Peso ligero

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

• Aeronautika

En la actualidad, la aeronáutica está trabajando en nuevas líneas desde dos grandes vertientes. Por un lado, la línea que llevan las grandes empresas (Airbus, Boeing...) es la de optimizar los sistemas existentes: fabricación de motores grandes de menor consumo, aligeramiento de aviones, nuevos materiales, en definitiva, desarrollo de tecnología para reducir los costes de operación.

Además, hay todo lo que queda fuera de la aeronáutica pesada: la aeronáutica ligera. Aratz Arregi y Ugaitz Iturbe han querido actuar en este sentido. Han visto el camino hacia delante en la aeronáutica ligera y han comenzado a trabajar en su empresa Aeris Naviter con producto propio. Nosotros hemos estado con ellos para conocer el mundo de la aeronáutica ligera.

En primer lugar, nos explican cómo se clasifican los aviones. La legislación europea JAR (Joint Aviation Regulation) clasifica los aviones en peso. Más concretamente, en función del peso máximo al despegue (MTOW: maximum take off weigth), es decir, teniendo en cuenta combustible, pasajeros y todo.

Las más ligeras de esta clasificación son UL (Ultralight) o ultraligeras, con menos de 450 kg. Con este peso máximo caben como máximo dos o tres personas. La segunda sección es la VLA (Very Light Aircraft) o avión más ligero, que incluye los aviones de más de 450 kg sin jet motor. En cuanto a los motores jet, hasta 4.540 kg son VLJ (Very Light Jet) o jet muy ligeros. Y todos los superiores se incluyen en la categoría de Aircraft o aeronave. También quedan excluidos de la legislación JAR los aviones no tripulados UAV (Unmanned Aerial Vehicle). En Europa no están regulados, pero en EEUU sí.

La aeronáutica pesada incluye la sección de aeronaves, y todas ellas son aeronáuticas ligeras. "Cuando la gente habla de la aviación, en general habla de aircraft", afirma Arregi, "en función del volumen de mercado, la aviación es pesada y ligera, pero la ligera no se conoce...".

Ligeros

Los aviones que han tenido una de las evoluciones más espectaculares pueden ser ultrarrápidas. Y es que hasta hace pocos años la aviación amateur ha sido la más ultrarrápida. Los fabricaba en su propio garaje, utilizando tubos de aluminio, telas, madera, etc. Sin embargo, en los últimos años se ha avanzado notablemente en materiales, motorización, sistemas de navegación y nuevos diseños conceptuales. Y en la actualidad, algunas empresas han comenzado a comercializar ultraligeros, con los mismos procesos y profesionalidad que la gran aviación.

Los materiales compuestos o composites ocupan el lugar ocupado por los primeros metales, tejidos y madera. En la actualidad, la mayoría de los aviones comerciales son de material compuesto. Y en las ultraligeras también han cobrado gran importancia estos materiales. Los composites son mucho más ligeros y en el caso de los aviones siempre es interesante reducir el peso. Gracias a los nuevos materiales se ha conseguido que los que antes eran VLA, así como algunos más pesados, se conviertan en ultraligeros.

Por otro lado, los motores TDI desarrollados en el sector de automoción han comenzado a utilizarse en estos aviones. "Esto da una gran fiabilidad y reduce considerablemente el coste de operación", explica Iturbe. Estos motores, además, son más ligeros (de aluminio) y por su control electrónico ofrecen una alta seguridad.

Y por último, el cambio de diseño también ha sido notable. Ha pasado de unos tubos y aviones de tela de escasa aerodinámica a diseños realizados por ordenador. Se trabaja mucho la aerodinámica, se realizan cálculos estructurales y se utiliza el moldeo a presión. Es decir, como se ha mencionado, se aplican los mismos procedimientos que en la aviación grande.

Antes buenos pero ahora mejores

Los VLA o aviones muy ligeros, al tener más peso, pueden coger más personas, y generalmente son de cuatro o seis asientos. Aunque la evolución también ha sido importante, no se ha dado el mismo salto que en las ultraligeras. De hecho, las VLA ya estaban incluidas en la profesionalidad, es decir, no las hacían los amateurs. Sin embargo, tenían mucho que mejorar.

Anteriormente se fabricaban en metal y actualmente se utilizan composites. Esto reduce el peso y, por tanto, el consumo de combustible. Por otra parte, los motores utilizados anteriormente consumían muchísimo tanto el combustible como el aceite y tenían poca fiabilidad. Ahora también se utilizan motores TDI. "Se puede utilizar el mismo motor que un Mercedes en un avión ligero", dice Arregi.

También se ha avanzado notablemente en los sistemas de navegación. Actualmente se utilizan sistemas de vuelo electrónicos Fly-by-wire, es decir, sistemas de vuelo gestionados por ordenador. Este sistema fue utilizado por primera vez en los cazas estadounidenses en los años 70. Después, Airbus fue el primero en la aviación civil, hace unos veinte años. Y en las VLAS se han empezado a utilizar en los últimos cinco años. Con este sistema, el piloto no actúa mecánicamente sobre los actuadores, sino que utiliza un ordenador que actúa sobre los mismos analizando e interpretando todos los parámetros del vuelo. De esta forma se consiguen vuelos óptimos.

Los rendimientos, velocidades y altitudes que se obtienen con los diseños avanzados, los materiales compuestos y las nuevas motorizaciones no tienen nada que ver con lo que se obtenía en los diseños de hace 40 años. Y para los pilotos también hay una gran diferencia, tanto en comodidad como en seguridad -dice Iturbek-, cosas que ahora se cuidan mucho más".

Airetaxis

La serie de VLJ o Jet muy ligeros es muy nueva. Hace unos cinco años se inició en Estados Unidos la construcción de este tipo de aviones, con el objetivo de cubrir un hueco en el mercado. De hecho, vieron que hay gente en el mundo de los negocios, sobre todo, que no utiliza las aerolíneas convencionales, por problemas de horarios, etc., y que tampoco el jet privado o el business jet jet, por su elevado coste. Por el contrario, se sustituyen por pequeños aviones privados. Por lo tanto, "vieron que ahí había un vacío --dice Arregik- y que podía ser interesante hacer pequeños jet que cumplieran una cierta función de airetax-".

Todavía sólo dos o tres modelos están certificados, pero son muchos más los que se están desarrollando. Además del piloto, estos aviones conocidos como personal jet o microjet tienen capacidad para cuatro o seis personas. Y, por su novedad, están fabricados con materiales y tecnologías finales: composites, sistemas de vuelo Fly-by-wire, etc.

Los motores pueden tener entre 250 y 1.500 kg de empuje. Son similares a los motores utilizados en los aviones más grandes, pero de menor tamaño. Desarrolladas en la industria militar de los misiles, las turbinas utilizadas para la propulsión de los misiles Tomahawk impulsan los aviones civiles. "Antes sólo había tecnología en grandes aviones, ahora se puede encontrar en estos pequeños aviones", explica Arregi. Pueden alcanzar velocidades de 500-600 km/h y alturas entre 25.000 y 40.000 pies. Tienen las mismas o mejores características que los aviones que viajan desde Loiu a Madrid.

"Además, en proporción son bastante baratos", afirma Arregi, "pueden costar más de un millón de dólares". Y es que quieren ponerlos al alcance del mayor número de personas posible, por lo que, además de ser económicos, tratan de reducir al máximo los costes de operación. Alta eficiencia, bajo consumo de combustible, alta fiabilidad y baja tasa de mantenimiento.

Piloto en tierra, avión en el aire

Hasta aquí la clasificación de los aviones regulada por la legislación JAR. Quedan fuera de ella los aviones no tripulados y, aunque todavía no están regulados en Europa, cada vez son más importantes.

"Los aviones no tripulados han tenido, sobre todo, un uso militar", explica Iturbe. Inicialmente se utilizaban para realizar pruebas con misiles, como destino de los mismos. Es decir, se lanzaba un pequeño avión y el objetivo era tirar los misiles. Después se empezaron a utilizar para espionaje. Esto se debe a que, además de no poner en peligro a los pilotos, el ahorro de peso del piloto permite transportar más combustible y por tanto volar más tiempo. Por eso son muy útiles para el espionaje. Y los últimos también se utilizan para atacar. Los estadounidenses acaban de sacar el avión no tripulado para el ataque MQ-9. Se le ha llamado “reper” y puede llevar 1,5 toneladas de explosivos. Anuncian que a partir de este otoño empezarán a utilizarse en Irak. Eso sí, los pilotos conducirán desde Arizona con toda comodidad y sin ningún peligro para ellos.

Estos aviones han tenido un desarrollo espectacular en la última década. Una de las principales características es que tienen inteligencia artificial y, por tanto, son capaces de seguir un determinado camino, de llegar a un determinado objetivo, de sacar fotos y vídeos, etc. Cuentan con sistemas de navegación muy avanzados, comunicaciones por satélite y sistemas de visión y detección muy diversos: infrarrojos, radares Doppler...

En el ámbito civil son cada vez más utilizados para labores de conservación, medición de terrenos, fotografía y vídeo, etc.

Al añadir rotativos a las aspas fijas

Todos los aviones mencionados hasta ahora son de ala fija. Y si sustituimos las aspas fijas por aletas giratorias, tendríamos helicópteros. Sin embargo, la tecnología rotodinámica --aletas rotativas-- puede ser interesante también para aviones. Así lo creen Arregi e Iturbe, y han tomado ese camino: han empezado a trabajar la tecnología rotodinámica.

El pionero Juan De la Cierva inició este camino cuando en 1919 creó un avión con dos tipos de alas: el autogiro. Y están basados en el autogiro, aunque son bastante más avanzados, los actuales planos de ambiente. Pues en Aeris Naviter tienen intención de desarrollar una de estas características.

Con ambas aspas, fijas y rotativas, se aprovechan las características de ambas. La aleta fija no sirve para volar verticalmente, pero una vez alcanzada una velocidad de crucero, su resistencia al aire es muy baja y se puede conseguir un menor consumo y una mayor velocidad. Con la rotodinámica, sin embargo, sólo es posible realizar despegue y aterrizaje vertical, pero debido a la gran superficie ocupada por el rotor, su resistencia al aire es elevada, por lo que se requiere un consumo muy elevado y una gran potencia para volar, no pudiendo alcanzarse velocidades elevadas.

Los giroplanos pueden dar emisiones y aterrizajes verticales con el rotor principal, al igual que los helicópteros, pero una vez en el aire, gracias a otra hélice horizontal consiguen la propulsión y el empuje ascendente por las alas.

"Los actuales planos de ambiente están muy optimizados --dice Arregik- y aunque en un principio toda la potencia se entrega al rotor principal, este rotor se ralentiza al máximo y se pasa la potencia a la hélice horizontal". Con la reducción de la velocidad del rotor principal se consigue una reducción drástica de la resistencia, que presenta una proporción cúbica de la velocidad del rotor. Es decir, si la velocidad de giro del rotor disminuye en un tercio, la resistencia al aire disminuye 27 veces. Esto permite un menor consumo y una mayor velocidad.

El resultado final es un avión con capacidad de despegue y aterrizaje verticales que puede alcanzar la misma velocidad de crucero que un avión de ala fija (600 km/h). Y teniendo en cuenta el espacio que necesitan los aviones convencionales para despegar y aterrizar, estos nuevos planos de ambiente pueden ofrecer grandes ventajas en este sentido.