Construcción del ala de un avión

1. Construcción del ala de un avión
Introducción
El ala es una superficie aerodinámica que le brinda sustentación necesaria al avión en cualquiera de
las cinco condiciones de vuelo: despegue, subida, crucero, descenso y aterrizaje. Esto se debe al
efecto aerodinámico, provocado por la curvatura de la parte superior del ala (extradós) que hace que
el aire que fluye por encima de esta se acelere y por lo tanto baje su presión (creando un efecto de
succión), mientras que el aire que circula por debajo del ala (que en la mayoría de los casos es plana
o con una curvatura menor y a la cual llamaremos intradós) mantiene la misma velocidad y presión del
aire relativo, pero al mismo tiempo aumenta la sustentación ya que cuando este golpea la parte
inferior del ala la impulsa hacia arriba manteniendo sustentado en el aire al avión y contrarrestando la
acción de la gravedad.
El diseño estructural del ala de los aviones a cambiado desde sus inicios al principio estas eran
estructuras hechas de madera y tela, conforme fue evolucionando se incluyo el acero en su
fabricación y con el tiempo se han descubierto mejores diseños, mejores materiales, las necesidades
han hecho un cambio significativo al diseño del ala, ya que un avión mas grande requiere un ala más
resistente.
En la actualidad, en las alas de los aviones están ubicados los tanques principales donde se deposita
el combustible que consumen los motores del avión, los aviones que poseen más de un motor, tienen
modificaciones para que estos se encuentren situados en las alas.
En el diseño, estructura de la superficie y sección transversal de las alas los ingenieros que crean los
aviones le prestan una gran importancia y éstas varían según el tamaño y tipo de actividad que
desempeñará el avión.
Las alas de los aviones modernos pueden tener diferentes formas en su sección transversal y
configuraciones variadas. Podemos encontrar aviones con alas rectas o con otras formas como, por
ejemplo, en flecha o en delta.
En este trabajo veremos cómo las aleaciones de aluminio vinieron a mejorar la resistencia del ala
Justificación:
El ala es uno de los elementos principales del avión, es el que permite que este vuele debido a la
sustentación que produce la superficie alar, su diseño aerodinámico. Es la parte que resiste todo el
peso del avión cuando este se encuentra en el aire, por lo tanto tiene que tener un diseño muy
especial y varias consideraciones que tener en cuenta a la hora de su construcción, así como también
distintos tipos de materiales para mejorar su resistencia.
A lo largo de la historia las alas han ido cambiando su estructura y sus materiales desde madera,
acero hasta actualmente donde las aleaciones de aluminio han sido de gran ayuda y mejorado
beneficiosamente en la estructura del ala.

2. Para poder describir la construcción de un ala primeramente se tiene que saber las partes que
componen un ala.
Perfil. Es la forma de la sección del ala, es decir lo que veríamos si cortáramos esta transversalmente
"como en rodajas". Salvo en el caso de alas rectangulares en que todos los perfiles ("rodajas") son
iguales, lo habitual es que los perfiles que componen un ala sean diferentes; se van haciendo más
pequeños y estrechos hacia los extremos del ala.
Borde de ataque. Es el borde delantero del ala, o sea la línea que une la parte anterior de todos los
perfiles que forman el ala; o dicho de otra forma: la parte del ala que primero toma contacto con el
flujo de aire.
Borde de salida. Es el borde posterior del ala, es decir la línea que une la parte posterior de todos los
perfiles del ala; o dicho de otra forma: la parte del ala por donde el flujo de aire perturbado por el ala
retorna a la corriente libre.
Estradós. Parte superior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida.
Intradós. Parte inferior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida.
Espesor. Distancia máxima entre el estradós y el intradós.
Cuerda. Es la línea recta imaginaria trazada entre los bordes de ataque y de salida de cada perfil.
Cuerda media. Como los perfiles del ala no suelen ser iguales sino que van disminuyendo hacia los
extremos, lo mismo sucede con la cuerda de cada uno. Por tanto al tener cada perfil una cuerda
distinta, lo normal es hablar de cuerda media.
Línea del 25% de la cuerda. Línea imaginaria que se obtendría al unir todos los puntos situados a
una distancia del 25% de la longitud de la cuerda de cada perfil, distancia medida comenzando por el
borde de ataque.
Curvatura. Del ala desde el borde de ataque al de salida. Curvatura superior se refiere a la de la
superficie superior (estradós); inferior a la de la superficie inferior (intradós), y curvatura media a la
equidistante a ambas superficies. Aunque se puede dar en cifra absoluta, lo normal es que se exprese
en % de la cuerda.
Superficie alar. Superficie total correspondiente a las alas.
Envergadura. Distancia entre los dos extremos de las alas. Por simple geometría, si multiplicamos la
envergadura por la cuerda media debemos obtener la superficie alar.
Alargamiento. Cociente entre la envergadura y la cuerda media. Este dato nos dice la relación
existente entre la longitud y la anchura del ala (Envergadura/Cuerda media). Por ejemplo; si este
cociente fuera 1 estaríamos ante un ala cuadrada de igual longitud que anchura. Obviamente a
medida que este valor se hace más elevado el ala es más larga y estrecha.
Este cociente afecta a la resistencia inducida de forma que: a mayor alargamiento menor resistencia
inducida.

3. Las alas cortas y anchas son fáciles de construir y muy resistentes pero generan mucha resistencia;
por el contrario las alas alargadas y estrechas generan poca resistencia pero son difíciles de construir
y presentan problemas estructurales.
Los aviones son clasificados, en primer lugar, por el número de alas: monoplano, biplano, triplano; en
segundo lugar, según la colocación de las alas respecto del fuselaje. Así, pues, hay alas altas, alas
medias y alas bajas.
También las alas puede ser arriostradas o del tipo cantiléver. Muchos aviones pequeños emplean un
montaje o soporte externo para ayudar a trasmitir las cargas del ala al fuselaje. Las alas cantiléver o
en voladizo deben resistir todas las cargas mediante estructuras dentro de las alas.

4. Armazón estructural principal
Esencialmente, la estructura de un ala de aeronave consta de dos vigas en voladizo, sujetas una a la
otra. Cada extremo del ala es el final libre del voladizo, y la línea central del vehículo representa el
plano en el cual se unen los dos extremos fijos de aquel. La principal porción que soporta la carga de
estos voladizos es una caja de vigas, generalmente formada por dos o más tramas, más una porción
principal de los forros superior e inferior del ala, que sirven como patines de la viga. Esta caja también
proporciona resistencia y rigidez torsionales. Normalmente, la caja principal está diseñada para
soportar todas las cargas estructurales principales.
Las porciones de borde de ataque y salida del ala, adelante y atrás, respectivamente, de la caja
principal, ayudan a proporcionar la forma aerodinámica requerida. El diseño de estas dos partes
minimiza su participación en la función principal de soportar las cargas.
En numerosos sitios dentro de la caja del ala, se encuentran estructuras tipo mampara, llamadas
costillas. Estas estructuras internas sirven para mantener la forma rectangular de la caja y para
reducir la longitud sin apoyo de las estructuras de la cubierta de presión causada por las cargas
aéreas; para separar los tanques de combustible y para distribuir las cargas concentradas de armas,
bombas, tren de aterrizaje o motores, dentro de la caja principal. Se encuentran también localizadas
en cualquier sección perpendicular del ala, en donde tienen lugar las más notables redistribuciones de
cargas.
Las costillas van desde el borde de ataque al borde de salida, manteniendo el revestimiento y
transmitiendo las cargas del vuelo a los largueros. En la raíz del ala las costillas son reforzadas para
mantener los largueros en su lugar. En algunas construcciones se colocan secciones sólidas de
madera o de tubería de acero para reforzar o mantener los largueros separados. Estas secciones se
llaman miembros compresores y son mantenidas en su lugar por medio de herrajes. Estos dos
términos también se aplican a otras partes del avión que desarrollen funciones similares. El borde de
ataque del ala puede ser construido en madera o metal. En algunos tipos de construcción que hay
dentro del ala, se encuentran tensores de alambre, que mantienen constantemente los largueros bajo
compresión. Otros cables van desde el larguero frontal inclinándose hacia atrás, hasta la punta,
llevando los esfuerzos de resistencia al avance del ala, evitando que la punta de ésta se mueva hacia
atrás. Los cables que van desde el larguero frontal inclinándose hacia la raíz se llaman cables anti
resistentes, y evitan que la punta del ala se mueva hacia adelante.

5. Para que un avión pueda realizar las funciones básicas de despegue, vuelo y aterrizaje es necesario
que las alas incorporen también algunas superficies flexibles o movibles que introducen cambios en
su forma durante el vuelo.
Entre las funciones de algunas de esas superficies flexibles está incrementar la creación de la
sustentación que mantiene al avión en el aire, mediante la introducción de variaciones en el área de
las alas u ofreciendo mayor resistencia al aire durante las maniobras de despegue y aterrizaje. De esa
forma se logra reducir al mínimo la velocidad necesaria para despegar o aterrizar, cuestión ésta que
dependerá del peso y tamaño del avión, así como de las recomendaciones del fabricante.
Materiales estructurales del ala:
Los materiales que se usaban en los largueros, costillas y larguerillos y en el revestimiento del ala.
Madera: los primeros aviones usaban este material y aún se usan en algunos aviones ligeros.
Las desventajas del uso de este material son las deterioraciones causadas por las condiciones
atmosféricas y los insectos.
Metal: buena parte de los aviones usan aluminio o duraluminio; un conjunto de forja de aluminio,
cobre, magnesio y silicio; éste pertenece a la familia de las aleaciones aluminio-cobre. Presentan una
elevada resistencia mecánica a temperatura ambiente, sin embargo, su resistencia a la corrosión,
soldabilidad y aptitud para el anodizado son bajas.
Compuestos: en la construcción moderna muchos aviones han usado largueros de kevlar yfibras de
carbono ya que disminuye mucho el peso y aumenta la fortaleza.
Revestimiento del ala:
Podemos distinguir dos partes en el revestimiento del ala: el revestimiento superior y el inferior. En
ambos casos el material será una aleación de aluminio. Ahora bien, cada parte tendrá unos
requerimientos por lo que hace a propiedades que nos harán escoger una aleación o otra.
El revestimiento superior del ala requiere las siguientes propiedades:
Esfuerzo de compresión (la más importante!), rigidez, resistencia a la fatiga, tenacidad a lafractura.En
la siguiente imagen podemos ver una grafica esfuerzo de compresión-densidad dediferentes
aleaciones de aluminio. Concluimos entonces que las idóneas para el revestimiento superior del ala
son: 7449-T7651, 7055-T7751 i 7150-T7751 que contienen Zn, Mg y Cu como elementos mayoritarios
aleados con el aluminio.

6. El revestimientoinferiordel alarequierelassiguientespropiedades:
Tracción,resistenciaala fatigay tenacidadala fractura. Primerose determinaque aleaciónsatisface latraccióny
tenacidada lafractura. Finalmentese determinalaque tiene mejorresistenciaala fatigay al crecimientode grietas.Enla
siguiente imagentenemosunagraficadonde podemosverresistenciaalafatiga-tenacidadala fractura.Sabiendoque los
candidatosinicialesseránnecesitaransoportarcomomínimounatracciónde400k i una tenacidadde 30Mpa los
materialesidóneos(despuésde buscarlosque tienenmejorresistenciaalafatigay al crecimientode grietas) son:7055-
T7751, 7150-T7751, T075-T7351,T475-T7351 y 2024-T3. Los tres primeroscomohabíamosvistoantesllevanaluminio
aleadoconZn,Mg y Cu. El últimoestaaleadoespecialmente conCu,Mg, Fe y Si.