Familia del capitán Tate, Kitty Hawk 1901

Del libro El secreto de los pájaros

Experimentos aerodinámicos

Con casi toda seguridad, después de los ensayos del verano de 1901, Wilbur y Orville Wright hubieran abandonado sus experimentos de no ser por Octave Chanute que, el 29 de agosto de aquél año, envió una invitación a Wilbur para que diera una charla a un grupo distinguido de ingenieros en la Western Society of Engineers, en Chicago, el 18 de septiembre. Al principio Wilbur manifestó su falta de interés, pero su hermana Katharine y el propio Chanute insistieron hasta el punto de convencerle. Para Katharine aquella era una oportunidad que su hermano no podía dejar pasar. Al fin y al cabo, no oía en casa otra conversación distinta a la relacionada con los aeroplanos y si se dedicaban a eso le parecía normal que aceptaran el reconocimiento público de los expertos.

Wilbur tuvo que pensar otra vez en el proceso que lo había llevado hasta los recientes experimentos en Kitty Hawk, en sus ideas, los éxitos y lo que a su juicio había sido el último fracaso, en las tablas de Lilienthal que consideraba erróneas y en las dificultades por vencer, que entonces se le antojaban insuperables. En los borradores del documento que presentaría a los ingenieros en Chicago, Wilbur hacía aseveraciones muy críticas sobre las tablas de Lilienthal. A Orville le parecieron algo imprudentes unas afirmaciones tan rotundas de modo que insistió en que las suavizara, porque cabía la posibilidad de que ellos estuvieran equivocados y si al final resultaba así, aquello los descalificaría para siempre. Finalmente, el documento, tal y como se publicaría, fue corregido atendiendo a las sugerencias de Orville.

Comparados con los habitantes de los Outer Banks, los Wright vestían muy elegantemente, pero las clases acomodadas de Chicago usaban ropajes algo más refinados todavía. De los dos, Orville era quién más cuidaba de su apariencia personal, y fue él quien tuvo que prestar a su hermano una camisa, cuellos, puños y gemelos. Orville era mucho más presumido, hasta el punto de que a la vuelta de los Outer Banks solía restregarse con limón la cara, todos los días, hasta que el moreno de la playa desaparecía de su rostro. Hay que tener en cuenta que en aquella época la piel blanca era un signo de distinción. Si Katharine llamaba la atención a Orville y le decía que sus pantalones hacían bolsas en las rodillas, a su hermano le faltaba tiempo para quitárselos y darles un repaso con la plancha. Así fue pues como, gracias a Orville, Wilbur se compuso de tal forma para el evento que Katharine no pudo contener un aplauso: “las ropas hacen de verdad al hombre”.

La audiencia, compuesta por unos setenta ilustres profesionales, la mayoría acompañados de sus esposas, siguió con interés las disertaciones de Wilbur. Chanute hizo la introducción poniendo de manifiesto que por entonces no era descabellado pensar que algunos de los motores que se estaban fabricando, pudieran llegar suministrar la potencia necesaria para el vuelo, teniendo en cuenta su peso, pero que, sin embargo, de nada valdría la potencia sin saber controlar la máquina. A continuación resaltó el trabajo experimental de los Wright, durante el verano anterior, con el planeador más grande de los que hasta entonces se había construido y probado, y cedió la palabra a Wilbur.

Durante la charla, Wilbur explicó el proceso que siguieron, su hermano y él, desde el año 1899, y mostró un gran número de fotos de sus experimentos en las dunas de Kitty Hawk. Para justificar el diseño de sus planeadores, Wilbur se remontó a los experimentos de Lilienthal, Pilcher y Chanute, demostrando que había estudiado el problema con todo detalle. A su juicio, Lilienthal había hecho más por la aeronáutica que casi todos sus predecesores juntos. Para controlar el aparato, el alemán, movía su cuerpo constantemente con el objetivo de que el centro de empuje coincidiera con el de sustentación. Este sistema lo mejoraría Chanute, cuando permitió que las alas de su planeador pudieran girar sobre una charnela, moviéndose hacia atrás con las ráfagas de viento, y Herring haciendo que el plano estabilizador de cola pudiera subir o bajar, al estar conectado mediante un muelle. Todos estos mecanismos evitarían que el piloto tuviese que moverse continuamente para encontrar la posición de equilibrio. Wilbur insistió en la importancia del control y la estabilidad, dejando claro que aquél era el gran problema por resolver, considerando el resto de las cuestiones de menor importancia. Con toda sencillez, explicó cuál era el mecanismo que su hermano y él habían concebido para controlar el aparato, sin necesidad de tener que desplazar el cuerpo del piloto. Para mantener el equilibrio longitudinal, o de elevación, habían puesto un plano de control delante del piloto, en el morro, cuyo ángulo de ataque podía variarse. En cuanto al equilibrio lateral, también explicaría que el principio consistía en aumentar en un ala el ángulo de ataque y por tanto la sustentación, en mayor medida que en la otra, generando así un par de giro lateral capaz de hacer rotar el aparato alrededor del eje longitudinal. La implantación práctica de este principio la habían llevado a cabo mediante un mecanismo de torsión de las alas. Con respecto a los aspectos constructivos remarcaría que habían adoptado la configuración de biplano, a fin de ganar en robustez, y del braceado tipo Truss, siguiendo en ambos casos, el diseño original de Chanute. Wilbur también dejaría bien clara su disconformidad con los valores de sustentación y resistencia de las tablas de Lilienthal para perfiles curvos.

Después de la intervención de Wilbur una media docena de asistentes hizo algunas preguntas que el ponente contestó con seguridad e inteligencia, demostrando un magnífico conocimiento de todos los asuntos relacionados con el vuelo. La conferencia de Wilbur se publicaría en el número de diciembre de la revista de la Sociedad bajo el título de Some Aeronautical Experiments. Chanute ordenó trescientas copias y se encargó de distribuirlas entre la comunidad aeronáutica mundial. Durante los meses que siguieron, el artículo se publicó resumido o completamente en el Engineering Magazine, el Scientific American, el Fielden’s Magazine y la publicación inglesa Automotor Journal. También se incluiría en el Annual Report del Smithsonian Institution, convirtiéndose en el documento aeronáutico más importante de principios del siglo XX. Este informe que contiene el núcleo principal de las ideas que hicieron posible el vuelo tuvo un efecto mínimo en la comunidad aeronáutica de la época, lo cual demuestra que la visión de los Wright acerca del modo de resolver el problema del control de una máquina de volar no la entendería nadie en un principio, ni siquiera el propio Chanute.

Después de la presentación en Chicago, Wilbur y Chanute se enzarzaron en discusiones técnicas relacionadas con la validez de las tablas de Lilienthal, que Wilbur consideraba erróneas porque estimaron por defecto tanto la sustentación como la resistencia de sus planeadores. Chanute no podía creer que Wilbur tuviera razón ya que le otorgaba un crédito absoluto al ilustre investigador alemán, al igual que casi todos los expertos aeronáuticos de la época. Pero, lo cierto era que Wilbur había hecho mediciones con vuelos reales y los resultados no se ajustaban a las tablas. Finalmente, Wilbur y Orville decidieron comprobar la validez de las tablas de Lilienthal llevando a cabo un experimento práctico. De las tablas se tenía que una placa plana de 0.66 pies cuadrados de superficie, perpendicular al viento, se veía sometida a la misma fuerza de sustentación que otra, con cámara, de 1 pie cuadrado recibiendo el viento con un ángulo de ataque de 5 grados. Los Wright montaron las dos placas en la parte exterior de una llanta de bicicleta, en el extremo de dos radios separados noventa grados (un cuarto de circunferencia) y colocaron la llanta horizontalmente sobre un eje vertical, para que pudiera girar libremente. Dadas las dificultades que planteaba el probar el aparato con viento real sujetaron el artilugio delante del manillar de una bicicleta, con el eje de giro vertical, y con la corriente de aire, inducida por el rápido movimiento de la máquina comprobaron que las dos fuerzas no eran iguales porque la llanta siempre giraba. Así es como Wilbur creyó demostrar que las tablas de Lilienthal, proporcionaban datos de sustentación y resistencia, que no eran exactos. Poco después Orville montaría un túnel de viento muy rudimentario, con una vieja caja de 18 pulgadas de longitud, en la que colocó un cristal en la parte superior para observar lo que ocurría dentro. En el interior situó un eje que sujetaba a un lado una placa plana y al otro una superficie curva con lo cual trató de demostrar que los fundamentos que tenían para sospechar de la exactitud de las tablas que hasta entonces se habían elaborado, eran razonablemente sólidos.

Aunque los Wright pretendían creer que con aquellos experimentos se podía demostrar la inexactitud de las tablas de Lilienthal, lo que ocurría es que los ensayos tampoco eran excesivamente solventes y ellos, magníficos técnicos, lo sabían. Wilbur era el más recalcitrante de los dos, porque las tablas no le habían permitido calcular con precisión la fuerza de sustentación y resistencia de sus planeadores y por lo tanto, a su juicio, tenían que ser erróneas. La realidad no era exactamente así. En primer lugar, las tablas de Lilienthal no daban valores absolutos para las fuerzas, sino la relación entre la fuerza total aerodinámica, para distintos ángulos de ataque, con respecto a la fuerza total aerodinámica con un ángulo de ataque de 90 grados. Además, las tablas daban también las componentes de sustentación, perpendicular a la velocidad, y resistencia, en la dirección de la velocidad, en función del ángulo de ataque. Una de las grandes ventajas de estas tablas es que las fuerzas se habían tabulado independientemente de la velocidad del viento. Para la determinación de los valores absolutos de sustentación y resistencia, era necesario definir el valor de la fuerza aerodinámica con un ángulo de ataque de 90 grados ya que a partir de este valor, con las tablas de Lilienthal se podía calcular la sustentación y resistencia para los distintos ángulos de ataque. Precisamente, el valor de la fuerza aerodinámica para 90 grados de ángulo de ataque era el que se podía calcular multiplicando el coeficiente de Smeaton por el cuadrado de la velocidad, en millas, y así se obtenía la fuerza en libras por pie cuadrado de superficie. Este coeficiente que determinó Smeaton, asignándole un valor de 0.005 ya había sido revisado por Langley y otros contemporáneos de los Wright que lo corrigieron asignándole un valor de 0.003. Si en vez de 0.005 Wilbur hubiese utilizado el valor de 0.003 las fuerzas observadas se hubieran aproximado más a los cálculos. En segundo lugar, las tablas de Lilienthal se habían hecho con un ala cuya relación de aspecto era de 6.48 mientras que las alas de los planeadores de los Wright tenían una relación de aspecto de 3.5. Langley ya había descubierto y publicado, en su libro Experiments in Aerodynamics, que los coeficientes de sustentación disminuían con la relación de aspecto, cosa que los Wright no tuvieron en cuenta. Por último, la máxima curvatura del perfil de Lilienthal se situaba en el punto medio, mientras que los Wright adelantaron deliberadamente este punto de máxima curvatura a fin de evitar el desplazamiento hacia atrás del centro de presión con pequeños ángulos de ataque. Con esa modificación en la forma del perfil, las características aerodinámicas varían sensiblemente y la sustentación disminuye. Wilbur Wright sacó de las tablas de Lilienthal un valor para el coeficiente de sustentación de 0.545 para 3 grados de ángulo de ataque, y diseñó sus planeadores creyendo que aquellas tablas eran universales y que se podían aplicar a cualquier perfil curvo, independientemente de la relación de aspecto del ala. Sin duda, había muchos más errores en la línea de pensamiento de Wilbur que en los gráficos de Lilienthal. De hecho, cuando los Wright obtuvieron, en su túnel de viento, el coeficiente de sustentación de un perfil igual al que figura en las tablas de Lilienthal, curiosamente para valores del ángulo de ataque entre 5 y 8 grados, los resultados eran muy parecidos. Sin embargo, el coeficiente de sustentación variaba notablemente para ángulos de ataque fuera de ese rango. Lógicamente, el brazo giratorio empleado por el alemán era un instrumento de medida mucho más imperfecto que las balanzas de los Wright.

Lo que sí era cierto es que los Wright no disponían de información suficientemente exacta para estimar ni el valor de la sustentación ni la posición del centro de presión, punto en el que se aplica la sustentación, de sus alas. Tampoco disponían de recursos económicos suficientes como para construir varios planeadores con perfiles de ala y relaciones de aspecto distintas. Y si hubieran tenido dinero, les hubiera faltado tiempo para probarlos. Fiel a sus propios principios, en el sentido de que el éxito de un desarrollo exige velocidad de progreso porque la duración excesiva del proceso lleva al agotamiento de los recursos financieros, al final de la vida útil del experimentador o a un accidente fatal, Wilbur creyó que tenían que repetir los experimentos, que ya habían realizado otros investigadores, en túneles de viento, utilizando varias superficies con distintos perfiles, para calcular con precisión la sustentación y resistencia. Confiaba en su método y habilidad para realizar unos ensayos que pudieran aportar la información sólida y fiable necesaria para proseguir con el desarrollo de la aviación. Wilbur creía que todos los datos disponibles, a su alcance, estaban plagados de errores.

De vuelta a casa, en el otoño de 1901, Wilbur y Orville contaban con la inestimable ayuda de Taylor, que durante su ausencia se había ocupado del negocio y sus finanzas con absoluta dedicación y eficiencia. Aquella situación les permitió centrarse en sus ocupaciones aeronáuticas, esta vez devorados por una curiosidad irresistible. Los Wright eran excelentes mecánicos y en muy poco tiempo montaron su túnel de viento. Como en la tienda no disponían de electricidad emplearon el motor de gasolina de un caballo de potencia, construido por ellos hacía tiempo, que movía la maquinaria de su tienda y que, mediante una correa, hicieron que girase las palas de un ventilador que impulsaba el aire con una velocidad de hasta 30 millas, a través de un conducto de 6 pies de longitud, con una sección cuadrada de 16 pulgadas. El mayor problema que se les planteó fue lograr un flujo de aire uniforme y constante en toda la sección para lo que colocaron, a la salida del ventilador, un filtro en malla de nido de abeja.
Para determinar las fuerzas de sustentación (L) y resistencia (D) de los modelos, utilizaron dos balanzas distintas, muy ingeniosas: una suministraba directamente el coeficiente de sustentación (CL) (Fig. 27-200) y la otra la relación entre la resistencia y la sustentación (D/L) (Fig. 27-300). Las balanzas estaban diseñadas para medir ángulos de los que se obtenía directamente, calculando el seno o la tangente, el coeficiente de sustentación o la relación entre la resistencia y la sustentación. El método era bastante rápido y en una hora podían tabular los datos de un modelo para ángulos de ataque de cero a cuarenta y cinco grados. De este modo, los resultados que obtuvieron eran independientes del coeficiente de Smeaton, aunque luego lo utilizarían para calcular el valor absoluto de las fuerzas. Para ellos, los coeficientes de sustentación y resistencia eran los valores que multiplicados por el coeficiente de Smeaton, y el cuadrado de la velocidad y la superficie, daban las fuerzas de sustentación y de resistencia, respectivamente, para el perfil considerado.

Muy posiblemente la idea de las balanzas fue de Orville que destacaba por su ingenio a la hora de resolver problemas de trigonometría, aunque su autoría no está demostrada. George Spratt aportó ideas muy valiosas para la construcción de la balanza de resistencia. Wilbur escribía la mayor parte de los documentos y la correspondencia de los Wright y además tenía una clara tendencia a utilizar la primera persona, por lo que las contribuciones de Orville, en muchas ocasiones no quedaron documentadas.

El túnel lo fabricaron en madera, con una ventana de cristal, para ver los experimentos y lo ubicaron en la planta superior de la tienda de bicicletas. Allí se encerraban los Wright a trabajar, algo después de que Taylor abriera el negocio, puntualmente cada día, a las siete de la mañana. En poco menos de dos meses probaron más de doscientos modelos de ala con formas y perfiles distintos. Los ensayos los llevaron a cabo con un cuidado exquisito, manteniendo al operador siempre en el mismo sitio de la habitación y sin permitir ningún movimiento en la misma mientras los realizaban. Una variación de una décima de grado en el ángulo de ataque del perfil era suficiente para cambiar los resultados de forma notoria. Construyeron modelos con cámaras cuya curvatura varió de 1/6 a 1/20 y con el punto de máxima curvatura, o pico, desde las proximidades del borde de ataque hasta la mitad de la cuerda. En cuanto a las formas de la superficie experimentaron con cuadrados, rectángulos, elipses y otras más complicadas. También probaron alas en tándem, como las utilizadas por Langley, biplanos y triplanos. Obtuvieron datos de sustentación y resistencia, para cada superficie, con ángulos de ataque de cero hasta 20 grados con incrementos de 2 ½ y de 20 a 45 con incrementos de 5 grados. Constataron que el coeficiente de Smeaton, que habían tomado para calcular las fuerzas de sustentación y resistencia de sus planeadores, era erróneo y en vez de valer 0.005 como ellos habían supuesto, valía alrededor de 0.003. Comprobaron que los coeficientes determinados por Lilienthal eran correctos para ángulos de ataque relativamente pequeños, que incluían los que ellos pensaban utilizar, aunque no lo eran para ángulos grandes. También llegaron a la conclusión de que Lilienthal había efectuado sus vuelos con un ala bastante ineficiente. Hallaron una superficie con prestaciones sensiblemente mejores, con un perfil parabólico con el pico de la curva a un cuarto de la cuerda del borde de ataque, cámara de 1/20 y relación de aspecto de seis. Cuando los Wright finalizaron las pruebas de perfiles, utilizaron el túnel de viento para investigar otros asuntos como la separación entre las alas y el efecto de utilizar alas con perfiles de distintas curvaturas, en el biplano o las ventajas e inconvenientes del triplano, en comparación con las del biplano. Aquellas semanas de fin del año 1901 fueron para los Wright, probablemente las más intensas y excitantes de sus vidas como investigadores puesto que eran conscientes de ser los primeros que se adentraban, hasta límites impensables, en un mundo completamente desconocido, y que su trabajo les proporcionaría un caudal de información de incalculable valor para el desarrollo de la aeronáutica. A principios de 1902, los Wright disponían del mayor conocimiento que jamás se tuvo hasta la fecha, en relación con el comportamiento aerodinámico de alas, perfiles y configuraciones de alas. Aquellos datos les permitirían diseñar, cualquier planeador que quisieran fabricar, y predecir con bastante exactitud sus prestaciones, en cuanto a resistencia y sustentación.

También, como consecuencia de sus investigaciones, comprendieron que las tablas de Lilienthal servían para un perfil y forma de ala concreta y que cada combinación de ala y perfil tiene sus características aerodinámicas específicas. Esta forma de entender el problema suponía un cambio con respecto a la posición adoptada por Wilbur, en el sentido de que las tablas de Lilienthal contenían errores, posición que había mantenido con firmeza unos meses antes. De hecho cuando Chanute le solicitó a Wilbur datos de sus experimentos para incluirlos en una nueva edición del manual de Moedebeck, junto con las tablas de Lilienthal, Wilbur le aconsejó que pusiera como ejemplo un perfil de características muy distintas a las del de Lilienthal, para dejar claro que aquellas tablas no pretendían enmendar las del maestro alemán, sino poner de manifiesto que los coeficientes aerodinámicos variaban según la forma del ala y el perfil.

Parte de los resultados de estos ensayos se los enviaría Wilbur a Chanute, el 5 de enero de 1902, en una carta. Concretamente le mandó la información correspondiente a diecisiete modelos, junto con algunos comentarios que indicaban el poco interés que Wilbur tenía en la publicación de esos datos. En primer lugar le parecía que la información era mucha para un manual, como el de Moedebeck, donde Chanute pensaba publicar los resultados. En segundo lugar, ellos no podían garantizar que los datos fueran correctos por completo, debido a la premura con que llevaron a cabo las pruebas y le parecía inapropiado que información que no había sido suficientemente validada figurara en un manual. Además, en caso de que no fueran ciertos los datos, existía una cierta responsabilidad al publicarlos, tanto para Chanute como para ellos. Chanute comprendió las reticencias de Wilbur, en cuanto a la publicación de los resultados de sus ensayos y poco después le comunicaría a Moedebeck que no incluiría ninguna información de los Wright. Wilbur acarició la idea de publicar los resultados durante el siguiente verano, pero la realidad es que no lo hizo. Así es como las tablas de los ensayos aerodinámicos de los Wright no se publicarían nunca, mientras ellos vivieron.

Para los Wright serían dos meses apasionantes, de intenso trabajo. Según Orville, vivían ansiosos por reanudar las actividades en su túnel de viento: “la felicidad es esto”. El 22 de noviembre completaron el túnel, las balanzas y los ensayos preliminares para verificar el correcto funcionamiento del sistema. En unas tres semanas, a partir de esa fecha, hicieron todas las pruebas con los distintos modelos y hacia mediados de diciembre de 1901 dejaron de experimentar en el túnel. La nueva temporada de bicicletas les obligaba a volver al mundo práctico y esa era la forma de trabajar de los Wright: hacían las cosas para conseguir resultados concretos y cuando los tenían, pasaban de inmediato a la fase siguiente de su plan. Sin embargo, a Chanute la idea de interrumpir unos ensayos aerodinámicos que estaban suministrando la información más útil que jamás se había recopilado para la construcción práctica de un aeroplano le parecía descabellada y se ofreció a buscar financiación, concretamente de Carnegie, para apoyar económicamente a los Wright. Wilbur, muy amablemente, rehusó aceptar la posible ayuda.

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