Motor del primer avión, Flyer, Wright, 1903

Del libro El secreto de los pájaros

El motor y las hélices del Flyer I

Para los Wright, el siguiente paso en su carrera hacia la solución del problema del vuelo, consistía en equipar un planeador como el que habían probado en verano de 1902, con un motor y una hélice que aportara el empuje necesario para mantenerse en vuelo. Durante su estancia en las dunas de Kill Devil Hill Orville y Wilbur configuraron mentalmente cómo sería su próxima máquina de volar: pesaría unas 625 libras, en total, para lo cual iban a necesitar 520 pies cuadrados de superficie sustentadora en las alas. La estructura del avión pesaría unas 290 libras y el piloto 140, con lo que para el motor quedaban 200 libras. Wilbur estimó que la potencia necesaria para despegar con poco viento sería del orden de 9 caballos. El nuevo aparato se llamaría Flyer.

Cuando regresaron a Dayton, Wilbur envió solicitudes a varios fabricantes de motores para comprar uno que suministrase de 8 a 9 caballos de potencia y su peso no excediera las 180 libras. Como no obtendría ninguna respuesta satisfactoria, decidieron construir un motor de explosión, ellos mismos, con la inestimable ayuda de Charles Taylor.

Los Wright trabajaban con rapidez y el 12 de febrero de 1903, apenas seis semanas después de haber iniciado los trabajos de construcción del motor de combustión interna, tenían el primer prototipo en el taller, terminado y listo para las pruebas. El motor lo construyó, principalmente, Taylor, sin planos, trabajando con las máquinas para dar forma a sus ideas (Fig. 29-100). El bloque, en aluminio, lo encargaron a una fundición y el resto de las partes las montó Taylor en el taller de los Wright con los escasos medios de que disponía. El motor tenía cuatro cilindros de hierro, en línea, montados sobre el bloque que alojaba los pistones de cuatro pulgadas de diámetro y otras cuatro de recorrido. El sistema de refrigeración era por agua, mediante camisas, en las que el agua se evaporaba al calentarse los cilindros, rellenándose directamente de un depósito. Las chispas se generaban mediante interruptores mecánicos y la electricidad la suministraba una magneto. Para el arranque se utilizaban baterías exteriores. No disponía de carburador y la gasolina se hacía llegar por gravedad a un compartimento previo a la cámara de combustión donde por el calor se evaporaba, mezclándose con el aire. Mediante dos llaves se podía, o bien cortar el paso de la gasolina para apagar el motor, o regular la cantidad de combustible que se enviaba a las cámaras de combustión. Con este mecanismo y con un cierto ajuste en el adelanto o retraso del encendido era posible controlar las revoluciones del motor. El motor también lo dotarían de un volante, para regular el giro amortiguando las variaciones de velocidad angular, cuya masa era de unas 26 libras. Durante las pruebas iniciales, el sistema de refrigeración no funcionó bien y el invento terminó gripándose por lo que tuvieron que construir otro.

En mayo empezaron con las pruebas del segundo motor y comprobaron que daba una potencia de 16 caballos al arrancar y 12 cuando alcanzaba su temperatura normal de funcionamiento. La caída de potencia se debía al calentamiento del aire, cuya menor densidad, limitaba la cantidad de gasolina que podía quemar en cada ciclo. En total, el motor pesaba entre 140 y 180 libras, dependiendo de la configuración. Era una máquina muy burda, incluso para su época. Por aquél entonces, el motor que había construido Manly para Samuel Langley, en el Smithsonian, entregaba 52 caballos de potencia, con un peso de 124 libras. Sin embargo, aun siendo un motor extraordinariamente simple y burdo, los Wright creían que daba más potencia de la que necesitaban para volar.

La sencillez de la concepción y acabado del motor, contrasta con la sofisticación que los Wright emplearon a la hora de diseñar y construir las hélices. En primer lugar, decidieron que el Flyer montaría dos hélices, rotando en sentido contrario, empujando al aparato por detrás, para no perturbar el flujo de aire incidiendo en las alas. La transmisión de potencia a las hélices la harían mediante cadenas, entubadas, para reducir las vibraciones, y girada una de ellas en forma de ocho para invertir el sentido de la rotación, con la intención de compensar los pares de giro de las dos hélices. La transmisión por cadenas con plato y piñón como en las bicicletas, con una relación inicial de 23 vueltas de motor a 8 en las hélices, permitía ajustar la velocidad de giro de las hélices de forma muy sencilla.

Mientras Taylor se peleaba con el motor, Orville y Wilbur se enfrascaron en la solución del problema que les planteaban las hélices. Su primera intención fue la de estudiar el diseño de las hélices marinas y luego aplicar los mismos criterios al caso aéreo, corrigiendo los cálculos con la densidad del aire. Muy pronto se dieron cuenta de que no existía ninguna teoría formal que permitiera diseñar los propulsores marinos, sino una colección de tablas y fórmulas empíricas que no podían extrapolarse al caso aeronáutico. Llenaron unos ocho libros de notas, con cálculos, hipótesis y elucubraciones relacionadas con las hélices y emplearon horas y horas estudiando la información disponible y discutiendo entre ellos. Después de agotar la bibliografía existente sobre hélices marinas, llegaron a la conclusión de que nada de lo que encontraron les servía para resolver su problema. Entonces fue cuando tuvieron la idea de aplicar la teoría de los perfiles aerodinámicos, considerando que una hélice es un ala con un movimiento giratorio al que hay que superponer el de avance, componiendo así un desplazamiento en espiral. Por primera vez se abordaba la solución al problema del cálculo de la tracción y par de resistencia de una hélice utilizando este concepto. Sin embargo, la idea no era en absoluto nueva ya que la había sugerido Wenham en su discurso de apertura de la primera reunión de la Aeronautical Society of Great Britain en 1866, en Londres. Al aplicar esta teoría, los Wright disponían de tablas aerodinámicas exactas que les permitían calcular la sustentación, en este caso tracción, y el par de resistencia asociado. La solución al problema fue mucho más compleja de lo que supusieron en un principio, pero finalmente consiguieron llevar a cabo su propósito. Diseñaron y fabricaron dos hélices de 8 pies por 6 pulgadas, con una eficiencia del 66%, laminadas mediante tres tableros de madera de 1 1/8 de pulgada, barnizadas y con las puntas recubiertas de fábrica. Esta eficiencia, porcentaje de la potencia del motor que devolvía la hélice con su empuje, era la mejor que jamás se había conseguido en las hélices, hasta entonces.

En una carta a su amigo Spratt, Orville, entusiasmado, le resumiría el esfuerzo que realizaron para resolver el problema de las hélices en unas pocas líneas:

No hemos encontrado nada de valor en ninguno de los trabajos a los que hemos tenido acceso, de forma que desarrollamos una teoría propia sobre el asunto, y pronto descubrimos, como habitualmente hacemos, que las hélices construidas hasta la fecha son todas incorrectas y entonces construimos un par de hélices de 8 1/8 pies de diámetro basadas en nuestra teoría que son correctas (hasta que tengamos la oportunidad de probarlas en Kitty Hawk y descubrir algo distinto). ¿No es increíble que todos estos secretos se hayan mantenido durante tantos años para que nosotros pudiéramos descubrirlos?
Deseosos de proteger la propiedad intelectual de sus invenciones, los Wright presentaron la primera solicitud de patente el 23 de marzo de 1903. Los empleados de la oficina les pusieron todo tipo de trabas para la formalización de la misma, construyendo un auténtico muro de dificultades administrativas y burocráticas que les impidió llevar a buen término el registro, por lo que decidieron posponer el asunto hasta que consiguieran volar con el aparato. En primavera del 1903, Wilbur y Orville estaban prácticamente convencidos de que sus experimentos de aquél año iban a dar el fruto deseado y a partir de ese momento aumentarían sus cautelas a la hora de suministrar información, en materia aeronáutica, a terceras partes.

El secretismo de los Wright creció en la medida que comprendían lo cerca que estaban de conseguir sus propósitos y lo extraordinariamente lejos que se encontraba la comunidad aeronáutica de la época de alcanzar el éxito. El propio Chanute, parecía no entender o no enterarse del verdadero progreso de sus colegas de Dayton, a pesar de haber establecido con ellos una estrecha relación, especialmente con Wilbur con quien Chanute se carteaba con frecuencia y entre ambos no había secretos.

La segunda Conferencia de Wilbur

El 6 de junio de 1903, Chanute, de vuelta ya de su largo viaje, visitaría a los Wright en Dayton con el ánimo de darles personalmente el anemómetro que había comprado para ellos durante su estancia en Francia y charlar de asuntos diversos.

A lo largo de la entrevista entre Chanute y los Wright, el ingeniero les advertiría de que en Francia los aeronautas tenían intención de dejar de lado los globos para centrarse en el desarrollo de aparatos más pesados que el aire. Sin duda, no entraría en los pormenores de las últimas publicaciones y comentarios en los medios franceses, en los que ellos aparecían como discípulos suyos, porque adivinaría que podrían sentirse molestos. Parece ser que Chanute volvió a insistir sobre la conveniencia de que establecieran contactos con Langley e incluso en la posibilidad de obtener a través del Secretario del Smithsonian ciertas ayudas económicas, pero esos fueron asuntos que los Wright rechazarían de nuevo. Posiblemente, hablarían del capitán Ferber, a quién Chanute había conocido personalmente durante su estancia en Francia, así como del interés del militar francés por entrenarse en el campamento de verano de los Wright. Los Wright serían explícitos y le advertirían de que con la salvedad de su propia persona y la de Spratt no querían a nadie durante su próxima estancia en Kitty Hawk.

Lo que sí hicieron Chanute y los Wright, durante la entrevista, fue acordar los detalles de la segunda intervención de Wilbur ante los ingenieros de Chicago. Wilbur aceptó esta invitación ya que, por entonces, acariciaba la idea de dedicarse profesionalmente a dar charlas en foros públicos. Al menos conocía un par de organizaciones, Chautauquas y Lyceums, que se dedicaban a organizar conferencias y necesitaban contratar personas capaces de hablar sobre asuntos poco usuales y con cierto morbo, como los fenómenos paranormales o en este caso el vuelo.

El título de la segunda conferencia de Wilbur en la Western Society of Engineers sería Experiments and Observations in Soaring Flight. La charla la dio el 24 de junio de 1903 y se publicaría en el número de la sociedad del mes de agosto, junto con ocho fotografías del planeador de 1902. Wilbur explicó cómo ellos habían hecho experimentos con un túnel aerodinámico y acopiado una gran cantidad de información que les permitió determinar con exactitud la sustentación y resistencia de distintas formas de ala con diferentes perfiles. Con aquellos datos diseñaron y construyeron el planeador de 1902 del que ofrecería sus características y dimensiones. A continuación describiría con detalle sus experimentos del verano anterior y se extendería también en el concepto de vuelo de aspiración (soaring) en el que la resultante de la fuerza aerodinámica permite al aeroplano, o al pájaro, mantener el nivel de vuelo o ganar altura. Wilbur concluiría en que esa situación únicamente era posible cuando el viento tenía una componente ascendente. Cualquier persona que hubiera puesto la debida atención, después de escuchar las dos conferencias de Wilbur en la Western Society of Engineers, disponía de todas las claves necesarias para construir una máquina con el sistema de control inventado por los Wright. A lo largo de la primera charla, Wilbur había explicado el funcionamiento del plano situado en el morro con el que se controlaba, al cambiar su ángulo de ataque, el movimiento de cabeceo, y el sistema de torsión de las alas para variar de forma asimétrica el ángulo de ataque y generar un movimiento de alabeo para mantener el equilibrio lateral. Durante la segunda charla explicó que habían introducido un timón vertical en la cola para evitar la guiñada adversa originada por la mayor resistencia del ala que aumenta de ángulo de ataque y sube que la del ala que baja. Para completar el escenario que definía su sistema de control no evitó explicar que, durante los vuelos de 1902, descubrieron la necesidad de permitir que el timón vertical de cola girase sobre el eje vertical para evitar la guiñada adversa que inducía el propio timón si la ráfaga lateral persistía. Ese era el sistema de control, descubierto por los Wright, que permitía mantener el equilibrio de la aeronave en vuelo y realmente no había más secretos. Sin embargo, nadie parecería entender verdaderamente los principios y el funcionamiento del mecanismo ideado por los hermanos de Dayton para controlar la aeronave, ni siquiera Chanute. Tampoco es fácil de explicar por qué los Wright, cuya adicción al secretismo aumentaba de forma progresiva, se avinieron a dar aquella segunda charla en la que los elementos más originales de su invención quedarían expuestos al público.

Después de la charla hubo un turno de preguntas. Octave Chanute inició la discusión poniendo de manifiesto que las máquinas de Hiram Maxim y Langley únicamente eran capaces de soportar 28 y 31 libras por caballo de potencia, respectivamente, mientras que de los experimentos de los Wright se deducía que la suya sería capaz de transportar 165 libras por cada caballo de potencia. Uno de los asistentes preguntó a Wilbur su opinión sobre el aparato celular de Alexander Graham Bell. El famoso inventor acababa de publicar un artículo en la National Geographic Magazine en la que presentaba un nuevo cometa construido con células tetraédricas. Aunque Wilbur no tenía la menor duda de que aquél diseño tenía poco o ningún futuro, respondió diciendo que no era una buena idea preguntarle a un diseñador de aeroplanos por los diseños de otros, ya que su tendencia natural era la de pensar que el suyo era el mejor. Sin embargo, reconoció la virtud de la composición de células en cuanto a la robustez estructural del sistema. Mayor cinismo mostró cuando otro asistente le preguntó si pensaba que la máquina de volar del futuro utilizaría alas batientes o hélices como elementos propulsores. La respuesta de Wilbur, que acababa de completar un estudio exhaustivo sobre las hélices, fue deliberadamente cínica: “Como ninguno de nuestros experimentos se ha realizado con máquinas con motor, mi juicio sobre los méritos relativos de hélices y alas puede tener poco valor. Sospecho que desde el punto de vista de la eficiencia no deben andar lejos, una de la otra.” Obviamente, Wilbur no tenía la menor intención de dar ninguna pista sobre los planes de los Wright a corto plazo, por lo que cabe preguntarse la razón que le impulsó a aceptar la invitación para dar aquella segunda conferencia. Es una cuestión difícil de entender. Posiblemente a Wilbur le apetecía hablar en público y afianzar su relevancia social.

El Flyer

A mediados de verano de 1903 los Wright habían terminado de construir y probar el sistema de propulsión compuesto por el motor, las hélices y las cadenas de transmisión por lo que concentraron sus esfuerzos en la estructura del Flyer. En total tendría una envergadura de 40 pies con 6 ½ pies de cuerda, con una superficie de sustentación de 510 pies cuadrados. El peso del aeroplano sería de unas 675 libras (Fig. 29-200). Como el motor se situaba a la derecha del piloto, en la parte central del ala inferior, para compensar el peso adicional sobre la parte derecha, las alas de este lado eran unas 4 pulgadas más largas. Al igual que en el planeador del año anterior, las alas se habían curvado hacia abajo para evitar el efecto de las rachas laterales, por lo que tenían un diedro negativo. Otra novedad que introdujeron, a fin de disminuir la resistencia al avance, fue la de recubrir las dos caras de las alas de fábrica, hecha con la misma muselina, Pride of the West, que ya habían utilizado para recubrir las superficies sustentadoras de los planeadores de los dos años anteriores. La curvatura del perfil del ala del planeador era algo mayor (1/20) que la del de 1902, sin que se sepa exactamente la razón por la que tomaron esta decisión. Los montantes verticales que unían las dos alas del biplano eran de sección rectangular, con las esquinas redondeadas ya que según los ensayos que hicieron en el túnel de viento esta forma ofrecía menor resistencia que la tradicional sección de “lágrima”. Los cables de las riostras eran de acero del tipo Roebling (nombre del diseñador del puente de Brooklyn) con múltiples hilos trenzados, mucho más resistentes que las varillas que habían utilizado anteriormente. En las secciones medias de las alas también colocaron riostras entre los bordes de ataque y de salida, quedando únicamente libres las secciones externas para permitir la torsión helicoidal. Otro detalle realmente ingenioso consistía en unos cables finos que, desplegados por los planos de los bordes de las alas a mitad altura entre ambas, pasaban por los montantes impidiendo que pudieran flexionarse lateralmente. Este dispositivo otorgaba solidez a la estructura permitiendo reducir la sección de los montantes.

Los sistemas de control eran básicamente los mismos que los del planeador de 1902: un armazón con forma de yugo que se accionaba con la cintura, esta vez almohadillado, para activar el sistema de torsión helicoidal cuyo movimiento estaba acoplado a los timones horizontales de la cola, y una palanca a la izquierda que actuaba sobre el mando del estabilizador de morro. El estabilizador horizontal de morro tenía dos planos paralelos de planta elíptica y se sujetaba mediante una estructura que era la prolongación de los patines de aterrizaje. Los patines se habían alargado considerablemente. En la cola había dos timones verticales movibles que se accionaban de forma sincronizada con el sistema de control de alabeo, de torsión helicoidal.

En el montante frontal derecho colocaron un anemómetro de mano tipo Richard, calibrado para mostrar la distancia recorrida y debajo pusieron un cronómetro. En la base del cigüeñal del motor instalaron un cuentarrevoluciones Veeder. Mediante una palanca situada en el ala inferior, el piloto podía cortar la llave de gasolina y detener el cronómetro simultáneamente.

El aeroplano de 1903, tal y como lo habían concebido los Wright era una máquina de volar excepcional desde el punto de vista estructural y aerodinámico y aquella superioridad le permitía plantearse el vuelo con un motor de tan pobres y escasas prestaciones (Fig. 29-300). Sus diseñadores habían otorgado siempre una mayor prioridad a la relación entre sustentación y resistencia, al control y a la solidez, que a la potencia del motor, imitando a los grandes pájaros planeadores, para los que el secreto del vuelo no estaba en la fuerza sino en la habilidad para aprovechar la de los vientos, que a cambio de nada regala la naturaleza. Comparada con las de Clément Ader, Maxim o Langley, la máquina de volar de los Wright contaba con el más rudo y simple de los motores, pero disponía de un sistema de control extraordinariamente eficaz y una elevada relación entre sustentación y resistencia. Según sus cálculos, con 90 libras de tracción en las hélices era posible volar a unas 24 millas de velocidad levantando un peso de más de 600 libras. Para compensar la falta de potencia, su aparato tenía que despegar con vientos de morro, relativamente fuertes. Cualquier persona que haya tenido la oportunidad de volar con aeronaves ligeras, o haya navegado a vela, sabe que con vientos de más de 20 millas esos aparatos no son fáciles de manejar. De hecho, años después, cuando los aeroplanos se equipaban con motores mucho más potentes, los pilotos no despegaban sino era con una calma total. Los Wright se enfrentaron, desde un primer momento, a vientos frescos y aprendieron a pilotar sus planeadores en aquellas condiciones.

El único problema del Flyer era su fealdad, tenía aspecto de pajarraco o pato mareado y resultaba infinitamente menos atractivo que el planeador de 1902.

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