Un avión de papel (también conocido como avión de papel o dardo de papel en inglés americano , o avión de papel en inglés británico ) es un avión de juguete, generalmente un planeador , hecho de una sola hoja de papel o cartón doblada . Un simple avión de papel con una nariz pesada, lanzado como un dardo . [1]
Se sabe que los aviones de papel se fabricaban ya a mediados del siglo XIX, según un libro infantil estadounidense que describe su construcción en 1864. [2]
La construcción de un avión de papel, por Ludwig Prandtl en el banquete de 1924 de la Unión Internacional de Mecánica Teórica y Aplicada , fue descartada como un ejercicio ingenuo por Theodore von Kármán : [3]
Prandtl también fue algo impulsivo. Recuerdo que en una ocasión, durante una cena bastante digna después de una conferencia en Delft, Holanda, mi hermana , que estaba sentada a su lado en la mesa, le hizo una pregunta sobre la mecánica del vuelo. Empezó a explicar; Mientras tanto cogió un menú de papel y construyó un pequeño modelo de avión, sin pensar dónde estaba. Aterrizó en la camisa del Ministro de Educación francés, para vergüenza de mi hermana y de otros asistentes al banquete.
En los últimos tiempos, los modelos de aviones de papel han adquirido una gran sofisticación y un rendimiento de vuelo muy alto, muy alejado de sus orígenes de origami; sin embargo, incluso los aviones de origami han adquirido muchos diseños nuevos a lo largo de los años y han ganado mucho en términos de rendimiento de vuelo.
Ha habido muchas mejoras de diseño, incluida la velocidad , la sustentación , la propulsión , [4] el estilo y la moda, en los años siguientes.
Los planeadores de papel han experimentado tres formas de desarrollo en el período 1930-1988:
El desarrollo continuo de planeadores plegados/origami durante el mismo período ha visto una sofisticación similar, incluida la adición de las siguientes mejoras de construcción
Tecnología responsable [ cita necesaria ] de la proliferación de la construcción avanzada de aviones de papel:
En comparación con la madera de balsa , otro material comúnmente utilizado para fabricar modelos de aviones , la densidad del papel es mayor; En consecuencia, los planeadores de papel de origami convencionales (ver arriba) sufren una mayor resistencia, así como cuerdas de ala imperfectamente aerodinámicas.
Sin embargo, a diferencia de los planeadores de balsa, los planeadores de papel tienen una relación resistencia-espesor mucho mayor: una hoja de papel de fotocopiadora / impresora láser de 80 g/ m2 con calidad de oficina, por ejemplo, tiene una resistencia en escala aproximada a la del aluminio de calidad aeronáutica. chapa , mientras que la cartulina se aproxima a las propiedades del acero a escala de modelo de avión de papel. [ cita necesaria ]
Los aviones de papel de origami no modificados tienen relaciones de planeo muy pobres , a menudo no mejores que 7,5:1 dependiendo de la construcción y los materiales. La modificación de los planeadores de papel de origami puede conducir a mejoras notables en el rendimiento del vuelo, a costa del peso y, a menudo, con la inclusión de compromisos aerodinámicos y/o estructurales. A menudo, los aumentos en la carga alar pueden fomentar la ruptura del flujo laminar sobre un ala con un híbrido de origami y construcción pegada y grabada.
Los profesores Ninomiya y Mathews (véanse las secciones siguientes) desarrollaron estrategias de diseño más dirigidas a finales de los años sesenta y ochenta. Anteriormente, los modelos de aviones en papel se diseñaban sin hacer hincapié en el rendimiento en vuelo. Mediante el uso de diseño aerodinámico y dinámica de fluidos, ambos profesores pudieron diseñar modelos que excedieron los criterios de rendimiento de vuelo anteriores por un margen muy amplio. El alcance de vuelo aumentó de los típicos más de 10 metros a más de 85 metros, dependiendo de la entrada de energía en los planeadores en el lanzamiento.
Actualmente, el trabajo de los dos profesores sigue siendo el último trabajo de investigación serio sobre la mejora del rendimiento de vuelo de los modelos de planeadores de papel. El trabajo colaborativo de los entusiastas a través de foros en línea y sitios web personales son en su mayoría desarrollos de estos tipos de planeadores originales.
En el campo del diseño de modelos a escala, existen actualmente muchas posibilidades para el diseño avanzado. Los planeadores de perfil encuentran una limitación para mejorar el rendimiento de vuelo en función de sus tipos de alas, que normalmente son perfiles aerodinámicos de placas curvas. Además, los fuselajes son de papel balsa o laminados de papel, propensos a deformarse o romperse en muy poco tiempo. La mejora del rendimiento es posible mediante el modelado de fuselajes tridimensionales que fomenten el flujo laminar, y en alas con refuerzo interno que luego pueden tener perfiles de perfil aerodinámico de gran sustentación, como las series Clark Y o NACA 4 o 6 , para una gran sustentación.
En Japón, a finales de la década de 1960, el profesor Yasuaki Ninomiya diseñó un tipo avanzado de avión de papel, que se publicó en dos libros, Jet Age Jamboree (1966) y Airborne All-Stars (1967). Los diseños de estos libros se vendieron más tarde como la serie 'White Wings' de paquetes de planeadores de papel desde la década de 1970 hasta la actualidad. [5]
Los White Wings se diferencian radicalmente de los aviones de papel convencionales, ya que sus fuselajes y alas son plantillas de papel cortadas y pegadas. Fueron diseñados con la ayuda de principios de diseño de ingeniería aerodinámica de baja velocidad. La construcción de los modelos es de papel Kent, un tipo de papel para cartuchos que se vende en Japón.
Los primeros modelos se dibujaron explícitamente a mano, pero en la década de 1980 sus piezas se bosquejaron con el uso de software CAD .
Los diseños de Ninomiya también incluyeron, por primera vez en cualquier modelo de papel, hélices funcionales impulsadas por flujo de aire, en particular para sus modelos a escala de perfil del Cessna Skymaster y Piaggio P.136 de 1967. También fue digno de mención el cuidadoso diseño de los planeadores para que podían volar sin lastre: su modelo F-4 Phantom II puede volar inmediatamente sin recurrir a clips, etc.
Los planeadores de alto rendimiento tienen fuselajes que se mantienen rígidos mediante el uso de un perfil de balsa adherido a los componentes de papel. El papel utilizado es bastante pesado, aproximadamente el doble que el papel para cartuchos de dibujo estándar, pero más liviano que el cartón liviano. Las White Wings originales eran completamente de papel, lo que requería paciencia y habilidad. Más tarde, sin embargo, se utilizaron fuselajes de madera de balsa y los White Wings se vendieron "precortados", lo que facilitó la construcción. El perfil aerodinámico utilizado es un Göttingen 801 (placa curva) y se suministra un patrón como parte recortada de cada kit.
En 1984, el profesor EH Mathews, profesor de Termodinámica en la Universidad de Witwatersrand , Sudáfrica, publicó su primer compendio de modelos de aviones de alto rendimiento. Este libro fue Paper Pilot (Struik, 1984).
Este libro tuvo mucho éxito y dio lugar a volúmenes adicionales, Paper Pilot 2 (1988), Paper Pilot 3 (1991), 12 Planes for the Paper Pilot (1993) y Ju-52 , un libro independiente que presenta un modelo a escala.
Los modelos inéditos incluyen un modelo a escala del Airbus A320 muy parecido al Ju-52, visto en el programa juvenil Tekkies en 1996.
Los libros presentaban patrones de piezas impresas en cartulina liviana, para darle al avión un buen rendimiento de penetración en vuelo para vuelos de larga distancia.
El interés público en los planeadores y su éxito editorial permitieron que parte del desarrollo se transmitiera por la televisión sudafricana durante 1988 con el lanzamiento del primer libro, y nuevamente en 1993, coincidiendo con una competencia nacional de aviones de papel vinculada al lanzamiento de Paper Pilot 3.
El diseño aerodinámico de los planeadores se logró utilizando un pequeño túnel de viento optimizado: en esta instalación se filmó el planeador plano Britten Norman Trislander, y se utilizaron equilibrios de peso para demostrar la optimización del vuelo.
El diseño de las partes de los planeadores se logró utilizando Autodesk AutoCAD R12, entonces la versión más avanzada de este software CAD, y uno de los primeros modelos de aviones en papel disponibles públicamente diseñados con esta tecnología.
La construcción de los planeadores es muy similar a la utilizada en la serie de planeadores White Wings del Dr. Ninomiya para planeadores planos.
Los planeadores posteriores con fuselajes tridimensionales utilizan una construcción liviana optimizada para el rendimiento del vuelo.
Las innovaciones incluyen un tren de aterrizaje con ruedas funcional que no contribuye al presupuesto de resistencia y al mismo tiempo permite buenos aterrizajes.
Los planeadores piloto de papel utilizan una forma de perfil aerodinámico de placa curva para un mejor rendimiento. Su diseño, al igual que los parapentes White Wings, es muy sensible al trimado, y de hecho tienen la capacidad de realizar vuelos interiores en espacios reducidos en condiciones medias.
La mayoría de las ediciones iniciales están equipadas con patrones de gancho de catapulta y demuestran la capacidad de volar a lo largo de un campo de rugby cuando se lanzan.
Las ediciones posteriores y los planeadores estaban equipados con un gancho Bungee, cuya construcción se incluyó en Paper Pilot 3 y 12 Planes for Paper Pilot .
El sistema Bungee publica paralelos, a menor escala, con la práctica utilizada en los lanzamientos de planeadores de tamaño completo y controlados por radio, a una fracción del costo y la complejidad. Hasta la fecha, este es el único ejemplo conocido de un sistema de lanzamiento de este tipo aplicado a un modelo de avión de papel publicado en forma de libro.
El rendimiento de vuelo en bungee es muy bueno: un planeador en particular, un modelo a escala U-2 (en el último libro de la serie) había demostrado un rendimiento de vuelo de más de 120 metros, en el lanzamiento con gancho de bungee.
Un desarrollo único del Prof. Mathews es el Papercopter , un modelo de helicóptero cuyo "ala" es un anillo anular ajustable que, utilizando aerodinámica rotacional, proporciona un buen rendimiento de vuelo hacia adelante sin necesidad de un rotor de cola. Un "cuerpo" modelo de helicóptero está suspendido debajo del anillo y utiliza el flujo de aire para estabilizarse en la dirección del vuelo, de forma muy parecida a una veleta.
El diseño del helicóptero de papel permite vuelos de aproximadamente 10 a 14 metros en promedio.
El primer autogiro (helicóptero sin motor) de papel publicado en el mundo, obra de Richard K Neu, apareció en "The Great International Paper Airplane Book" publicado en 1967. Sus alas vuelan en círculo alrededor de un eje de lastre central mientras desciende verticalmente. Este diseño básico se ha publicado varias veces y es ampliamente conocido.
James Zongker construyó el primer autogiro de papel de deslizamiento hacia adelante publicado en el mundo y cuyo cuerpo apunta hacia adelante y se levanta mediante cuchillas giratorias. Aparece en la página 53 de "El libro del avión de papel: el libro oficial del segundo gran concurso internacional de aviones de papel" publicado en 1985 por la revista Science. Sus cuchillas gemelas contrarrotativas giran automáticamente sobre ejes de papel al momento del lanzamiento para proporcionar sustentación.
Como se señaló anteriormente (ver entrada, Piloto de papel), EH Mathews desarrolló un modelo de helicóptero de papel estable en vuelo. Tiene un ala de anillo y aletas para ajustar el vuelo para mayor estabilidad, ubicadas en el borde interior del anillo. Si bien no es un autogiro per se, este modelo de avión de papel entra dentro del diseño general de un modelo de helicóptero de papel y posee un elemento de vuelo rotacional que produce sustentación durante el vuelo hacia adelante. Los helicópteros de papel, como los denominó el profesor Mathews, son únicos entre los modelos de helicópteros de papel porque tienen un alcance y una velocidad muy superiores a todas las demás clases, son capaces de volar bastante rápido y tienen un alcance de entre 10 y 15 m. El tiempo de vuelo más largo es de 27,9 segundos. [6]
Hay múltiples objetivos para un vuelo:
Para cada gol hay un plano típico y, a veces, un récord mundial. [7]
A lo largo de los años, ha habido muchos intentos de romper la barrera de lanzar un avión de papel durante el mayor tiempo posible en el aire. Ken Blackburn mantuvo este récord mundial Guinness durante 13 años (1983-1996) y recuperó el récord en octubre de 1998 al mantener su avión de papel en el aire durante 27,6 segundos (en interiores). Esto fue confirmado por funcionarios de Guinness y un informe de CNN. [8] El avión de papel que Blackburn utilizó en este intento de batir récords era un " planeador ". En marzo de 2023 [update], Takuo Toda (Japón) ostenta el récord mundial de mayor tiempo en el aire (29,2 segundos) en la ciudad de Fukuyama, Hiroshima, Japón, el 19 de diciembre de 2010. [9] El récord de distancia actual, en febrero de 2023, es 88,318 m (289 pies 9 pulgadas) logrado por Dillon Ruble (EE. UU.), con el apoyo de Nathaniel Erickson y Garrett Jensen (ambos EE. UU.) en Crown Point, Indiana, EE. UU., el 2 de diciembre de 2022. [10]
Los aviones de papel son una clase de modelo de avión y, por lo tanto, no experimentan fuerzas aerodinámicas de manera diferente a otros tipos de modelos voladores. Sin embargo, su material de construcción produce una serie de efectos diferentes en el rendimiento del vuelo en comparación con aviones construidos con diferentes materiales.
En general, existen cuatro fuerzas aerodinámicas que actúan sobre el avión de papel mientras está en vuelo:
En conjunto, las fuerzas aerodinámicas interactúan, creando turbulencias que amplifican pequeños cambios en la superficie del avión de papel. Se pueden realizar modificaciones en la mayoría de los aviones de papel doblando, curvando o haciendo pequeños cortes en los bordes de salida de las alas y en la cola del avión, si la tiene.
Los ajustes más comunes, inspirados en los aviones planeadores, son los alerones , los elevadores y los timones .
El rango del número de Reynolds (Re) de los modelos de aviones de papel es razonablemente amplio:
Estos rangos son orientativos. Como se señaló anteriormente, la relación masa:densidad del papel impide que el rendimiento alcance el de los modelos de balsa en términos de expresión de potencia-peso, pero para los modelos con envergaduras de entre 250 mm y 1200 mm, el Re crítico es muy similar a los planeadores del modelo de balsa. de dimensiones similares.
Los modelos de papel suelen tener una relación de aspecto del ala que es muy alta (modelos de planeadores) o muy baja (el clásico dardo de papel) y, por lo tanto, en casi todos los casos vuelan a velocidades muy por debajo de la forma en planta del ala y del perfil aerodinámico crítico Re , donde el flujo se rompería. de laminar a turbulento.
En cualquier caso, la mayoría de los dardos de papel de origami tienden a volar en aire turbulento y, como tal, son importantes para la investigación del flujo turbulento, al igual que las superficies de elevación de baja Re que se encuentran en la naturaleza, como las hojas de árboles y plantas, así como las alas de los insectos. .
Los modelos de perfil y escala de alto rendimiento se acercan al Re crítico de su sección de ala en vuelo, lo cual es un logro notable en términos de diseño de modelos en papel. El rendimiento se deriva del hecho de que las alas de estos planeadores funcionan tan bien como les es posible, dadas sus limitaciones materiales.
Los experimentos con diferentes acabados de materiales en los últimos años han revelado algunas relaciones interesantes entre Re y los modelos de papel. El rendimiento del origami y de las estructuras compuestas de origami mejora notablemente con la introducción de papel liso, aunque esto también se ve favorecido por la mayor masa del papel y, en consecuencia, por su mejor penetración.
Los tipos de escala y rendimiento más marginales generalmente no se benefician de superficies más pesadas y brillantes. Los tipos de fuselaje con perfil de rendimiento experimentan un rendimiento algo mejorado si se utiliza papel brillante y resbaladizo en la construcción, pero aunque hay una mejora en la velocidad, esto se ve compensado muy a menudo por una relación vida-arrastre más pobre. Los tipos de básculas experimentan un rendimiento negativo al añadir papeles pesados y brillantes en su construcción.
Las secciones del perfil del ala en los modelos varían según el tipo:
La comba de los perfiles también varía. En general, cuanto menor es el Re, mayor es el camber. Los tipos de origami tendrán curvaturas "ridículas" o muy altas en comparación con los tipos de escala de rendimiento más marginal, cuyas masas crecientes exigen velocidades de vuelo más altas y, por lo tanto, una menor resistencia inducida por una curvatura alta, aunque esto variará según el tipo que se modele.
En el caso de prestaciones a escala y modelos a escala, será la intención del modelista definir el tipo de sección de perfil aerodinámico elegida. Los biplanos de la Primera Guerra Mundial, si están diseñados para el rendimiento de vuelo, a menudo tendrán perfiles aerodinámicos de placas curvas, ya que producen superficies muy curvadas y un coeficiente de sustentación (Cl) para velocidades de planeo bajas. Los monoplanos de la Segunda Guerra Mundial a menudo tendrán secciones muy parecidas a escalas, aunque con una mayor caída del borde de salida para mejorar la curvatura en comparación con sus homólogos a escala.
De manera similar, el tamaño, la velocidad del aire y la masa tendrán un impacto muy grande en la elección del perfil aerodinámico, aunque esta es una consideración universal en el diseño de aeromodelismo, sin importar el material.
El ex poseedor del récord mundial Guinness, Tim Richardson, no está de acuerdo con la decisión de poner una "cola" al avión de papel. Su explicación sobre la aerodinámica del avión de papel en su sitio web menciona que la cola no es necesaria. Utiliza el bombardero de ala volante B-2 Spirit de la vida real como ejemplo, afirmando que los pesos a lo largo del ala deben colocarse hacia adelante para estabilizar el avión. (Nota: los aviones de papel no necesitan una cola principalmente porque normalmente tienen un fuselaje grande y delgado, que actúa para evitar la guiñada , y alas en toda su longitud, lo que evita el cabeceo ).
Independientemente, Edmond Hui inventó un avión de papel similar a un bombardero furtivo llamado Paperang en 1977, [11] basado en la aerodinámica del ala delta. Únicamente, tiene secciones de perfil aerodinámico adecuadamente controladas, alas de alta relación de aspecto y un método de construcción diseñado para permitir al constructor variar cada aspecto de su forma. Fue el tema de un libro, "Amazing Paper Airplanes" en 1987, y de varios artículos periodísticos en 1992. No es elegible para la mayoría de las competiciones de aviones de papel debido al uso de una grapa, pero tiene un rendimiento de planeo extremadamente alto que supera el planeo. proporciones de 12 a 1 con buena estabilidad.
En 1975, el artista de origami Michael LaFosse diseñó un ala voladora de origami puro (una hoja; sin cortes, pegamento ni grapas...), a la que llamó "Ala Art Déco". Aunque su forma aerodinámica imita algunas alas delta y superficies aerodinámicas supersónicas, su invención evolucionó a partir de la exploración inicial de la belleza del papel doblado. Su relación de deslizamiento y estabilidad están a la par de muchas de las mejores construcciones de alas de papel que utilizan pegamento, cinta adhesiva o grapas. Este diseño fue publicado por primera vez en 1984 en el libro "Wings and Things", de Stephen Weiss, St. Martin's Press.
Aunque es una opinión común que los aviones de papel ligeros llegan más lejos que los pesados, Blackburn considera que esto es falso. El avión de papel de 20 años de antigüedad de Blackburn, que batió récords [12], se basó en su creencia de que los mejores aviones tenían alas cortas y eran "pesados" en el punto de la fase de lanzamiento en el que el lanzador lanza el avión de papel al aire. y al mismo tiempo, alas más largas y un peso "más liviano" permitirían que el avión de papel tuviera mejores tiempos de vuelo, pero esto no se puede lanzar con mucha presión al aire como una fase de lanzamiento con peso "pesado". Según Blackburn, "para una altura máxima y una buena transición al vuelo sin motor, el lanzamiento debe estar dentro de los 10 grados de la vertical", lo que demuestra que una velocidad de al menos 60 millas por hora (97 kilómetros por hora) es la cantidad necesaria. para lanzar el avión de papel con éxito.
Después del plegado todavía quedan espacios entre las diferentes capas de papel plegado (borde de corte). Estos y los pliegues transversales al flujo de aire pueden tener un efecto perjudicial sobre la aerodinámica, especialmente en la parte superior del ala. En algunos modelos las superficies no están alineadas con la dirección del flujo actuando como frenos de aire. Normalmente, el centro de masa está en 1/81 y el centro del área está en la mitad de las longitudes del plano. Existen dos métodos para desplazar el centro de masa hacia el frente. Se enrolla el borde de ataque que luego queda sin barrer. El otro utiliza un ala en flecha o plegado axial para producir algo parecido a un fuselaje que se extiende fuera del borde de ataque del ala.
Es posible crear versiones de estilo libre de aviones de papel, que a menudo presentan una trayectoria de vuelo inusual en comparación con los dardos, jets y planeadores de papel más tradicionales. Otra técnica de propulsión, que crea altas velocidades de lanzamiento, implica el uso de bandas elásticas a modo de "catapultas". El deslizamiento a pie implica la propulsión continua de diseños de aviones de papel (como el ala giratoria , el papel de aluminio [13] y el avión de papel surfista [14] ) mediante un vuelo elevado sobre el borde de una hoja de cartón.
Es posible que algún día se lance un avión de papel desde el espacio. Un prototipo pasó una prueba de durabilidad en un túnel de viento en marzo de 2008, y la agencia espacial japonesa JAXA consideró un lanzamiento desde la Estación Espacial Internacional . Sin embargo, los desarrolladores del avión, Takuo Toda (ver Récords Mundiales arriba) y su colega entusiasta Shinji Suzuki, ingeniero aeronáutico y profesor de la Universidad de Tokio , pospusieron el intento después de reconocer que sería casi imposible rastrearlos durante la semana de duración de los aviones. viaje a la Tierra, suponiendo que alguno de ellos sobreviviera al abrasador descenso. Los desarrolladores esperaban que China o Rusia apoyaran mayores esfuerzos en el proyecto. [15]
En febrero de 2011, se lanzaron 200 aviones desde una red debajo de un globo meteorológico a 37 kilómetros (23 millas) sobre Alemania. Los aviones fueron diseñados para mantener un vuelo estable incluso con ráfagas de hasta 160 km/h (100 mph). Los aviones estaban equipados con chips de memoria desde los cuales se podían cargar datos y, según se informó, se habían encontrado en otros lugares de Europa, así como en Canadá, India, Sudáfrica y Australia. Un portavoz del proyecto dijo que "sospechaba un poco" de los informes provenientes del hemisferio sur, pero afirmó que era posible que los aviones llegaran a Estados Unidos, dados los vientos "sustanciales" que encontraron los aviones y el hecho de que un avión de papel bien construido "viaja 12 pies a través del suelo por cada pie que cae". [dieciséis]
El 24 de junio de 2015, un club de Kesgrave High School en Suffolk, Reino Unido, logró el récord mundial de lanzamiento de un avión de papel a mayor altitud, alcanzando una altitud de 35.043 metros (114.970 pies). [17]
La definición del diccionario de avión de papel en Wikcionario