Techo máximo

Los aviones comerciales suelen volar a unos 41.000 pies de altura. Algunos reactores de negocios pueden alcanzar los 55.000 pies. Más allá la atmósfera comienza a enrarecerse y se necesitan aviones preparados para poder alcanzar grandes alturas. El principal problema del techo máximo en los aviones comerciales no suele ser el empuje o la falta de sustentación. El principal problema es la incapacdad para mantener la presurización conveniente durante un vuelo largo. Además, las autoridades de aviación civil requieren que un avión comercial sea capaz de descender en emergencia hasta una altura donde no hagan falta máscaras para respirar (10.000 pies) en un lapso de tiempo definido en caso de que ocurra una despresurización violenta. Ese es el motivo, por ejemplo, de que un fallo en algunos spoilers (debído a un fallo hidráulico), nos limite a volar a una altura menor. Sin todos los spoilers abiertos el "rate of descent" no cumpliría con el requisito del tiempo. En este caso, un fallo hidráulico limita el techo.

Mi marca personal

En uno de los vuelos que realicé en el EF-18 del Ala 15 pude alcanzar una altura considerable. Nada más despegar subimos hasta los 20.000 pies. Después de nivelar un poco comenzamos a ganar velocidad y de nuevo nos metimos una subida en aceleración que nos llevó por encima del Mach 1. Alcanzamos el Mach 1.6 sin grandes complicaciones. En el interior no se escuchó nada. Solo pude apreciar el medidor de Mach indicando por encima del Mach 1 sin vibraciones. En ese momento el piloto en el asiento delantero tiró de la palanca y yo me embutí en el mío por las g's. Hicimos un zoom (una trepada) con los motores dando el máximo empuje. El altímetro parecía haberse vuelto loco. 

La trepada inicial fue bestial, pero la siguiente ya no se notaba tanta aceleración, solo se veía el altímetro correr como un poseso. Pasando por los 45.000 pies de altura conectamos el piloto automático. En la atmósfera hacia la que nos dirigíamos no era sencillo pilotar a base de palanca. El aire fino de esas alturas solo podía ser volado convenientemente por una máquina. Pasamos los 55.000 pies de altura ya más lentamente. Llegamos a los 63.000 pies de altura. Pero no, aunque la vista alcanza lejos y el cielo se torna de un azul cobalto intenso, a esa altura no se ve todavía la curvatura de la Tierra. Hay que subir mucho más. Me sentí ingrávido unos instantes, aunque sujeto por el atalaje. El avión empezó a describir una parábola antes de comenzar el descenso hacia Zaragoza. Sesenta y tres mil pies y pico en un momento... no está mal, pensé.

La densidad es clave para las performances

A medida que un avión sube, el aire se vuelve menos denso. Esto hace que la sustentación disminuya. Recordemos que la sustentación es función, entre otras cosas, de la densidad del aire (Rho). El avión necesita más empuje para compensar esa pérdida de sustentación, pero el problema es que también el empuje del motor disminuye, porque el empuje es función de la cantidad de moléculas de aire que pasan por el motor. A mayor altura menor número de partículas pasan por el motor si no se aumentan las revoluciones del motor (N1), ...y las revoluciones tienen un límite definido por la resistencia estructural.

Si el empuje no fuese un problema lo que sucede al ascender se ilustra en la figura 1. A medida que el avión sube, la velocidad mínima a la que puede volar aumenta. O lo que es lo mismo, la velocidad de pérdida aumenta.

Figura 1.

Llega un momento en el que el avión no puede ascender más porque estaría en una única velocidad posible. Por ecima de esta velocidad el avión sufriría problemas de estructura (Mach) y por debajo el avión se desploma al entrar en pérdida. Es lo que se suele llamar "coffin corner". Veamos dos aviones que vuelan a gran altitud y que han resuelto el tema de formas diferentes para poder realizar la misma misión. El primero es el avión de reconocimiento U-2, que se muestra en la foto. 

El avión es un diseño actualizado de la década de 1950 con un techo de servicio de más de 70.000 pies (21.000 m). Este avión tiene alas con una envergadura muy grande y una gran área. Las enormes alas pueden desviar una gran cantidad de aire de manera muy eficiente, y la carga alar es relativamente baja. El hecho de que este avión es bastante lento fue un factor clave en el incidente de Gary Powers. Este fue derribado sobre la Unión Soviética en 1960 mientras realizaba misiones de espionaje a gran altitud. Esta catástrofe política ayudó a impulsar el desarrollo de un avión de reconocimiento que pudiera reemplazarlo, el SR-71 Blackbird. 

La poca velocidad del U-2 lo hacía vulnerable a los misiles antiaéreos. El SR-71 (que se muestra en la Figura) se desarrolló para superar este problema. El SR-71 tenía que volar a gran altura y a una velocidad muy alta. Su techo de servicio publicado es de 80.000 pies (24.000 m), y su velocidad máxima es Mach 3.2, o 3.700 km/h. Para poder ser rápido, el SR-71 cuenta con una alta relación empuje/peso. 

Lo más importante para el vuelo de alta velocidad es que el empuje sea alto, al igual que la carga del ala. Por esa razón, el SR-71 y el U-2, diseñados para la misma misión, tienen una forma tan diferente.

¿Qué atura puede alcanzar un planeador? 

¿Podría un planeador con esas alas tan largas volar más alto que un U-2? Pues la respuesta es que sí. De hecho, el record se alcanzó en 2018.

El 17 de febrero de 1986, Robert Harris alcanzó una altitud de 49.009 pies (14.938 m) utilizando corrientes de aire en contra sobre California, Estados Unidos. El vuelo se realizó utilizando el Grob 102 Standard Astir III. Esta altura fue superada en agosto de 2006. Steve Foster alcanzó los 50.720 pies (15.460 m) en su planeador de investigación de alto rendimiento Perlan 1, un Glaser-Dirks DG-500 modificado. Este récord se logró sobre El Calafate (Patagonia, Argentina) y se estableció como parte del Proyecto Perlan. 

El record de 52.172 pies (15.902 m) fue alcanzado el 3 de septiembre de 2017 por Jim Payne (piloto) y Morgan Sandercock (copiloto) en el Perlan 2, un planeador de investigación construido especialmente para volar a gran altura. Este récord se logró también sobre El Calafate y como parte del Proyecto Perlán. Pero el 2 de septiembre de 2018, dentro del Airbus Perlan Mission II, nuevamente desde El Calafate, Jim Payne y Tim Gardner alcanzaron nada menos que los 23.203 m (76.124 ft), superando los 22.475 m (73.737 ft) conseguidos por Jerry Hoyt en abril 17, 1989, en un Lockheed U-2: el vuelo subsónico más alto de la historia.

Hablando de la categoría jets...

El récord mundial de altitud absoluta actual de aeronaves propulsadas que ingieren aire para el motor es de 37.650 metros (123.520 pies). este récord fue establecido por Aleksandr Vasilyevich Fedotov en un Mikoyan-Gurevich E-266M (MiG-25M) el 31 de agosto de 1977.

...y los aviones de papel?

La mayor altitud obtenida por un avión de papel se alcanzó dentro del proyecto Paper Aircraft Released Into Space (PARIS), en el que se lanzaba desde un globo de helio un avión de papel a una altitud de 27.307 metros (89.590 pies). El lanzamiento tuvo lugar aproximadamente a 80 kilómetros (50 millas)  al oeste de Madrid, España el 28 de octubre de 2010. La marca fue registrada por la "oficina de proyectos especiales". El proyecto logró el reconocimiento de récord mundial entrando en el libro Guinness. Este récord se batió el 24 de junio de 2015 en Cambridgeshire, Reino Unido, donde un avión de papel lanzado desde un globo y dentro del proyecto Stratos III alcanzó los 35.043 metros (114.970 pies).

...mi ascenso a 63.000 pies ya no me parece extraordinario.