Un tonel es una maniobra aérea en la que un avión realiza una rotación completa sobre sus ejes longitudinal y lateral, haciendo que siga una trayectoria helicoidal , manteniendo aproximadamente su dirección original. A veces se describe como una "combinación de un bucle y un giro ". [1] La fuerza g se mantiene positiva (pero no constante) sobre el objeto durante toda la maniobra, comúnmente entre 2 y 3 g , y no menos de 0,5 g . El tonel se confunde comúnmente con un giro de alerones .
El tonel se llama así porque un avión que ejecuta esta maniobra parece como si estuviera volando con sus ruedas girando alrededor de la pared interior de un cilindro o un barril imaginario tumbado de lado. Una visualización moderna más común es imaginar un avión tratando de volar en un sacacorchos horizontal alrededor de la línea de la dirección de viaje. [2] Aunque la maniobra es anterior al nombre, el término se utilizó por primera vez en 1917 y ganó popularidad a principios de la década de 1930. [3]
En aviación, el tonel es una maniobra acrobática en la que un avión realiza un giro helicoidal alrededor de su movimiento relativo hacia adelante, con el morro apuntando hacia la trayectoria de vuelo original. Se realiza haciendo una combinación de un tonel y un bucle. La maniobra incluye una variación constante de la actitud del avión ( orientación del morro ) en dos o quizás los tres ejes. Consiste en una rotación a lo largo del eje de cabeceo (el morro gira hacia arriba, en una dirección perpendicular a las alas) mediante la aplicación de una entrada del elevador, seguida de una entrada del alerón para rotar el avión a lo largo de su eje de giro. A veces se aplica una entrada del timón para ayudar al giro a través del eje de guiñada (el morro gira hacia los lados), balanceando la cola sobre la parte superior. En el punto medio (parte superior) del giro, el avión debe volar invertido, con el morro apuntando aproximadamente en un ángulo recto a la trayectoria de vuelo general. El avión también habrá ganado altitud y habrá recorrido una corta distancia desde la trayectoria de vuelo original. Volando invertido, el avión continúa con el giro, descendiendo en altitud y regresando a la trayectoria de vuelo original. Al completar el giro, el avión debería terminar volando por la misma trayectoria de vuelo y aproximadamente a la misma altitud en la que comenzó la maniobra. [4]
El término "barril" se utiliza frecuentemente, de forma incorrecta, para referirse a cualquier balanceo de un avión (véase balanceo de alerones , balanceo lento o balanceo brusco ).
El tonel se llamaba originalmente "salto mortal lateral". Fue realizado por primera vez en 1905 por Daniel Maloney . Estaba volando un planeador propiedad de John Joseph Montgomery durante una exhibición, que fue elevado por un globo y luego liberado. Durante este espectáculo en particular, Maloney hizo un giro muy brusco, lo que provocó que las alas se deformaran, realizando la maniobra por accidente, pero fue rápidamente seguido por su compañero de vuelo, David Wilke, quien hizo dos toneles seguidos; uno hacia la izquierda y el otro hacia la derecha. [5]
Fuera de la competición acrobática, el prototipo del Boeing 367-80 y del Concorde fue volcado en un tonel durante las pruebas. El Boeing 367-80 fue volcado dos veces por Tex Johnston en una maniobra no autorizada mientras demostraba el avión a la Asociación Internacional de Transporte Aéreo sobre el lago Washington , Seattle. El Concorde fue volcado varias veces por sus pilotos de prueba, incluidos Jean Franchi y Brian Walpole . [6] El piloto de pruebas de Avro, Roly Falk, volcó el Avro Vulcan durante una exhibición en el salón aeronáutico de Farnborough de 1955, ganando altura durante la maniobra. [7]
Para hacer un tonel en su forma más pura, desde la perspectiva del piloto, puede ser mejor pensarlo como un giro alrededor de un punto en el horizonte que está a 45 grados de la trayectoria de vuelo. [ cita requerida ] Partiendo de un vuelo nivelado, el piloto normalmente elegirá un punto en el horizonte como referencia, que normalmente está entre el morro y la punta del ala, fuera de la ventanilla lateral (si el avión tiene ventanas laterales). Este punto puede ser cualquier cosa en esa zona, como un lago lejano, la cima de una montaña o una nube. A continuación, el piloto tirará de la palanca hacia atrás, llevando el avión hacia arriba en un breve ascenso. A medida que el morro pasa por el horizonte, el piloto empieza a aplicar la entrada de alerones , que se consigue moviendo la palanca hacia la derecha o hacia la izquierda. A medida que el avión gira, seguirá cabeceando en la dirección del vector de sustentación . El piloto tendrá que controlar cuidadosamente la velocidad de giro, manteniendo el morro a 45 grados del punto de referencia en el horizonte mientras el morro traza un círculo alrededor de este punto. Algunos aviones pueden requerir la intervención del timón , mientras que la mayoría de los aviones de alta potencia solo necesitarán ser guiados por el control de alerones y elevadores . [8] [ cita requerida ]
Cuando el avión haya girado 90 grados y las alas estén en posición vertical, el morro debe estar en un ángulo de unos 45 grados directamente sobre el punto de referencia. A medida que el avión continúe girando boca abajo, comenzará a nivelarse y el horizonte parecerá elevarse para encontrarse con el morro. Cuando esté en la posición completamente invertida, el avión debe estar nivelado y el morro aún debe estar a 45 grados del lado del punto de referencia, colocándolo 90 grados fuera de la trayectoria de vuelo original. A medida que el morro desciende a través del horizonte, el piloto puede necesitar reducir la presión del elevador, para evitar la pérdida de altitud al contrarrestar la fuerza de la gravedad y la pérdida de sustentación. Manteniendo aún el morro a 45 grados del punto de referencia, el avión debe girar hacia un vuelo nivelado a lo largo de la misma trayectoria de vuelo y a la misma altitud a la que comenzó la maniobra. Si se realiza correctamente, el punto de referencia debe parecer permanecer en una posición bastante estacionaria, en relación con el avión, mientras el horizonte gira a su alrededor. [9] [ ¿Fuente autopublicada? ]
En las maniobras de combate aéreo , conocidas históricamente como dogfighting , el término "barrel roll" puede referirse a una de muchas maniobras. Estas maniobras a menudo se denominan simplemente "barrel roll", pero muchas caen en la categoría de "displacement rolls".
El término "tonel" en sí mismo se refiere con mayor frecuencia a un giro helicoidal alrededor de una trayectoria de vuelo recta, cuyo propósito es reducir el movimiento relativo hacia adelante (desplazamiento hacia abajo) del avión. Esto puede ayudar a un defensor a obligar a un atacante, que generalmente está detrás del defensor, a volar por delante, lo que se denomina " sobrepaso ". Esto también puede ayudar a un atacante a evitar un sobrepaso. Esto a menudo obliga a ambos aviones a continuar a través de una serie de giros conocidos como maniobra de tijera giratoria . Un tonel también se usa a menudo para verificar los puntos ciegos mientras se permanece en una trayectoria de vuelo constante.
La maniobra de tijera, también llamada tijera vertical o simplemente "rollers", es una maniobra que suele ser indeseable, tanto para el atacante como para el defensor. La ventaja suele ser para el avión con la mayor velocidad de giro, especialmente cuando se hace pasar el morro por la parte superior e inferior de los virajes. La colocación correcta del vector de sustentación durante la maniobra es crucial para evitar avanzar con respecto al oponente. Existen muchas ilusiones ópticas que afectan a la capacidad del piloto para determinar la posición relativa del oponente, y se pueden cometer errores fácilmente. Es extremadamente difícil obtener una solución de disparo adecuada durante la maniobra de tijera. Si el avión tiene una relación empuje-peso inferior a uno, cada giro consecutivo será menor que el anterior, y los pilotos pueden encontrarse rápidamente a nivel del suelo. Cualquier ventaja suele perderla el primer piloto que intenta desengancharse. [10]
Un tonel de alta gravedad es una maniobra defensiva de último recurso que se realiza cuando el atacante ha conseguido una solución de disparo adecuada. La maniobra se realiza cuando el atacante está muy cerca y un tonel realizado por el defensor puede provocar un sobrepaso. La maniobra comienza cortando el acelerador, extendiendo los frenos aerodinámicos o girando muy bruscamente para fomentar un sobrepaso. La maniobra se ejecuta luego aplicando una presión excesiva en el elevador y una entrada fuerte del timón durante el tonel para ayudar con el tonel. El cambio repentino en la velocidad relativa hacia adelante puede hacer que un atacante sorprendido salga volando frente al defensor. Dependiendo de la situación, un tonel de alta gravedad se puede realizar "por encima", comenzando el tonel como un tonel normal. El tonel también se puede realizar "por debajo", haciendo un tonel de medio alerón en la posición invertida y comenzando el tonel estando boca abajo. [11]
Hay una variedad de maniobras que pueden describirse como giros de desplazamiento. Un giro de desplazamiento es un tonel que mueve la aeronave lateralmente, desplazándola de su trayectoria de vuelo proyectada y moviéndola hacia una nueva trayectoria de vuelo. Dependiendo de cómo se ejecute un giro de desplazamiento, puede proporcionar un cambio lateral hacia una trayectoria de vuelo paralela, o se pueden utilizar giros más agresivos para proporcionar una reducción en el radio de viraje .
Al mover el caza más hacia el plano vertical, el piloto puede usar la gravedad para ayudar al avión en el desempeño del viraje. En planos geométricos verticales u oblicuos, el viraje será mucho más lento en la parte superior y el radio de viraje será mucho menor. Por el contrario, el radio de viraje será mucho mayor en la parte inferior del viraje, pero la velocidad de viraje será más rápida. [12] Los alabeos de desplazamiento hacen un uso completo de esta asistencia proporcionada por la gravedad. Al mover el caza más hacia el plano vertical, el piloto puede controlar la velocidad de alabeo y la guiñada para proporcionar una reducción brusca del radio de viraje, lo que ayuda al atacante a evitar un sobreimpulso y permanecer dentro del viraje del defensor. Este alabeo de desplazamiento, también llamado "rollaway", utiliza la geometría de las tres dimensiones al realizar un medio tonel en la posición invertida, luego realizar la segunda mitad de un bucle con muy poco alabeo, manteniendo el vector de sustentación alineado con el defensor mientras el avión invierte la dirección. [13]
El alabeo con la cubierta es la forma más simple de alabeo con desplazamiento. El alabeo se utiliza para proporcionar un desplazamiento lateral manteniendo el rumbo original. La maniobra comienza como un tonel normal, pero cuando el avión está casi invertido, el piloto coloca los elevadores y los alerones cerca de la posición neutra. Esto, llamado "descarga", permite que el avión invertido vuele momentáneamente en un arco bastante recto. Cuando el piloto ha logrado un desplazamiento lateral suficiente, continúa con la segunda mitad del alabeo.
Este tipo de giro se denomina giro de campana porque se utiliza a menudo como una forma de que las aeronaves cambien rápidamente de posición, al rodar por encima de la parte superior de un avión y descender por el otro lado. Los giros de campana se utilizan a menudo en combate para desplazar al atacante en relación con la trayectoria de vuelo del defensor. Un atacante que siga dentro del viraje del defensor puede necesitar desplazar la aeronave hacia el exterior del viraje del defensor para evitar un sobrepaso. De manera similar, si sigue fuera del viraje de un defensor que es mucho más maniobrable, el atacante puede no ser capaz de levantar el morro hasta una posición de disparo adecuada. Al utilizar un giro de campana, el atacante puede desplazar la aeronave lateralmente alejándola de la trayectoria de vuelo del defensor. Esto hará que las trayectorias de vuelo de ambos aviones se crucen, utilizando la geometría para cambiar la puntería del atacante. Los atacantes suelen utilizar los giros de campana cuando el defensor invierte el viraje, lo que permite al atacante seguir la inversión manteniendo la posición relativa correcta. [14] La película de combate aéreo The Blue Max , ambientada en la Primera Guerra Mundial, de 1966, muestra un giro de cabina realizado por uno de los dos pilotos alemanes de la Luftstreitkräfte (los personajes de Bruno Stachel y Willi von Klugermann), ambos volando cazas Fokker Dr.I , justo antes de la trágica secuencia de vuelo "temerario" bajo el puente en la película. [15]
Un giro de desplazamiento con retraso , o "giro de retraso", ayuda a mejorar la posición de disparo del avión atacante y ayuda a aumentar el alcance. El atacante realiza el giro durante una persecución dura y con giros, girando hacia arriba y hacia afuera del giro. Normalmente se realiza un poco más lento que un giro de desplazamiento normal, el atacante logra la reducción adecuada en el radio de giro en el viraje del defensor o justo fuera de él. Al completar el giro, cuando el vector de sustentación del avión apunta directamente al enemigo, el piloto tira hacia atrás de la palanca, volviendo a entrar en el viraje con la capacidad de lograr una mejor posición de disparo. [16] [17] [18]
Un ataque de tonel es una maniobra militar que mejora la posición ofensiva del atacante y evita que éste se pase de la raya. En esta maniobra, el defensor se desvía en una dirección y, por lo tanto, el atacante realiza un tonel en la dirección opuesta. El atacante tira del joystick hacia atrás más que en un tonel normal, realizando un bucle más cerrado que el giro. Es el equivalente tridimensional de un giro de 90 grados, y el atacante termina el bucle, habiendo completado tres cuartos de un giro, con la nariz apuntando a lo largo de la trayectoria de vuelo del defensor. [19] [20]
La maniobra se realiza cuando un sobreimpulso es inminente y no se puede corregir con un alabeo de desplazamiento normal. Mucho más agresiva que un alabeo de desplazamiento normal, la maniobra comienza alabeando ligeramente hacia la dirección del freno del defensor y luego tirando hacia arriba bruscamente. A unos 30 grados del horizonte, el piloto comienza el alabeo alejándose del freno del defensor, aplicando más presión en el elevador que alabeo. Cuando está invertido, el piloto usa la ayuda proporcionada por la gravedad combinada con el control del timón para alinear los fuselajes de ambos aviones. A medida que el morro pasa por el horizonte, el piloto alineará el vector de sustentación por delante del defensor, para llevar al caza nuevamente al plano geométrico correcto, dentro del viraje del defensor. [20]
El éxito de un ataque con tonel depende en gran medida de la capacidad del avión para ascender rápidamente . [20] Mientras el atacante desciende, el defensor puede contraatacar tirando hacia arriba en un tonel, lo que da como resultado unas tijeras giratorias. [10]
Una maniobra que se parece mucho a un tonel cerrado es el tonel de timón. El tonel de timón se diferencia del tonel en que la aplicación de la presión de la palanca trasera (elevador) suele ser muy alta y en que la entrada de los alerones se mantiene neutra durante toda la maniobra. En cambio, el tonel se produce creando un deslizamiento lateral mediante la aplicación del timón combinado con el elevador. El avión se inclinará en la dirección del timón. Esto hará que el avión se deslice lateralmente durante el tonel, manteniendo el morro apuntando solo en un ángulo poco profundo con respecto a la trayectoria de vuelo. El avión parecerá deslizarse casi de lado en un ángulo leve alrededor de una trayectoria helicoidal muy estrecha, más como un tubo imaginario que como un barril.
La velocidad de alabeo de un timón de dirección está directamente relacionada con el ángulo de ataque y el número de Mach . Cuanto mayor sea la velocidad y el ángulo de ataque, más rápido se producirá el alabeo. El alabeo tenderá a ser más efectivo si se tira de la palanca hacia atrás hasta el punto de sacudida (la turbulencia que precede a una pérdida de sustentación) y, a menudo, hasta el máximo que permitan los elevadores.
El giro del timón es típicamente más controlable que un tonel y puede ser realizado a velocidades de giro mucho más altas, pero usualmente debe ser realizado a velocidades muy altas para producir la cantidad de energía necesaria para llevar el deslizamiento a lo largo de todo el giro. Es generalmente más efectivo a velocidades de combate que un tonel debido a la menor efectividad de la autoridad de los alerones a velocidades más altas. [21] El giro del timón es una maniobra básica utilizada por misiles aire-aire y tierra-aire para proporcionar correcciones de curso en vuelo, a menudo dándoles una trayectoria de vuelo de aspecto errático que oscila alrededor de la trayectoria de su objetivo. [22]