Ala volante
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Ala volante: en aeronáutica, llámese así al avión que no precisa de cola para el vuelo estable, siendo su diseño un avión que todos sus elementos como cabina, depósitos de armas, combustible, entre otras cosas van alojados en un ala propiamente dicha. En algunos casos carece totalmente de un fuselaje diferenciado. A pesar de su diseño futurista, el concepto de este avión se empezó a plantear en la década de 1920 y 1930 y no fue hasta 1944 cuando vio la luz el primer avión de estas características.
Historia
Los primeros estudios de alas en delta condujeron a diseñadores aeronáuticos a pensar si un avión entero podría consistir solamente en un ala, sin básicamente ningún fuselaje cualesquiera. Tal avión todo-ala tendría capacidades excelentes de la carga útil y de la gama porque producirían menos fricción que un avión convencional. Esto era verdad porque la cola y el fuselaje causan normalmente una cantidad significativa de fricción. Elimine la cola y el fuselaje y habrá eliminado mucha fricción, funcionamiento realzado, reducido la cantidad de combustible requerida, y las capacidades de dirección del aeroplano mejoradas. Estos diseños supuestos del ala del vuelo eran durante mucho tiempo un sueño de un muchos diseñadores pero no llegaron a ser prácticos hasta hace poco. El problema más grande encontró cuando la construcción de un avión ala volante es que tales diseños son intrínsecamente inestables y no permanecen fácilmente en vuelo.
Hugo Junkers patentó en 1910 un diseño de transporte aéreo con una sola ala. Vio en ello la solución natural para el problema de construir un avión de línea suficientemente grande como para llevar una cantidad razonable de pasajeros y cargar el combustible que le permitiera cruzar el Atlántico.
En 1919 comenzó a trabajar en el diseño de su JG1, pensado para sentar a los pasajeros dentro de las gruesas alas, pero dos años más tarde la Comisión Aliada de Control Aeronaútico ordenó que el incompleto JG1 fuera destruido por exceder los límites impuestos a la aviación alemana en la post-guerra.
Aun así Junkers ideó alas volantes futuristas, con capacidad para hasta mil pasajeros. Lo más cerca que estuvo de conseguir hacerlas realidad fue en 1931, con el Junkers G-38, un avión de línea que presentaba una gran ala ancha con espacio para el combustible, los motores y dos cabinas de pasajeros. Sin embargo, aún necesitaba un pequeño fuselaje en el que alojar la tripulación y una parte del pasaje.
En las décadas de 1930 y 1940 la configuración de ala volante se estudió de forma extensiva, de forma notable por Jack Northrop y Cheston L. Eshelman en los Estados Unidos y Alexander Lippisch junto a los hermanos Horten en Alemania. En la URSS, diseñadores soviéticos como Boris Ivanovich Cheranovsky comenzaron sus estudios de forma independiente después de 1920.
Jack Northrop, diseñador innovador y constructor de aviones decidió desarrollar de un ala volante. En los años 40, comenzó a trabajar sobre un número cerrado de diseños de ala volante. Éstos incluyeron el Mx-334 "Rocket Wing," el interceptor "Flying Ram" el Xp-79b, el planeador pilotado Mx-543 y la bomba voladora Jb-1a. Pero sus últimos progresos fueron los Xb-35 y las alas volantes Yb-49, que eran prototipos de bombarderos estratégicos. El Xb-35 eran accionados por cuatro grandes motores de pistón con cohetes adicionales montados detrás de cada motor. Tenía un radio de acción de más de 5.000 millas (8.047 kilómetros) con una carga útil de la libra 10.000 libras (4.536-kilogramos). Northrop recibió un contrato inicial para un Xb-35, aprobado en noviembre 1941 y un pedido para un Xb-35 adicional como reserva en enero de 1942. Pero el diseño era demasiado complejo por su planta motriz y perdió fuerza frente al Convair B-36 para el papel de siguiente bombardero estratégico de la fuerza aerea en los años 40, de los 15 B-35s construidos, sólo tres volaron. El Xb-35 sirvió como banco de pruebas para el Yb-49 , que era "empujado" por ocho turborreactores. El Yb-49 tenía cuatro "tailfins" verticales relativamente pequeños montados en la parte trasera del ala, pero era un avión startling, parecía una punta de una flecha gigante. Aunque de diseño radical, el Yb-49 tenía numerosos problemas. El más significativo era su carencia de la estabilidad, que lo hizo extremadamente difícil de volar. Una caída en junio de de 1948 en el que murieron cinco miembros de la tripulación, incluyendo capitán Glen Edwards, (que dio nombre a la base de Edwards) dañó más sus posibilidades comerciales. El proyecto fue cancelado en 1949 y Jack Northrop prácticamente fue vetado del negocio de la construcción de bombarderos, cayó en la depresión y la amargura, sintiendo que la fuerza aérea habían tratado a su avión injustamente.
Northrop no era la única persona interesada en las alas volantes. Walter y Reimar Horten eran dos hermanos alemanes que estaban interesados en alas delta en los años 30. Por los años 40 propusieron un aeroplano jet sin cola que era todo un Ala Volante, el Ho IX o GOTHA 229. El Ho IX era un caza que habría tenido una velocidad superior de 620 millas por hora (998 kilómetros por hora), asumiendo que podría ser hecho para volar. Pero aunque el trabajo fue comenzado en un prototipo, la guerra mundial terminó antes de que fuera ser terminada. Muchos de los que construían el Ho IX dudaron que hubiera volado siempre con éxito en todos los tipos de misiones.
El único ala volante con exito, fue el bombardero Northrop-Grumman B-2 Stealth. Comenzó Northrop Corporation a finales de los años 70 (el contrato fue concedido en 1981; su primer vuelo fue en 1989) pero no llegó a ser completamente operacional hasta una década y media más adelante debido a su complejidad y numerosos problemas iniciales. El B-2 es un ejemplo de la tecnología moderna que relanzaba una idea anterior. Por los años 70, los diseñadores aeronáuticos desarrollaban aviones como los F-16 que eran inestables y por lo tanto muy maniobrables, controlándolos en vuelo por sofisticados sistemas de control computarizados. Los sistemas de control digitales también permitieron controlar el diseño inestable del ala volante. Las excelentes ventajas ofrecidas de eficacia en el funcionamiento y de combustible del Ala Volante no solo fueron mantenidas sino mejoradas. Pero los diseñadores de Northrop también eligieron una configuración de Ala Volante porque ofreció ventajas de stealth; una cola vertical como en un avión convencional produce reflejos susceptibles de ser detectados por un radar. Su eliminación aumentó el stealthiness del avión, particularmente del lado. Solamente 21 de estos aviones están en servicio, desempeñaron un papel importante en el bombardeo 1999 de Yugoslavia, que tenía un sistema de defensa aérea sofisticado, y se observa generalmente como un logro tecnológico asombroso, pero muy costoso
Los Hermanos Horten
Walter Horten (13 de noviembre 1913-9 de diciembre de 1998 en Baden-Baden) y Reimar Horten (12 de marzo de 1915 a 14 de marzo de 1994 en Villa General Belgrano, Argentina). Conocidos como los Hermanos Horten, eran 2 jóvenes pilotos e ingenieros miembros de las Juventudes Hitlerianas y del Partido Nazi.
Los hermanos Horten se habían interesado en el diseño de un ala volante como un método para mejorar el rendimiento de los planeadores. Para esa época, el gobierno alemán estaba financiando clubes de planeadores debido a que la producción de aviones militares motorizados estaba prohibida por el Tratado de Versalles tras la Primera Guerra Mundial.
Los Horten planteaban que el diseño del ala volante eliminaba cualquier superficie innecesaria, y al menos en teoría, conducía a la menor resistencia posible. Esta configuración consistía de dos alas relativamente más cortas, sin la resistencia generada por el fuselaje. El resultado fue el Horten H-IV.
A pesar de que tenía poco, o ningún entrenamiento formal en la aeronáutica o áreas afines, los Hortens diseñaron algunos de los aviones más avanzados de la década de 1940, incluyendo el primer chorro de potencia ala volante, el Horten Ho 229.
En los Estados Unidos
Las revistas de aeronaútica de los años treinta, con amplios reportajes sobre los trabajos de los Horten, llamaron la atención en Norteamérica a John Knudsen "Jack" Northrop, ingeniero aeronaútico, que tras ocupar puestos en las empresas Douglas y Lockheed, comenzó a desarrollar aviones completamente de estructura alar, en su propia compañía, la Northrop Corporation. Se convirtió en un obsesionado de las alas volantes, consideraba que éstas eran el paso siguiente en la industria aeronaútica y el futuro de la aviación.
Realizó proyectos interesantes como el Northrop N-1M, la N9-M, la YB-35 (el primer bombardero ala volante de la historia) y la YB-49 (bombardero a reacción) aunque nunca pudo conseguir un avión en forma de ala volante que volara con plenas garantías. Sus diseños y pruebas estuvieron plagados de problemas técnicos y accidentes así que sus proyectos se fueron paulatinamente cancelando.
Poco ante de su muerte en 1981 "Jack" Northrop pudo ver su sueño realizado en el B-2 Spirit que conseguiría por fin adaptar el diseño de un ala volante como bombardero de gran alcance. Como dato anecdótico cabe señalar que el B-2 Spirit (proyectado durante la década de los ochenta) costó alrededor de 23 billones de US Dólares y unas 13.000 personas participaron en su diseño y producción. Con esto uno se puede hacer la idea de lo extremadamente difícil que resultó conseguir un ala volante de prestaciones óptimas si bien la apariencia de este avión es sencillamente espectacular.
Nuevo concepto
La presión por el incremento de los costes y por la búsqueda de una reducción de emisiones, están provocando que toda la industria aeronáutica investigue para conseguir eficiencia. Entre ellos, la NASA está realizando investigaciones encarriladas a una nueva plataforma que podría estar disponible para el año 2020.
El concepto no es nuevo, proviene de prototipos que se idearon en la década de los 40, pero ni la tecnología de entonces ni la economía permitieron su desarrollo. Se trata del concepto de "Ala Volante". El avance en materiales compuestos y el concepto "fly by wire" pueden permitir que el formato de ala volante se desarrolle. Entre los beneficios de dicha estructura están los siguientes:
- A diferencia de los fuselajes en forma de tubo, los fuselajes en forma de ala contribuyen a crear sustentación, reduciendo la potencia necesaria para el despegue.
- Una superficie aerodinámica global (forma general de ala y sin empenaje de cola), proporcionará una reducción sustancial de la resistencia que genera dicha aeronave.
- Se puede aumentar la cantidad de pasajeros transportados hasta 1000 sin aumentar el espacio físico que necesitaría la aeronave en un aeropuerto (comparándolo con el A380).
Sin embargo, estas ideas son tan fáciles de aplicar. Un desarrollo en forma de ala, implica dificultad a la hora de realizar la estructura y superficie de dicha aeronave. Una de las ventajas de las que disponemos actualmente es el desarrollo tecnológico alcanzado en el conformado de materiales compuestos, aunque un fuselaje de material compuesto nunca deja de estar exento de posibles fallos por delaminación del material debido en gran parte a los ciclos de compresión-descompresión.
Otro elemento imprescindible para el éxito de este proyecto es el control de la aeronave. Una aeronave sin empenaje de cola a bajas velocidades es difícil de controlar. Ello hace necesario el control de dicha aeronave y de las superficies de control de forma "computacional", es decir mediante "fly by wire". En la actualidad el 95% de los nuevos desarrollos que se realizan incorporan la tecnología "fly by wire", pero esto no implica que se posea un nivel de fiabilidad suficientemente alto como para poder incorporarse en el ala volante.
Por tanto es optimista el pensar en un desarrollo completo y operativo de un ala volante para el 2020 (tal y como espera la NASA), pero sin duda lo que sí es un hito alcanzable es que antes de esa fecha veamos los primeros prototipos volando.
Fuentes
- "El nuevo concepto de ala volante" disponible en http://www.aireyespacio.com/2010/03/el-nuevo-concepto-de-ala-volante.html
- "Los Hermanos Horten" disponible en http://www.taringa.net
- Enciclopedia de Aviación, "Mundo de la Aviación", año 1998.
