El vuelo a vela dinámico es una técnica de vuelo que se utiliza para ganar energía cruzando repetidamente la frontera entre masas de aire de diferente velocidad . Estas zonas de gradiente de viento se encuentran generalmente cerca de obstáculos y cerca de la superficie, por lo que la técnica es principalmente útil para pájaros y operadores de planeadores controlados por radio , pero los pilotos de planeadores a veces pueden planear dinámicamente en cizalladura del viento meteorológica a altitudes más altas.
El vuelo dinámico a veces se confunde con el vuelo en pendiente , que es una técnica para alcanzar elevación.
Si bien se pueden emplear diferentes patrones de vuelo en el vuelo a vela dinámico, el más simple es un circuito cerrado a través de la capa de cizallamiento entre dos masas de aire en movimiento relativo, por ejemplo, aire estacionario en un valle y una capa de viento sobre el valle. La ganancia de velocidad se puede explicar en términos de velocidad aerodinámica y velocidad terrestre:
La energía se extrae utilizando la diferencia de velocidad entre las dos masas de aire para elevar el objeto volador a una mayor altitud (o para revertir el descenso respectivamente) después de la transferencia entre las masas de aire.
En la práctica, existe una capa de mezcla turbulenta entre la masa de aire en movimiento y la estacionaria. Además, las fuerzas de arrastre frenan continuamente el avión. Como una mayor velocidad da lugar a mayores fuerzas de arrastre, existe una velocidad máxima que se puede alcanzar. Normalmente, alrededor de diez veces la velocidad del viento para diseños de planeadores eficientes.
Cuando las aves marinas realizan planeos dinámicos, los gradientes de viento son mucho menos pronunciados, por lo que la extracción de energía es comparativamente menor. En lugar de volar en círculos como lo hacen los pilotos de planeadores, las aves suelen ejecutar una serie de semicírculos en direcciones opuestas, en zigzag. Un ascenso inicial a través del gradiente mientras miran hacia el viento hace que ganen velocidad aerodinámica. Luego hacen un giro de 180° y se lanzan en picado hacia atrás a través del mismo gradiente pero en la dirección del viento, lo que nuevamente hace que ganen velocidad aerodinámica. Luego hacen un giro de 180° a baja altitud, en la otra dirección, para mirar hacia arriba nuevamente hacia el viento... y el ciclo se repite. Al repetir la maniobra una y otra vez, pueden avanzar lateralmente al viento mientras mantienen su velocidad aerodinámica, lo que les permite viajar en una dirección transversal al viento indefinidamente.
Como la resistencia frena al ave, el planeo dinámico es un equilibrio entre la velocidad perdida por la resistencia y la velocidad ganada al moverse a través del gradiente del viento. En algún punto, ascender más alto no conlleva ningún beneficio adicional, ya que el gradiente del viento disminuye con la altitud.
Los albatros son especialmente hábiles en el aprovechamiento de estas técnicas y pueden viajar miles de kilómetros utilizando muy poca energía. Las gaviotas y los charranes también muestran este comportamiento en vuelo. Las aves que planean de forma dinámica tienen una estructura esquelética que les permite bloquear las alas cuando están planeando, para reducir la tensión muscular y el esfuerzo.
Lord Rayleigh describió por primera vez el vuelo dinámico en 1883 en la revista británica Nature : [1]
El primer caso descrito anteriormente por Rayleigh es el vuelo planeado simple, el segundo es el vuelo estático (utilizando térmicas , ondas de sotavento o vuelo en pendiente ) y el último es el vuelo dinámico. [2]
En su libro de 1975 Streckensegelflug (publicado en inglés en 1978 como Cross-Country Soaring por la Soaring Society of America ), Helmut Reichmann describe un vuelo realizado por Ingo Renner en un planeador Glasflügel H-301 Libelle sobre Tocumwal en Australia el 24 de octubre de 1974. Ese día no había viento en la superficie, pero por encima de una inversión a 300 metros había un fuerte viento de unos 70 km/h (40 nudos ). Renner tomó un remolque hasta unos 350 m desde donde se lanzó en picado abruptamente a favor del viento hasta que entró en el aire en calma; luego hizo un giro de 180 grados (con alta g ) y volvió a ascender. Al pasar por la inversión se volvió a encontrar con el viento de 70 km/h, esta vez como viento de frente. La velocidad aérea adicional que esto le proporcionó le permitió recuperar su altura original. Repitiendo esta maniobra logró mantener la altura durante unos 20 minutos sin que existiera aire ascendente, aunque se desplazaba rápidamente a favor del viento. En vuelos posteriores en un planeador Pik 20 , perfeccionó la técnica de manera que pudo eliminar la deriva a favor del viento e incluso avanzar en contra del mismo.
La técnica de planeo dinámico se ha adaptado a los vehículos aéreos no tripulados para mejorar su rendimiento en condiciones de despegue. Esto mejora la resistencia y el alcance de la aeronave en condiciones austeras. [ Aclaración necesaria ]
El vuelo dinámico puede utilizarse como un medio para superar la velocidad del viento solar, aprovechando las diferencias de esta velocidad cerca del Sol, la Tierra y/o la heliopausa. [3] [4]
A finales de los años 90, el vuelo a vela controlado por radio despertó la idea del vuelo a vela dinámico (un "descubrimiento" atribuido en gran medida al eminente piloto de vuelo a vela controlado por radio Joe Wurts). [5] Los pilotos de planeadores controlados por radio realizan vuelo a vela dinámico utilizando el lado de sotavento de las características del terreno, como crestas, sillas de montar o incluso hileras de árboles. Si la cresta está orientada hacia el viento y tiene un lado posterior empinado (sotavento), puede provocar una separación del flujo en la cima de la colina, lo que da como resultado una capa de aire rápido que se mueve sobre la parte superior de un volumen de aire estancado o de flujo inverso detrás de la colina. El gradiente de velocidad, o cizalladura del viento , puede ser mucho mayor que los utilizados por los pájaros o los planeadores a escala real. El gradiente más alto permite una extracción de energía correspondientemente mayor, lo que resulta en velocidades mucho más altas para la aeronave. Los modelos cruzan repetidamente la capa de cizallamiento al volar en una trayectoria circular, atravesando un viento en contra que se mueve rápidamente después de volar hacia arriba por el lado trasero, girando para volar con el viento, sumergiéndose a través de la capa de cizallamiento hacia el aire estancado y girando nuevamente para volar de regreso hacia arriba por el lado trasero de la colina. Las cargas causadas por el giro rápido a alta velocidad (los modelos más rápidos pueden soportar más de 100 G ) requieren un refuerzo estructural significativo en el fuselaje y el ala. Debido a esto, los modelos de vuelo a vela dinámicos se construyen comúnmente utilizando materiales compuestos .
Al 21 de febrero de 2023, la velocidad terrestre más alta registrada para vuelo dinámico por radiocontrol fue de 908 km/h o 564 mph (490 nudos). [6] No existe una organización oficial que certifique las velocidades, por lo que los récords se enumeran de manera extraoficial en función de las lecturas de las pistolas de radar, aunque también se utilizan análisis de secuencias de vídeo y otras fuentes. Últimamente, algunos modelos han comenzado a llevar telemetría a bordo y otros instrumentos para registrar cosas como la aceleración, la velocidad del aire, etc.