Las alas de los aviones son una parte fundamental de su estructura. De hecho, gracias a ellas, un aparato tan voluminoso y pesado como este es capaz de mantenerse en el aire. Esto se debe a que las alas son capaces de generar una diferencia de presiones entre su cara superior y su cara inferior al desplazarse por el aire, lo que produce la fuerza ascendente de sustentación que mantiene al avión en vuelo.
Las alas también utilizan el principio de acción y reacción para generar una fuerza cuya componente vertical contrarresta al peso.
El funcionamiento de las alas de los aviones es uno de los efectos más interesantes en la física que, según el profesor de la Universidad de Cambridge Holger Babinsky, no se explica correctamente en algunas teorías. Con la intención de desterrar las explicaciones erróneas de cómo funciona el ala de un avión en la maniobra de despegue, Babinsky ha creado un vídeo que lo ilustra claramente.
Cómo funciona el ala de un avión
Un ala permite la elevación cuando la presión del aire que está sobre ella comienza a bajar. Sin embargo, explica Babinsky, con frecuencia se dice que el flujo de aire se mueve sobre la superficie superior que está curvada y, por tanto, el aire recorre una distancia mayor que en la zona inferior, que es plana.
Al ser la distancia mayor, se dice que en la zona superior, el aire viaja a mayor velocidad pero eso está mal. «No sé si la explicación apareció por primera vez hace décadas pero se encuentra en libros de texto, en manuales para pilotos o en la televisión, pero está llevando a un malentendido fundamental de uno de los principios más importantes de la aerodinámica».
Para demostrar que esta explicación común es incorrecta, Babinsky filmó pulsos de humo fluyendo alrededor de un perfil aerodinámico (la forma de un ala en la sección transversal).
Cuando está en pausa el vídeo, está claro que los tiempos de tránsito por encima y por debajo del ala no son iguales: el aire se mueve más rápido sobre la superficie superior y ya ha pasado el extremo del ala cuando el flujo por debajo del perfil aerodinámico alcanza el extremo de la superficie inferior.
Qué hace realmente que funcione el ala de un avión
«Lo que realmente causa la elevación es la introducción de una forma en la corriente de aire, que curva las líneas de corriente e introduce los cambios de presión – presión más baja en la superficie superior y una mayor presión sobre la superficie inferior», aclaró Babinsky .
«Esta es la razón por la que una superficie plana como una vela es capaz de causar la elevación – aquí la distancia a cada lado es la misma pero es ligeramente curva cuando está manipulada y por lo que actúa como un perfil aerodinámico. En otras palabras, es la curvatura la que crea sustentación, no la distancia».
Esto nos da una idea no solo de la importancia de las alas para volar, sino también de la resistencia que necesitan para soportar el vuelo. No en vano, las pruebas a las que se somete a las alas de los aviones son extremas. De hecho, las alas de los aviones comerciales que se utilizan en la actualidad son capaces de resistir situaciones mucho más duras de las que puede encontrarse un avión.
En cualquier caso, dado que cada vuelo es una auténtica prueba de estrés para las alas y no es posible prever todos los problemas que pueden aparecer, las alas son sometidas a revisiones y pruebas continuas para comprobar que siguen cumpliendo con los protocolos de seguridad establecidos.
Pruebas de resistencia para las alas de los aviones
Estas son algunas de las pruebas extremas que deben pasar los aviones en general y las alas en particular antes de ser entregados a una compañía aérea.
Prueba de despegue abortado
Un despegue abortado es una de las pruebas más difíciles a las que un avión tiene que someterse. Esta prueba se realiza bajo las peores condiciones posibles, por ejemplo, con los frenos totalmente desgastados o el avión cargado con peso máximo de despegue, entre otras.
Test de velocidad mínima de despegue
Esta prueba permite al piloto determinar la velocidad mínima requerida para el despegue del avión en varias configuraciones. Básicamente, el avión se desplaza a una velocidad inferior a la esperada a lo largo de la pista, por lo que arrastra la cola del avión en la pista.
Entrada en pérdida
La entrada en pérdida es un fenómeno aerodinámico que consiste en la disminución más o menos súbita de la fuerza de sustentación que genera la corriente incidente sobre un perfil aerodinámico.
La entrada en pérdida se produce generalmente cuando el ángulo de ataque alcanza un cierto valor límite. Con la reducción en la sustentación se invierte la dirección relativa del flujo de aire en determinadas zonas de la superficie aerodinámica.
Esto reduce la succión generada por el aire, de modo que una porción significativa de la superficie provoca una reducción notable de la capacidad de sustentación del ala. Y con todo esto aumenta de forma considerable la resistencia aerodinámica.
Pruebas de clima extremo
Los aviones también son puestos a prueba en altas y bajas temperaturas bajo condiciones de nieve, viento y lluvia, tanto a gran altura como a baja altura. Esto se hace para asegurarse de que los motores, los materiales y los controles funcionan correctamente en todo momento. El avión también se vuela a gran altura y baja al suelo.
Pruebas de fatiga
Las pruebas de fatiga examinan cómo responde al estrés la estructura de la aeronave durante un largo período de tiempo y durante las diferentes etapas de sus operaciones, como el rodaje en la pista de aterrizaje, el despegue, el crucero y el aterrizaje.
Para crear estas condiciones, se colocan una combinación de cargas en la estructura del avión activadas por gatos hidráulicos operado por ordenador. Las alas están por lo general dobladas a 90 grados. Esto ayuda a los fabricantes a estimar la durabilidad de los materiales y la esperanza de vida de las alas.
Prueba de ingestión de agua
Esta prueba valida la forma en que la aeronave se comportaría en una pista empapado por la lluvia y verifica que el agua no entrará en los motores.
Pruebas de impacto contra aves
Los aviones están construidos para soportar impactos con aves y para que los daños que estas creen en la estructura permitan al aparato seguir volando.
Sin embargo, los motores a reacción pueden sufrir daños graves y las ventanas de la cabina están hechas de materiales lo suficientemente finos como para ser un punto vulnerable.
