Geomètricament, l’ala dels avions pot ésser descrita com una placa sensiblement plana o amb lleugera curvatura, que pot tenir, o no, un petit guerxament, i simètrica respecte d’un pla que conté la direcció del moviment general de l’avió. La secció de l’ala per un pla perpendicular a la direcció de l’envergadura és constituïda per un perfil aerodinàmic. En general, els angles d’atac del perfil de l’ala no són iguals i això fa que l’ala no sigui estrictament plana. Les dimensions de l’ala són: el gruix, que coincideix amb el del perfil aerodinàmic, l’envergadura, la corda i la superfície; paràmetres importants són: la fletxa i l’allargament. La línia d’unió dels caires d’atac dels perfils és el caire d’atac de l’ala. Igualment és definit el caire de sortida de l’ala. L’estructura de l’ala consisteix en un o dos travessers principals que corren tot al llarg d’aquesta i que són els elements que suporten les càrregues de vol. Sovint, també n'hi ha de secundaris per a ajudar els principals. En el sentit de la corda, hi ha una sèrie de costelles o d’elements resistents que tenen el mateix perfil aerodinàmic de l’ala. Generalment, el caire d’atac és constituït per un caixó resistent que absorbeix els esforços de torsió. Actualment, el revestiment de l’ala és gairebé sempre metàl.lic, fet amb xapa o amb plafons resistents, que absorbeixen bona part dels esforços, i constituïts per estructures en forma de bresca d’abelles. Antigament, el revestiment era de teixit envernissat o de contraplacat de fusta. A l’interior de l’ala hi ha espai suficient per a allotjar les rodes principals d’aterratge, els dipòsits de combustible i els elements auxiliars de comandament dels alerons muntats als extrems de l’ala i dels dispositius d’hipersustentació. Entre els alerons i el buc són situats els flaps , sempre a la part inferior. Els frens aerodinàmics van col.locats a la part superior, o bé a la inferior, de l’ala. Els dispositius d’hipersustentació són instal.lats sota l’ala o en el caire d’atac. També en el caire d’atac van muntats els dispositius que eviten la formació de glaç. Les característiques aerodinàmiques de les ales són definides per les resultants de les forces aerodinàmiques que actuen sobre l’ala i pel moment aerodinàmic resultant d’aquestes forces. Dita resultant té com a components, en sentit contrari al moviment de l’ala, la resistència aerodinàmica, i en sentit perpendicular, la sustentació. L’aerodinàmica ensenya que aquestes forces i moments poden ésser expressats de la manera següent:
essent ρ la densitat de l’aire, V la velocitat de l’ala respecte de l’aire, S la superfície de l’ala i C una corda de l’ala escollida arbitràriament. Els coeficients adimensionals C s , C r i C m depenen del perfil aerodinàmic de l’ala, de l’angle d’atac, de l’allargament, del nombre de Reynolds i del nombre de Mach. El coeficient de resistència depèn, a més, de la rugositat i de l’estat superficial de l’ala. Els centres de recerques aerodinàmiques forneixen aquests coeficients per a valors determinats de l’allargament, el nombre de Reynolds i el nombre de Mach. El nombre de Mach corresponent al moviment d’una ala en l’aire defineix el tipus de règim aerodinàmic. Per a valors del nombre de Mach no superiors a 0,7 hom pot suposar sense error que l’aire és un fluid incompressible, això és, que les variacions de pressió són menyspreables. En aquestes, el règim aerodinàmic és dit subsònic. Si el nombre de Mach és superior a 1'2, el règim és supersònic, per tal com a tots els punts del contorn de l’ala la velocitat relativa de l’aire és superior a la velocitat del so i l’aire ha d’ésser considerat com a fluid compressible. Quan el nombre de Mach és comprès entre els valors anteriors, comencen a aparèixer fenòmens només explicables si hom admet la compressibilitat de l’aire. Hom diu llavors que el règim és transsònic, i en algun punt de l’ala la velocitat relativa de l’aire és igual o superior a la del so. Aquest fet porta com a conseqüència l’aparició d’ones de xoc, que fan variar molt els valors de C s , C r i C m en comparació amb els valors del règim subsònic. La sustentació disminueix i la resistència augmenta molt. Al mateix temps, la resultant de les forces aerodinàmiques sobre l’ala, en règim transsònic, retrocedeix bruscament cap al caire de sortida de l’ala en relació amb la seva situació en règim subsònic. Les elevades prestacions que es demanen als diferents tipus d’avió han portat al disseny i desenvolupament de perfils aerodinàmics supercrítics, en què la major part de la sustentació està desplaçada cap al caire de sortida. Amb això l’ala pot arribar a tenir un nombre de Mach de 0,8 o 0,9, amb què es retarda l’aparició de fenòmens de compressibilitat. Tots aquests fenòmens obliguen a buscar solucions que tendeixin a disminuir els seus efectes perjudicials.
Ala tipus delta, a dalt, i tipus fletja, a baix
© fototeca.cat
L’evolució dels tipus d’ala ha estat molt gran i sempre motivada per la recerca de la solució òptima al problema principal que en cada temps s’ha plantejat la tècnica aeronàutica. Així, als primers temps de l’aviació, eren emprades formes en planta semblants a les ales dels ocells perquè hom creia que així seria més viable el vol. Havent reeixit els primers vols reproduïbles, nasqueren l’ala biplana i la triplana com a resposta a la necessitat d’obtenir bones característiques de vol, emprant motors d’escassa potència i amb estructures lleugeres. Un paràmetre que influeix molt en el rendiment d’una ala és la relació pes/superfície o càrrega alar. Una ala biplana o triplana possibilita d’augmentar la superfície, disminueix la càrrega alar, i aconsegueix, alhora, una estructura resistent pel fet de poder lligar els dos o tres plans formant una sola cèl·lula. La necessitat de majors velocitats obliga a disminuir la resistència al màxim, motiu pel qual la forma d’ala més escaient és la de tipus monoplà. Per tal d’aconseguir aquesta forma calgué comptar amb motors d’elevada relació potència/pes i poder construir estructures alars amb elements resistents interns, sols o complementats per tirants o tornapuntes exteriors. La construcció metàl·lica possibilità la construcció d’ales monoplanes sense tirants exteriors. Aquest és, pràcticament, l’únic tipus que actualment hom empra en els avions moderns. L’ús d’ales marginals o d’extrem d’ala s’aplica de manera generalitzada a les diferents famílies d’avions comercials per tal de millorar l’economia del vol. En els avions propulsats per hèlice no es presenten problemes de compressibilitat, motiu pel qual la forma en planta més normal en aquests casos és la de dos trapezis amb les bases majors unides, i amb els costats menors més o menys arrodonits. En certs casos és utilitzada la forma el·líptica en planta. L’aparició de l’avió propulsat per reactors ha fet que els fenòmens de compressibilitat tinguin molta importància i, per tant, hom busca formes en planta que disminueixin els seus efectes perjudicials. Així han nascut l'ala de delta, l'ala de fletxa, l'ala de creixent i l'ala de fletxa variable en vol, les característiques de l’ala influint sobre les característiques en vol de l’avió. També la duració de vol i el sostre queden influïts directament per l’allargament de l’ala. Tot augment de la càrrega alar significa un increment de la velocitat màxima i de la velocitat crítica de vol.