Pes lleuger

2007/09/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Aeronautika

En l'actualitat, l'aeronàutica està treballant en noves línies des de dos grans vessants. D'una banda, la línia que porten les grans empreses (Airbus, Boeing...) és la d'optimitzar els sistemes existents: fabricació de motors grans de menor consum, alleugeriment d'avions, nous materials, en definitiva, desenvolupament de tecnologia per a reduir els costos d'operació.

A més, hi ha tot el que queda fora de l'aeronàutica pesada: l'aeronàutica lleugera. Aratz Arregi i Ugaitz Iturbe han volgut actuar en aquest sentit. Han vist el camí cap endavant en l'aeronàutica lleugera i han començat a treballar en la seva empresa Aeris Naviter amb producte propi. Nosaltres hem estat amb ells per a conèixer el món de l'aeronàutica lleugera.

En primer lloc, ens expliquen com es classifiquen els avions. La legislació europea JAR (Joint Aviation Regulation) classifica els avions en pes. Més concretament, en funció del pes màxim a l'enlairament (MTOW: maximum take off weigth), és a dir, tenint en compte combustible, passatgers i tot.

Les més lleugeres d'aquesta classificació són UL (Ultralight) o ultralleugeres, amb menys de 450 kg. Amb aquest pes màxim caben com a màxim dues o tres persones. La segona secció és la VLA (Very Light Aircraft) o avió més lleuger, que inclou els avions de més de 450 kg sense jet motor. Quant als motors jet, fins a 4.540 kg són VLJ (Very Light Jet) o jet molt lleugers. I tots els superiors s'inclouen en la categoria d'Aircraft o aeronau. També queden exclosos de la legislació JAR els avions no tripulats UAV (Unmanned Aerial Vehicle). A Europa no estan regulats, però als EUA sí.

L'aeronàutica pesada inclou la secció d'aeronaus, i totes elles són aeronàutiques lleugeres. "Quan la gent parla de l'aviació, en general parla d'aircraft", afirma Arregi, "en funció del volum de mercat, l'aviació és pesada i lleugera, però la lleugera no es coneix...".

Lleugers

Els avions que han tingut una de les evolucions més espectaculars poden ser ultraràpides. I és que fins fa pocs anys l'aviació amateur ha estat la més ultraràpida. Els fabricava en el seu propi garatge, utilitzant tubs d'alumini, teles, fusta, etc. No obstant això, en els últims anys s'ha avançat notablement en materials, motorització, sistemes de navegació i nous dissenys conceptuals. I en l'actualitat, algunes empreses han començat a comercialitzar ultralleugers, amb els mateixos processos i professionalitat que la gran aviació.

Els materials composts o composites ocupen el lloc ocupat pels primers metalls, teixits i fusta. En l'actualitat, la majoria dels avions comercials són de material compost. I en les ultralleugeres també han cobrat gran importància aquests materials. Els composites són molt més lleugers i en el cas dels avions sempre és interessant reduir el pes. Gràcies als nous materials s'ha aconseguit que els que abans eren VLA, així com alguns més pesats, es converteixin en ultralleugers.

D'altra banda, els motors TDI desenvolupats en el sector d'automoció han començat a utilitzar-se en aquests avions. "Això dóna una gran fiabilitat i redueix considerablement el cost d'operació", explica Iturbe. Aquests motors, a més, són més lleugers (d'alumini) i pel seu control electrònic ofereixen una alta seguretat.

I finalment, el canvi de disseny també ha estat notable. Ha passat d'uns tubs i avions de tela d'escassa aerodinàmica a dissenys realitzats per ordinador. Es treballa molt l'aerodinàmica, es realitzen càlculs estructurals i s'utilitza l'emmotllament a pressió. És a dir, com s'ha esmentat, s'apliquen els mateixos procediments que en l'aviació gran.

Abans bons però ara millors

Els VLA o avions molt lleugers, en tenir més pes, poden agafar més persones, i generalment són de quatre o sis seients. Encara que l'evolució també ha estat important, no s'ha fet el mateix salt que en les ultralleugeres. De fet, les VLA ja estaven incloses en la professionalitat, és a dir, no les feien els amateurs. No obstant això, tenien molt a millorar.

Anteriorment es fabricaven en metall i actualment s'utilitzen composites. Això redueix el pes i, per tant, el consum de combustible. D'altra banda, els motors utilitzats anteriorment consumien moltíssim tant el combustible com l'oli i tenien poca fiabilitat. Ara també s'utilitzen motors TDI. "Es pot utilitzar el mateix motor que un Mercès en un avió lleuger", diu Arregi.

També s'ha avançat notablement en els sistemes de navegació. Actualment s'utilitzen sistemes de vol electrònics Fly-by-wire, és a dir, sistemes de vol gestionats per ordinador. Aquest sistema va ser utilitzat per primera vegada en els caces estatunidenques en els anys 70. Després, Airbus va ser el primer en l'aviació civil, fa uns vint anys. I en les VLAS s'han començat a utilitzar en els últims cinc anys. Amb aquest sistema, el pilot no actua mecànicament sobre els actuadors, sinó que utilitza un ordinador que actua sobre els mateixos analitzant i interpretant tots els paràmetres del vol. D'aquesta forma s'aconsegueixen vols òptims.

Els rendiments, velocitats i altituds que s'obtenen amb els dissenys avançats, els materials composts i les noves motoritzacions no tenen res a veure amb el que s'obtenia en els dissenys de fa 40 anys. I per als pilots també hi ha una gran diferència, tant en comoditat com en seguretat -diu Iturbek-, coses que ara es cuiden molt més".

Airetaxis

La sèrie de VLJ o Jet molt lleugers és molt nova. Fa uns cinc anys es va iniciar als Estats Units la construcció d'aquesta mena d'avions, amb l'objectiu de cobrir un buit en el mercat. De fet, van veure que hi ha gent en el món dels negocis, sobretot, que no utilitza les aerolínies convencionals, per problemes d'horaris, etc., i que tampoc el jet privat o el business jet jet, pel seu elevat cost. Per contra, se substitueixen per petits avions privats. Per tant, "van veure que aquí hi havia un buit --diu Arregik- i que podia ser interessant fer petits jet que complissin una certa funció d'airetax-".

Encara només dos o tres models estan certificats, però són molts més els que s'estan desenvolupant. A més del pilot, aquests avions coneguts com a personal jet o microjet tenen capacitat per a quatre o sis persones. I, per la seva novetat, estan fabricats amb materials i tecnologies finals: composites, sistemes de vol Fly-by-wire, etc.

Els motors poden tenir entre 250 i 1.500 kg d'embranzida. Són similars als motors utilitzats en els avions més grans, però de menor grandària. Desenvolupades en la indústria militar dels míssils, les turbines utilitzades per a la propulsió dels míssils Tomahawk impulsen els avions civils. "Abans només hi havia tecnologia en grans avions, ara es pot trobar en aquests petits avions", explica Arregi. Poden aconseguir velocitats de 500-600 km/h i altures entre 25.000 i 40.000 peus. Tenen les mateixes o millors característiques que els avions que viatgen des de Loiu a Madrid.

"A més, en proporció són bastant barats", afirma Arregi, "poden costar més d'un milió de dòlars". I és que volen posar-los a l'abast del major nombre de persones possible, per la qual cosa, a més de ser econòmics, tracten de reduir al màxim els costos d'operació. Alta eficiència, sota consum de combustible, alta fiabilitat i baixa taxa de manteniment.

Pilot en terra, avió en l'aire

Fins aquí la classificació dels avions regulada per la legislació JAR. Queden fora d'ella els avions no tripulats i, encara que encara no estan regulats a Europa, cada vegada són més importants.

"Els avions no tripulats han tingut, sobretot, un ús militar", explica Iturbe. Inicialment s'utilitzaven per a realitzar proves amb míssils, com a destinació d'aquests. És a dir, es llançava un petit avió i l'objectiu era tirar els míssils. Després es van començar a utilitzar per a espionatge. Això es deu al fet que, a més de no posar en perill als pilots, l'estalvi de pes del pilot permet transportar més combustible i per tant volar més temps. Per això són molt útils per a l'espionatge. I els últims també s'utilitzen per a atacar. Els estatunidencs acaben de treure l'avió no tripulat per a l'atac MQ-9. Se li ha anomenat “reper” i pot portar 1,5 tones d'explosius. Anuncien que a partir d'aquesta tardor començaran a utilitzar-se a l'Iraq. Això sí, els pilots conduiran des d'Arizona amb tota comoditat i sense cap perill per a ells.

Aquests avions han tingut un desenvolupament espectacular en l'última dècada. Una de les principals característiques és que tenen intel·ligència artificial i, per tant, són capaços de seguir un determinat camí, d'arribar a un determinat objectiu, de treure fotos i vídeos, etc. Compten amb sistemes de navegació molt avançats, comunicacions per satèl·lit i sistemes de visió i detecció molt diversos: infrarojos, radars Doppler...

En l'àmbit civil són cada vegada més utilitzats per a labors de conservació, mesurament de terrenys, fotografia i vídeo, etc.

En afegir rotatius a les aspes fixes

Tots els avions esmentats fins ara són d'ala fixa. I si substituïm les aspes fixes per aletes giratòries, tindríem helicòpters. No obstant això, la tecnologia rotodinámica --aletes rotatives-- pot ser interessant també per a avions. Així ho creuen Arregi i Iturbe, i han pres aquest camí: han començat a treballar la tecnologia rotodinámica.

El pioner Juan De la Cierva va iniciar aquest camí quan en 1919 va crear un avió amb dos tipus d'ales: l'autogiro. I estan basats en l'autogiro, encara que són bastant més avançats, els actuals plans d'ambient. Perquè en Aeris Naviter tenen intenció de desenvolupar una d'aquestes característiques.

Amb totes dues aspes, fixes i rotatives, s'aprofiten les característiques d'ambdues. L'aleta fixa no serveix per a volar verticalment, però una vegada aconseguida una velocitat de creuer, la seva resistència a l'aire és molt baixa i es pot aconseguir un menor consum i una major velocitat. Amb la rotodinámica, no obstant això, només és possible realitzar enlairament i aterratge vertical, però a causa de la gran superfície ocupada pel rotor, la seva resistència a l'aire és elevada, per la qual cosa es requereix un consum molt elevat i una gran potència per a volar, no podent aconseguir-se velocitats elevades.

Els giroplanos poden donar emissions i aterratges verticals amb el rotor principal, igual que els helicòpters, però una vegada en l'aire, gràcies a una altra hèlix horitzontal aconsegueixen la propulsió i l'embranzida ascendent per les ales.

"Els actuals plans d'ambient estan molt optimitzats --diu Arregik- i encara que al principi tota la potència es lliura al rotor principal, aquest rotor s'alenteix al màxim i es passa la potència a l'hèlix horitzontal". Amb la reducció de la velocitat del rotor principal s'aconsegueix una reducció dràstica de la resistència, que presenta una proporció cúbica de la velocitat del rotor. És a dir, si la velocitat de gir del rotor disminueix en un terç, la resistència a l'aire disminueix 27 vegades. Això permet un menor consum i una major velocitat.

El resultat final és un avió amb capacitat d'enlairament i aterratge verticals que pot aconseguir la mateixa velocitat de creuer que un avió d'ala fixa (600 km/h). I tenint en compte l'espai que necessiten els avions convencionals per a enlairar i aterrar, aquests nous plans d'ambient poden oferir grans avantatges en aquest sentit.