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Autor: José Manuel Gil (aka Gizmo)
Efecto suelo
Vamos a hablar someramente de los vehículos que aprovechan el
efecto suelo para volar. Pero antes de ello, vamos a ver una pequeña
introducción para saber en qué consiste.
Que un avión vuela gracias a la forma del ala, no es a estas
alturas ninguna novedad para nosotros.
Se ha explicado de muchas formas, con el Efecto Venturi,
con circulación de fluidos (líneas de torbellinos, torbellinos libres...), e
incluso diciendo que el aire que circula por el extradós (la parte superior del
perfil) debe llegar al borde de salida a la vez que el que circula por el
intradós (parte inferior). Unas tienen más base científica que otras, unas son
más correctas que otras, y no vamos a debatirlas. Todas vienen a concluir lo
mismo, que es lo que aquí nos interesa: el aire que circula por el extradós lo
hace más rápido que el que lo hace por el intradós, esto hace que la presión
sobre la parte superior del ala sea inferior que la presión sobre extradós y
que se obtiene una fuerza que hace que el pájaro en cuestión vuele.
Esta fuerza se descompone de forma práctica como suma de dos
componentes: una paralela a la velocidad de vuelo (resistencia) y otra
perpendicular (sustentación). La sustentación es la que nos permite despegar
los pies del suelo, y la resistencia la que se opone a nuestro avance. Si
contamos con el peso del avión y el empuje o tracción suministrados por el
motor a reacción, hélice... Ya tenemos las cuatro fuerzas del vuelo. La
sustentación total del avión es la suma de la sustentación del ala, el timón
horizontal (no olvidemos que es un ala pequeño) y la del fuselaje (dependiendo
del tipo de fuselaje, ésta será más o menos importante). La resistencia la podemos
descomponer en la resistencia que nos da el propio fuselaje, carenados, ruedas
no retractiles, antenas... etc, y la del ala y
timones. En el ala, vemos que parte de la resistencia viene dada por el simple
hecho de generar sustentación, otra parte será por el ala, y nos queda un
término más, la resistencia inducida.
Como
la presión en la parte inferior del ala es menor que en la parte superior, esto
crea que en las puntas de las alas se generen unos remolinos, unos torbellinos
de punta de ala. Estos remolinos hacen que la resultante aerodinámica se
incline más hacia atrás, aumentando la resistencia. Este aumento de resistencia
es la resistencia inducida. Como se ve en el dibujo de arriba, cuanto mas lejos
se está de la punta del ala, menor es el efecto del torbellino en el ala. Es
por ello que si se disponen de alas de gran alargamiento (alargamiento nos da
la medida de cómo es de larga –envergadura- el ala respecto a su anchura
–cuerda-), el efecto del torbellino será acusado en una zona cercana a la punta
del ala, pero muy pequeña en comparación con el resto del ala. Por eso mismo se
inventaron los winglets, los depósitos en la
punta de ala y otros métodos para reducir la resistencia inducida. Otra
forma de reducir el efecto de la resistencia inducida es volar bajo, por la
aparición del efecto suelo, y éste es el que aprovechan los Ekranoplanos
para volar.
Como
hemos visto antes, si la envergadura en relación a la cuerda es grande, el
efecto de los torbellinos es menor. Volando bajo, se obtiene un efecto similar,
aumentando la envergadura efectiva, aumentando así mismo la sustentación, y
disminuyendo la resistencia inducida: este es el efecto suelo.
Ekranoplano
Desde el comienzo del vuelo con aparatos más pesados que el aire, el
piloto, en las proximidades del suelo, en el despegue o el aterrizaje, cuando
el avión está casi paralelo al suelo y cerca de él, nota como las alas tiran
hacia arriba más de lo habitual, y el motor tira hacia delante más de lo
normal. A esto los aeronáuticos lo llaman efecto suelo: se produce un aumento
de la fuerza de sustentación (la fuerza que dan las alas y que levantan al
avión del suelo) y se reduce la resistencia (la fuerza que tira hacia atrás del
avión, y que ha de vencer el motor). La resistencia se puede descomponer en
dos: la debida al rozamiento con el aire y la que aparece por el hecho de que
el ala sustente, la resistencia inducida. Es ésta última la que disminuye.
El efecto suelo se produce cuando la altitud de vuelo sobre el
suelo es del orden de magnitud de la cuerda del ala.
Si bien al comienzo este efecto que se desconocía provocó sustos e
incluso accidentes, ha sido aprovechado por los ingenieros y pilotos. Gracias a
este efecto, los helicópteros pueden cargar el mismo peso consumiendo menos, o
más peso a igual consumo, si se mantienen relativamente cerca del suelo en vez
de elevarse mucho (a una altitud de vuelo del orden de magnitud del diámetro
del rotor). De aprovechar este mismo efecto nace el Ekranoplano.
En 1932 se desarrolló el primer aparato que aprovecha este
fenómeno (ingeniero Finlandés T. Kaario): básicamente
un aparato basado en un ala volante –avión sin timones de cola- diseñado en los
años 20 que se mostraba controlable cerca del suelo, pero ingobernable si
remontaba el vuelo. En la misma época, N. Troong,
ingeniero suizo, diseñó un avión de 30 toneladas -¡¡demasiado grande para
aquella época!!- para volar muy cerca de la tierra, aprovechando el efecto
suelo. Comprobó que se necesitaba una potencia mucho menor para mantener el
pájaro en vuelo si se mantenía a una altitud aproximadamente igual a la cuerda
del ala (la línea rotulada como chord line en el perfil alar
adjunto)
Aunque sus estudios nunca se concluyeron, allanaron el trabajo a
los siguientes.
Durante
los años 60 el ruso Rostislav Alexeiev,
y el alemán Alexander Lippisch continuaron
desarrollando de forma independiente los vehículos que aprovechaban el efecto
suelo. El ingeniero ruso empezó el desarrollo de sus “ekranoplanos”,
que fueron generosamente subvencionados por el gobierno soviético una vez que
sus militares descubrieron el potencial del nuevo vehículo. Alexeiev
diseñó el 550 ton KM Caspian Sea Monster, el más ambicioso ekranoplano
(pesa como 100 veces más que el ekranoplano
más grande construido y volaba a...¡¡350mph!! –560km/h), y su desarrollo fue
solo paralizado tras la caída de
Monstruo del mar Caspio
Pelican
Hasta
la fecha lo de los americanos son eso, solo proyectos.
Los aparatos más espectaculares son los soviéticos, detenido su desarrollo por
la falta de fondos tras la caída de la unión soviética. Allí se desarrolló como
avión de transporte, civil y militar, y como avión de ataque, capaz de
transportar hasta 6 misiles de crucero,
como avión de asalto para transportar tropas hasta la playa misma y apoyarlas
con cañones de 76mm...
El Ekranoplano más
numeroso: A-90 Orlyonok
Era
una nave de ataque de la marina soviética, capaz de transportar tanques hasta
la misma playa, pues el morro se abría, como el de los actuales cargueros.
Podía llevar 6 misiles de crucero SS-N-22 y un cañón de 76mm. Iba propulsado
por un gran motor turbohélice y dos hélices contra rotatorias. Desarrollos
posteriores llevaron al Utka, al Lun...
pero la crisis de un sistema político arrastró consigo a muchos proyectos
aeronáuticos, entre otros a éste.
Lun disparando un misil mientras vuela a máxima velocidad
Se
construyeron cuatro de estos aparatos, uno solo para ensayos. En ocasiones se
habla de un quinto, no siendo más que uno de éstos, que tras estrellarse fue
reconstruido con nuevos materiales.
Bibliografía:
-
http://foxxaero.homestead.com/nslink3.html
- NASA Report SP-367: INTRODUCTION TO THE
AERODYNAMICS OF FLIGHT, Theodore A. Talay,
-Concept
Aircraft, Jim Winchester
Nota:
Más información puede ser encontrada en WIG page y
pueden encontrarse videos en Youtube con facilidad.
No
se han desarrollado con más profundidad cada uno de los aparatos, ni hablado de
sus características técnicas por tratarse este artículo de un artículo técnico
sin más, que trata de explicar el efecto suelo y cómo es aprovechado por los Ekranoplanos.