Los voladores más pesados

Sikorsky-LeGrand

El libro del vuelo de las aves se encuentra disponible impreso y en edición electrónica, para localizarlo haga click en el siguiente enlace: libros de Francisco Escartí

 

El ingeniero ruso Sikorsky inició la saga de los grandes aeroplanos con su Russky Vityaz, con el que el propio inventor logró volar el 10 de mayo de 1913. La aeronave podía levantarse del suelo con 4940 kilogramos de peso total y era un biplano con 120 metros cuadrados de superficie alar. Su diseñador lo concibió para que la manejaran seis tripulantes y transportara a siete pasajeros. Era un avión monstruosamente grande para una época en la que los aeroplanos apenas habían sido capaces de elevarse con más de 600 kilogramos a cuestas. Igor Sikorsky había empezado con un aeroplano con dos motores, el Le Grand, que después transformaría en cuatrimotor. Desgraciadamente esta aeronave tuvo una corta vida porque el 23 de junio, del mismo año en que nació, quedó dañada seriamente por el impacto de un motor que se desprendió de un Morane que aterrizó cerca de donde estaba aparcada. Sikorsky no reparó a Russky Vityaz porque quería concentrar todas sus energías en el desarrollo de su nuevo proyecto: el Ilya Muromets. Los rusos mantendrían la obsesión por los aviones grandes y, a finales del siglo XX, Antonov fabricó el AN-225, el avión más pesado de la historia de la aviación.

A los cuerpos pesados, el vuelo se les hace difícil. La explicación es muy sencilla porque conforme agrandamos el cuerpo de un volador (manteniendo sus proporciones), el volumen y por tanto, el peso, crece más deprisa que la superficie de sus alas. La relación entre su peso y la superficie de las alas (carga alar) aumenta con el tamaño del volador, hasta que es tan grande que pierde la capacidad de navegar por el espacio.

Si observamos a los pájaros actuales casi no hay especies que superen los diez kilogramos de peso, lo que confirma la teoría acerca de las dificultades que plantea el vuelo a los cuerpos pesados. Hace unos 65 millones de años desaparecieron de la Tierra los animales más grandes que jamás volaron. A pesar de la controversia científica que han suscitado los pterosaurios, parece confirmarse la teoría de que los Quetzalcoatlus northropi pesaban unos 65 kilogramos y sus alas, de punta a punta (envergadura), medían más de 10 metros. Estos magníficos ejemplares desaparecieron para siempre y hoy las especies de aves capaces de volar, que pueblan nuestro planeta, apenas alcanzan la sexta parte del peso de aquellos voladores.

Los pájaros pequeños, como el jilguero europeo y la golondrina común (de unos 16 gramos de peso) tienen alas que soportan un peso del orden de 1,2-1,7 kilogramos por metro cuadrado. El peso dividido por la superficie de las alas es un parámetro importante en cualquier volador, que se denomina carga alar. Estos pájaros tan livianos vuelan a velocidades de 36-46 kilómetros por hora.

Entre las aves más pesadas se encuentran los cisnes. El cisne chico y el cisne vulgar pesan de 6,7 a 10,8 kilogramos y sus cargas alares son del orden de 14,7-16,6 kilogramos por metro cuadrado. Tal y como era de suponer, conforme aumenta el peso del animal la superficie de las alas no crece en la misma proporción y por tanto la carga alar aumenta. El incremento de la carga alar, entre al golondrina y el cisne, es muy significativo (se multiplica por diez, aproximadamente). Para compensar esta pérdida de superficie en las alas, el pájaro más pesado tiene que volar, a la misma altura, más deprisa, porque sabemos que la sustentación es proporcional a la superficie del ala y al cuadrado de la velocidad. Sin embargo, los cisnes vuelan a una velocidad de 58,3-66,6 kilómetros hora, más deprisa que los jilgueros (46 Km/h), pero no tres veces más deprisa que es lo que parece que debería ocurrir.

¿Cómo es posible que con tan poco incremento de velocidad, con respecto a los jilgueros, los cisnes puedan mantenerse en vuelo? Es algo que no está nada claro.

Si observamos lo que ocurre con los aviones, podemos constatar que el Boeing 737-600 (66 toneladas de máximo peso de despegue) y el Airbus A-320 (73,5 toneladas de máximo peso de despegue) tienen una carga alar de 528-599 kilogramos por metro cuadrado, respectivamente, y su velocidad de crucero es de unos 850 kilómetros por hora. El Boeing 747-400 ER (412 toneladas) y el Airbus A380 (590 toneladas), con cargas alares de 762-698 kilogramos por metro cuadrado, también respectivamente, mantienen velocidades de crucero de unos 900 kilómetros por hora. En este caso existe una clara proporción entre el incremento de la velocidad de crucero, en relación con el de la carga alar. Con los aviones ocurre, como en los pájaros, que con el peso del volador aumenta la carga alar y la velocidad de crucero, pero —a diferencia de ellos— el incremento de velocidad se ajusta más al supuesto de que la sustentación es proporcional al cuadrado de la velocidad.

Pájaros y aviones son capaces de mantenerse en vuelo dentro de un amplio rango de velocidades. En el caso de las aeronaves de ala fija, la sustentación además de ser proporcional a la superficie de las alas y al cuadrado de la velocidad, también lo es a la forma del perfil del ala, al ángulo con que recibe el aire (ángulo de ataque) —cuando mayor sea este ángulo, mayor es la sustentación (hasta un valor de unos 20 grados, a partir del cual el ala entra en pérdida)— y a la densidad del aire. A poca velocidad, los aviones aumentan la sustentación con dispositivos hipersustentadores (flaps) y presentando un mayor ángulo de ataque; sin embargo, con ángulos de ataque elevados el perfil del ala ofrece una gran resistencia al avance. Conforme aumenta la altitud de vuelo la densidad del aire disminuye, lo que también afecta de forma directa la sustentación. A 9000 metros de altura la densidad del aire es una tercera parte de la que tiene a nivel del mar (1,2 kilogramos por metro cúbico), en condiciones estándar.

El aumento del peso, en un avión comercial, exige alas de mayor tamaño lo que plantea problemas estructurales y operativos. Por esos motivos, es difícil construir aeronaves cuya carga alar exceda los 800 kilogramos por metro cuadrado. Para esos valores de la carga alar la velocidad del vuelo de crucero ideal debería superar los 900 kilómetros por hora, operando a unos 30 000 pies de altitud. En esas condiciones el avión se aproxima a la velocidad del sonido en cuyo umbral la resistencia aumenta de forma brusca y considerable y puede considerarse como un límite operativo. De acuerdo con todo lo anterior, aeronaves de 600 toneladas de peso máximo de despegue, como el Airbus A380, se encuentran muy cerca del límite del peso máximo práctico. La aeronave más pesada que existe en la actualidad es el Antonov AN-225, Mriya, de la que se ha fabricado una sola unidad y es capaz de levantar 640 toneladas de peso máximo de despegue. Su velocidad de crucero es de 800 kilómetros por hora, pero su consumo de combustible es muy elevado.

Con respecto a los pájaros, que baten las alas, hemos visto que los más pesados vuelan bastante más despacio de lo que se supone que tendrían que hacer utilizando un modelo de ala fija. Algunos estudiosos dicen que los gansos vuelan casi al borde de la pérdida aerodinámica, con un ángulo de ataque considerable, lo que les obliga a realizar un gran esfuerzo. Quizá sea así, pero la realidad es que sabemos muy poco del vuelo de las aves pesadas que de forma milagrosa consiguen unas prestaciones excepcionales.

De momento parece que es difícil encontrar pájaros que vuelen con un peso superior a los 10 kilogramos y aeronaves que levanten más de 600 toneladas en el despegue, algo que en el caso de los aviones se explica bien, pero que no está del todo claro en el de las aves.

2 comentarios el “Los voladores más pesados

  1. Un post muy bueno Francisco. Me ha encantado. Además muy bien explicado lo de la carga alar y el por qué mi querida avutarda casi no vuela y prefiere ir por tierra.

    Un cordial saludo
    Manolo

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