¿Por qué los aviones modernos tienen winglets?

(CNN) — ¿Qué te llamó la atención la última vez que miraste por la ventana de tu avión? Podría haber sido el winglet, un apéndice ahora omnipresente al final de cada ala, que las aerolíneas suelen usar para mostrar su logotipo y poner su marca en las fotos de sus viajes.

Pero el winglet no está ahí solo con fines de marketing; en realidad, ahorra combustible. En promedio, un avión equipado con ellos puede usar hasta un 5% menos de combustible, y para un avión de cercanías típico Boeing 737 eso puede significar 100,000 galones de combustible al año, según la NASA. Los ahorros colectivos para las aerolíneas ascienden a miles de millones de dólares.

Lo hacen reduciendo los vórtices naturales que se forman en las puntas de las alas, que pueden ser tan fuertes que los aviones más pequeños pueden incluso volcarse en el aire cuando cruzan la estela de aviones muy grandes. El efecto es tan obvio que los aerodinámicos ya estaban pensando en ello incluso antes de que los hermanos Wright completaran su primer vuelo. Sin embargo, la adopción generalizada de winglets es mucho más reciente.

Un mejor diseño A medida que el aire fluye alrededor de las alas de un avión, genera una alta presión en la superficie inferior y una baja presión en la superior, lo que genera sustentación. Pero una vez que el aire que fluye en la parte inferior llega a la punta del ala, tiende a curvarse hacia arriba y encontrarse con el aire de menor presión en la parte superior, generando lo que es esencialmente un pequeño tornado. Esto se extiende detrás de la aeronave produciendo resistencia, lo que equivale a una pérdida de energía.

"Esa energía que queda en el aire proviene de la aeronave", dice Al Bowers, exjefe científico del Centro de Investigación de Vuelo Neil Armstrong de la NASA. “Si hubiera una manera de capturar más de esa energía y mantenerla en el avión, eso daría como resultado que se desperdiciara menos energía a su paso”.

En 1897, el aerodinámico británico Frederick W. Lancaster patentó las "placas de los extremos de las alas", superficies verticales que se colocan en los extremos de las alas para evitar que el flujo de aire de la parte inferior y la parte superior se unan, lo que reduce la resistencia. “En muchos sentidos, los endplates actúan de forma muy similar a los winglets, pero la mejora en la sustentación es bastante pobre, porque los flatplates en sí mismos no son muy buenas superficies aerodinámicas”, explica Bowers.

La idea fue refinada para los aviones modernos en la década de 1970 por el ingeniero de la NASA Richard Whitcomb, quien imaginó extensiones de alas verticales inspiradas en la forma en que las aves enroscan el extremo de sus alas cuando necesitan que las levanten.

“Fue Whitcomb quien desarrolló la idea de que deberían ser superficies mucho más aerodinámicas, en realidad con forma de ala”, dice Bowers. "Se dio cuenta de que establecer el ángulo correcto en ellos daría como resultado una reducción drástica de la resistencia". El nombre winglet, que significa ala pequeña, siguió naturalmente.

Whitcomb probó la idea en un túnel de viento y descubrió que los winglets podían lograr una reducción de la resistencia aerodinámica de alrededor del 5 %. Al mismo tiempo, la investigación de los winglets estaba ocurriendo independientemente de la NASA, y el fabricante de aviones comerciales LearJet fue el primero en montar winglets en un avión real, en 1977. Dos años más tarde, la NASA voló por primera vez un avión de prueba Air Force KC-135, no demasiado. diferente de un avión de pasajeros Boeing 707, equipado con winglets de nueve pies de altura. Más de 47 vuelos de prueba, la NASA confirmó los hallazgos del túnel de viento de Whitcomb.

Winglets combinadosA pesar de los resultados alentadores, los winglets no atrajeron de inmediato el interés de las aerolíneas, ya que aún agregaban peso adicional al avión y su instalación era costosa.

"En los primeros días, incluso después de Whitcomb, las herramientas de ingeniería utilizadas para diseñarlos no eran tan buenas y el mantra era 'los winglets ayudan a baja velocidad pero duelen a alta velocidad'", dice Mark D. Maughmer , experto en diseño de winglets y profesor de ingeniería aeroespacial en Penn State.

"Así que no llegaron a los transportes comerciales en ese momento porque las aerolíneas no querían la penalización del winglet".

Las cosas cambiaron cuando una empresa llamada Aviation Partners diseñó el winglet "combinado". Fundada en 1991, contrató al ex aerodinámico de Boeing Louis Gratzer, quien en 1994 recibió una patente para un nuevo tipo de diseño de winglet que sale suavemente de la punta del ala, ofreciendo un aumento significativo en la eficiencia en comparación con las versiones anteriores, más angulares.

El primer avión en usar el winglet combinado fue el Gulfstream II, un avión de negocios bimotor con una capacidad máxima de 19 pasajeros. Poco después, Aviation Partners buscó expandirse a aviones más grandes y comenzó a trabajar con Boeing, que había demostrado interés en los winglets al colocarlos en el 747 por primera vez en 1988.

“El punto de entrada a Boeing fue el Boeing Business Jet, que es básicamente un 737”, dice Mike Stowell, director ejecutivo de Aviation Partners Boeing, una empresa conjunta entre Boeing y Aviation Partners. Se formó en 1999 y diseña winglets que Boeing instala directamente en la fábrica en los aviones nuevos, y también actualiza los aviones Boeing existentes con winglets combinados (una actualización del 737 generalmente cuesta $ 750,000).

Según Stowell, parte del atractivo de los winglets combinados se basa en su apariencia elegante, no solo en el ahorro de combustible.

"Creo que algunos de los [primeros clientes comerciales] querían una apariencia diferente; no querían que su avión pareciera un avión comercial", dice. “Entonces, para los muchachos privados, probablemente sea una combinación de rango y apariencia, mantenerse al día con los muchachos de al lado. Para los comerciales, probablemente no.

“Le preguntamos a una de las principales aerolíneas sobre una forma específica que estábamos buscando y la cita del director ejecutivo de la aerolínea fue: 'Puedes poner un piano en el extremo del ala; si ahorra combustible, nosotros no'. no me importa'”.

Aviation Partners dice que ha equipado 10 000 aviones con sus winglets (en las familias 737, 757 y 767, así como jets de negocios) que estiman han ahorrado un total de 13 mil millones de galones de combustible.

Desde entonces, han creado diseños actualizados, incluida la "cimitarra dividida", diseñada para el 737, y el alerón "espiroidal", que se usa en algunos aviones comerciales, que incluye un lazo. Todos los diseños están destinados a mejorar aún más la eficiencia y disminuir el consumo de combustible.

Extremidades de las alas inclinadas A diferencia de Boeing, Airbus fue uno de los últimos en adoptar los winglets y siguió sin estar convencido de sus beneficios hasta bien entrada la década de 2000. En 2011, voló por primera vez con su propio diseño de winglet, llamándolo "tiburón". “Airbus llegó tarde al juego, pero lo alcanzaron rápido”, dice Maughmer.

La familia A320, actualmente el avión comercial más vendido del mundo con más de 16 000 pedidos, comenzó a tener Sharklets como una opción en 2012, mientras que los A320 existentes se han modernizado desde 2015. Airbus prometió una reducción del 4 % en el consumo de combustible y un ahorro de 900 toneladas de CO2 por avión al año.

En 2013, con el A350, Airbus refinó aún más su diseño de ala, que ya no era un apéndice separado sino más bien una "suave torsión tridimensional de la forma básica del ala". El nuevo diseño también se aplicó al A320neo, una versión más nueva del popular avión con mejores motores, que ahora viene con sharklets de serie.

Los winglets ahora se encuentran en casi todos los aviones pequeños y medianos del mundo, aunque su eficacia en aviones más grandes es menos obvia.

“Ayudan al ascenso, pero perjudican el crucero”, resume Maughmer, explicando por qué los aviones que realizan principalmente vuelos de larga distancia y, por lo tanto, pasan la mayor parte del tiempo en crucero, podrían beneficiarse menos de los winglets.

Como resultado, los modelos como el Boeing 787 y el 777 no tienen alerones, sino puntas de ala inclinadas, o puntas de ala que tienen más barrido hacia atrás en comparación con el resto del ala, un diseño que es más eficiente durante el vuelo de crucero a suprimir los vórtices en las puntas de las alas. El ahorro de combustible es comparable al de los winglets.

Si eres un viajero frecuente, también te gustaría saber que los winglets pueden hacer que las turbulencias sean un poco más soportables, según Bowers: "Mejoran la estabilidad direccional de la aeronave", dice.

“Una vez volé en dos 737 diferentes en un viaje, y uno tenía winglets mientras que el otro no. La diferencia fue bastante dramática: el que no tenía alerones rodó un poco más duro en turbulencia. Era como viajar en un auto deportivo en una carretera llena de baches, en comparación con un sedán de lujo”.

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