Por
Javier Sánchez Horneros
El año
pasado se cumplía el décimo aniversario de la entrada en servicio de la primera
tranche o batch del Eurofighter, caza multimisión de configuración
delta-canard, gobernado por el piloto a través de un sistema de control de
vuelo digital que monitoriza en tiempo real tanto el estado del avión,
considerando como tal la configuración del mismo, su actitud y demás parámetros
en los que se desarrolla el vuelo, como las demandas de control que el piloto
ejerce a través de la palanca de control, pedales y mando de gases. El
Eurofighter, al igual que el Rafale o el F-22, posee capacidad “súpercrucero” o,
dicho de otra manera, la capacidad de superar Mach 1.0 en vuelo nivelado sin
necesidad de utilizar la postcombustión.
La
capacidad de súpercrucero es, con la posible excepción del F-35 dado el
diferente tipo de misiones que ha de realizar, una de las muchas
características que hoy en día se le demanda a un caza de superioridad aérea,
independientemente de que sea capaz de desarrollar misiones aire-suelo con la
misma eficacia, como es el caso del Typhoon. Sin embargo, hubo una época en la
que esta característica era inimaginable, es más: el reto era alcanzar el
número mágico, el Mach 1.0. Algunos pensaban que era imposible. Otros en cambio
que había de diseñarse un avión con configuración aerodinámica óptima dotado de
un propulsor igualmente eficaz. Desde una cierta perspectiva, ambos grupos
tenían razón: la configuración aerodinámica de la época impedía alcanzar
valores cercanos a la velocidad del sonido, siendo por ello mismo impensable el
dotar a un determinado avión de un motor que le permitiese superar la
resistencia aerodinámica generada, dado que el solo hecho de aproximarse a
cierto valor de Mach que dependía de la configuración aerodinámica del avión,
provocaba una pérdida de control del mismo, con resultados normalmente
catastróficos.
Lo
cierto es que los problemas derivados de la compresibilidad habían hecho su
aparición desde prácticamente el nacimiento de la aviación, justamente en las
hélices del grupo propulsor. Resumiendo mucho el concepto, todos los puntos de
la hélice deben recorrer el mismo espacio en el mismo tiempo, lo que conlleva
que desde el centro de la misma hasta sus puntas, la velocidad vaya en aumento;
concretamente, el mayor valor, aproximadamente un valor de Mach 0.70-0.75, se
dará en las puntas, la zona más alejada del centro mismo del círculo descrito
por la hélice, en la que la velocidad será cero (centro instantáneo de rotación
o CIR). Con la continua búsqueda del aumento de prestaciones, se desarrollaban
motores de mayor potencia que permitían a los aviones alcanzar mayor velocidad
y altura, pero en los que aparecía el fenómeno de la compresibilidad. La
solución adoptada es bien sabida por todos: si no se puede aumentar la
velocidad de giro de la hélice, se aumenta el diámetro de la misma, lo que
permitirá disponer de más par, impulsando por tanto mayor cantidad de aire. Si
bien en los años 1930 se conocían y se empleaban túneles de viento en los
diferentes centros de investigación aerodinámica (como la NACA por citar un
ejemplo) para estudiar diferentes perfiles aerodinámicos en diferentes países,
también es cierto que aquellos que podían simular entornos superiores a Mach
1.0 presentaban la misma característica: la toma de datos era correcta desde
una velocidad de 0 hasta Mach 0.75, pero desde ese valor de Mach, hasta
aproximadamente 1.20-1.25, región que hoy en día se considera la región
transónica, era imposible obtener dato alguno de la corriente de aire sobre el
perfil alar.
En
1935, un alemán, Adolf Busemann había realizado estudios sobre el ala en flecha
para vuelo supersónico -con una serie de conclusiones presentadas en la
Conferencia de Volta el mismo año-, fecha en la que todavía no se habían
alcanzado velocidades mayores a aproximadamente 300 millas por hora. Las
conclusiones que extrajo después de años de pruebas, en las que demostraba que
la componente normal al borde de ataque del ala es la que genera tanto la
sustentación como la resistencia inducida y, por tanto, se ve afectada por el
ángulo que adopte el ala entre otros factores, se implementarían en los aviones
última generación de la Luftwaffe, entre ellos el Me-262. Por ello, si bien la
corriente de pensamiento alemana abogaba por el empleo de alas en flecha,
solución presente hoy en día en todos los aviones que sean capaces de acercarse
al régimen transónico (y no digamos ser supersónicos), Inglaterra y los Estados
Unidos seguían centrados en las alas rectas.
Durante
la Segunda Guerra Mundial, cuando los pilotos se veían obligados a realizar
picados con el mando de gases a fondo, descubrían horrorizados que los elevadores
dejaban de funcionar, con consecuencias desastrosas en la gran mayoría de los
casos. En este punto, hay que hacer especial hincapié en una hipótesis
fundamental bajo la cual se habían realizado todos los diseños de los aviones
de la época hasta el momento: la incompresibilidad del aire, algo que, se
comprobaba, no era acertado. El Mustang P-51, con su ala de flujo laminar,
podía retrasar la aparición de los efectos de la compresibilidad; es más, la
NACA, con Bob Gilruth a la cabeza, disponía de informes en los que se indicaba
que si el ala del P-51 se encontraba durante un picado en una cierta posición
angular respecto del sol, se podían ver sombras o estelas desplazarse a lo
largo del ala. Tras considerar que, por el mismo principio de la sustentación,
la corriente de aire se desplazaba a mucha mayor velocidad por el extradós que
por el intradós, Gilruth propuso montar una pequeña ala a escala perpendicular
al extradós del ala de un P-51, provisto de equipos de medida adecuados. La
sorpresa fue mayúscula cuando los datos demostraron, tras alcanzar una
velocidad en picado de Mach 0.81, que la corriente de aire del extradós había
alcanzado una velocidad de Mach 1.4, valor imposible de medir en un túnel de
viento de la época. Estos y otros estudios llevaron a la creación del X-1 y del
D-558, siendo el X-1 el primer avión reconocido en superar la barrera de sonido
en vuelo recto y nivelado.
Sin
embargo, muy poco se sabe de la contribución inglesa en cuanto a investigación
supersónica, y menos aún del avión propuesto para superar la barrera de sonido,
el Miles M.52.
En
1944, Inglaterra y Alemania eran los máximos exponentes en cuanto a investigación
supersónica. Por parte de Inglaterra, la encargada de llevar a cabo las pruebas
era el Departamento de Aerodinámica de la RAE, en Farnborough, y el avión
escogido para este tipo de pruebas era el Spitfire XI, un avión de ala elíptica
(en la que, por la forma y disposición de este tipo de ala, todas sus secciones
trabajan exactamente de la misma forma) y al que se le había quitado todo el
equipo operativo correspondiente, aligerando su peso. Las pruebas consistían en
llevar el avión a 40.000 pies, y llevarlo a un suave picado. A Mach 0.83, el
avión comenzaba a temblar por la cola, perdiendo efectividad en el elevador y
agravándose el picado, con temblores muy violentos y alabeos inducidos. A Mach
0.86, era necesario ejercer una fuerza de 60 libras para detener el picado,
siendo este el límite físico de Eric “Winkle” Brown, tal y como describe en su
biografía. Sin embargo, su superior, el Lider de Escuadrón Tony Martingale,
dotado de una mayor capacidad física, llevó al Spitfire a una velocidad máxima
de Mach 0.92, ejerciendo para recuperar una fuerza equivalente a 100 libras de
fuerza, ocasionando la pérdida en vuelo tanto de la hélice como de la
reductora; la pérdida de este conjunto generó, evidentemente, una pérdida de
peso, de forma que se originó un “zoom” instantáneo a 11 G que le llevó de
nuevo a 40.000 pies de altura, hecho del que fue consciente Martingale tras
recuperarse del blackout originado durante la maniobra. A su regreso a
Farnborough, el avión había adquirido tanto por la presión dinámica como por el
factor de carga alcanzado durante el vuelo un ligero perfil de ala en flecha.
En
Agosto de 1944, pocos meses después de estas experiencias, “Winkle” Brown
recibió una breve nota del director de la RAE, en la que le encargaba ocuparse
de la investigación en el campo supersónico, dado que la aparición de los
reactores en escena hacía más acuciante que antes el estudio de la barrera del
sonido y de que había más allá del valor de Mach 1.0, algo que tanto británicos
como americanos llamaban “the unknown” (Chuck Yeager y Jack Reilly lo llamaron
casi tres años más tarde, durante las pruebas del X-1 en el Campo Muroc, “the
unghknown”, nótese la diferencia). Esta investigación sería llevada a cabo
conjuntamente con Miles Aircraft, en un avión de ensayos prototipo denominado
Miles M.52.
El
Miles M.52 implicaba desde su misma concepción la incorporación de una serie de
elementos radicalmente nuevos, comenzado por el fuselaje, en forma cilíndrica y
similar al de una bala de 0,5 pulgadas (12,7 milímetros), que daba comienzo en
la cabina, presurizada y de un diámetro de 4 pies (aproximadamente 1,22 metros)
y de forma cónica, en donde se acomodaba el piloto en posición semi-reclinada.
La cabina no formaba parte integral del fuselaje, sino que podía desprenderse
del mismo mediante cargas de cordita, disponiendo de un paracaídas de frenado
que disminuiría si velocidad y cambiaría su actitud lo suficiente como para que
el piloto pudiese saltar con su propio paracaídas. Las alas, de tipo biconvexo
o como se conocían en la época, de tipo Gillette, en un paralelismo con la
conocida marca de cuchillas de afeitar, tenían como características principales
el ser sólidas (no disponían de depósitos de combustible ni de alojamiento para
el tren de aterrizaje) ser extremadamente afiladas (bajo espesor) y tener una
envergadura de 25 pies (7,62 metros).
El
objetivo era alcanzar una altura de 50.000 pies y alcanzar una velocidad
aproximada de Mach 1.07 durante un picado hasta 36.000 pies, para lo cual se
emplearía un reactor Whittle con una tobera de admisión modificada, situada entre
la cabina y el fuselaje y un sistema primitivo de postquemador. El sistema que
hoy en día conocemos como postquemador estaba siendo estudiado, de forma
secundaria, con la aparición de los motores a reacción, dado que los
principales problemas que surgían eran relativos tanto al bajo valor de empuje
obtenido como a la baja capacidad instantánea de generación de empuje (por el
especial cuidado con que había que manejar el mando de gases, tanto para evitar
la entrada en pérdida del compresor como el incremento instantáneo y
descontrolado de temperatura que dañase los álabes de la turbina) que
dificultaba su empleo en combate. El reactor, un Power Jets W2/700
proporcionaría, junto con la aerodinámica descrita, una capacidad transónica
limitada por el empuje del reactor, con lo que la clave para vencer el aumento
de resistencia generado a medida que el avión se aproximaba a Mach 1.0 sería el
empleo del postquemador. Al igual que hoy en día, este postquemador emplearía
el remanente de oxígeno existente en los gases de escape, ayudado por una serie
de rotores provistos de álabes de turbinas en la zona del chorro de salida,
tras la turbina en sí misma una especie de aumentador que conjuntamente con el
compresor y la turbina, formaban el primer motor a reacción con postquemador
del mundo.
Junto
con el motor altamente modificado, el elemento más novedoso y clave de este
avión era el elevador completo u all flying tail del que constaba, también de
perfil biconvexo. Los orígenes del all flying tail se remontan al momento mismo
del estudio de la pérdida de efectividad de los elevadores durante el vuelo en
régimen transónico.
Para
recuperar, los pilotos utilizaban además de toda la fuerza física posible en la
palanca de control, los compensadores de profundidad, en algunos casos con
éxito, como recuerda Robin Olds en su biografía Fighter Pilot, en donde tras un
picado durante una misión de escolta en un P-38 supera el Mach táctico (o
número máximo de Mach en donde el avión es controlable) del mismo y se ve
inmerso en un picado descontrolado, pudiendo recuperar a escasos metros del
suelo tras la pérdida de elementos laterales de la cúpula, gracias al aumento
del espesor del aire y al empleo completo tanto de la palanca –en este caso,
yokes- como del compensador. Por tanto, la idea era proporcionar tanto una
mayor superficie de control al piloto en el eje de cabeceo, empleando de forma
conjunta el elevador y el estabilizador para recuperar el picado, como impedir la
formación de ondas de choque en las zonas del estabilizador, que inutilizaban
al elevador al impedir el normal recorrido del flujo de aire a través de su
superficie. Un modelo a escala tanto de la cola como del ala y construidos en
madera fueron montados sobre un Falcon M.3B, realizando pruebas en vuelo con
Eric Brown como piloto, en Abril de 1945. Si bien las pruebas fueron un éxito,
la dinámica de vuelo del Falcon se vio lógicamente afectada, aumentando la
velocidad de aterrizaje, algo normal dado el perfil aerodinámico, obteniendo
por tanto un éxito
A
comienzos de la primavera de 1945, el Gobierno Británico ordenó a Miles
Aircraft el traspaso completo de los estudios y resultados obtenidos con el
Miles M.52. Durante la Segunda Guerra Mundial, la comunicación entre los Estados
Unidos e Inglaterra era algo cotidiano, formándose comisiones y delegaciones
que visitaban a sus homónimos. Sin embargo, en este caso, y pese a que una delegación
británica tenía previsto visitar a posteriori los Estados Unidos con el
objetivo de que estos les traspasaran a su vez los datos obtenidos en
investigaciones de alta velocidad, o high speed research como se conocía a las
investigaciones del programa supersónico, los americanos cancelaron la visita
poco antes de que tuviera lugar.
Cuando
el programa del Miles M.52 se encontraba a aproximadamente a falta de completar
el 18% del mismo para lograr llevar a cabo el primer vuelo, fue cancelado
completamente en Febrero de 1946, sin dar ninguna explicación satisfactoria.
Algunas fuentes, ajenas a Eric Brown indican que se había decidido, a comienzos
de 1946, el llevar a cabo el programa supersónico mediante modelos/aviones no
tripulados diseñados y construidos por Vickers, que estaban fuertemente basados
en el Miles M.52. En todo caso, todas incluido el propio Brown, coinciden en
que en 1955 el Gobierno Británico conservador admitió en un comunicado que la
cancelación del Miles M.52 supuso un duro retraso a la entrada en la era
supersónica del avión británico.
Curiosamente,
fue el flying tail, el que permitió a Yeager superar la barrera del sonido en
1947. El X-1 había estado a punto de cancelarse tras una pérdida de respuesta
completa del elevador a Mach 0.94 (según el Machmeter en cabina). Sin embargo,
Jack Ridley, tras conversaciones con Dick Frost, el delegado para el Programa
X-1 de Bell Aircraft, sugirió que Yeager lo utilizase, para proporcionar una
mayor superficie de control, ya que estaba convencido de que el problema de la
pérdida de control se debía a la falta de corriente de aire en el elevador, por
estar afectado por ondas de choque.
El resto es historia…
Fuente:
https://www.hispaviacion.es
