¿Cómo se calcula el alcance de un avión?

Esta es una pregunta muy interesante y muy útil cuando se diseña un nuevo avión o se quiere modificar uno ya existente. La respuesta viene dada por la llamada ecuación de Breguet. Esta ecuación se debe al famoso diseñador y constructor de aviones francés Louis Charles Breguet. Vamos a ver que pinta tiene esta ecuación, que nadie se asuste.

Ln es el logaritmo neperiano, pero vamos a pasar de él ampliamente y nos vamos a quedar solo con las fracciones. Que no cunda el pánico. Luego vamos a hablar de los términos que la componen, pero antes vamos a dar una idea de los conceptos básicos que debemos manejar. Hay varias cosas importantes.

La fracción de combustible

La fracción de combustible es un término muy socorrido para estimar el alcance de un avión comercial a falta de otros datos. Es la cantidad de combustible que un avión puede llevar (tanto en tanques internos como externos) dividida por el peso al despegue o el peso en crucero. Se suele expresar en porcentaje y es un factor clave en el cálculo del alcance máximo de un avión sin utilizar el repostaje. Forma parte de la ecuación de Breguet para calcular el alcance de una aeronave como luego veremos.

Hoy en día, las fracciones de combustible en los aviones de combate a reacción oscilan en torno al 30%. Con el 29 por ciento y menos se suelen producir subcruceros; Con el 33 por ciento se obtienen los cuasi-supercruiser; y con el 35 por ciento o más se podrían realizar misiones eficaces de supercrucero. La fracción de combustible del F-22 Raptor es del 29 por ciento, el Eurofighter es del 31 por ciento, ambos similares a los del F-4 Phantom II, F-15 Eagle y el ruso Mikoyan MiG-29 "Fulcrum". El interceptor supersónico ruso Mikoyan MiG-31 "Foxhound", tiene una fracción de combustible de más del 45 por ciento. El Panavia Tornado tiene una fracción de combustible interna relativamente baja del 26 por ciento y por ese motivo con frecuencia montaba tanques externos eyectables. 

Los aviones de pasajeros tienen una fracción de combustible de menos de la mitad de su peso de despegue, entre el 26% para distancias medias y el 45% para largas distancias:

MTOW = Max takeoff weight (max al despegue en toneladas)

OEW = Operating Empty Weight (peso operativo en vacío -sin combustible-)

Varias curiosidades civiles: el Concorde tenía una fracción de combustible del 51%. y el Rutan Voyager despegó en su vuelo alrededor del mundo en 1986 al 72 por ciento, la cifra más alta hasta la fecha. El Virgin Atlantic GlobalFlyer de Steve Fossett podría alcanzar una fracción de combustible de casi el 85 por ciento, lo que significa que lleva más de cinco veces su peso en vacío de combustible.

El consumo espécífico

El consumo específico (Ce) es una medida del consumo de nuestro motor. Indica la eficiencia que tiene un motor para transformar carburante en energía mecánica o empuje en nuetro caso. Se expresa como la cantidad de carburante que hay que consumir (en gramos) para obtener una determinada potencia o empuje durante una hora. La unidad de medidad es gramos/unidad de empuje/hora. Cuanto más alto el Ce más está consumiendo el motor.

En los aviones E-Jet 190 se montaban originalmente los motores General Eectric CF-34-10E, una de las cosas que se mejoraron en la versión moderna de este avión fue precisamente el motor. El nuevo motor fue el PW1000G con un empuje mayor, pero también con un consumo mucho mejor. Por poner un ejemplo se puede decir que el GE consumía una media de 1,8 toneladas por hora (ambos motores) y el PW1000G está alrededor de las 1,4 toneladas/hora. El consumo específico es mucho mejor en este último.

Cantidad de planeo o ratio L/D

Es la cantidad de unidades de distancia que el avión puede volar horizontalmente por unidad d distancia que tiene que descender. Los aviones comerciales modernos suelen tener un ratio 19:1 o incluso más. El ratio es independiente del peso. Un A380 puede planear lo mismo que un A320, pero lo hace más deprisa. Se suele expresar por la relación Sustentación/Resistencia más conocida como L/D .

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Ahora vamos a poner otra vez la fórmulita de marras para que no parezca tan complicada:

Como se puede ver, M1 es la masa del avión en el despegue y M2, es la masa del avión en el destino. La diferencia, es por tanto, el combustible consumido. Ahora se puede ver claramente, que para maximizar el alcance de un avión se debe incrementar la envergadura del ala (para tener un mayor ratio de planeo, o bien mejorar el consumo del motor, como en el caso de los E-Jet antes comentado. Se puede hacer también que el avión sea más rápido (V mayor) manteniendo el mismo Ce gracias a varios refinamientos aerodinámicos. En fin, que no era para tanto ¿no?