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Un biplano es un avión de ala fija con dos alas principales apiladas una encima de la otra. El primer avión controlado y propulsado que voló, el Wright Flyer , utilizó una disposición de ala biplano, al igual que muchos aviones en los primeros años de la aviación . Si bien una estructura de ala biplano tiene una ventaja estructural sobre un monoplano , produce más resistencia que un ala monoplano. Técnicas estructurales mejoradas, mejores materiales y velocidades más altas hicieron que la configuración biplano quedara obsoleta para la mayoría de los propósitos a fines de la década de 1930.
Los biplanos ofrecen varias ventajas sobre los diseños convencionales de monoplanos en voladizo : permiten estructuras alares más ligeras, carga alar baja y envergadura más pequeña para un área de ala determinada. Sin embargo, la interferencia entre el flujo de aire sobre cada ala aumenta sustancialmente la resistencia y los biplanos generalmente necesitan un refuerzo extenso, lo que provoca una resistencia adicional.
Los biplanos se distinguen de las disposiciones de alas en tándem , donde las alas se colocan hacia adelante y hacia atrás, en lugar de arriba y abajo.
El término también se utiliza ocasionalmente en biología para describir las alas de algunos animales voladores .
En un avión biplano, se colocan dos alas una encima de la otra. Cada una proporciona parte de la sustentación, aunque no son capaces de producir el doble de sustentación que una sola ala de tamaño y forma similares porque la superior y la inferior trabajan casi en la misma porción de la atmósfera y, por lo tanto, interfieren con el comportamiento de cada una. . En una configuración biplano sin escalonamiento desde el ala superior al ala inferior, el coeficiente de sustentación se reduce entre un 10 y un 15 por ciento en comparación con el de un monoplano que utiliza el mismo perfil aerodinámico y relación de aspecto [1]
El ala inferior suele estar unida al fuselaje , mientras que el ala superior se eleva por encima del fuselaje con una disposición de puntales cabane , aunque se han utilizado otras disposiciones. Una o ambas alas principales pueden soportar alerones , mientras que los flaps suelen colocarse en el ala inferior. Casi siempre se agrega refuerzo entre las alas superior e inferior, en forma de puntales entre planos colocados simétricamente a cada lado del fuselaje y cables de refuerzo para evitar que la estructura se doble, cuando las alas no son estructuras en voladizo .
La principal ventaja del biplano sobre un monoplano es su capacidad para combinar mayor rigidez con menor peso. La rigidez requiere profundidad estructural y, mientras que los primeros monoplanos debían contar con refuerzos externos, el biplano naturalmente tiene una estructura profunda y, por lo tanto, es más fácil de fabricar, a la vez que liviano y resistente. Los cables de aparejo en monoplanos que no están en voladizo tienen un ángulo mucho más agudo, lo que proporciona menos tensión para garantizar la rigidez del ala exterior. En un biplano, dado que los ángulos están más cerca del ideal de estar en línea directa con las fuerzas que se oponen, la estructura general puede hacerse más rígida. Debido a la rigidez reducida, los monoplanos reforzados con alambre a menudo tenían múltiples juegos de cables de vuelo y aterrizaje, mientras que un biplano se podía construir fácilmente con una bahía, con un juego de cables de aterrizaje y vuelo. Sin embargo, la resistencia adicional de los cables no fue suficiente para compensar las desventajas aerodinámicas de tener dos perfiles interfiriendo entre sí. Se probaron monoplanos reforzados con puntales, pero ninguno de ellos tuvo éxito, sobre todo debido a la resistencia del número de puntales utilizados. [ cita necesaria ]
Las fuerzas estructurales que actúan sobre los largueros de un ala de biplano tienden a ser menores ya que se dividen entre cuatro largueros en lugar de dos, por lo que el ala puede utilizar menos material para obtener la misma resistencia general y, por tanto, es más ligera. Un área determinada del ala también tiende a ser más corta, lo que reduce los momentos de flexión en los largueros, lo que permite que también sean más livianos. [2] Sin embargo, el biplano necesita puntales adicionales para mantener el espacio entre las alas, lo que añade peso y resistencia.
La baja potencia suministrada por los motores disponibles en los primeros años de la aviación limitaba a los aviones a velocidades bastante bajas. Esto requería una velocidad de pérdida aún menor , lo que a su vez requería una carga alar baja , combinando una gran superficie alar con un peso ligero. Obtener un área de ala lo suficientemente grande sin que las alas fueran largas y, por lo tanto, peligrosamente flexibles se logró más fácilmente con un biplano. [ cita necesaria ]
El ala del biplano más pequeña permite una mayor maniobrabilidad . Después de la Primera Guerra Mundial, esto ayudó a extender la era del biplano y, a pesar de las desventajas de rendimiento, la mayoría de los aviones de combate eran biplanos hasta mediados de la década de 1930. Los biplanos acrobáticos deportivos especializados todavía se fabrican en pequeñas cantidades. [ cita necesaria ]
Los biplanos sufren interferencia aerodinámica entre los dos aviones cuando el aire a alta presión debajo del ala superior y el aire a baja presión sobre el ala inferior se anulan entre sí. [ dudoso ] Esto significa que un biplano en la práctica no obtiene el doble de sustentación que un monoplano de tamaño similar. Cuanto más separadas estén las alas, menor será la interferencia, pero los puntales espaciadores deben ser más largos y el espacio debe ser extremadamente grande para reducirlo apreciablemente.
A medida que la potencia y las velocidades de los motores aumentaron al final de la Primera Guerra Mundial , se hicieron prácticas alas gruesas en voladizo con una resistencia inherentemente menor y una mayor carga alar, lo que a su vez hizo que los monoplanos fueran más atractivos, ya que ayudaba a resolver los problemas estructurales asociados con los monoplanos, pero ofrecía pocas mejoras para los biplanos. . [ cita necesaria ]
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El diseño predeterminado de un biplano tiene las alas colocadas directamente una encima de la otra. Mover el ala superior hacia adelante en relación con la inferior se llama tambaleo positivo o, más a menudo, simplemente tambaleo. Puede aumentar la sustentación y reducir la resistencia al reducir en un pequeño grado los efectos de interferencia aerodinámica entre las dos alas, pero se usó más a menudo para mejorar el acceso a la cabina. Muchos biplanos tienen alas escalonadas. Los ejemplos comunes incluyen el de Havilland Tiger Moth , el Bücker Bü 131 Jungmann y el Travel Air 2000 .
Alternativamente, el ala inferior se puede mover delante del ala superior, lo que proporciona un escalonamiento negativo y beneficios similares. Esto generalmente se hace en un diseño determinado por razones estructurales o para mejorar la visibilidad. Ejemplos de tambaleo negativo incluyen el Sopwith Dolphin , Breguet 14 y Beechcraft Staggerwing . [3] [4] Sin embargo, el escalonamiento positivo (hacia adelante) es mucho más común.
El espacio encerrado por un conjunto de puntales entre planos se llama bahía (de manera muy similar a como se usa la forma arquitectónica ), por lo tanto, un biplano o triplano con un conjunto de puntales que conectan las alas a cada lado del avión es un biplano de una sola bahía . Esto proporcionó suficiente fuerza para aviones más pequeños como el caza Fokker D.VII de la Primera Guerra Mundial y el entrenador básico De Havilland Tiger Moth de la Segunda Guerra Mundial . [5]
El Curtiss JN-4 Jenny de dos asientos más grande es un biplano de dos bahías , siendo necesaria la bahía adicional ya que las bahías demasiado largas son propensas a flexionarse y pueden fallar. El caza SPAD S.XIII , aunque parece ser un biplano de dos bahías, tiene sólo una bahía, pero tiene los puntos medios del aparejo reforzados con puntales adicionales; sin embargo, estos no son estructuralmente contiguos desde el ala superior al inferior. [6] El Sopwith 1½ Strutter tiene una cabina en forma de W, sin embargo, como no conecta las alas entre sí, no aumenta el número de bahías. [7]
Los grandes biplanos de transporte y bombardeo a menudo necesitaban aún más bahías para proporcionar suficiente fuerza. A veces se les denomina biplanos de bahías múltiples . Un pequeño número de biplanos, como el Zeppelin-Lindau DI, no tienen puntales interplanos y se los conoce como sin puntales . [8]
Debido a que la mayoría de los biplanos no tienen estructuras en voladizo , requieren cables de sujeción para mantener su rigidez. Los primeros aviones usaban alambre simple (ya sea trenzado o liso); sin embargo, durante la Primera Guerra Mundial, la Real Fábrica de Aviones Británica desarrolló un alambre de sección aerodinámica llamado RAFwire en un esfuerzo por aumentar la resistencia y reducir la resistencia. En la estructura del ala biplano se utilizan cuatro tipos de cables. Los cables de arrastre dentro de las alas evitan que las alas se doblen hacia atrás contra el fuselaje, pasando dentro de un compartimento del ala desde la esquina interior delantera hasta la esquina exterior trasera. [9] Los cables anti-arrastre evitan que las alas se muevan hacia adelante cuando el avión se detiene y corren en dirección opuesta a los cables de arrastre. [10] Ambos generalmente están ocultos dentro de las alas y, si la estructura es lo suficientemente rígida, pueden omitirse en algunos diseños. De hecho, muchos de los primeros aviones dependían de la cubierta de tela del ala para proporcionar esta rigidez, hasta que las velocidades y fuerzas más altas hicieron que esto fuera inadecuado. Externamente, los cables de elevación evitan que las alas se doblen y van desde la parte inferior del ala exterior hasta la raíz del ala inferior. [11] Por el contrario, los cables de aterrizaje evitan que las alas se doblen y resisten las fuerzas cuando un avión está aterrizando, y van desde la sección central del ala superior hasta el exterior en las alas inferiores. [12] Se pueden usar cables de arrastre y anti-arrastre adicionales para sujetar los puntales de la cabina que conectan el fuselaje a las alas, y los puntales interplanos, que conectan las alas superior e inferior.
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El sesquiplano es un tipo de biplano en el que un ala (normalmente la inferior) es significativamente más pequeña que la otra. [13] [14] La palabra, del latín, significa "ala y media". La disposición puede reducir la resistencia y el peso manteniendo las ventajas estructurales del biplano. El ala inferior puede tener una envergadura significativamente más corta o una cuerda reducida . [13]
Los ejemplos incluyen la serie de aviones militares Nieuport , desde el Nieuport 10 hasta el Nieuport 27 , que formó la columna vertebral de las fuerzas aéreas aliadas entre 1915 y 1917. [15] El rendimiento de los sesquiplanos Nieuport fue tan impresionante que el Idflieg (el avión alemán Inspección de tropas voladoras) solicitaron a sus fabricantes de aviones que produjeran copias, esfuerzo que fue ayudado por varios aviones capturados y dibujos detallados; Una de las copias más famosas fue el Siemens-Schuckert DI . [16] Los Albatros D.III y DV , que también habían copiado el diseño general de Nieuport, también proporcionaron la columna vertebral de las fuerzas alemanas durante la Primera Guerra Mundial. [17] Los sesquiplanos Albatros fueron ampliamente aclamados por sus tripulaciones por su maniobrabilidad y alta velocidad de ascenso. [18]
Durante el período de entreguerras , la configuración de sesquiplano siguió siendo popular, con numerosos tipos como las series Nieuport-Delage NiD 42/52/62 , Fokker C.Vd & e y Potez 25 , todos sirviendo en un gran número de fuerzas aéreas. En el sector de la aviación general, aviones como la serie Waco Custom Cabin gozaron de relativa popularidad. [19] El Saro Windhover era un sesquiplano con el ala superior más pequeña que la inferior, lo cual era una configuración mucho más rara que la inversa. [20] El Pfalz D.III también presentaba una disposición de sesquiplano algo inusual, que poseía un ala inferior más sustancial con dos largueros que eliminaban los problemas de aleteo que encontraban los sesquiplanos de un solo larguero. [17]
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El apilamiento de aviones con alas fue sugerido por Sir George Cayley en 1843. [21] Hiram Maxim adoptó la idea para su banco de pruebas propulsado por vapor, que despegaba pero estaba sujeto por rieles de seguridad, en 1894. [22] Otto Lilienthal diseñó y voló dos ala delta biplano diferentes en 1895, [23] aunque es más conocido por sus monoplanos. [24] En 1896, un grupo de jóvenes en los Estados Unidos, liderados por Octave Chanute , volaban alas delta , incluidos biplanos, y llegaron a la conclusión de que el biplano reforzado externamente ofrecía mejores perspectivas para el vuelo propulsado que el monoplano. En 1903, el biplano Wright Flyer se convirtió en el primer avión propulsado con éxito. [25]
A lo largo de los años pioneros, tanto los biplanos como los monoplanos eran comunes, pero con el estallido de la Primera Guerra Mundial los biplanos habían ganado popularidad después de que varias fallas estructurales de los monoplanos dieron como resultado la "Prohibición de monoplanos" del RFC cuando todos los monoplanos en el servicio militar estaban en tierra, [26] mientras que los franceses también retiraron la mayoría de los monoplanos de las funciones de combate y los relegaron al entrenamiento. Figuras como el autor de aviación Bruce observaron que había un aparente prejuicio incluso contra los monoplanos de nuevo diseño, como el Bristol M.1 , que hacía que incluso aquellos con atributos de rendimiento relativamente altos fueran pasados por alto en favor de los biplanos "ortodoxos", y En ese momento supuestamente existía una creencia generalizada de que los aviones monoplano eran intrínsecamente inseguros durante el combate. [27] [28]
Entre los años 1914 y 1925, una clara mayoría de los nuevos aviones introducidos fueron biplanos; sin embargo, durante los últimos años de la Primera Guerra Mundial, los alemanes habían estado experimentando con una nueva generación de monoplanos, como el Fokker D.VIII , que podría haber acabado antes con las ventajas del biplano si el conflicto no hubiera terminado cuando terminó. [29] Los franceses también estaban introduciendo el Morane-Saulnier AI , un monoplano parasol reforzado con puntales , aunque el tipo fue rápidamente relegado al papel de entrenador avanzado luego de la resolución de problemas estructurales. [30] Los tipos de sesquiplanos , que eran biplanos con alas inferiores abreviadas, como el Nieuport 17 francés y el Albatros D.III alemán , ofrecían una menor resistencia que un biplano convencional y al mismo tiempo eran más fuertes que un monoplano.
Durante el período de entreguerras se introdujeron numerosos aviones biplanos. El británico de Havilland Dragon fue un avión particularmente exitoso, con un diseño sencillo que podía transportar a seis pasajeros en rutas muy transitadas, como los servicios Londres-París. [31] A principios de agosto de 1934, uno de esos aviones, llamado Trail of the Caribou , realizó el primer vuelo sin escalas entre el continente canadiense y Gran Bretaña en 30 horas y 55 minutos, aunque el objetivo previsto para este vuelo de larga distancia originalmente había sido Bagdad . , Irak . [32] [33] A pesar de su relativo éxito, la producción británica del Dragon terminó rápidamente a favor del más potente y elegante De Havilland Dragon Rapide , que había sido diseñado específicamente para ser un sucesor más rápido y cómodo del Dragon. [34]
A medida que aumentaban la potencia y la velocidad del motor disponible, la penalización de la resistencia del refuerzo externo limitaba cada vez más el rendimiento de la aeronave. Para volar más rápido, sería necesario reducir los refuerzos externos para crear un diseño aerodinámicamente limpio; sin embargo, los primeros diseños en voladizo eran demasiado débiles o demasiado pesados. El sesquiplano Junkers JI de 1917 utilizó aluminio corrugado para todas las superficies de vuelo, con un mínimo de puntales; sin embargo, fue relativamente fácil dañar la delgada piel metálica y requirió un manejo cuidadoso por parte del personal de tierra. [35] El caza Zeppelin-Lindau DI de 1918 era un biplano monocasco totalmente metálico de piel estresada y totalmente voladizo, pero su llegada había llegado demasiado tarde para ver su uso en combate en el conflicto. [8]
En la década de 1930, los biplanos habían alcanzado sus límites de rendimiento y los monoplanos se volvieron cada vez más predominantes, particularmente en Europa continental, donde los monoplanos habían sido cada vez más comunes desde el final de la Primera Guerra Mundial . Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial , varias fuerzas aéreas todavía tenían aviones de combate biplanos en servicio de primera línea, pero ya no eran competitivos y la mayoría se utilizaban en funciones específicas, como entrenamiento u operaciones a bordo, hasta poco después del final de la guerra. . El biplano británico Gloster Gladiator , el italiano Fiat CR.42 Falco y los cazas sesquiplanos soviéticos I-153 todavía estaban operativos después de 1939. [36] [37] Según el autor de aviación Gianni Cattaneo, el CR.42 pudo lograr el éxito en el papel defensivo de caza nocturno contra los bombarderos de la RAF que atacaban objetivos industriales en todo el norte de Italia. [38] [39]
El brazo aéreo de la flota británica operó el torpedero Fairey Swordfish desde sus portaaviones y utilizó el tipo en la guerra antisubmarina hasta el final del conflicto, en gran parte debido a su capacidad para operar desde las cubiertas relativamente compactas de los portaaviones de escolta . Su baja velocidad de pérdida y su diseño inherentemente resistente lo hicieron ideal para operaciones incluso en las condiciones climáticas a menudo severas del Atlántico medio. [40] Al final del conflicto, el Swordfish tenía la distinción de haber causado la destrucción de un mayor tonelaje de transporte marítimo del Eje que cualquier otro avión aliado. [41]
Tanto el Heinkel He 50 alemán como el Polikarpov Po-2 soviético se utilizaron con relativo éxito en la función de ataque terrestre nocturno durante la Segunda Guerra Mundial. En el caso del Po-2, la producción del avión continuó incluso después del final del conflicto, y no terminó hasta alrededor de 1952. [42] La Fuerza Aérea Popular de Corea desplegó un número significativo de Po-2 durante la Guerra de Corea. , causando graves daños durante los ataques nocturnos a las bases de las Naciones Unidas . [43] El Po-2 es también el único biplano al que se le atribuye una muerte documentada, ya que un Lockheed F-94 Starfire se perdió mientras desaceleraba a 161 km/h (100 mph), por debajo de su velocidad de pérdida, durante una intercepción para atacar al Po-2 que vuela bajo. [44]
Los entrenadores de biplanos posteriores incluyeron el de Havilland Tiger Moth en la Royal Air Force (RAF), la Royal Canadian Air Force (RCAF) y otros, y el Stampe SV.4 , que entró en servicio en la posguerra en las Fuerzas Aéreas francesa y belga. El Stearman PT-13 fue ampliamente utilizado por la Fuerza Aérea del Ejército de los Estados Unidos (USAAF), mientras que la Marina de los EE. UU. operaba la Fábrica de Aviones Navales N3N . En uso civil posterior en los EE. UU., el Stearman se asoció particularmente con vuelos acrobáticos, como caminar con las alas , y con la fumigación de cultivos, donde su compacidad funcionó bien a niveles bajos, donde tenía que esquivar obstáculos.
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Todavía existen diseños de biplanos modernos en funciones especializadas, como acrobacias aéreas y aviones agrícolas, con la función y el formato de acrobacias aéreas de competición para dicho biplano bien definidos a mediados de la década de 1930 por el Udet U 12 Flamingo y el Waco Taperwing . El Pitts Special dominó las acrobacias aéreas durante muchos años después de la Segunda Guerra Mundial y todavía está en producción.
La gran mayoría de los diseños de biplanos han sido equipados con motores alternativos . Las excepciones incluyen el Antonov An-3 y el WSK-Mielec M-15 Belphegor , equipados con motores turbohélice y turbofan respectivamente. Algunos diseños de biplanos más antiguos, como el Grumman Ag Cat, están disponibles en versiones mejoradas con motores turbohélice.
Los dos diseños de biplanos más producidos fueron el Avro 504 británico de 1913 , del cual se construyeron 11.303, y el Polikarpov Po-2 soviético de 1928 , del cual se construyeron más de 20.000, siendo el Po-2 el reemplazo directo de la copia soviética del Avro 504. Ambos fueron ampliamente utilizados como entrenadores. El Antonov An-2 también tuvo mucho éxito, con más de 18.000 unidades construidas.
Aunque la mayoría de los ultraligeros son monoplanos, las bajas velocidades y la construcción simple involucradas han inspirado un pequeño número de ultraligeros biplanos, como el Easy Riser de Larry Mauro (1975–). Mauro también hizo una versión alimentada con células solares que accionan un motor eléctrico llamado Solar Riser . El Easy Riser de Mauro fue utilizado por "Father Goose", Bill Lishman . [45]
Otros biplanos ultraligeros incluyen el Aviasud Mistral de diseño belga , el FK12 Comet alemán (1997–), el Lite Flyer Biplane, [46] [47] el Sherwood Ranger y el Murphy Renegade .
El dinosaurio emplumado Microraptor gui se deslizaba, y quizás incluso volaba, sobre cuatro alas, que pueden haber estado configuradas en una disposición de sesquiplano escalonado. Esto fue posible gracias a la presencia de plumas de vuelo tanto en las extremidades anteriores como en las posteriores, y las plumas de las extremidades anteriores se abrieron en mayor medida. Se ha sugerido que las extremidades traseras no podrían haberse abierto hacia los lados, sino que en vuelo habrían colgado por debajo y ligeramente detrás de las extremidades delanteras. [48]
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