Los dispositivos hipersustentadores del ala

Estos dispositivos aerodinámicos son diseñados para aumentar la sustentación en determinadas fases del vuelo de una aeronave.

La principal función es aumentar la cuerda aerodinámica y la curvatura del perfil alar, modificando la geometría del perfil, de tal modo que la velocidad de entrada en pérdida durante fases concretas del vuelo, como el aterrizaje o el despegue, se reduzca de modo significativo, permitiendo un vuelo más lento que el de crucero.

El dispositivo se inactiva replegándose de uno u otro modo durante el vuelo normal de crucero. De este modo permite al avión volar a velocidades más bajas en las fases de despegue, ascenso inicial, aproximación y aterrizaje, aumentando su coeficiente de sustentación. Se utilizan también, con bajos índices de extensión, cuando por alguna razón es necesario volar a bajas velocidades. 

Los flaps, crean mayor sustentación, pero también una mayor resistencia al avance, por lo que es necesario buscar la combinación entre sustentación, resistencia y velocidad.

Los más comunes son planos móviles en el perfil alar que, cuando son utilizados, modifican ciertas características de la región del ala donde se encuentran, como su curvatura o su cuerda. 

 

Al colocar estos dispositivos hipersustentadores en un ala siempre se introducen elementos mecánicos, y por lo tanto, mas peso en la misma, y por esto son, en un principio, elementos no deseables, por lo que al diseñar su instalación, siempre se buscan los más sencillos. 

 

Los dispositivos hipersustentadores se clasifican en 2 tipos principales: 

1.      Pasivos: son dispositivos que modifican la geometría del ala, ya sea aumentando su curvatura, su superficie, o bien generando huecos para controlar el flujo. 

2.      Activos: son dispositivos que requieren una aplicación activa de energía directamente al fluido. 

 

Los Flaps:

Están situados en el borde de salida del ala. Incrementan el coeficiente de sustentación del ala mediante el aumento de superficie o el aumento del coeficiente de sustentación del perfil, entrando en acción en momentos adecuados, cuando se vuela a velocidades inferiores a aquellas para las cuales se ha diseñado el ala, replegándose posteriormente y quedando inactivo. Los flaps de borde de salida de los aviones modernos son estructuras muy complejas, formadas por dos o tres series de cada lado, y de tres o cuatro planos sucesivos, que se van escalonando y dejando una ranura entre cada dos de ellos. 

Situados en la parte interior trasera de las alas, se deflectan hacia abajo de forma simétrica (ambos a la vez), en uno o más ángulos, con lo cual cambian la curvatura del perfil del ala (más pronunciada en el extradós y menos pronunciada en el intradós), la superficie alar (en algunos tipos de flap) y el ángulo de incidencia, todo lo cual aumenta la sustentación (y también la resistencia). 

 

Se accionan desde la cabina, bien por una palanca, por un sistema eléctrico o cualquier otro sistema, con varios grados de calaje (10º, 15º, etc.) correspondientes a distintas posiciones de la palanca o interruptor eléctrico, y no se bajan o suben en todo su calaje de una vez, sino gradualmente. En general, deflexiones de flaps de hasta unos 15º aumentan la sustentación con poca resistencia adicional, pero deflexiones mayores incrementan la resistencia en mayor proporción que la sustentación. 

En los aviones ligeros, como los monomotores, el mando de los flaps puede ser un interruptor en el panel de instrumentos, que los hace subir o bajar de forma continua, hasta que, unas marcas en el flap señalan que se ha alcanzado la posición adecuada.

 

Hay varios tipos de flaps:

1.      Sencillo. Es el más utilizado en aviación ligera. Es una porción de la parte posterior del ala. 

2.      De intradós. Situado en la parte inferior del ala (intradós), su efecto es menor dado que solo afecta a la curvatura del intradós. 

3.      Zap. Similar al de intradós, al deflectarse se desplaza hacia el extremo del ala, aumentando la superficie del ala además de la curvatura. 

4.      Fowler. Idéntico al flap zap, se desplaza totalmente hasta el extremo del ala, aumentando enormemente la curvatura y la superficie alar. 

5.      Ranurado. Se distingue de los anteriores en que al ser deflectado deja una o más ranuras que comunican el intradós y el extradós, produciendo una gran curvatura a la vez que crea una corriente de aire que elimina la resistencia de otros tipos de flaps. 

6.      Krueger. Como los anteriores, pero situado en el borde de ataque en vez del borde de salida. 

Los flaps únicamente deben emplearse en las maniobras de despegue, aproximación y aterrizaje, o en cualquier otra circunstancia en la que sea necesario volar a velocidades más bajas que con el avión «limpio». 

 

Los efectos que producen los flaps son: 

1. Aumento de la sustentación. 
2. Aumento de la resistencia. 
3. Algunos aumentan la superficie alar. 
4. Posibilidad de volar a velocidades más bajas sin entrar en pérdida. 
5. Se necesita menor longitud de pista en despegues y aterrizajes. 
6. La senda de aproximación se hace más pronunciada. 
7. Crean una tendencia a picar. 
8. En el momento de su deflexión el avión tiende a ascender y perder velocidad. 
9. En los aviones comerciales se necesita incluir FTFs (Flap Track Fairing); son una especie de raíles sobre los que los flaps se extienden. 

  

Los Slats: 

Están situados en el borde de ataque del ala, son dispositivos móviles que crean una ranura entre el borde de ataque del ala y el resto del plano. A medida que el ángulo de ataque aumenta, el aire de alta presión situado en la zona inferior del ala trata de llegar a la parte superior del ala, dando energía de esta manera al aire en la parte superior, y por lo tanto, va aumentando el máximo ángulo de ataque que el avión puede alcanzar.

Es un mecanismo de soplado que aporta cantidad de movimiento a la capa límite ayudando a vencer el gradiente adverso de presiones; así se retrasa el desprendimiento de la corriente con respecto al aumento del ángulo de ataque. 

 

Son superficies hipersustentadoras que actúan de modo similar a los flaps. Situadas en la parte anterior del ala, al extenderse canalizan hacia el extradós una corriente de aire de alta velocidad que aumenta la sustentación permitiendo alcanzar mayores ángulos de ataque sin entrar en pérdida.

Se emplean generalmente en grandes aviones para aumentar la sustentación en operaciones a baja velocidad (aterrizajes y despegues), aunque también hay modelos de aeroplanos ligeros que disponen de ellos. 

 

En muchos aviones, su despliegue y repliegue, se realiza de forma automática; mientras la presión ejercida sobre ellos es suficiente los slats permanecen retraídos, pero cuando esta presión disminuye hasta un determinado nivel (cerca de la velocidad de pérdida) los slats se despliegan de forma automática.

Debido al súbito incremento o disminución (según se extiendan o replieguen) de la sustentación en velocidades cercanas a la pérdida, se debe extremar la atención cuando se vuela a velocidades bajas en aviones con este tipo de dispositivo.