Construccin del ala de un avinIntroduccin El ala es una superficie aerodinmica que le brinda sustentacin necesaria al avin en cualquiera de las cinco condiciones de vuelo: despegue, subida, crucero, descenso y aterrizaje. Esto se debe al efecto aerodinmico, provocado por la curvatura de la parte superior del ala (extrads) que hace que el aire que fluye por encima de esta se acelere y por lo tanto baje su presin (creando un efecto de succin), mientras que el aire que circula por debajo del ala (que en la mayora de los casos es plana o con una curvatura menor y a la cual llamaremos intrads) mantiene la misma velocidad y presin del aire relativo, pero al mismo tiempo aumenta la sustentacin ya que cuando este golpea la parte inferior del ala la impulsa hacia arriba manteniendo sustentado en el aire al avin y contrarrestando la accin de la gravedad.El diseo 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 fabricacin y con el tiempo se han descubierto mejores diseos, mejores materiales, las necesidades han hecho un cambio significativo al diseo del ala, ya que un avin mas grande requiere un ala ms resistente. En la actualidad, en las alas de los aviones estn ubicados los tanques principales donde se deposita el combustible que consumen los motores del avin, los aviones que poseen ms de un motor, tienen modificaciones para que estos se encuentren situados en las alas.En el diseo, estructura de la superficie y seccin transversal de las alas los ingenieros que crean los aviones le prestan una gran importancia y stas varan segn el tamao y tipo de actividad que desempear el avin.Las alas de los aviones modernos pueden tener diferentes formas en su seccin 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 cmo las aleaciones de aluminio vinieron a mejorar la resistencia del ala Justificacin:El ala es uno de los elementos principales del avin, es el que permite que este vuele debido a la sustentacin que produce la superficie alar, su diseo aerodinmico. Es la parte que resiste todo el peso del avin cuando este se encuentra en el aire, por lo tanto tiene que tener un diseo muy especial y varias consideraciones que tener en cuenta a la hora de su construccin, as como tambin 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.

Para poder describir la construccin de un ala primeramente se tiene que saber las partes que componen un ala. Perfil. Es la forma de la seccin del ala, es decir lo que veramos si cortramos 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 ms pequeos y estrechos hacia los extremos del ala.Borde de ataque. Es el borde delantero del ala, o sea la lnea 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 lnea 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.Estrads. Parte superior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida.Intrads. Parte inferior del ala comprendida entre los bordes de ataque y salida.Espesor. Distancia mxima entre el estrads y el intrads.Cuerda. Es la lnea 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.Lnea del 25% de la cuerda. Lnea imaginaria que se obtendra 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 (estrads); inferior a la de la superficie inferior (intrads), 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 geometra, 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 relacin existente entre la longitud y la anchura del ala (Envergadura/Cuerda media). Por ejemplo; si este cociente fuera 1 estaramos ante un ala cuadrada de igual longitud que anchura. Obviamente a medida que este valor se hace ms elevado el ala es ms larga y estrecha.Este cociente afecta a la resistencia inducida de forma que: a mayor alargamiento menor resistencia inducida.Las alas cortas y anchas son fciles de construir y muy resistentes pero generan mucha resistencia; por el contrario las alas alargadas y estrechas generan poca resistencia pero son difciles de construir y presentan problemas estructurales.

Los aviones son clasificados, en primer lugar, por el nmero de alas: monoplano, biplano, triplano; en segundo lugar, segn la colocacin de las alas respecto del fuselaje. As, pues, hay alas altas, alas medias y alas bajas.Tambin las alas puede ser arriostradas o del tipo cantilver. Muchos aviones pequeos emplean un montaje o soporte externo para ayudar a trasmitir las cargas del ala al fuselaje. Las alas cantilver o en voladizo deben resistir todas las cargas mediante estructuras dentro de las alas.

Armazn estructural principalEsencialmente, 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 lnea central del vehculo representa el plano en el cual se unen los dos extremos fijos de aquel. La principal porcin que soporta la carga de estos voladizos es una caja de vigas, generalmente formada por dos o ms tramas, ms una porcin principal de los forros superior e inferior del ala, que sirven como patines de la viga. Esta caja tambin proporciona resistencia y rigidez torsionales. Normalmente, la caja principal est diseada para soportar todas las cargas estructurales principales.Las porciones de borde de ataque y salida del ala, adelante y atrs, respectivamente, de la caja principal, ayudan a proporcionar la forma aerodinmica requerida. El diseo de estas dos partes minimiza su participacin en la funcin 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 presin causada por las cargas areas; 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 tambin localizadas en cualquier seccin perpendicular del ala, en donde tienen lugar las ms 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 raz del ala las costillas son reforzadas para mantener los largueros en su lugar. En algunas construcciones se colocan secciones slidas de madera o de tubera 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 trminos tambin se aplican a otras partes del avin que desarrollen funciones similares. El borde de ataque del ala puede ser construido en madera o metal. En algunos tipos de construccin que hay dentro del ala, se encuentran tensores de alambre, que mantienen constantemente los largueros bajo compresin. Otros cables van desde el larguero frontal inclinndose hacia atrs, hasta la punta, llevando los esfuerzos de resistencia al avance del ala, evitando que la punta de sta se mueva hacia atrs. Los cables que van desde el larguero frontal inclinndose hacia la raz se llaman cables anti resistentes, y evitan que la punta del ala se mueva hacia adelante.

Para que un avin pueda realizar las funciones bsicas de despegue, vuelo y aterrizaje es necesario que las alas incorporen tambin algunas superficies flexibles o movibles que introducen cambios en su forma durante el vuelo.Entre las funciones de algunas de esas superficies flexibles est incrementar la creacin de la sustentacin que mantiene al avin en el aire, mediante la introduccin de variaciones en el rea de las alas u ofreciendo mayor resistencia al aire durante las maniobras de despegue y aterrizaje. De esa forma se logra reducir al mnimo la velocidad necesaria para despegar o aterrizar, cuestin sta que depender del peso y tamao del avin, as 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 an se usan en algunos aviones ligeros.Las desventajas del uso de este material son las deterioraciones causadas por las condiciones atmosfricas y los insectos.

Metal: buena parte de los aviones usan aluminio o duraluminio; un conjunto de forja de aluminio, cobre, magnesio y silicio; ste pertenece a la familia de las aleaciones aluminio-cobre. Presentan una elevada resistencia mecnica a temperatura ambiente, sin embargo, su resistencia a la corrosin, soldabilidad y aptitud para el anodizado son bajas.Compuestos: en la construccin 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 ser una aleacin de aluminio. Ahora bien, cada parte tendr unos requerimientos por lo que hace a propiedades que nos harn escoger una aleacin o otra. El revestimiento superior del ala requiere las siguientes propiedades:Esfuerzo de compresin (la ms importante!), rigidez, resistencia a la fatiga, tenacidad a lafractura.En la siguiente imagen podemos ver una grafica esfuerzo de compresin-densidad dediferentes aleaciones de aluminio. Concluimos entonces que las idneas 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.

El revestimiento inferior del ala requiere las siguientes propiedades:Traccin, resistencia a la fatiga y tenacidad a la fractura. Primero se determina que aleacinsatisface la traccin y tenacidad a la fractura. Finalmente se determina la que tiene mejor resistencia a la fatiga y al crecimiento de grietas.En la siguiente imagen tenemos una grafica donde podemos ver resistencia a la fatiga-tenacidad a la fractura.Sabiendo que los candidatos iniciales sern necesitaran soportar como mnimo una traccinde400k i una tenacidad de 30Mpa los materiales idneos(despus de buscar los que tienen mejor resistencia a la fatiga y al crecimiento de grietas) son: 7055-T7751, 7150-T7751, T075-T7351,T475-T7351 y 2024-T3. Los tres primeros como habamos visto antes llevan aluminio aleadocon Zn, Mg y Cu. El ltimo esta aleado especialmente con Cu, Mg, Fe y Si.