Las características de vuelo del Me 163 Komet

Un lector del Blog me hace una pregunta muy interesante y la aprovecho para hacer un post: ¿Como era posible que el Me 163 Komet pudiera volar tan rápido y también tan lento con el ala en flecha? 

Si descontamos los muchos problemas iniciales de desarrollo y nos centramos en las versiones finales, podemos decir que sí, efectivamente, el Me 163 era extremadamente dócil a velocidades bajas y también a velocidades altas. Esto es muy curioso, porque además de dócil era un avión muy maniobrable, cosa que está más relacionada con aviones menos estables. 

Por el contrario, otras aeronaves sin cola menos afortunadas, como el DH 108, el X-4 o el F7U eran unos aparatos menos agradables de volar, siendo propensos a severas oscilaciones (buffeting) en cabeceo, guiñada y alabeo a alta velocidad con una maniobrabilidad no muy buena. 

El Northrop X-4 Bantam fue un pequeño birreactor desprovisto de los estabilizadores horizontales de cola, dependiendo en su lugar de unas superficies de control combinadas de alerón y timón de profundidad, denominado elevón, para control de sus capacidades de alabeo y cabeceo. Algunos ingenieros en aerodinámica esperaban que la eliminación del estabilizador horizontal también eliminase los problemas de estabilidad a velocidades supersónicas que surgían de la interacción de las ondas de choque con las alas y los estabilizadores horizontales. Sin embargo, esto no se pudo conseguir.

El de Havilland DH 108 "Swallow" fue un avión experimental británico diseñado por John Carver Meadows Frost en octubre de 1945. El DH 108 tenía ala en flecha y no poseía estabilizador horizontal, con un solo estabilizador vertical, similar al esquema del Messerschmitt Me 163 Komet alemán. Inicialmente diseñado para evaluar el comportamiento del ala en flecha a bajas y altas velocidades subsónicas para el primer diseño sin cola propuesto del avión comercial Comet, se construyeron tres ejemplares del DH 108. Cuando se decidió que el Comet tuviera una cola convencional, el DH 108 fue utilizado para investigar el comportamiento del ala en flecha a velocidades transónicas y supersónicas. Los tres prototipos se perdieron en accidentes.

El Vought F7U Cutlass fue un cazabombardero a reacción embarcado de la Armada de los Estados Unidos de principios de la Guerra Fría. Era un diseño muy inusual sin cola, pero con estabilizadores verticales, supuestamente basado en los planos y en los documentos sobre aerodinámica capturados por Estados Unidos a la compañía alemana Arado al finalizar la Segunda Guerra Mundial, aunque los diseñadores de Vought negaron cualquier relación con la investigación alemana en aquel entonces.

¿Qué es lo que tenía el Me 163 para no encontrar estas dificultades en maniobrabilidad?

Los ingenieros alemanes eran los más avanzados en aquella época y supieron diseñar este avión con unas características sobresalientes. Pero para llegar a ellas tuvieron que modificar muchas cosas. Inicialmente y gracias a las contribuciones de Junkers se le pusieron slats automáticos y se le aumentó el área de los flaps para el aterrizaje. Los ingenieros alemanes sabían bien la teoría que venía de muchos años atrás.

Todo comenzó con los monoplanos y biplanos con ala en flecha sin cola de la era pionera diseñados por J.W. Dunne. Su biplano Dunne10 se convirtió en el primer avión en ser oficialmente certificado como estable. Los monoplanos sin cola podían entrar en pérdida, pero sencillamente tenían una tendencia natural a picar en lugar de alabear y entrar en barrena. Alrededor de una treintena de aviones Dunne volaron en el Reino Unido y EE. UU. y ninguno de ellos sufrió un accidente fatal, un récord de seguridad asombroso para esa época.

Dunne D.8 fue un avión biplano sin cola y alas en flecha construido en 1912.

Los secretos de Dunne eran muchos y muy sutiles. Fueron expuestos abiertamente en la Sociedad Aeronáutica de Gran Bretaña en 1913. Se dice que un visitante alemán, de cuyo nombre nadie puede o quiere acordarse, se llevó a Alemania todas estas técnicas y cálculos. Allí, se mejoró aún más la matemática subyacente a la física del vuelo con estos aviones sin cola. En ese momento entra en escena un tal Alexander Lippisch, que estuvo diez años inmerso en la investigación y experimentación de prototipos sin cola con distintas plantas motrices. Desde el planeador hasta la hélice y al cohete, hasta que surgió el Me 163. Pero a pesar de todos los esfuerzos, Lippisch no pudo eliminar la cola vertical que era muy necesaria para las características aceptables de vuelo. Mientras tanto, un tal Reimar Horten trabajando por su cuenta con su hermano, llegó a las mismas conclusiones que sus colegas, aunque en varios diseños pudo encontrar soluciones para quitar la cola.

Con la ayuda de Ludwig Prandtl. Los Hermanos Horten diseñaron algunos de los aviones más avanzados de la década de 1940, incluyendo la primera ala volante con motor jet del mundo, el Horten Ho 229.

Lippisch P.01-111, competidor del Messerchmitt Me-163 Komet en el Projekt X (David Masters: 'German Jet Genesis', Jane's 1982, ISBN 0 7106 0186 79)

El Me 163 Komet

El Me 163B volaba rápido por su motor cohete, limpia aerodinámica y ala en flecha, pero también disfrutaba de características de aterrizaje (en vuelo lento) estupendas, principalmente debido a sus slats integrados en el borde de ataque, que estaban ubicados directamente adelante de las superficies de control de los elevones (flaps/elevadores), y justo detrás y en el mismo ángulo que el borde de ataque del ala.

Gracias a estos dispositivos hipersustentadores no tendía a la entrada en pérdida ni a la entrada en barrena. Era realmente un avión muy dócil. El piloto podía volar el Komet con la palanca completamente hacia atrás, meterlo en barrena y luego usar el timón de dirección para sacarlo de ella sin temer que sufriera un fallo estructural.

Planeaba muy bien, porque el diseño del Me 163 se derivaba de conceptos de diseño para planeadores, por lo que tenía excelentes cualidades de planeo. De hecho, tenía gran tendencia a continuar flotando en el aterrizaje debido al efecto del suelo. Si el lector quiere, puede calcular la velocidad de pérdida de este aparato con los siguientes datos:

• Área del ala = 18,5 m cuadrados
• Masa = 4.000 kg (max aprox)
• Densidad del aire = 1.23 kg/m cúbico
• CLmax = 2 (aprox)
• g = 9,81 m/s al cuadrado.

Gracias a la fórmula de la velocidad de pérdida que se puede ver en alguno de los posts de este Blog el lector puede comprobar que la velocidad de pérdida de este increíble aparato era de solo unos 80 nudos. Es fantástico, porque se asemeja al crucero de una avioneta moderna de ala recta y motor de pistones. La ingeniería al poder :)