domingo, 7 de junio de 2015

¿Podría volar una aeronave del tipo ornitóptero?

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es un "ornitóptero"?
Skybird.gifR: Un ornitóptero es cualquier aparato o dispositivo que imite el batir de las alas de un ave (...como la Gran Avutarda). La palabra "ornitóptero" es una combinación de las palabras griegas "pájaro" y "ala". Un ornitóptero en realidad no necesita tener plumas. Lo que le hace característico es el movimiento o aleteo. Los aviones tienen una hélice que gira con un movimiento de rotación. Los helicópteros tienen un ala rotativa que proporciona tanto la elevación como el empuje. En lugar de la rotación, el ala del ornitóptero imita el movimiento alternativo del ala de un pájaro.

P: ¿Por qué batiendo alas?
R: Muchas personas se lanzan a construir y volar ornitópteros, simplemente porque los ornitópteros son espectaculares, ingeniosos, complicados y muchos de ellos increíblemente bellos. Estos aparatos tienen algunos beneficios: el aleteo, potencialmente ofrece una mayor eficiencia, mejor maniobrabilidad, y menor ruido en comparación con los aviones y helicópteros. El parecido con un pájaro real también puede ser útil, por ejemplo, para el espionaje o para mantener a las aves verdaderas fuera de las pistas del aeropuerto.


P: ¿Ha existido alguna persona que haya volado en un ornitóptero?
R: Sí. ha existido un ornitóptero con motor tripulado por Adalbert Schmid. este aparato voló entre 1942 y 1947, hasta la fecha ha sido el mejor vuelo dekl que se tiene noticia. Otros ornitópteros tripulados han hecho vuelos que pueden calificarse como satisfactorios.



P: ¿Cómo vuela un ornitóptero?
R: El ornithopter funciona de forma algo diferente al avión convencional. Los principios son parecidos, se trata de conseguir sustentación, aunque la forma de conseguirla es distinta. El movimiento hacia adelante permite a las alas desviar el aire hacia abajo, produciendo fuerza de sustentación. El aleteo de las alas hace las veces de una hélice en rotación. 

P: ¿Por qué no la carrera del ala ascendente anula la descendente?
R: La fuerza producida por un ala depende del ángulo al que se mantiene dicha ala en relación con su movimiento a través del aire. Esto se llama el "ángulo de ataque". Durante la carrera ascendente, el ángulo de ataque se ajusta de modo que el ala no está empujando aire hacia abajo.

P: ¿Puedo construir mi propio ornitóptero?
R: ¡Sí! Muchas personas construyen ornitópteros, bien como hobby o como proyecto de fin de carrera. Hay multitud de planos gratuitos en la web, pero lo mejor si alguien se quiere iniciar ene este campo es empezar por lo más sencillo, con maquetas o modelos de aves para luego pasar a cosas mayores. (BirdKit.com).

P: ¿Se puede conseguir financiación para mi proyecto?
R: Existen varias sociedades de Ornithopteros que cuentan con programas de pequeñas donaciones para facilitar la investigación del vuelo tipo aleteo como el de los pájaros. Lo mejor es hacer una búsqueda en Internet.

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James D. DeLaurier es un inventor y profesor emérito de la Universidad de Toronto (Instituto de Estudios Aeroespaciales), trabaja como como jefe de diseño y análisis en prototipos y vehículos aéreos que vuelen por medio de la imitación de las aves. James consiguió, con el uso de un motor y la apropiada maquinaria, mover una gran superficie de ala batiéndola como los pájaros. 

Parte de la sustentación estaba creada también por el fuselaje y la cola. El perfeccionamiento de la maquinaria requerida para el complejo movimiento se irá refinando con futuros ensayos y el desarrollo de mejores modelos. El modelo que desarrolló el profesor DeLaurier en 1990 pudo mantenerse en el aire durante unos 14 segundos en un vuelo llevado a cabo en 2006. El aparato en cuestión pudo batir las alas ayudado de una pequeña turbina, pero la sustentación en su mayoría fue creada por el batir de las alas. 

Uno de los problemas encontrados durante este proyecto fue que la aeronave tiende a rebotar en el despegue, debido al efecto de aleteo de las alas. La ayuda de la turbina permitió un despegue suave y ayudó a compensar el peso añadido de un tren de aterrizaje instalado para el vuelo.



Percival Hopkins Spencer propuso un diseño de ornitóptero de cuatro alas, que proporcionaría un vuelo más suave para sus ocupantes. Demostró el concepto en 1960 con el primer ornitóptero controlado a radio control del mundo. El ornitóptero tripulado propuesto al final no fue construido. A mediados de la década de 1990, sin embargo, Vladimir Toporov probó un ornitóptero de tracción humana con cuatro alas que se movían con un conseguido aleteo. El diseño de ornitóptero de cuatro alas demostró que es posible reducir considerablemente la oscilación del fuselaje, un paso importante para crear una aeronave tripulada viable. El ornithopero de Toporov es importante por otra razón. Con mucha mayor superficie alar, y la eficacia muy mejorada del diseño de cuatro alas, es muy probable que este avión pudiera volar solo con potencia muscular, en lugar de depender de la energía generada para lanzarlo al vuelo mediante un procedimiento de remolcado.

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Video: El equipo canadiense después del primer vuelo propulsado y sostenido de un ornitóptero (batiendo las alas), ​​cree que la perspectiva de una nave tripulada ahora es real, a pesar de que en las pruebas que se ven en el vídeo muestra que la nave experimental sufrió algún que otro percance en el intento.



El departamento de Estudios Aeroespaciales de la Universidad de Toronto,  ha estado trabajando en el concepto Ornithopter pilotado desde principios de 1990. Su ornitóptero (C-GPTR) realizó el primer vuelo sostenido el 8 de julio (en el último de tres intentos). Una vez que la aeronave alcanzó la velocidad de avance de alrededor de 43kt (80km/h), se le dio la máxima aceleración de batido a las alas, (1 Hz o un ciclo de aleteo cada segundo), la aeronave se elevó de la pista en el aeropuerto de Toronto Downsview durante unos 14 segundos de vuelo recto y nivelado a 48kt. El ornitóptero alcanzó una altitud de alrededor de 1 metro (3 pies 3 pulgadas) La aeronave tenía un peso máximo de despegue de 350 kg (770 libras). James DeLaurier, dijo después de este vuelo, que en 14 años que lleva en el proyecto, ha cruzado una barrera psicológica sobre la viabilidad de un avión de aleteo a gran escala. El proyecto ahora está buscando financiación para construir una nueva ala optimizada para un mayor peso del avión. Si esto no se consigue, entonces el ornitóptero será reconstruido y regalado al Museo Aeroespacial de Toronto.

A continuación se muestra un mecanismo muy sencillo (pero muy inteligente) de como se podría mover un ala de forma parecida a como lo hacen los pájaros.






Para terminar se muestra un diseño de aeronave pilotada que podría utilizar el mecanismo antes propuesto movido por algún pequeño motor. Si los materiales con los que se construye son lo suficientemente ligeros y resistentes... ¿Podría llegar a volar?


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2 comentarios:

  1. Deberían dejar el diseño de pájaros y centrarse en el de la libélula. Y con un fuselaje liviano gracias al helio (como los dirigibles) sería aún más fácil de conseguir.

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    1. Hola y muchas gracias por tu comentario. Interesante propuesta, pero entonces ya no estaríamos hablando de ls ornitópteros, nos encintraríamos en el campo de los anisópteros o quizás los coleópteros... No se muy bien. Pero es muy interesante lo que comentas. Transcribo aquí las ideas de la profesora Wang que trabaja con en ello:

      Con cuatro alas en vez de las dos habituales, y un ritmo de batimiento y ángulo de ataque atípicos, que le permiten detenerse y hasta volar al revés, el elegante insecto es una maravilla de la ingeniería natural.

      Z. Jane Wang, profesora de mecánica teórica y aplicada en la Universidad de Cornell, ha presentado una investigación acerca de los sistemas de vuelo y la dinámica de los fluidos, con la libélula como principal protagonista. "Vea cómo las estructuras delgadas, un papel por ejemplo, al caer se mueven a través del fluido ambiental, el aire -explica- y luego observe cómo los insectos usan sus alas para manipular ese ámbito y mantenerse en vuelo. La pregunta principal, la enfoco sobre la eficiencia. Es la pregunta de siempre: pájaros y aviones, ¿cuáles son mejores? Y si pensamos que los aviones son mejores, ¿por qué? La creencia general sostiene que los aeroplanos (superficies sustentadoras) son más eficientes porque van de un punto al otro, sin gastar energía de aleteo. Pero hay infinidad de maneras de batir las alas. Entre todos esos modos, ¿alguno es mejor que el vuelo en línea recta? Algunos lo son y esto es lo que encontré".

      La observación vino de las libélulas. "Las libélulas tienen un aleteo muy dispar. Los golpes de ala se producen con altibajos en vez de hacia adelante y atrás. La libélula es uno de los insectos con mejor capacidad de maniobra, de manera que si ella usa ese sistema de vuelo, probablemente haya una razón importante".

      Pero lo que es extraño acerca de esto, es que en realidad primero empujan hacia abajo para lograr elevarse. Un perfil de ala aerodinámica usa la sustentación para elevarse, pero la libélula emplea mucho arrastre aerodinámico para levantar su peso. Esto es muy extraño, porque en los aeroplanos se piensa siempre en reducir el arrastre al mínimo. Uno nunca piensa en utilizar la resistencia aerodinámica.

      La siguiente pregunta, es: ¿los ingenieros podrán usar estas ideas para hacer una máquina que vuele aleteando y sea tan eficiente como un avión de ala fija?

      Las preguntas respecto al tamaño y la viabilidad permanecen. "Mantenerse en vuelo estacionario o volar durante mucho tiempo es difícil, sobre todo a bajas velocidades. La potencia es limitada. Entonces, hallar movimientos eficientes para volar es muy importante", explica Wang. De todos modos, aunque no logre responder todas las preguntas, el trabajo de Wang mueve a los investigadores un paso más cerca para llegar a construir tal máquina.

      "Quiero construir insectos en el ordenador como un modo para aprender por qué casi todas las cosas que se mueven en un fluido usan un movimiento de aleteo", declara Wang. "Tanto si se trata de un pez en el agua como de un pájaro en el aire, en realidad usan el mismo principio".

      En definitiva, el modo cómo cae un papel o las hojas, y el modo cómo vuelan los insectos, pueden darnos algunas ideas sobre por qué los animales usan estos métodos.

      Tomado de http://www.solociencia.com/biologia/06032304.htm

      Un cordial saludo
      Manolo

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