Volar con 250 vatios

Cicloplano de Schmutz-1904

Cicloplano de Schmutz, 1904

¿Puede el hombre volar utilizando exclusivamente sus propios músculos? La respuesta fue, durante muchos años, que no, que eso no era posible. Sin embargo, hace poco más de un mes, el 13 de junio de 2013, a bordo de un helicóptero con cuatro rotores, el canadiense Todd Reitcher consiguió levantarse 3,3 metros del suelo y permanecer en el aire durante 64 segundos. El motor de los rotores fueron las piernas de Reitcher que, montado en una especie de bicicleta, pedaleó durante más de un minuto, para despegar verticalmente, mantener el helicóptero dentro de un recinto de 10 por 10 metros y después aterrizar suavemente. El histórico vuelo ocurrió en un estadio de fútbol cubierto, en Toronto, y sirvió para que tanto a Reitcher como a su socio, Cameron Robertson, se les otorgara el premio, de la American Helicopter Society Igor I. Sikorsky Human Powered Helicopter Challenge, establecido en 1980 y dotado con 250 000 dólares.

Despegar verticalmente es, desde el punto de vista energético, el tipo de vuelo más exigente. Reitcher ha roto así con uno de los supuestos tradicionales de la aeronáutica: que el hombre no dispone de una musculatura suficiente para volar. Y lo ha hecho con el tipo de vuelo más difícil de todos, el vuelo en suspensión, que ni siquiera todos los pájaros son capaces de efectuar. El joven canadiense Todd Reitcher ha culminado con este récord un proceso que se inició en los años setenta del pasado siglo cuando el estadounidense McCready construyó un aeroplano que el ciclista Bryan Allen voló utilizando sus piernas como única fuente de energía. Para volar a nivel con un aeroplano se require menos energía que para despegar verticalmente, aunque más que si se pretende volar como los pájaros, batiendo las alas. Antes de despegar con su helicóptero, Todd Reichert había pilotado un ornitóptero (aparato que bate las alas) construido en la Universidad de Toronto, el Snowbird, el 2 de agosto de 2010. El aparato pesaba 42 kilogramos, fabricado con fibra de carbón, madera de balsa y foam, su envergadura era de unos 30 metros. Todd fue remolcado por un automóvil hasta que despegó y a partir de ese momento consiguió mantener su nivel de vuelo moviendo las alas como los pájaros, durante unos 20 segundos. Todd y su socio Cameron se iniciaron en estas tecnologías cuando estudiaban en la Universidad de Toronto, en el grupo dedicado a estudiar el problema del vuelo propulsado con energía humana; después fundaron la empresa AeroVelo que construyó el helicóptero Atlas con el que han conseguido recientemente ganar el premio Sikorsky. La sociedad AeroVelo tiene como objetivo desarrollar proyectos para ganar premios o conseguir récords que exijan ampliar los límites actuales de la tecnología.

Leonardo da Vinci dibujó varias máquinas que utilizaban la energía humana para mover las alas, pero el peso de aquellos artilugios, debido a los materiales de la época, los hacían inviables como máquinas de volar. Leonardo ideó muchas de sus máquinas de forma que el piloto se tenía que auxiliar de brazos y piernas para mover el aparato. Era consciente del tremendo esfuerzo que sería necesario para efectuar el vuelo con aquellas máquinas. Después de Leonardo, otros inventores también diseñaron artefactos en los que el piloto debía de aportar la energía necesaria para el vuelo; entre ellos cabe distinguir los del padre de la Navegación Aérea, el inventor del aeroplano moderno, el aristócrata inglés sir George Cayley. Pero, ninguno de aquellos artefactos pudo volar. La aerodinámica y la tecnología de materiales necesitaban avanzar mucho para que el vuelo propulsado por el hombre fuese posible.

Hasta el año 1977 nadie había logrado volar de forma controlada, haciendo uso de su propia musculatura, siguiendo una trayectoria en la que la máquina operase a favor y en contra del viento y evolucionara a voluntad del piloto, describiendo un ocho. El ingeniero inventor Paul McCready diseñó el artefacto y el piloto que lo voló, en 1977, fue un deportista capaz de manejar un planeador con la misma habilidad que las bicicletas: Bryan Allen.

La tecnología y la aerodinámica han cambiado mucho desde el siglo XV hasta hoy, pero el cuerpo humano no. Un deportista entrenado es capaz de suministrar una potencia sostenida de unos 250 vatios. No es mucho, menos de lo que consume cualquier electrodoméstico. Si generamos esos vatios durante ocho horas seguidas, el costo de la energía que produciríamos sería del orden de 20 a 30 céntimos de euro, así que una jornada de trabajo encima de una bicicleta conectada a un generador nos reportaría muy poco beneficio. Pero, poco o mucho, es la potencia que somos capaces de entregar y es un dato de partida que hay que tener presente y que no va a cambiar en muchos años.

Para cualquier configuración de ala que podamos imaginar existe un parámetro que se conoce como relación máxima entre sustentación y resistencia. Este parámetro varía en función de la forma del ala y del perfil pudiendo tener valores que oscilan entre 10 y 40. Si para un ala determinada el valor de esta relación es 20, esto quiere decir que para soportar un peso (sustentación) de 100 kilogramos, necesitaremos vencer una resistencia 20 veces menor (5 kilogramos). Para mover el ala, que soporta 100 kilogramos de peso, necesitamos vencer una resistencia de 5 kilogramos. Como la potencia es igual a la velocidad por la fuerza, con 250 vatios de potencia se deduce que podríamos navegar a unos 5 metros por segundo, aproximadamente (18 kilómetros hora). Así pues, para volar a 18 kilómetros por hora con nuestros músculos, que generan 250 vatios, necesitamos construir un ala con una relación entre sustentación y resistencia igual a 20 y utilizar una hélice de alto rendimiento ya que la potencia que perdamos en la hélice nos obligará a disminuirla velocidad y aumentar el tamaño del ala. Eso es algo que se sabe desde hace centenares de años, la cuestión es que hasta hace muy poco tiempo la tecnología no permitió construir un ala y una hélice con esas características.

Paul McCready construyó una aeronave que tenía 30 metros de envergadura (distancia de punta a punta de las alas) y después de muchos ensayos y fracasos, el 23 de agosto de 1977 su equipo logró hacer que su aeroplano, Gossamer Condor, volase con el ciclista Bryan Allen a los mandos. McCready ganó el premio Henry Kremer de La Royal Aeronautic Society que durante los últimos 18 años nadie había sido capaz de reclamar, cuando el Gossamer Condor propulsado por Bryan Allen, recorrió 2172 metros describiendo un ocho. Allen voló a una velocidad de 18 kilómetros por hora para lo que tuvo que desarrollar una potencia de 260 vatios. McCready había fundado en 1971 la sociedad AeroVironment que fabricaba aviones de control remoto para el Departamento de Defensa y realizaba trabajos de consultoría en asuntos relacionados con el medioambiente y la energía eólica. Su interés en el premio Henry Kremer estuvo motivado por el tropiezo que tuvo en los negocios un pariente suyo al que quiso ayudar con el dinero del trofeo. Animado por los buenos resultados del Gossamer Condor, su equipo también ganó el segundo premio de Henry Kremer, el 12 de junio de 1979 al cruzar el canal de la Mancha desde Inglaterra hasta Francia, dotado con 100 000 libras. El vuelo lo realizó también Bryan Allen, y recorrió con el Gossamer Albatross una distancia de 35,82 kilómetros en 2 horas y 49 minutos.

Para conseguir los premios, McCready consiguió el apoyo financiero y tecnológico de la multinacional química Dupont que aportó materiales ligeros y de gran resistencia para la fabricación de los aeroplanos como el mylar, kevlar y la fibra de carbono. El estadounidense también recurrió al profesor Pete Lissaman del California Institute of Technology que escribió el programa para diseñar la hélice de alto rendimiento del Gossamer Condor y a la universidad de Massachusetts para que le ayudaran en el diseño de la hélice del Gossamer Albatross.
Poco después de que el Gossamer Albatross cruzara el canal de la Mancha los estudiantes del Massachusetts Institute of Technology (MIT) llevaron a cabo el primer vuelo con su aeroplano Chrysalis, propulsado también con energía humana. Este aeroplano lo utilizaron 44 pilotos diferentes, entre los que hubo varias mujeres. Durante la década de los 80 los estudiantes del MIT continuaron desarrollando la tecnología de las aeronaves propulsadas por el hombre; el 23 de abril de 1988 el equipo consiguió que el Daedalus volara en Grecia de la isla de Creta a la de Santorini pilotado por Kanellos Kanellopoulus, una distancia de 115,11 kilómetros.

Así es como un grupo de jóvenes entusiastas y deportistas, en distintas partes del mundo, han iniciado una nueva andadura en la historia del vuelo. Los dos vuelos de Todd Reichert, con el ornitóptero de 2010, y en junio de 2013 con su helicóptero, culminan el proceso- iniciado en 1977 por McCready- mediante el cual se ha demostrado la posibilidad del vuelo propulsado por el hombre. Todas las formas de vuelo conocidas se pueden efectuar con la energía aportada por el piloto.

La tecnología puede ayudarnos a hacer un uso inteligente de nuestros 250 vatios.

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