Alas de incidencia variable: el Vought F-8 Crusader
Durante el despegue, el viento relativo es paralelo a la pista. El ángulo de incidencia define en este caso el ángulo de ataque hasta que se obtenga suficiente velocidad (y fuerza en la cola hacia abajo) para levantar el morro en la rotación. El ángulo de incidencia reduce el ángulo de cabeceo en la rotación, dando una mejor visibilidad durante el despegue.
Durante el aterrizaje, el ángulo de incidencia proporciona la misma ventaja. El ángulo de incidencia reduce el ángulo de cabeceo que se necesita para lograr un ángulo de ataque alto, lo que proporcionaba al piloto una mejor visibilidad a velocidades más bajas.
¿Afecta la sustentación en vuelo? No. El ángulo de ataque y la velocidad aerodinámica determinan la sustentación que produce el ala y el ángulo de incidencia no tiene ningún efecto. En vuelo, el ángulo de incidencia no afecta al ángulo entre el viento relativo y la línea de cuerda. Simplemente cambia el ángulo en el que apunta el fuselaje, manteniendo el morro del avión en un ángulo de cabeceo más bajo.
Un poco de historia sobre alas de incidencia variable
El F-8 Crusader no fue el primero en cambiar la incidencia del ala. Algunos aviones de los inicios de la aviación tenían alas que podían variar su incidencia para el control y el ajuste del vuelo, en lugar de las superficies de control y elevadores convencionales.
La deformación del ala variaba la incidencia del ala exterior y fue utilizada por varios pioneros, incluidos los hermanos Wright con su wing warping (ver post dedicado). Los primeros ejemplos de alas rígidas de incidencia variable no fueron particularmente exitosos. Estos se podían ver en modelos como el Mulliner Knyplane de 1911, el monoplano Ratmanoff en 1913 y el biplano Pasul Schmidt, también en 1913.
El 20 de mayo de 1912, el inventor búlgaro George Boginoff presentó en Francia una patente para un ala rígida de incidencia variable. Se cree que se construyeron cuatro modelos rusos fallidos entre 1916 y 1917. El Zerbe Air Sedan era un cuadriplano en tándem que voló solo una vez, en 1921. El primer ejemplo que llegó a fabricarse en cantidad fue el Mignet Pou du Ciel (Flying Flea) de ala en tándem francés, que se hizo popular brevemente durante la década de 1930. Tenía un ala anterior de incidencia variable que resultó insegura y las ventas se interrumpieron después de una serie de accidentes fatales.
Durante la Segunda Guerra Mundial, la empresa alemana Blohm & Voss desarrolló el monoplano de incidencia variable para proporcionar una mayor sustentación en el despegue, pero se encontró una seria dificultad, el fuselaje trasero estaba demasiado cerca del suelo como para permitir la rotación de todo el avión. El fuselaje del transporte prototipo BV 144 se asentaba en posición muy baja sobre un tren de aterrizaje corto, lo que permitía a los pasajeros subir y bajar sin necesidad de escalerillas adicionales.
Otra propuesta interesante de B&V fue el avión de ataque P 193, que tenía una configuración de hélice empujadora en vez de tractora y no podía rotar el fuselaje para despegar sin que la hélice tocara el suelo, por lo que se le instaló un ala de incidencia variable. El diseñador ruso S. G. Kozlov diseñó el caza de incidencia variable E1, pero el prototipo sin terminar fue destruido cuando la fábrica fue invadida por Alemania en 1941.
Otros intentos
El prototipo Supermarine Type 322 voló en 1943 y el hidroavión anfibio Seagull ASR.1 en 1948. Después de la guerra, EE. UU. revisó la idea aplicada a la era del jet. El bombardero Martin XB-51 y el interceptor Republic XF-91 adoptaron una incidencia variable por la misma razón que los B&V. Ambos volaron por primera vez en 1949, pero solo se construyeron unos pocos prototipos. Después de todo todo esto llegó por fin el Vought F-8 Crusader. El único avión con incidencia variable que entró en producción y disfrutó de una exitosa y larga carrera con muchos años de servicio.
Sobre el extraordinario diseño del F-8 Crusader
El Vought F-8 Crusader fue un caza supersónico que se desarrolló en plena Guerra de Corea y llegó a ser el maximo "MiG-Killer" de la Guerra de Vietnam. Su ala fue una obra maestra de ingeniería aerodinámica.
Construir aviones supersónicos en los 50 todavía era una especie de arte embrionario, pero el ala del XF8U incluso hoy en día tiene un aspecto bastante moderno. Fue un alarde de utilización de soluciones avanzadas, donde se concibió el ala como una estructura simple de aleación de aluminio, acusadamente trapezoidal y aflechada. El componente estructural maestro era un gigantesco depósito integral de combustible, que junto a los depósitos situados en la sección inferior del fuselaje proporcionaba una capacidad total interior de carburante de 5.300 litros, el doble de la del English Electric Lightning F.Mk 1, diseñado más tarde y propulsado por dos motores.
La caja alar estaba articulada en el larguero trasero y mandada por dos martinetes hidráulicos irreversibles en su sección frontal. Cuando el ala alcanzaba su elevación máxima de 7º. los bordes de ataque se abatían por acción de martinetes individuales, al tiempo que la sección interior del borde de fuga también se abatía, en forma de flaps de magnesio y amplios alerones. Las secciones externas alares se plegaban hidráulicamente para facilitar la estiba del avión a bordo.
Otra característica innovadora del ala era que los bordes de ataque de las secciones externas, también articulados, tenían una cuerda mucho mayor que los de las secciones internas. Aparecía así un «diente de perro», que provoca potentes vórtices que mantienen el flujo aerodinámico adherido al ala volando a alta cota o durante las maniobras cerradas. El diente de perro se ha generalizado en los rasgos aerodinámicos de gran número de aviones posteriores.
La mitad del fuselaje estaba ocupada por el enorme motor Pratt & Whitney J57, alimentado a través de una toma de aire situada a proa: el conducto de admisión de aire sorteaba el alojamiento del aterrizador delantero y se dirigía directamente al motor, a través del fuselaje. La cabina, presionizada, se hallaba muy adelantada, proporcionando un amplio sector visual a pesar de que la cubierta transparente se hallaba al mismo nivel que la sección dorsal del fuselaje: desde la cabina resultaba difícil ver los bordes marginales alares.
El asiento era un Martin-Baker F5. (Unos años más tarde, la compañía Martin-Baker obtuvo una excelente película de promoción, en la que aparecía la eyección de un piloto de un Crusader en llamas.) Los estabilizadores estaban implantados bastante bajos, centrados en la sección trasera de la y construidos en una pieza, sin timones de profundidad, solución que luego se ha difundido en la mayoría de aviones de combate.
Bajo el fuselaje aparecía un enorme aerofreno, y en caso de emergencia una turbina de presión dinámica se proyectaba desde el costado de estribor del fuselaje, a fin de que todos los controles de vuelo de accionamiento asistido pudiesen seguir en funcionamiento si se producía un fallo del motor.
El aterrizador delantero, con amortiguación por palanca, era orientable pero no presentaba fijaciones de catapultaje, pues el cable de la catapulta de vapor se enganchaba en dos puntos situados en la sección ventral del fuselaje, entre los tres aterrizadores.
El XF8U-1 fue el primer avión diseñado desde el principio según la recién descubierta Regla del Área, con la que se obtiene mínima resistencia a regímenes transónico y supersónico, de manera que el fuselaje presentaba unas líneas muy limpias, sin protuberancias ni añadidos aerodinámicos. Debido en parte a sus líneas, el prototipo sobrepasó fácilmente Mach 1 durante su primer vuelo, efectuado en la base de Edwards el 25 de marzo de 1955, con John Konrad a los mandos. En sus primeros años de servicio el avión llegó a ser el más rápido de la Marina, alcanzando el Mach 1.75 a 35.000 pies de altura.
No se presentaron problemas de importancia en su desarrollo, y aunque sólo se utilizaron dos prototipos, la configuración de serie fue aprobada en 1956: el F8U-1 Crusader era un caza diurno de excelentes prestaciones, notoria maniobrabilidad y un inmenso potencial de desarrollo. Su armamento básico comprendía cuatro cañones Colt-Browning Mk 12 de 20 mm, cuyas tolvas con 84 disparos por arma (después con 124 o 144) llenaban la sección superior del fuselaje, por detrás de la cabeza del piloto. En la sección inferior de la célula se hallaba una gran caja que contenía 32 cohetes FFAR (de aletas plegables). Esta caja estaba articulada en su sección trasera, al igual que el ala, y, controlada automáticamente, la caja se inclinaba hacia abajo, los cohetes salían disparados y la caja volvía a ocultarse.
Circuitos Clever de control de tiro ajustaban la posición del fuselaje y de la caja, de modo que, en teoría, los cohetes quedaban apuntados hacia el blanco. El puntiagudo radomo contenía sólamente un radar telemétrico APG-30, de manera que el aparato no contaba con sistema de búsqueda para facilitar la interceptación. Poco antes que los aviones de producción apareció, en 1956, el nuevo misil aire-aire de guía infrarroja Sidewinder, de manera que dos de estos ingenios se instalaron en unos raíles de lanzamiento adosados a los costados del avión. Muy cerca del rail de babor, un carenado hueco sugería la posibilidad de montar en su interior una sonda retráctil de recepción de combustible en vuelo.
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