanto «contribuye» a la resistencia – resistencia inducida.

Aunque siempre debe haber al menos algo de resistencia inducida porque las alas tienen un grosor finito, el diseño intenta, siempre que sea posible, reducir este flujo. El área del ala requerida puede lograrse utilizando diferentes relaciones entre la envergadura y la cuerda del ala (relaciones de aspecto). Cuanto mayor sea la relación de aspecto del ala, menor será la perturbación del aire en la punta. Sin embargo, para la mayoría de las aeronaves, existen límites prácticos en cuanto a la envergadura máxima del ala para las maniobras en tierra y cuestiones estructurales que significan que, a la larga, la penalización de peso para reforzar adecuadamente un ala larga y delgada resulta excesiva. El hecho de que los aviones transporten la mayor parte del combustible en las alas también es un factor que influye en el diseño de las mismas. Las relaciones de aspecto típicas de los aviones de transporte oscilan entre 6:1 y 10:1.

Otras formas de reducir la resistencia inducida y la fuerza del vórtice de punta en un diseño de ala también se basan en la reducción de la cantidad de movimiento de aire hacia arriba en la punta del ala, tratando de generar relativamente más de la elevación lejos de las puntas. La conicidad del ala hacia la punta contribuye a ello, al igual que la torsión del ala. El Boeing 767 es un ejemplo de ala torcida. El ala interior tiene un mayor ángulo de ataque (AOA) que la exterior y, por tanto, genera proporcionalmente más sustentación, mientras que la punta, con un ángulo de ataque muy pequeño, genera muy poca. Los winglets (sharklets) también se han hecho populares, tanto las versiones habituales con giro hacia arriba como las versiones más antiguas de la serie Airbus A320 de dos vías «wingtip fence». Los winglets bien diseñados pueden evitar alrededor del 20% del derrame de flujo de aire en la punta – y por lo tanto el 20% de la resistencia inducida.

La resistencia inducida y sus vórtices en la punta del ala son una consecuencia directa de la creación de sustentación por el ala. Como el coeficiente de sustentación es grande cuando el ángulo de ataque es grande, la resistencia inducida es inversamente proporcional al cuadrado de la velocidad, mientras que el resto de la resistencia es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad. El efecto de esto es que la resistencia inducida es relativamente poco importante a alta velocidad en el crucero y el descenso, donde probablemente representa menos del 10% de la resistencia total. En el ascenso, es más importante y representa al menos el 20% de la resistencia total. A velocidades lentas, justo después del despegue y en el ascenso inicial, es de máxima importancia y puede producir hasta el 70% de la resistencia total. Por último, al examinar la fuerza potencial de los vórtices de punta de ala, toda esta teoría sobre la resistencia inducida debe moderarse por el efecto del peso del avión. La resistencia inducida siempre aumentará con el peso de la aeronave.

SKYclip

El siguiente SKYclip aborda el tema del encuentro de vórtices de estela en ruta.

• Propagación y descomposición de vórtices de estela
• Dispositivos de reducción de la resistencia del extremo del ala