viernes, 6 de marzo de 2015

El efecto suelo y la bestia de BOEING

Existe un concepto de avión que no es nuevo, pero que se había "aparcado" hace muchos años por no ser viable económicamente, pero ahora ha vuelto a ser interesante gracias a las nuevas tecnologías. Se trata del proyecto de BOEING llamado Pelícano que se está desarrollando todavía en la unidad de trabajo Phantom Works R&D. La bestia que propone BOEING tiene una envergadura de 152 metros y podría transportar hasta 1.400 toneladas de material. Esto equivaldría a transportar 17 tanques M1 Abrams por ejemplo (un pequeño ejército tal como se pude ver en la ilustración).







Este monstruo necesitaría 76 ruedas para poder soportar tal peso y será al menos el doble de grande que el famoso An-225 Ruso. Las aplicaciones potenciales para tan descomunal aeronave y con un alcance y velocidad tan grande son muchísimas y no solamente militares. "The Pelican" podría ser usado como plataforma aérea para cohetes y naves espaciales reusables o bien podría competir en el negocio del transporte de carga marítima, hoy en día copado por las grandes navíos.

La aeronave está diseñada para poder volar a ras del agua en alturas de unos 20 pies (unos 6 metros) por encima del mar y así sacar el máximo partido a lo que se denomina efecto suelo (ground effect). Este efecto aerodinámico reduce la resistencia e incrementa el alcance y la eficiencia. El nombre de Pelícano le viene que ni pintado, pues su contrapartida plumífera hace precisamente eso de volar en efecto suelo. Actualmente en el mercado solo existe el An-225, que fue lanzado en 1988 como parte del programa de la URSS para el desarrollo de la lanzadera espacial Buran, Solo se construyeron dos ejemplares y da una idea d ela complejidad que ahora tratan de resolver los norteamericanos con el Pelican. El An-225 puede transportar 250 toneladas (casi cinco veces menos que el Pelican).

Las especificaciones técnicas que se saben hasta ahora son:

  • Longitud: 122 m 
  • Envergadura: 152 m 
  • Altura: 6 m (en la bahía interior del fuselaje) 
  • Área del ala: más de 4,000 m2 
  • Carga útil: 1.400 toneladas 
  • Motores: 4 turbinas de 80,000 hp (59,656 kW) cada una 
  • Velocidad de crucero: 240 kts en efecto suelo (445 km/h) 

Pero... ¿Que es el efecto suelo?

Cuando un avión en vuelo se encuentra a una cierta distancia de la superficie (normalmente se ha calculado que ocurre a la mitad de su envergadura), se produce un cambio en el patrón de flujo de aire alrededor de la aeronave. Esto altera los vórtices de punta de ala y los patrones normales generan un efecto, que hace posible el vuelo a una velocidad ligeramente más lenta que la que se requiere para mantener el nivel de vuelo a mayor altitud. 

Se sabe que la resistencia inducida es el resultado del trabajo del ala al sostener el avión y que el ala levanta el avión acelerando una masa de aire hacia abajo. Es cierto que la presión reducida en la parte superior de un perfil aerodinámico es esencial para generara sustentación, pero esto no es mas que una de las cosas que contribuye al efecto general de sustentación. Cuanta mas corriente de aire descendente pueda generar un ala, mas sustentación (...y mas resistencia inducida) y esto es lo que ocurre normalmente a altos ángulos de ataque y a baja velocidad.

Sin embargo, la reducción de los vórtices de punta de ala debido al efecto del suelo altera la distribución de la sustentación creando un efecto como si la aeronave tuviera más envergadura. 



Este efecto también genera una reducción del ángulo de ataque y la resistencia inducida. El efecto del suelo se puede apreciar en las curvas de angulo de ataque y resistencia inducida que se muestran a continuación.



Tal como se aprecia en las gráficas, el efecto suelo también alterará el empuje requerido según se aumente la velocidad. Dado que la resistencia inducida predomina a bajas velocidades, una reducción de la resistencia inducida debido al efecto de suelo causará sin duda una reducción muy significativa del empuje requerido (igual a la suma de la resistencia parásita y la resistencia inducida) a bajas velocidades. 

Para que el efecto suelo sea significativo, el ala debe estar muy cerca de la superficie. Si se volara a una altura igual a la envergadura, el efecto de reducción de resistencia inducida sería solo de un 1,4%, mientras que si se vuela a una distancia de un cuarto de la envergadura el efecto de reducción de resistencia inducida llegaría al 23,5% y si se volara a un décimo de la envergadura el efecto sería de un 47,6%. En el caso del Pelícano tenemos un ala de 152 metros y los técnicos calculan un vuelo a una altura de 6 metros, esto representa un vuelo a una vigésimo quinta parte de su envergadura, con lo que el efecto suelo será enorme.

Estamos de acuerdo en que un buque portacontenedores puede transportar más tonelaje, pero también es cierto que lo hace a una velocidad de entre 20 y 25 nudos (30-40 km/h), mientras que el Pelícano llevaría 1.400 toneladas a 240 nudos (445 km/h) que es 10 veces mas rápido. La tripulación de un buque de estos sería de unas 20 a 40 personas, mientras que el Pelícano lo pilotarían solo dos. Haciendo unos cuantos números se puede ver que el Pelícano tiene un gran potencial para cierto tipo de misiones de transporte. 

Ya se sabe, "Burro grande ande o no ande"

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