Winglets (VIII): Cómo nacieron y porqué

Debido a la disputa que los países árabes tenían con Israel, que derivó, entre otros conflictos, en la guerra del Yom Kipur, que enfrentó a Israel con Siria y Egipto, y siendo estos miembros de la OPEP (Organización de Países Exportadores de Petróleo), motivó que, en represalia contra los países que ayudaron a Israel (entre los que se encontraba Estados Unidos), en octubre de 1973 decidieron en conjunto no exportarle petróleo. Esto provocó un rápido incremento del precio del combustible, y la industria de la aviación comercial sufrió un duro golpe. Es así que, en Estados Unidos, para hacer frente a esta situación, se recurre a la NASA para buscar soluciones en el ahorro de combustible en las aeronaves. La NASA entonces crea el programa “Aircraft Energy Efficiency” (ACEE), y se crea un organismo encargado de realizar esta tarea, el “Langley Research Center” (LaRC).

Wings, Whitcomb & Winglets: Las 3 “W” que revolucionaron la aerodinámica

En este centro de investigación trabajaba un talentoso Ingeniero aeronáutico, Richard Travis Whitcomb, que ya tenía una brillante trayectoria en la investigación de las alas y la aerodinámica de altas velocidades; Desde la década de 1950 que venía trabajando en esta área; uno de sus más importantes trabajos, fue encontrar la solución al problema que presentaba la aeronave Convair F-102 Delta Dagger, que cuando aceleraba a velocidades cercanas a Mach 0,75 – 0,80, su resistencia aerodinámica crecía exponencialmente y las alas vibraban mucho, causando perdida de sustentación e inestabilidad. Whitcomb, que ya había desarrollado un diseño de túnel de viento más eficaz, estuvo pensando mucho en este tema, y en pruebas en túnel de viento descubrió que afinando la parte central del fuselaje este problema desaparecía; así nació lo que luego se llamó la “Regla del área”.

Más adelante en el tiempo, a fines de la década de 1960, Whitcomb descubrió otro avance en la aerodinámica que permitió volar a velocidades cercanas a Mach 1 con menor consumo de combustible y menor potencia: se trataba del perfil alar llamado “Supercrítico”, que hoy en día todas las aeronaves comerciales lo utilizan. Con esta clase de perfil alar, las aeronaves pudieron volar 100 millas por hora más rápido con la misma potencia del motor, con la consecuencia de un ahorro de tiempo y combustible. Este descubrimiento le valió la Medalla Nacional de Ciencia del Presidente Nixon y el “Wright Brothers Memorial Trophy” de 1974, entre otros reconocimientos.

Nacen los Winglets

Como se escribió al principio de este artículo, la crisis del petróleo de principios de 1970 dirigió todos los esfuerzos de la investigación aerodinámica hacia superficies alares más eficientes. Y ahí estaba Whitcomb. Desde algún tiempo venía estudiando artículos tan antiguos como el siglo XIX (Ver “Winglets – Artículo 5” de esta serie), en el cual se hablaba de los vórtices en las puntas de las alas, y diversas soluciones para mejorarlo. También leyó un artículo sobre las alas de las aves, lo que lo llevó a investigar y darle una solución definitiva.

Whitcomb poseía la particularidad que sus colegas llamaban “ver el aire”, ya que usaba pocas matemáticas para buscar soluciones a los problemas de aerodinámica, e imaginaba como las moléculas de aire se movían a través de las superficies; como dijo de él una vez, Roy Harris, ex director de aeronáutica en las instalaciones de Hampton, que trabajó con Whitcomb durante décadas: «La mayoría de la gente tiene que ver a través de las pruebas cómo el aire se mueve en un modelo, pero [Whitcomb] tenía esta extraña habilidad de sentir con precisión cómo las moléculas de aire reaccionaban sobre una superficie antes de construir los modelos.»

Usando su talento innato, Whitcomb encaró este problema observando como las aves curvaban las puntas de sus alas hacia arriba, y de esa manera ganaban altura y metros recorridos. Dedujo entonces que no solo esta configuración reducía los vórtices de punta de ala, sino también que se aumentaba la sustentación. Uniendo este descubrimiento a la necesidad que había de mejorar la eficiencia de las aeronaves, es que decidió investigar en esta dirección, y luego de mucha teoría y ensayos en túnel de viento, en 1976 publicó su trabajo, y debido a que aún no sabía que nombre ponerle a este nuevo elemento, al notar que eran “como pequeñas alas”, usó el diminutivo en ingles de ala: “Winglet”, que una traducción al español podría ser como “alitas” o “pequeñas alas”, y así la aeronáutica vio nacer un nuevo elemento, que luego se haría popular y común en todas las aeronaves a partir de la década de los 90: Los WINGLETS.

En su trabajo, Whitcomb aseguraba que este agregado reduciría la resistencia inducida en un 20%, y que el ahorro de combustible oscilaría entre un 6 a un 7%, e incrementaría el alcance. También aseguraba que los Winglets convertirían la energía perdida por la resistencia inducida en mayor empuje. En resumen: los Winglets “engañaban” a las alas, haciendo creer que tenían más envergadura que la original.

Primeras pruebas

Luego de presentado su trabajo, la NASA realizó un prototipo para probar en vuelo los Winglets, y verificar en la práctica las predicciones teóricas de Whitcomb. Es así que en 1977 un avión Learjet “Longhorn” modelo 28/29, fue la primera aeronave en llevar Winglets. Los resultados fueron muy prometedores, y si bien lo predicho por Whitcomb se comprobó en la realidad, llevando a la NASA a realizar más pruebas, la aeronave utilizada no tuvo la misma suerte, ya que, pese a que incorporaba una nueva innovación en aerodinámica, sus motores (General Electric CJ-610-8A turbojet) eran anticuados, y no cumplían con las nuevas regulaciones de la FAA en cuanto a ruido y consumo de combustible, ambos excesivos. Como dato adicional, solo se construyeron 5 Learjet modelo 28 y 4 modelo 29.

Otra prueba de una aeronave con Winglets se llevó a cabo el 24 de Julio de 1979 en el NASA Dryden Flight Research Center.  Se usó un KC-135 Stratotanker modificado con Winglets. En total, se hicieron 48 pruebas, demostrando que los Winglets reducían la resistencia inducida, incrementando la eficiencia de ahorro de combustible en un 6 – 7%, tal cual lo había predicho Whitcomb.

Su rápida expansión y popularidad

Menos de una década después de la presentación del trabajo de Whitcomb, la empresa Boeing necesitaba incrementar el alcance de su nueva aeronave, el Boeing 747-400. El problema era que no podían aumentaban la envergadura de las alas, debido a limitaciones estructurales por el incremento de peso, es entonces que decidieron apostar por esta nueva tecnología, e incorporó en esta aeronave estos dispositivos, en octubre de 1985, transformándose en la primera aeronave comercial en usar Winglets.

La empresa Mc Donnell Douglas, competidora de la Boeing en ese entonces, decidió imitarla, y basándose en los datos experimentales proporcionados por la NASA en sus prototipos, en diciembre de 1990 introducen en una aeronave trirreactor MD-11 estos dispositivos.