¡RECAPITULEMOS!

Por fin me doy cuenta del hecho que esta bitácora ha sobrevolado muchos problemas y que llegados a este punto mis amigos y lectores pueden haber perdido el hilo … de Ariadna, ¡Toma ya! ¡Otro medio de salir del Laberinto ! Puesto que en el fondo, eso es el verdadero problema.
Desde el pequeño histórico y la descripción de un orni biplano y parcial hubo incursiones en dominios tan alejados como la historia de la aerodinámica y el interés del motor de vapor directamente usado en modo alternativo, sin olvidar el análisis del Snowbird y otras cosas mas.
¡Entonces, recapitulemos!
El vuelo batido esta usado en la naturaleza por los insectos, las aves y los mamíferos. Hubo grandes reptiles voladores como Quetzalcoatlus Northropi, que no era dinosaurio pero pariente de estos (¡las aves son mas “dinosaurios” que los pterosaurios!). No perdamos de vista que era prácticamente imposible de hacer otra cosa que de batir las alas. No esta fácil para la naturaleza de trasformar el trabajo muscular en movimiento rotativo. Eso el hombre lo obtiene de sus mecánicas pero la evolución no ha podido. ¡Mentira! Hay un pez de las grandes profundidades que tiene una suerte de caña de pescar girando para atraer sus presas. Pero ni hablar de entrenar un hélice, este pez se mueve con su cola como los demás. Por supuesto los animales que “buscaron” el despegue y la propulsión no encontraron otra solución que de batir las alas. Hubo muchas tentativas y fallos hasta que los animales voladores sean simplemente eficaces sin mas. Luego vinieron animales de mejores prestaciones. No obstante las maravillas que vemos en el cielo no son milagros para nada. Tenemos que descartar en particular la idea de un rendimiento excepcional. Los animales a menudo tienen músculos mucho mas potentes que el hombre, es el caso de los reptiles y de las aves. Se dice que un chimpancé tiene en los brazos hasta 7 veces la fuerza de un hombre de mismo peso. Igual, si descubrimos el secreto de las ascensiones casi verticales de las palomas (¿Wake Capture?), queda cierto que la mejor aerodinámica posible no restara nada a la energía necesaria para subir. En el caso de un vehículo de motor humano el ejemplo siguiente dará la medida : la potencia necesaria para subir una pendiente de 10% a 10 m/s es de un CV, es decir 750 W para un hombre de 65 kg montando una bici de 10 kg. Eso si no hay resistencia del aire ni de rodamiento ni de transmisión. Esta potencia un atleta entrenado la desarrolla durante poco tiempo. A consecuencia cuando tengamos la avioneta muscular la mas eficaz, ¡imaginemos que se pueda mantener en vuelo horizontal sin ningún esfuerzo! quedara muy difícil de subirla a 30 metros en un tiempo razonable. No buscare soluciones al problema hoy, el tema era solo de darse cuenta de su dimensión.
Creyendo que las aves han resuelto satisfactoriamente la cuestión de los movimientos que se deben realizar observo que no solo baten las alas pero tienen un barrido. Eso lo veo observando los pájaros de nuestras ciudades, vencejos y palomas en particular. Sus alas son bastante rígidas, probablemente hay un cambio de diedro con un desfase así que en el caso de muchas aves salvo los colibrís, pero no es lo que mas se nota. Otras aves practican un planeado muy corto durante la subida, es el caso de las golondrinas. He visto cigüeñas subiendo sus alas con sus primarias cerradas cuando las águilas las tienen abiertas durante las dos fases, testimonio de que queda sustentación en todo el ciclo. Y sin entrar en mas detalles me gustaría convenceros de que hay varias maneras de batir las alas. Cada ave tiene ademas varias maneras de volar, el batido es bien diferente según despega, vuela rápida o lentamente.
Necesitamos entonces un acercamiento bío-mecánico pero puesto que el objeto no es ni un insecto ni un reptil del secundario ni un ave ni un murciélago, no vamos a copiar la naturaleza pero buscar lo que da eficacia al vuelo natural. Sin embargo varios y numerosos críticos de nuestra investigación, pronto han constatado que ni los modelos experimentados hasta hoy ni los prototipos de Toronto han demostrado la eficacia del vuelo batido.
En eso Festo ha cambiado algo. El rendimiento aerodinámico del ingenio seria de 80%. Que pena que el pequeño motor eléctrico y sus ruedas dentadas hagan perder tanto para llegar a un honrado 45%. Pero de verdad si la misma maquina fuera propulsada por un hélice lento tendríamos resultados próximos o inferiores. 80% es un rendimiento nunca logrado por un hélice de modelo y se restaría lo mismo o poco menos en la reducción, en el motor (eficacia de 70% o menos) y en la restitución de batería. ¡Festo tiene el viento en popa! ¿Y por que medios? En relación con sus hermanos de ala membrana el SmartBird tiene 3 ventajas :

1/ el ala esta dotada de un perfil.
2/ el ala se tuerce tomando forma de hélice de tracción (o propulsión) a la bajada, y de rotor de molino eólico a la subida.
3/ el ala se dobla en diedro inverso a la subida con un desfase favorable a la continuidad de la sustentación. A eso se añade una mejora de la envergadura efectiva en fin de subida, cuando la sustentación crece de nuevo y que la resistencia inducida podría ser enorme. ¡Bienvenida entonces al desfase!
A mi juicio Festo cambia todo, confirmando lo que Jon Howes nos ha enseñado de los movimientos correctos del punto de vista del respecto de las leyes que conducen a una estela económica. Así repito lo que se deduce del análisis : para conseguir un ornitóptero eficaz hace falta que sus movimientos reproduzcan el desfase, la torsión y en la medida del posible (mas si se trata de una maquina grande y pesada) el barrido. También cuenta la realización, el ala en torsión no tiene que tener olas de revestimiento (ver lo que piensa Reichert según la entrevista publicada en el nº 158 de Aviación Deportiva a propósito del Snowbird) y encontrar soluciones a cada problema es un trabajo largo, trabajo de equipo según lo que pienso. Hará falta medios a este equipo, menos que a un equipo universitario pesado, es por lo menos lo que espero.
El otro punto importante que he desarrollado es que hace falta tener en cuenta en el análisis de un orni grande de movimientos lentos, de los altibajos que la parte central y el fuselaje hacen en sentido contrario de las extremidades. Si vislumbro lo que significa para la circulación, pues para la resistencia inducida, no escondo que no domino la cuestión. Y sin mas buscar en vano propongo una solución simple : reducir el ala batiente para tener una parte fija notable. Resulta que con el mismo “motor” se puede batir las alas mas rápido, lo que deja menos tiempo a la gravedad para sus acciones poco favorables y reduce la perdida de sustentación a lo que pierde la parte batiente. El ala fija se queda “grosso modo” con la misma fuerza des sustentación durante todo el ciclo. El efecto Katzmayer interviniendo, hará falta vigilar a que su efecto sea positivo. Por supuesto es un tema de estudios magnífico.
Por otro lado el parcial figura mejor la aplicación del ala batiente a maquinas grandes de un futuro alejado. No me atrevo yo mismo a imaginarlos pero otros lo piensan en serio. Transportes aéreos batiendo las alas, ¡Que locura! Aunque la vea utópica, la idea no me parece nada ridícula. ¡Ya veremos!
Hagamos de momento lo que esta a nuestro alcance. Fuera de las facilidades aerodinámicas que nos da es un aspecto positivo del parcial : dar mas facilidades de realización. Pronto sabremos hacer alas de modelos que funcionan perfectamente. Ya Festo lo hace con una piel de corcho de poliuretano y un a estructura de fibra de carbono reducida. Apliquemos tales alas a escala doble a un planeador ultra ligero. ¿Estarán demasiado reducidas como para dar la tracción necesaria? Mucho mas grandes que la astas de un hélice de HPA seguro que darán lo suficiente es decir dos veces la tracción necesaria al vuelo horizontal para compensar el tiempo muerto de la subida. En realidad esta ecuación simplificada tendrá que ser mejorada, pero nos queda útil para tener una idea del balance de las fuerzas en el tiempo. Lo que cuenta es la potencia del piloto o del motor y el rendimiento. Lo que cuenta es lo que pide la maquina para el vuelo sostenido sea un planeador con aletas, sea un ornitóptero completo. Es cierto que el “completo” aprovechara mejor la eficacia envergadura debida al vuelo batido. Las aletas distales estarán en buena posición para hacer que el ala fija lo aproveche tal como en el caso de los Winggrids, tal como lo hacen las plumas primarias de los rapaces. Darán buena parte de su propria eficacia envergadura a toda el ala.
Por otro lado esta ala muy flexible necesaria al rendimiento del ala batiente tiene que estar rigurosamente controlada. Las alas enormes del Snowbird estarían difícilmente tomadas en carga por el piloto. Puesto que Todd Reichert elige alas mas flexibles para un hipotético Snowbird 2, tendrían que incluir servo-motores. El caso se parece algo a la elección que debieron de hacer los constructores de aviones del principio del siglo 20. Los alerones que adoptaron en contra de la torsión preconizada por los hermanos Wright sirven todavía a minimizar las fuerzas necesarias a su acción. Las aletas modestas del parcial estarán rápidamente en el angulo de ataque necesario y pedirán poca energía para su control. La idea de un simple control de la flexibilidad que presenté antes esta por cierto criticable puesto que haría falta anticipar el endurecimiento yendo al encuentro de la perturbación. Una mezcla del control activo y del control de flexibilidad puede interesar para disminuir la carga energética debida a este control. Recuerdo que este control esta necesario tanto para el vuelo batido como para el planeado para eliminar una torsión indeseada y para reaccionar correctamente a una perturbación. Al mismo tiempo se constituye un control del eje de balanceo, muy necesario salvo a las 6 de la mañana. Mas tarde la avioneta se sale de la pista sin querer. Tengo que reconocer que hay buenos dos ejes, entre ellos los “Poux”, pero siempre queda algo de falta de control del eje de balanceo.
Esta manera de volar batiendo las alas no estaba al alcance de los pioneros de la aviación. La observación, los conocimientos adquiridos por Clément Marey, hubieran permitido una primera aproximación si se hubiera metido tanta energía humana en el vuelo batido como en el vuelo con ala fija. No fue el caso, entre otras razones porque se preparaba una gran matanza, la 1º Guerra Mundial. ¿Que os parece lo de poner un ametralladora en un ornitóptero? ¡Mas díficil que de sincronizarla con el hélice! ¿No? El ornitóptero de ataque puede que no exista mas jamas que en “Dune”. La salida hacia los MAV tampoco es tan cierta, ya que solo el estudio es de un coste prohibitivo. La realización puede ser mas costosa que la de una pequeña maquina de hélice o un quadricoptero. Sin embargo la ganancia en autonomía que dejan esperar los resultados de Festo tendría que interesar a los Estados Mayores. Me temo que no tengan mucho interés, o mejor dicho estaría encantado. “Mas litio, aun mas litio puesto que es la guerra” diría Groucho en tal caso. Tengo que decir que si soy marxista es a la tendencia Harpo que adhiero.
Al principio del siglo 20 la elección de materiales estaba restringida. Tenemos ahora tejidos elásticos, fibras, corchos de diferentes espumas, acero, aleaciones de aluminio, cerámicas. ¡Paro! La lista estaría interminable y no evoco los medios de animar a las alas, también van numerosos.
Estudiar tal maquina en un ordenador permite la optimización de las formas en plano, de las secciones y del movimiento para el mejor rendimiento. Por cierto un programa teniendo en cuenta una cantidad suficiente de posiciones y fuerzas elementales va a ser bastante pesado y pedir tiempo de ejecución o potencia de calculo. No obstante el trabajo se puede concebir.
¿Entonces? ¿Que es lo que nos impide hacerlo? ¿El actual marasmo? La innovación es un medio de salir de las crisis, me temo que a la hora del poder discrecional de los managers y financieros estos hayan determinado que el ornitóptero no gana ni un duro. A lo mejor pensaran en sostenernos cuando no habrá ni una gota mas de petroleo ni un gramo de litio. Respetuoso de los valores del humanismo no os incitare a la violencia, pero juntos podríamos darles vergüenza a los grandes decidores, en este tema y en muchos mas …
… Así, con su moral a la baja, unos podrían cambiar de rumbo. ¡Por lo menos es lo que me espero!

P.D. Mi proyecto de ornitóptero pilotado es un biplano por varias razones : buscando una resistencia inducida débil con una envergadura reducida, montado y desmontado fácil de elementos de tamaño reducido, y por supuesto, la parte fija teniendo que soportar los esfuerzos de sustentación y de tracción de las partes móviles distales, las alas de tal biplano próximo en eso al proyecto “Colab” se soportan mutuamente. Se notan las diferencias siguientes : hay poca o ninguna superposición al borde marginal ; el “Orni” no hace uso del “bucle” puesto que el alerón tiene que alargar una de las alas y porque pienso que la eficacia envergadura de tal biplano es de misma naturaleza que en el caso de los Winggrids y de las primarias abiertas de las aves ; ademas se le puede dar tales remeras para terminar una de las alas ; el diedro del ala trasera esta limitado así que su barrido delantero, el vástago de enlace esta sometido a mas esfuerzos que el panel o el medio túnel que reúne las alas del Colab, a cambio el efecto Nenadovitch se manifiesta en toda la envergadura ; y para terminar, estudiando los biplanos Nenadovitch desde 1980 estoy seguro de que los perfiles delantero y trasero tienen que ser diferentes : laminar en el ala delantera, con joroba avanzada en el ala trasera, así el venturi toma toda su eficacia para dar un ala profundamente laminar hasta Cz elevados, el ala trasera estando voluntariamente sacrificada puesto que trabaja en todo caso en aire perturbado. El proyecto comporta dos aletas batientes, ensayos y experiencias de simulación podrían quizás conducir a una disposición con 4 alas batientes en fase o en desfase.