Un vehículo de efecto suelo ( GEV ), también llamado ala en efecto suelo ( WIG ), nave de efecto suelo , nave alada , bengala o ekranoplan ( en ruso : экранопла́н – "planeador de pantalla" ), es un vehículo que puede moverse sobre la superficie al obtener apoyo de las reacciones del aire contra la superficie de la tierra o el agua. Por lo general, está diseñado para planear sobre una superficie nivelada (generalmente sobre el mar) haciendo uso del efecto suelo , la interacción aerodinámica entre el ala en movimiento y la superficie de abajo. Algunos modelos pueden operar sobre cualquier área plana, como lagos congelados o llanuras planas, de manera similar a un aerodeslizador .
Un vehículo con efecto suelo necesita cierta velocidad hacia adelante para producir sustentación dinámicamente, y el principal beneficio de operar un ala en efecto suelo es reducir su resistencia dependiente de la sustentación . El principio básico de diseño es que cuanto más cerca opere el ala de una superficie externa como el suelo, cuando se dice que está en efecto suelo , menos resistencia experimenta.
Un perfil aerodinámico que pasa a través del aire aumenta la presión del aire en la parte inferior, mientras que disminuye la presión en la parte superior. Las presiones altas y bajas se mantienen hasta que fluyen por los extremos de las alas, donde forman vórtices que, a su vez, son la principal causa de la resistencia inducida por sustentación , que normalmente representa una parte significativa de la resistencia que afecta a un avión. Cuanto mayor sea la envergadura de un ala, menor será la resistencia inducida creada por cada unidad de sustentación y mayor será la eficiencia de esa ala en particular. Esta es la razón principal por la que los planeadores tienen alas largas.
Colocar la misma ala cerca de una superficie como el agua o el suelo tiene el mismo efecto que aumentar la relación de aspecto porque el suelo evita que los vórtices de las puntas de las alas se expandan, [1] pero sin tener las complicaciones asociadas con un ala larga y delgada, de modo que los muñones cortos de un GEV pueden producir tanta sustentación como el ala mucho más grande de un avión de transporte, aunque solo puede hacerlo cuando está cerca de la superficie de la tierra. Una vez que se ha acumulado suficiente velocidad, algunos GEV pueden ser capaces de abandonar el efecto suelo y funcionar como aviones normales hasta que se acerquen a su destino. La característica distintiva es que no pueden aterrizar ni despegar sin una cantidad significativa de ayuda del colchón de efecto suelo, y no pueden ascender hasta que hayan alcanzado una velocidad mucho mayor.
A veces se caracteriza a un GEV como una transición entre un aerodeslizador y una aeronave , aunque esto no es correcto, ya que un aerodeslizador se sostiene estáticamente sobre un colchón de aire presurizado proveniente de un ventilador a bordo dirigido hacia abajo. Algunos diseños de GEV, como el Lun y el Dingo rusos , han utilizado un soplado forzado debajo del ala mediante motores auxiliares para aumentar el área de alta presión debajo del ala para ayudar al despegue; sin embargo, se diferencian de los aerodeslizadores en que aún requieren un movimiento hacia adelante para generar suficiente sustentación para volar.
Aunque el GEV puede parecer similar al hidroavión y compartir muchas características técnicas, por lo general no está diseñado para volar sin efecto suelo. Se diferencia del aerodeslizador en que carece de capacidad de vuelo estacionario a baja velocidad, de la misma manera que un avión de ala fija se diferencia del helicóptero . A diferencia del hidroplano , no tiene ningún contacto con la superficie del agua cuando está en "vuelo". El vehículo con efecto suelo constituye una clase única de transporte.
La empresa REGENT, con sede en Boston (Estados Unidos), propuso un diseño de ala alta propulsado eléctricamente con un casco estándar para operaciones acuáticas, pero también incorporó unidades hidroplanos montadas en la parte delantera y trasera diseñadas para levantar la nave fuera del agua durante la carrera de despegue, para facilitar velocidades de despegue más bajas. [2]
Utilizado por el ruso Rostislav Alexeyev para su ekranoplan. Las alas son significativamente más cortas que las de aviones comparables, y esta configuración requiere una cola horizontal alta y ubicada hacia atrás para mantener la estabilidad. La estabilidad de la inclinación y la altitud provienen de la diferencia de pendiente de sustentación [nota 1] entre un ala baja delantera en efecto suelo (comúnmente el ala principal) y una segunda ala trasera, ubicada más arriba y casi fuera del efecto suelo (generalmente llamada estabilizador).
Desarrollada por Alexander Lippisch , esta ala permite un vuelo estable en condiciones de efecto suelo mediante autoestabilización. Es la principal forma de clase B de GEV.
Las alas tándem pueden tener tres configuraciones:
Dado un tamaño de casco y una potencia similares, y dependiendo de su diseño específico, la menor resistencia inducida por sustentación de un GEV, en comparación con una aeronave de capacidad similar, mejorará su eficiencia de combustible y, hasta cierto punto, su velocidad. [4] Los GEV también son mucho más rápidos que los buques de superficie de potencia similar, porque evitan la resistencia del agua.
En el agua, la construcción similar a la de un avión de los vehículos de propulsión eléctrica aumenta el riesgo de daños en caso de colisión con objetos en la superficie. Además, el número limitado de puntos de salida dificulta la evacuación del vehículo en caso de emergencia.
Dado que la mayoría de los vehículos eléctricos de alta velocidad están diseñados para operar desde el agua, los accidentes y las fallas de los motores suelen ser menos peligrosos que en una aeronave terrestre, pero la falta de control de altitud deja al piloto con menos opciones para evitar la colisión y, en cierta medida, eso anula dichos beneficios. La baja altitud hace que las aeronaves de alta velocidad entren en conflicto con barcos, edificios y terrenos elevados, que pueden no ser lo suficientemente visibles en malas condiciones para evitarlos. [5] Los vehículos eléctricos de alta velocidad pueden ser incapaces de ascender o girar lo suficientemente bruscamente como para evitar colisiones, mientras que las maniobras drásticas a baja altura corren el riesgo de entrar en contacto con peligros sólidos o acuáticos debajo. Las aeronaves pueden ascender por encima de la mayoría de los obstáculos, pero los vehículos eléctricos de alta velocidad son más limitados. [5]
En caso de vientos fuertes, el despegue debe realizarse contra el viento, lo que hace que la embarcación atraviese líneas sucesivas de olas, lo que provoca fuertes golpes, tensiona la embarcación y crea un viaje incómodo. [6] En caso de vientos suaves, las olas pueden estar en cualquier dirección, lo que puede dificultar el control, ya que cada ola hace que el vehículo se incline y se balancee. La construcción más ligera de los GEV hace que su capacidad para operar en estados de mar más altos sea menor que la de los barcos convencionales, pero mayor que la capacidad de los aerodeslizadores o hidroplanos, que están más cerca de la superficie del agua.
Al igual que los aviones convencionales, se necesita mayor potencia para despegar y, al igual que los hidroaviones, los vehículos de efecto suelo deben subirse al escalón antes de poder acelerar hasta alcanzar la velocidad de vuelo. [4] Para lograrlo, se requiere un diseño cuidadoso, generalmente con múltiples rediseños de las formas del casco, lo que aumenta los costos de ingeniería. Este obstáculo es más difícil de superar para los vehículos eléctricos de producción en serie con tiradas cortas. Para que el vehículo funcione, su casco debe ser lo suficientemente estable longitudinalmente para ser controlable, pero no tan estable como para que no pueda despegar del agua.
La parte inferior del avión debe estar diseñada para evitar presiones excesivas durante el aterrizaje y el despegue sin sacrificar demasiado la estabilidad lateral y no debe generar demasiadas salpicaduras, que dañan la estructura y los motores. Los ekranoplanos rusos muestran evidencias de soluciones a estos problemas en forma de múltiples nervaduras en la parte delantera de las partes inferiores del casco y en la ubicación delantera de los motores a reacción.
Por último, la utilidad limitada ha mantenido los niveles de producción tan bajos que ha sido imposible amortizar los costos de desarrollo lo suficiente como para hacer que los vehículos eléctricos de generación eléctrica sean competitivos con los aviones convencionales.
Un estudio de 2014 realizado por estudiantes del Centro de Investigación Ames de la NASA afirma que el uso de vehículos eléctricos para viajes de pasajeros podría conducir a vuelos más baratos, mayor accesibilidad y menos contaminación. [7]
Un obstáculo para el desarrollo de los GEV es la clasificación y la legislación que se debe aplicar. La Organización Marítima Internacional ha estudiado la aplicación de las reglas basadas en el Código internacional de seguridad para naves de gran velocidad (código HSC), que se desarrolló para buques rápidos como hidroplanos , aerodeslizadores, catamaranes y similares. Las reglas rusas para la clasificación y construcción de ekranoplanos pequeños de tipo A son un documento en el que se basa la mayoría del diseño de GEV. Sin embargo, en 2005, la OMI clasificó a los WISE o GEV dentro de la categoría de buques. [8]
La Organización Marítima Internacional reconoce tres tipos de vehículos de transporte marítimo internacional: [8]
Al momento de redactar este artículo, esas clases solo se aplicaban a embarcaciones que transportaban 12 pasajeros o más, [8] y (a partir de 2019) había desacuerdo entre las agencias reguladoras nacionales sobre si estos vehículos debían clasificarse y regularse como aeronaves o como embarcaciones. [9]
En la década de 1920, el fenómeno del efecto suelo era bien conocido, ya que los pilotos descubrieron que sus aviones parecían volverse más eficientes a medida que se acercaban a la superficie de la pista durante el aterrizaje. En 1934, el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica de los Estados Unidos publicó el Memorándum Técnico 771, Efecto suelo en el despegue y aterrizaje de aviones , que era una traducción al inglés de un resumen de la investigación francesa sobre el tema. El autor francés Maurice Le Sueur había añadido una sugerencia basada en este fenómeno: "Aquí se ofrece a la imaginación de los inventores un vasto campo. La interferencia del suelo reduce la potencia necesaria para el vuelo nivelado en grandes proporciones, por lo que aquí hay un medio de locomoción rápida y al mismo tiempo económica : Diseñe un avión que siempre esté dentro de la zona de interferencia del suelo. A primera vista, este aparato es peligroso porque el suelo es irregular y la altitud llamada deslizamiento no permite ninguna libertad de maniobra. Pero en aviones de gran tamaño, sobre el agua, la cuestión puede intentarse..." [10]
En la década de 1960, la tecnología comenzó a madurar, en gran parte debido a las contribuciones independientes de Rostislav Alexeyev en la Unión Soviética [11] y el alemán Alexander Lippisch , que trabajaba en los Estados Unidos . Alexeyev trabajó desde su experiencia como diseñador de barcos, mientras que Lippisch trabajó como ingeniero aeronáutico. La influencia de Alexeyev y Lippisch sigue siendo notable en la mayoría de los GEV que se ven hoy en día.
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Dirigida por Alexeyev , la Oficina Central Soviética de Diseño de Hidroalas ( en ruso : ЦКБ СПК ) fue el centro de desarrollo de naves con efecto suelo en la URSS. El vehículo llegó a ser conocido como ekranoplan ( en ruso : экранопла́н , экран pantalla + план avión , del ruso : эффект экрана , literalmente efecto pantalla o efecto suelo en español). El potencial militar de una nave de este tipo pronto fue reconocido, y Alexeyev recibió apoyo y recursos financieros del líder soviético Nikita Khrushchev .
Se construyeron algunos prototipos tripulados y no tripulados, con un desplazamiento de hasta ocho toneladas . Esto condujo al desarrollo de un ekranoplano militar de 550 toneladas y 92 m (302 pies) de longitud. La nave fue bautizada como el Monstruo del Mar Caspio por los expertos de inteligencia de los EE. UU., después de que una enorme nave desconocida fuera avistada en fotos de reconocimiento satelital del área del Mar Caspio en la década de 1960. Con sus alas cortas, parecía un avión en planta, pero probablemente sería incapaz de volar. [12] Aunque fue diseñado para viajar un máximo de 3 m (10 pies) sobre el mar, se descubrió que era más eficiente a 20 m (66 pies), alcanzando una velocidad máxima de 300 a 400 nudos (560 a 740 km/h) en vuelos de investigación.
El programa soviético de ekranoplanos continuó con el apoyo del Ministro de Defensa Dmitriy Ustinov . Produjo el ekranoplano más exitoso hasta el momento, el A-90 Orlyonok de 125 toneladas . Estas naves fueron desarrolladas originalmente como transportes militares de alta velocidad y generalmente se basaban en las costas del Mar Caspio y el Mar Negro . La Armada Soviética ordenó 120 ekranoplanos de la clase Orlyonok , pero esta cifra se redujo más tarde a menos de 30 buques, con un despliegue planificado principalmente en las flotas del Mar Negro y el Mar Báltico .
Algunos Orlyonoks sirvieron en la Armada Soviética entre 1979 y 1992. En 1987 se construyó el ekranoplano de la clase Lun , de 400 toneladas , como plataforma de lanzamiento de misiles antibuque. Se puso en grada un segundo Lun , rebautizado como Spasatel , como buque de rescate, pero nunca se terminó. Los dos principales problemas a los que se enfrentaban los ekranoplanos soviéticos eran la escasa estabilidad longitudinal y la necesidad de una navegación fiable.
En 1984, el ministro Ustinov falleció y el nuevo ministro de Defensa, el mariscal Sokolov , canceló la financiación del programa. En una base naval cercana a Kaspiysk sólo quedaron operativos tres ekranoplanos de la clase Orlyonok (con un diseño de casco revisado) y un ekranoplano de la clase Lun .
Desde la disolución de la Unión Soviética , los ekranoplanos han sido producidos por el Astillero Volga [13] en Nizhniy Novgorod . Se han estado desarrollando ekranoplanos más pequeños para uso no militar. El CHDB ya había desarrollado el Volga-2 de ocho asientos en 1985, y Technologies and Transport está desarrollando una versión más pequeña llamada Amphitar. Beriev propuso un gran avión de este tipo, el Be-2500, como un "barco volador" de transporte de carga, [14] pero el proyecto no se concretó.
En Alemania, Lippisch recibió el encargo de construir un barco muy rápido para el empresario estadounidense Arthur A. Collins . En 1963, Lippisch desarrolló el X-112 , un diseño revolucionario con ala delta invertida y cola en T. Este diseño demostró ser estable y eficiente en el efecto suelo, y aunque se probó con éxito, Collins decidió detener el proyecto y vendió las patentes a la empresa alemana Rhein Flugzeugbau (RFB), que desarrolló aún más el concepto delta inverso en el X-113 y el X-114 de seis asientos . Estas naves podían volar fuera del efecto suelo de modo que, por ejemplo, se podían sobrevolar penínsulas. [15]
Hanno Fischer se hizo cargo de las obras de RFB y creó su propia empresa, Fischer Flugmechanik, que acabó completando dos modelos. El Airfisch 3, con capacidad para dos personas, y el FS-8, con capacidad para seis. El FS-8 iba a ser desarrollado por Fischer Flugmechanik para una empresa conjunta de Singapur y Australia llamada Flightship. Impulsado por un motor de automóvil V8 Chevrolet de 337 kW, el prototipo realizó su primer vuelo en febrero de 2001 en los Países Bajos. [16] La empresa ya no existe, pero el prototipo fue comprado por Wigetworks, [17] una empresa con sede en Singapur y rebautizada como AirFish 8. En 2010, ese vehículo fue registrado como barco en el Registro de Barcos de Singapur. [18]
La Universidad de Duisburg-Essen apoya un proyecto de investigación en curso para desarrollar el Hoverwing . [19]
El ingeniero alemán Günther Jörg, que había trabajado en los primeros diseños de Alexeyev y estaba familiarizado con los desafíos del diseño de GEV, desarrolló un GEV con dos alas en disposición tándem, el Jörg-II. Fue el tercer barco de perfil tándem tripulado, llamado "Skimmerfoil", que se desarrolló durante su período de consultoría en Sudáfrica. Se trataba de un diseño simple y de bajo costo de un primer barco de perfil tándem de 4 plazas construido completamente en aluminio. El prototipo estuvo en el Museo SAAF de Port Elizabeth desde el 4 de julio de 2007 hasta 2013, y ahora es de uso privado. Las fotografías del museo muestran el barco después de algunos años fuera del museo y sin protección contra el sol. [20]
La consultoría de Günther Jörg, especialista y conocedor de la industria aeronáutica alemana desde 1963 y colega de Alexander Lippisch y Hanno Fischer, se fundó con un conocimiento básico de la física del efecto suelo de las alas y con los resultados de pruebas fundamentales en diferentes condiciones y diseños que comenzaron en 1960. Durante más de 30 años, Jörg construyó y probó 15 aeroplanos biplaza diferentes en diferentes tamaños y hechos de diferentes materiales.
Los siguientes tipos de lanchas aerodinámicas en tándem (TAF) se construyeron después de un período previo de casi 10 años de investigación y desarrollo:
Los conceptos más grandes son: 25 plazas, 32 plazas, 60 plazas, 80 plazas y más grandes, hasta el tamaño de un avión de pasajeros.
Desde la década de 1980, los vehículos eléctricos de propulsión eléctrica han sido principalmente embarcaciones más pequeñas diseñadas para los mercados de transbordadores civiles y recreativos. Alemania , Rusia y los Estados Unidos han proporcionado la mayor parte de la actividad, con algún desarrollo en Australia , China , Japón , Corea y Taiwán . En estos países y regiones, se han construido embarcaciones pequeñas de hasta diez asientos. Se han propuesto otros diseños más grandes, como transbordadores y transportes pesados, pero no se han llevado a cabo.
Además de desarrollar un diseño y una configuración estructural adecuados, se han desarrollado sistemas de control y navegación automáticos, entre los que se incluyen altímetros de gran precisión para vuelos a baja altitud y con una menor dependencia de las condiciones meteorológicas. Los " radioaltímetros de fase " se han convertido en la opción preferida para estas aplicaciones, superando a los altímetros láser , isotrópicos o ultrasónicos . [21]
Con la asesoría de Rusia, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) estudió el avión de ala Aerocon Dash 1.6 . [22] [23]
Universal Hovercraft desarrolló un aerodeslizador volador, y su primer prototipo se hizo volar en 1996. [24] Desde 1999, la compañía ha ofrecido planos, piezas, kits y ha fabricado un aerodeslizador de efecto suelo llamado Hoverwing. [25]
En septiembre de 2010, Irán desplegó tres escuadrones de vehículos blindados de dos plazas Bavar 2. Este vehículo lleva una ametralladora y equipo de vigilancia, e incorpora características para reducir su señal de radar. [26] En octubre de 2014, imágenes satelitales mostraron el vehículo en un astillero en el sur de Irán. El vehículo tiene dos motores y no tiene armamento. [27]
En Singapur, Wigetworks obtuvo la certificación de Lloyd's Register para ingresar a la clase. [1] El 31 de marzo de 2011, AirFish 8-001 se convirtió en uno de los primeros GEV en ser marcado por el Registro de Buques de Singapur, uno de los registros de buques más grandes. [28] Wigetworks se asoció con el Departamento de Ingeniería de la Universidad Nacional de Singapur para desarrollar GEV de mayor capacidad. [29]
Burt Rutan en 2011 [30] y Korolev en 2015 mostraron proyectos de GEV. [31]
En Corea, Wing Ship Technology Corporation desarrolló y probó un GEV de pasajeros de 50 asientos llamado WSH-500 en 2013 [32] .
La compañía de transporte estonia Sea Wolf Express planeó lanzar un servicio de pasajeros en 2019 entre Helsinki y Tallin , una distancia de 87 km que tomaría solo media hora, utilizando un ekranoplano construido en Rusia. [33] La compañía ordenó 15 ekranoplanos con una velocidad máxima de 185 km/h y capacidad para 12 pasajeros, construidos por la rusa RDC Aqualines. [34]
En 2021, Brittany Ferries anunció que estaba estudiando la posibilidad de utilizar los " planeadores marinos " REGENT (Regional Electric Ground Effect Naval Transport) [2] para servicios a través del Canal de la Mancha . [35] Southern Airways Express también realizó pedidos en firme de planeadores marinos con la intención de operarlos a lo largo de la costa este de Florida. [36] [37]
A mediados de 2022, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (DARPA) lanzó su proyecto Liberty Lifter , con el objetivo de crear un hidroavión de bajo costo que utilizaría el efecto suelo para ampliar su alcance. El programa tiene como objetivo transportar 90 toneladas a lo largo de 6.500 millas náuticas (12.000 km), operar en el mar sin mantenimiento en tierra, todo ello utilizando materiales de bajo costo. [38] [39] [40]
En mayo de 2024, Ocean Glider anunció un acuerdo con el inversor británico MONTE para financiar 145 millones de dólares de un acuerdo de 700 millones de dólares para comenzar a operar 25 planeadores marinos REGENT entre destinos en Nueva Zelanda. [41] El pedido incluye 15 Viceroys de 12 plazas y 10 Monarchs de 100 plazas. [42]
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