Nostalgia setentera: E-M Energía-Maniobra

Recuerdo que cuando eramos unos chiquillos (finales de los 60, comienzos de los 70), siempre nos enzarzábamos en el patio del recreo del colegio, para poder dilucidar cosas tan importantes, como por ejemplo, que equipo de fútbol era el mejor de la liga, cuál era el mejor ciclista de la vuelta, que coche era el mejor (...el de papá por supuesto) y cosas por el estilo.

Por aquel entonces llevábamos pantalones cortos y jugábamos al churro (en la foto), también llamado mango o medio mango, las canicas, las chapas y cosas por el estilo. Todavía no existía el tema "chicas" en aquellos días, a lo máximo que llegábamos era a decidir quien nos parecía más guapa: CC o BB. Sobraban las palabras, pues el que estaba en el secreto sabía perfectamente que nos referíamos a Claudia Cardinale o a Brigitte Bardot. Debo de confesar que yo era más de BB, aunque siempre estuve prendado de Marisol, producto nacional y con pelis más de nuestra edad :)

La aviación militar, por supuesto, era uno de los temas recurrentes de nuestro grupo. Que avión de caza era el mejor del "mundo mundial" nos llevaba horas de profunda discusión. Que si el MiG 21 soviético por aquí, que si el Phantom F-4 norteamericano por allá, alguno hasta metía a los Hunters británicos (ese era el "rarito" del grupo), etc, etc. Por supuesto no teníamos ni idea del tema, pero por hablar, la cosa no quedaba. Casi siempre solía ganar el que gritaba más alto y defendía su tesis con más vehemencia (también solía ser el más fuerte). Al final nos enfadábamos, poníamos morros y decíamos eso de "...pues ya no te ajunto" "...y además no te invito al cine a ver Estación Polar Cebra por mi cumple ¡hala!". El rarito del grupo en cambio decía eso de "Te odio, te odio y te odio, te tiro papelitos y te castigo con el látigo de mi indiferencia". Ese creo que ahora es político.

La sangre nunca llegaba al río y todo se acababa perdonando. Por suerte, numerosas publicaciones llegaron a finales de los 70 para ayudarnos a apoyar nuestras tesis de forma más convincente delante del fortachón (la razón por encima de la fuerza). Recuerdo la famosa enciclopedia ilustrada de la aviación, VOLAR, etc. Al ir haciéndonos mayores tuvimos acceso a mucha más información y algunos hasta nos atrevimos a leer publicaciones técnicas. 


En 1981 yo ingresaba en la Academia Militar del Ejército del Aire en León y aquello fue un salto cualitativo enorme (...a ojos de mis amigos). Simplemente por el hecho de formar parte del Ejército del Aire, me convertí de la noche a la mañanas en un gurú de la aeronáutica. Nada más lejos de la realidad, pero lo bueno es que mi entusiasmo dio paso a un interés más maduro y sereno. Ello me llevó a leer manuales más técnicos y a entender muchas cosas (...otras, después de más de 35 años en aviación, sigo sin entenderlas).

Ahora me hace gracias ver como la tecnología a cambiado el patio del cole por los foros de Internet. Pero en el fondo es más de lo mismo. Muchas veces me paro a leer algunas discusiones sobre aviones (casi siempre militares) y veo con nostalgia y cariño, que el candor sigue vivo en muchas de esas discusiones. Otras mejor no leerlas, pues el anonimato de Internet da paso a insultos tremendos. En muchas discusiones acaloradas  de hoy en día sobre cual es el mejor caza se nombra de vez en cuando la teoría de Boyd sobre la energía y alguien me ha preguntado en el Blog sobre ella. 

John Richard Boyd (23 de enero de 1927 - 9 de marzo de 1997) fue un piloto de combate muy respetado en la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. Boyd participó en la Guerra de Cores, pero es mucho más conocido por haber sido también estratega militar y asesor del Pentágono. Sus teorías han sido muy influyentes en el ámbito de la aviación militar de la segunda mitad del siglo XX. Boyd inspiró el conocido programa Lightweight Fighter (LWF) que dio lugar al famoso y súper ágil General Dynamics F-16 Fighting Falcon y al poderoso y versátil McDonnell Douglas F/A-18 Hornet. Durante la década de 1960, Boyd y el matemático Thomas P. Christie desarrollaron la teoría de la Maniobrabilidad basada en la Energía, conocida también como teoría E-M del combate aéreo.

¿Qué dice esta teoría y por qué es importante para debatir sobre aviones?

La teoría de la maniobrabilidad basada en la energía es un modelo del rendimiento de la aeronave. Es muy útil para describir el rendimiento de un avión como el total de energía cinética y potencial o energía específica de la aeronave. Relaciona en una sola fórmula el empuje, el peso, la resistencia aerodinámica, el área del ala y otras características de vuelo de una aeronave en un modelo cuantitativo. Esto permite, entre otras cosas, predecir y comparar las capacidades de combate de varias aeronaves. También permite saber lo que ganamos y lo que perdemos en términos de energía al hacer modificaciones a las aeronaves. Todos estos aspectos del rendimiento del avión se comprimen en un valor único mediante la siguiente fórmula:


Donde:

  • Ps es la energía (aunque dimensionalmente tiene unidades de velocidad)
  • V es la Velocidad
  • T es empuje (Thrust en inglés)
  • D es la resistencia (Drag en inglés)
  • W es el peso (Weight en inglés)
La teoría E-M se convirtió en el estándar mundial para el diseño de aviones de combate. En un momento en que el proyecto FX de la Fuerza Aérea (posteriormente el F-15) se estaba hundiendo, el Pentágono ordenó a Boyd dejar Vietnam para ayudar con su teoría en el diseño del nuevo proyecto según los parámetros de la ecuación E-M. Su trabajo ayudó a salvar el proyecto de ser un costoso desastre, a pesar de que el producto final era más grande y más pesado de lo que a él le hubiera gustado.

En un principio el programa del nuevo avión de combate se denominó Blue Bird. Boyd no estaba de acuerdo con la dirección que tomaba el programa y propuso un "pájaro rojo" (Red Bird) alternativo. En este concepto Boyd propuso un avión solo para combate aire-aire puro y duro en condiciones visuales. Debía contar con una velocidad máxima de Mach 1.6 en lugar del Mach 2+/2.5+ del programa Blue Bird. La velocidad máxima se sacrificaría en favor de un menor peso, del orden de 12 toneladas (y por lo tanto una mejor maniobrabilidad y un menor costo). Boyd y su equipo también argumentaron que ni siquiera era necesario un radar activo ni misiles guiados por radar. Estas propuestas no fueron aceptadas y no hubo cambios en el pájaro azul, sin embargo, el Secretario de Defensa, seducido por la idea de un caza muy capaz de bajo coste, otorgó fondos para un proyecto de estudio sobre el programa de un avión de caza ligero (LWF, por sus siglas en inglés), que a la postre acabó convirtiéndose en el F-16.

Comparando aviones: ¿Cual es el mejor caza del "mundo mundial", el F-16, el MiG-29, el F-15, el Su-27, los F-35, el F-22, el Eurofighter...?

Con la fórmula de de Boyd ya tenemos una herramienta básica (que cuando éramos críos no teníamos) con la cual podemos efectuar medidas. La fórmula de Boyd es el "metro patrón", pero eso no es todo. Una buena máquina en manos de un novato no vale de mucho.  Si el piloto es experimentado, el F-16 con alrededor de 19,000 libras (W) y más de 28,000 libras de empuje (T) (con postquemador), le sobra energía y podría deshacerse y recuperar energía (Ps) en un combate cerrado a voluntad del piloto. El F-16 es una maravilla del combate aéreo, que además cuenta con una mejor visibilidad y ergonomía que el MiG-29, además la interfaz hombre máquina es mucho mejor y el consumo más reducido.

Sin embargo, el factor más importante para decidir un combate aéreo es la maniobrabilidad; la velocidad máxima y el radio de giro. En este emparejamiento, la supuesta ventaja del F-16 en cuanto a la relación empuje/peso (TWR o Thrust/Weight Ratio) se ve reducida al ser comparada con la super maniobrabilidad del MiG. El rendimiento, capacidad y velocidad de viraje en el F-16C es de 26 grados/seg instantáneo y 18 grados/segundo en giros sostenidos. Las tasas de viraje del MiG-29S son 28 grados/seg instantáneos y 26 grados/seg sostenidos. Con una ventaja de 8 grados por segundo en un giro horizontal sostenido, el F-16 se ve superado en ese sentido. La Luftwaffe ha podido comprobar estas fenomenales características del MiG-29 al haber heredado unos cuantos modelos después de la caída de la URSS, tal como se puede leer en este artículo: https://www.16va.be/mig-29_experience.htm donde se relatan las cosas positivas y negativas del modelo.

Maniobrabilidad vs super-maniobrabilidad vs tecnología punta. Precisamente lo que se critica hoy en día cuando se habla del F-35. Aquí se puede leer un buen artículo sobre sus capacidades teniendo en cuenta la fórmula de Boyd: http://elementsofpower.blogspot.com.es/2013/04/

Las matemáticas pueden ser bellas, pero a veces lo mejor de todo es simplemente verlos volar y darse cuenta de lo que son capaces:


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