El avión que puede volar hacia atrás

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¡No es posible que eso vuele!

Ese suele ser el grito de terror que resuena en la mente de muchos viajeros de avión. El hotel de Cancún desaparece y su imagen queda borrada por la idea absurda de que ese extraño objeto de metal realmente pueda alzar el vuelo.

Ciertamente, es algo que suena extraño. Desafía a nuestra lógica de criaturas aferradas al suelo. Y sin embargo, vuelan. Los aviones han ido aumentando en peso desde los tiempos de los hermanos Wright. ¿Cree usted que ese Boeing 747 que ve al otro lado del cristal de aeropuerto es pesado? Ciertamente lo es, y el Airbus 380 europeo lo supera, pero el récord de masa al despegue corresponde al Antonov-225 ruso: 650 toneladas. Para que pueda hacerse una idea, imagine uno de esos camiones grandes de 18 ruedas que recorren las autovías día sí y día también. Imagíneselo cargado hasta los topes. Ahora imagine otro igual a su lado. Y otro. Y otro. Así hasta 15. Quince camiones de gran tonelaje. Pues el An-225 es aún más pesado. ¡Y vuela!

Por supuesto que los aviones vuelan. Si no fuese así, las aerolíneas no ganarían dinero. Otra cosa es que se pueda explicar de forma sencilla, sin túneles de viento ni ecuaciones complicadas. Las fórmulas que rigen el comportamiento del aire alrededor del avión se llaman ecuaciones de Navier-Stokes, y su resolución es el tipo de cosas que no le desea uno a su peor enemigo.

Menos mal que la explicación puede simplificarse bastante. En clase de Física se utiliza como ejemplo de la llamada ecuación de Bernoulli. Se trata de una relación que liga la presión del aire (P), su velocidad (v), su densidad (ρ), su altura (h) y la aceleración de la gravedad (g):

P + ρgh + 1/2ρv2 = constante

Esta ecuación proviene del principio de conservación de la energía, uno de los pilares de la Física. Ah, y muchas gracias por seguir ahí. Según cuenta Stephen Hawking, su editor le advirtió de que por cada ecuación que metiese en su libro perdería a la mitad de los lectores, de modo que enhorabuena por aguantar y sigamos adelante.

¿De qué nos sirve esa ecuación que me ha hecho perder el 50% de mis lectores? Se lo diré. Imagine usted que coge el ala del avión y le da un corte de arriba abajo. Ahora imagine que el ala está quieta y es el aire el que se mueve a su alrededor. Suena raro, pero es perfectamente válido porque lo que nos interesa es la velocidad relativa del ala respecto al aire y no importa realmente quién se mueve y quién se queda quieto. Esto es lo que obtendríamos:

Imagen 01O al menos, ese es el dibujo que nos pintan en los libros de texto. La explicación que nos da en ese momento el profe viene a ser algo así:

“Como podéis ver, chicos, el ala está diseñada para que el aire que se mueve por arriba (A) recorra mayor distancia que el aire que va por abajo (B). Eso significa que la velocidad del aire en la parte de arriba es más alta, y según la ecuación de Bernoulli la presión es más baja. Por el mismo razonamiento, la velocidad en la parte inferior de ala es más baja y su presión más alta. El resultado es una diferencia de presión, lo que produce una fuerza neta hacia arriba que hace que el avión se eleve y vuele.”

¿Está claro, chavales? Vale, vosotros tres no lo entendéis pero eso es lo que hay, así que a estudiar, que lo mismo cae luego en el examen.

Si algún día vuestro profe os suelta todo eso, enseñadle esta foto a ver qué cara pone:

Imagen 02

Se trata de un avión Curtiss modelo D, avión adquirido por el ejército norteamericano en 1911. Fijaos bien en el ala. Tiene el mismo grosor en toda su longitud (salvo el extremo de popa), el aire recorre la misma longitud por arriba que por abajo. Según la explicación de Bernoulli este cacharro no podía volar. Y sin embargo se mueve, digo vuela. Todavía hay un par de ejemplares capaces de volar después de un siglo.

¿El truco? El aire recorre el perfil del ala de izquierda a derecha. Si os fijáis, al abandonar el ala el aire es empujado hacia abajo. Ese es el motivo de que el ala esté curvada de esa forma. Y ya conocéis la tercera ley de Newton: si empujas algo en un sentido, tú te mueves en sentido opuesto. Empujas el suelo con los zapatos y caminas, empujas el agua con los brazos y nadas, lanzas gases calientes y recorres el espacio, empujas aire hacia abajo y vuelas.

Lo divertido del asunto es que funcionaría incluso con un ala simétrica.

Imagen 03

En ese caso el aire circula de izquierda a derecha, y cuando se aleja del ala lo hace horizontalmente. Así no hay empuje hacia arriba. Pero inclinemos el ala a ver qué pasa:

Imagen 04

¡Zasca! Ahora el ala empuja el aire hacia abajo, y como reacción el aire empuja el ala hacia arriba. Ya podemos volar. Solamente necesitamos un ala extensa y algo inclinada. El comandante Newton y el capitán Bernoulli se encargan de todo.

Una cosa muy importante a tener en cuenta es que la sustentación de un avión, es decir, su capacidad de volar, depende de la velocidad del aire a su alrededor. Cuanto mayor sea la velocidad, más empuje hacia arriba. Ese es el motivo por el que un avión debe tomar carrerilla en la pista de despegue. Si han volado conocerán bien ese momento en el que el avión se queda quieto al extremo de la pista. De repente los motores rugen, el avión comienza a carretear, acelera, acelera, y en un momento dado el avión alcanza la velocidad suficiente y se eleva.

En un portaaviones no hay sitio para una pista de despegue larga así que usan un truco: despegar contra el viento. Algunos creen que es al revés, es decir, que un avión debe despegar con el viento empujándole desde la cola, pero no es así. En realidad, despegar contra el viento es mejor porque la sustentación depende, recuerden, de la velocidad del avión respecto al aire. Despegando contra el viento esa velocidad relativa aumenta. No se preocupen por el empuje, para eso tenemos los motores.

Vale, digamos que hoy no hay viento. No hay problema: si no hay viento se fabrica. No hay más que poner el barco a toda máquina. Los portaaviones suelen ser los buques más rápidos de una armada, y el motivo es facilitar el despegue de los aviones. Es probable que usted no llegue nunca a almirante, así que le daré un ejemplo más asequible: baje la ventanilla del coche, saque la mano y póngala en posición inclinada hacia arriba. Verá cómo el viento tira de su mano hacia arriba como si fuese un caza en pleno despegue. Vale, y ahora esconda la mano, que viene la patrulla de la Guardia Civil.

Volvamos al portaaviones. Hemos dejado el avión en la cubierta de vuelo con el morro apuntando hacia la proa. Mientras el piloto se dirige a la cantina para tomarse su café con magdalenas se le ocurre una idea divertida. Puesto que la sustentación de un avión depende de su velocidad relativa con respecto al aire, ¿volaría si estuviese quieto sobre la pista y el aire soplase a gran velocidad a su alrededor?

La respuesta es sí. Si quieren verlo con sus propios ojos, hay un espectacular vídeo en YouTube. El 23 de mayo de 2012 soplaron rachas de viento de más de 150 kilómetros por hora en la zona del desierto de Mojave (California) donde varios aviones yacían a la espera de ser desmantelados. Un 747 en particular tiene desplegados los flaps (superficies horizontales usadas para aumentar la superficie del ala durante los despegues y aterrizajes), sus motores han sido retirados (lo que lo hace especialmente liviano), en un momento dado la fuerza del viento aumenta…

Imagen 05

… y como en sus buenos tiempos, el morro del avión se eleva durante unos segundos, cae, vuelve a elevarse y así durante un par de minutos. Si la velocidad del viento hubiera sido algo mayor, el avión se habría elevado por completo y habría abandonado la superficie terrestre por última vez.

Para el siguiente truco necesitamos hacer in viaje a Corea del Norte. Allí las autoridades militares han desvelado un nuevo elemento de su arsenal bélico: el avión Antonov An-2. Se trata de un viejo biplano con hélices hechas de madera. Es ruidoso, incómodo y difícil de pilotar, no tiene ordenador de a bordo ni controles hidráulicos.

Imagen 06

Pero antes de que comience a reírse, le conviene saber que el An-2 posee notables cualidades militares. Puede despegar y aterrizar en distancias muy cortas, sin importar si está sobre una pista de cemento o un prado de hierba, y puede volar a una altura tan baja que los radares tienen dificultades para localizarlo. Es el vehículo ideal para transportar una tonelada de equipo o un pelotón de paracaidistas y dejarlo en cualquier rincón del mapa.

Una de sus mejores cualidades es su capacidad de volar a velocidades muy bajas. Un Boeing 747 necesita moverse a más de trescientos kilómetros por hora para poder despegar y mantenerse volando; el An-2, con sus alas biplano y flaps hasta en las pestañas, puede volar a apenas 40 kilómetros por hora. Sí, ha leído bien. Mientras un conductor de coche pasa de segunda a tercera, el piloto del An-2 ya está en el aire.

Eso proporciona al avión una capacidad para volar a muy escasa velocidad, hasta el punto de que puede quedarse parado en el aire. El truco es volar contra el viento. Si la velocidad del viento supera los 40 kilómetros por hora ¡el empuje del aire lo mantendría suspendido en el aire! Igual que el 747 de la fotografía, pero sustituyendo las intensas ráfagas de aire por poco más que una leve brisa. ¿Y qué pasaría si el viento fuese de 60 kilómetros por hora? Eso es lo más divertido. En ese caso el avión no sólo se mantendría en el aire sino que éste le empujaría en sentido opuesto a la marcha ¡Volaría hacia atrás!

Una máquina voladora capaz de quedarse quieta en el aire, volar muy bajo y aterrizar en cualquier parte, y encima se marca un Michael Jackson en pleno vuelo si quiere. Los decadentes occidentales necesitan caros y sofisticados helicópteros para lograr lo que un humilde biplano de hélice es capaz de realizar.

¿Quién se ríe ahora, camarada?

North Korean leader Kim Jong-Un (C) visits Navy Unit 158 of the Korean People's Army in an undisclosed location, in this undated recent picture released by the North's KCNA in Pyongyang February 7, 2012. The Korean characters read, "Let's guard with our lives the central committee of the party headed by the great comrade Kim Jong-il!".       REUTERS/KCNA (NORTH KOREA - Tags: POLITICS MILITARY) QUALITY FROM SOURCE. THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY. IT IS DISTRIBUTED, EXACTLY AS RECEIVED BY REUTERS, AS A SERVICE TO CLIENTS. NO THIRD PARTY SALES. NOT FOR USE BY REUTERS THIRD PARTY DISTRIBUTORS

16 Comentarios

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Offler

De hecho esto pasa con cualquier avión STOL o SUPER-STOL (STOL=Short Take Off and Landing ), que son capaces de mantenerse en vuelo de despegar con poca velocidad,

Hay varios ultraligeros con esta capacidad, con lo que puedes volar hacia atrás sin ni siquiera ser piloto de avionetas !! (Nota: necesitas una licencia de piloto también para los ultraligeros). Por ejemplo el Savannah puede volar con 45 km/h y te lo puedes montar como un kit !!

Claro, supongo que ir marcha atrás no debe de ser muy agradable -y menos en un ultraligero- porque no creo que ese viento fuerte en contra sea muy estable. El Antonov seguramente lo hace más torlerable por su peso y potencia

Pero el artículo es genial para explicar la sustentación (y la curiosidad del vuelo atrás)

ThorzanThorzan

Una puntualización: El Antonov-225 se puede considerar ucraniano o soviético, pero no ruso.

AdrianAdrian

Excelente el articulo. Al fin se comienza a explicar que un avión no vuela solo por efecto de Bernoulli, como se hizo siempre.

LaertesLaertes

Casi me arranco los ojos, el “extremo de popa” se llama borde de salida. Por otro lado no soy piloto, pero me imagino que el An-2, al contrario de lo que dice el texto tiene que ser bastante fácil de pilotar precisamente por las características que se indican.

Por si alguien le interesa en el museo de Schleissheim en las afueras al norte de Munich tienen varios en condiciones de vuelo y creo recordar que se pueden contratar viajes turísticos. También en Ju-52.

ManuelManuel

Aparte del tema curioso, ¿Que utilidad puede tener el hecho que un avión vuele hacia atrás? Yo no le encuentro utilidad.

OriolOriol

“En realidad, despegar contra el viento es mejor porque la sustentación depende, recuerden, de la velocidad del avión respecto al aire. Despegando contra el viento esa velocidad relativa aumenta.”

Esto es físicamente correcto pero puedo inducir a confusión. Un avión despega a una velocidad aerodinámica dada, por lo que al tener un viento en contra se reduce la velocidad respecto al suelo, por lo que se disminuye la distancia usada de pista y se aumenta la seguridad. Por lo tanto la velocidad relativa que se indica en el artículo, la del avión respecto al aire, no disminuye al aumentar el viento.

jmiguel

Excelente artículo!

Por apuntar algo mas sobre el AN-2: al ser capaz de volar tan lento, el procedimiento para fallo de motor es, básicamente, tirar los cuernos para levantar el morro (cosa que no se debe hacer en ningun otro avión porque al perder velocidad perdermos sustentanción y … al suelo): Como al AN-2 se le despliegan los slats automáticamente y su velocidad de perdida es tan baja, comienza a caer a una velocidad vertical suficientemente lenta como para no romperse al caer.

Mas información: http://www.aerotrastornados.com/2010...-motor.html

DomingoDomingo

Bien. Se dejan una cosa importante atrás. El viento (constante y horizontal) no mantiene el avión en el aire. Si no hay motor, el avión desciende. Los aviones no ven el viento, ya que forman parte de la masa de aire en la que están envueltos. Si no hay motor, o aprovechamos otra energía externa (térmica, viento de ladera ascendente…) o nos vamos para el suelo, tengamos viento cero o de 150km. Que se lo digan a los pilotos de planeadores… el viento es una medida que se da en el suelo, es decir, es aire en movimiento -respecto al suelo-. Si estamos en el aire, ya no existe el viento… que se lo digan a los pilotos de globos aerostáticos (estáticos en el aire)…

JavierJavier

De nuevo en Naukas empeñados en desinformar.
https://goo.gl/CbEA45 , al menos 40 usuarios actuales del An-2. ¿Por qué “necesitamos hacer in viaje a Corea del Norte”(sic.) ?
El avión es de diseño soviético y una variante china se continúa produciendo. Así que el diseño no es norcoreano ni Corea del Norte es el único usuario activo del avión. ¿Alguna razón para evocar al país asiático?
Por otra parte, si bien se trata de una especie de cierre de humorístico (en Naukas no se distinguen por un humor muy fino), el chistorete termina siendo también desinformativo. Las alas giratorias permiten mantener a los helicópteros “fijos” en el aire por decisión del piloto, en el An-2 quedar suspendido en el aire depende de que la velocidad y dirección del viento sean favorables para tal maniobra. Así que los helicópteros son por mucho mejores aeronaves para mantenerse suspendidos en el aire que el An-2 (a la venta en Estados Unidos y Canadá, por cierto).

Armando AcuñaArmando Acuña

Me ha parecido un gran ejercicio divulgativo, usando la excusa de un avión que vuela hacia atrás (da igual cual sea y su procedencia) he podido leer una entretenida lección sobre sustentación, perfiles de ala, acción-reacción y hasta me ha colado la fórmula .
Gracias

Alfonso Martin

“En un portaaviones no hay sitio para una pista de despegue larga así que usan un truco: despegar contra el viento”: En realidad el “truco” que usan es una catapulta.

Alfonso Martin

“los flaps (superficies horizontales usadas para aumentar la superficie del ala durante los despegues y aterrizajes)”: Aparte de la superficie, lo que realmente se aumenta es la curvatura del perfil, incrementnado la sustentación en la parte del ala donde se despliegan los flaps, pero también la resistencia.

Alfonso Martin

“Eso proporciona al avión una capacidad para volar a muy escasa velocidad, hasta el punto de que puede quedarse parado en el aire”: respecto a tierra, claro, que si no no hay forma de producir sustentacion.

Jose M.Jose M.

Cada vez que se usa a Bernouilli para explicar como vuela un avión, Dios mata a un Gatito. Con lo fácil que hubiera sido citar otro artículo, también de Naukas…
Bernoulli no explica por qué vuelan los aviones (o sobre la circulación alrededor de un ala y cómo los libros de texto a veces se equivocan)
http://francis.naukas.com/2008/02/24...-equivocan/

Jose M.Jose M.

«En ese caso el aire circula de izquierda a derecha, y cuando se aleja del ala lo hace horizontalmente. Así no hay empuje hacia arriba. Pero inclinemos el ala a ver qué pasa:

Imagen 04

¡Zasca! Ahora el ala empuja el aire hacia abajo, y como reacción el aire empuja el ala hacia arriba. Ya podemos volar. Solamente necesitamos un ala extensa y algo inclinada. El comandante Newton y el capitán Bernoulli se encargan de todo.»

Y ahora llega una curva de sustentación vs ángulo de ataque y ¡zasca! con ángulos de ataque negativos también hay sustentación! (enlazo una vieja imagen de la NACA http://static.howstuffworks.com/gif/...a-chart.gif) así que no todo es empujar el aire para abajo…

Jose M.Jose M.

Sigamos…

No, el An 2 no tiene flaps por todos los lados, tan solo en el borde de salida. En el borde de ataque tiene algo llamado slat. La sustentación aumenta al aumentar el ángulo de ataque. Pero si aumentas mucho el ángulo de ataque el avión entra en perdida y se cae. ¿Cómo lo evitamos? con el slat. La ranura permite que pase el aire del intradós (la parte de abajo) al extradós (la de arriba) dando energía al aire y evitando que se desprenda del ala, evitando así la entrada en pérdida. Y dicho asi suena feo y dificil,pero como una imagen vale más que mil palabras y hace las cosas más fáciles… http://www.allstar.fiu.edu/aero/images/fig22.gif

El flap puede ser de borde de salida,lo más normal,y tamién de borde de ataque (como el Krueger). Y no hay que confundir el Slat ocn el Slot ni con el flap de borde de ataque. La función del flap es aumentar la curvatura del ala. Aunque también están los flaps fowler,que además de incrementar la curvatura incrementan la superficie alar. Y además puede haber flaps ranurados,que permiten que pase aire del intradós al extradós,soplando así la capa límite como los slats…
https://i0.wp.com/www.cheffers.co.uk/flaps2.GIF

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