Un monoplano es una configuración de aeronave de ala fija con un solo plano principal, a diferencia de un biplano u otros tipos de multiplanos , que tienen múltiples planos.
El monoplano es, por naturaleza, el modelo con mayor eficiencia y menor resistencia aerodinámica de cualquier configuración de ala y el más sencillo de construir. Sin embargo, durante los primeros años de vuelo, estas ventajas se vieron contrarrestadas por su mayor peso y menor maniobrabilidad, lo que lo hizo relativamente poco común hasta la década de 1930. Desde entonces, el monoplano ha sido la forma más común de aeronave de ala fija.
La eficiencia inherente del monoplano se logra mejor en el ala en voladizo , que transporta todas las fuerzas estructurales internamente. Sin embargo, para volar a velocidades prácticas, el ala debe ser delgada, lo que requiere una estructura pesada para que sea lo suficientemente fuerte y rígida.
Los refuerzos externos se pueden utilizar para mejorar la eficiencia estructural, reduciendo el peso y el coste. Para un ala de un tamaño determinado, la reducción de peso le permite volar más lento y con un motor de menor potencia y más económico. Por este motivo, todas las alas de los monoplanos de la era pionera estaban reforzadas y la mayoría lo estaban hasta principios de la década de 1930. Sin embargo, los puntales o cables expuestos crean una resistencia adicional, lo que reduce la eficiencia aerodinámica y la velocidad máxima. [1]
Los diseños de alta velocidad y largo alcance tienden a ser voladizos puros, mientras que los de corto alcance y baja velocidad a menudo cuentan con arriostramientos.
Además de las variaciones generales en la configuración del ala , como la posición de la cola y el uso de soportes, la principal distinción entre los tipos de monoplano es dónde se monta el ala verticalmente en el fuselaje .
Un ala baja es aquella que está ubicada en la parte inferior del fuselaje o cerca de ella.
Colocar el ala baja permite una buena visibilidad hacia arriba y libera el fuselaje central del larguero del ala. Al reducir la estabilidad del péndulo, hace que el avión sea más maniobrable, como en el Spitfire ; pero los aviones que valoran la estabilidad por encima de la maniobrabilidad pueden necesitar algún diedro .
Una característica de la posición de ala baja es su significativo efecto suelo , lo que le da al avión una tendencia a flotar más lejos antes de aterrizar. [2] [3] Por el contrario, este efecto suelo permite despegues más cortos.
En la mitad del fuselaje se monta un ala central . La estructura de largueros de paso puede reducir el volumen útil del fuselaje cerca de su centro de gravedad, donde suele haber mayor demanda de espacio.
Un ala de hombro (una categoría entre el ala alta y el ala media) es una configuración en la que el ala está montada cerca de la parte superior del fuselaje, pero no en la parte superior. Se llama así porque se asienta sobre el "hombro" del fuselaje, en lugar de sobre el hombro del piloto. Las alas de hombro y las alas altas comparten algunas características, a saber: sostienen un fuselaje colgante que no requiere diedro alar para la estabilidad; y, en comparación con un ala baja, el efecto suelo limitado de un ala de hombro reduce la flotación en el aterrizaje. En comparación con un ala baja, las configuraciones de ala de hombro y ala alta brindan mayor espacio libre para la hélice en aeronaves multimotor. [4] En una aeronave grande, hay poca diferencia práctica entre un ala de hombro y un ala alta; pero en una aeronave ligera, la configuración es significativa porque ofrece una visibilidad superior al piloto. En aeronaves ligeras, las alas de hombro tienden a montarse más a popa que un ala alta, por lo que puede ser necesario barrerlas hacia adelante para mantener el centro de gravedad correcto . [5] Algunos ejemplos de aviones ligeros con alas laterales son el ARV Super2 , el Bölkow Junior , el Saab Safari y el Barber Snark .
Un ala alta tiene su superficie superior sobre o por encima de la parte superior del fuselaje. Comparte muchas ventajas y desventajas con el ala de hombro, pero en un avión ligero, el ala alta tiene peor visibilidad hacia arriba. En aviones ligeros como el Cessna 152 , el ala suele estar situada por encima de la cabina, de modo que el larguero del ala pasa por encima de las cabezas de los ocupantes, dejando el ala en la posición ideal de proa-popa. [6] Una ventaja de la configuración de ala alta es que el fuselaje está más cerca del suelo, lo que facilita la carga de carga, especialmente para aviones con una puerta de carga en el fuselaje trasero. Los aviones de carga militares son predominantemente diseños de ala alta con una puerta de carga trasera. [4]
Un ala de parasol no está unida directamente al fuselaje, sino que se sostiene por encima de él, sostenida por puntales de cabina o por un pilono. [7] Se puede proporcionar un soporte adicional mediante puntales o cables que se extiendan desde los lados del fuselaje. [ cita requerida ]
Los primeros monoplanos con parasol eran adaptaciones de los monoplanos de ala de hombro, ya que levantar un ala montada en el hombro por encima del fuselaje mejoraba enormemente la visibilidad hacia abajo, lo que era útil para funciones de reconocimiento, como con el ampliamente utilizado Morane-Saulnier L. [ 8] El ala de parasol permite un diseño eficiente con buena visibilidad para el piloto, y fue adoptado para algunos cazas como el Fokker D.VIII y el Morane-Saulnier AI en la última parte de la Primera Guerra Mundial. [9]
Un ala de parasol también proporciona un punto de montaje alto para los motores y durante el período de entreguerras era popular en los hidroaviones, que necesitan levantar las hélices para protegerlas de las salpicaduras. Algunos ejemplos incluyen el Martin M-130 , el Dornier Do 18 y el Consolidated PBY Catalina .
En comparación con un biplano , un ala en parasol tiene menos soporte y menor resistencia. Sigue siendo una configuración popular para anfibios y aviones pequeños de fabricación casera y ultraligeros .
Aunque los primeros aviones que tuvieron éxito fueron biplanos, los primeros intentos de fabricar aparatos voladores más pesados que el aire fueron monoplanos, y muchos pioneros continuaron desarrollando diseños de monoplanos. Por ejemplo, el primer aeroplano que se puso en producción fue el Santos-Dumont Demoiselle de 1907 , mientras que el Blériot XI voló sobre el Canal de la Mancha en 1909. [10] A lo largo de 1909-1910, Hubert Latham estableció múltiples récords de altitud en su monoplano Antoinette IV , llegando a alcanzar los 1.384 m (4.541 pies). [11]
El término equivalente en alemán es Eindecker , como en el caza de ala media Fokker Eindecker de 1915 que durante un tiempo dominó los cielos en lo que se conoció como el " azote de Fokker ". El sistema de designación de aeronaves Idflieg militar alemán anterior a 1918 prefijaba las designaciones de tipo de monoplano con una E , hasta la aprobación del caza Fokker D.VIII a partir de su antigua designación "EV". Sin embargo, el éxito del Fokker duró poco y la Primera Guerra Mundial estuvo dominada por los biplanos. Hacia el final de la guerra, el monoplano parasol se hizo popular y se produjeron diseños exitosos hasta la década de 1920. [12]
Sin embargo, entre 1914 y finales de la década de 1920 se construyeron relativamente pocos tipos de monoplanos, en comparación con la cantidad de biplanos. Las razones para esto fueron principalmente prácticas. Con las bajas potencias de los motores y las velocidades aerodinámicas disponibles, las alas de un monoplano debían ser grandes para crear suficiente sustentación, mientras que un biplano podía tener dos alas más pequeñas y, por lo tanto, ser más pequeño y liviano. [ cita requerida ]
Hacia el final de la Primera Guerra Mundial, la elevada resistencia inherente del biplano estaba empezando a limitar su rendimiento. Los motores aún no eran lo suficientemente potentes como para que el pesado monoplano de ala en voladizo fuera viable, y el ala en parasol reforzada se hizo popular en los aviones de combate, aunque pocos llegaron a tiempo para entrar en combate. Siguió siendo popular durante toda la década de 1920. [ cita requerida ]
En los hidroaviones con un casco poco profundo, un ala de parasol permite montar los motores por encima de la espuma del agua durante el despegue y el aterrizaje. Esta disposición fue popular en los hidroaviones durante la década de 1930; un ejemplo tardío fue el Consolidated PBY Catalina . Se extinguió cuando los cascos más altos se convirtieron en la norma durante la Segunda Guerra Mundial, lo que permitió unir un ala alta directamente al casco. [ cita requerida ]
A medida que la potencia de los motores, cada vez mayor, hizo que el peso de la construcción totalmente metálica y el ala en voladizo fueran más prácticos (iniciativa pionera del revolucionario Junkers J 1, avión de demostración de fábrica alemán, en 1915-16), se volvieron comunes durante el período posterior a la Primera Guerra Mundial, la era del ala reforzada pasó y, en la década de 1930, el monoplano en voladizo se estaba convirtiendo rápidamente en la configuración estándar para un avión de ala fija. A principios y mediados de la década de 1930, se produjeron en masa diseños avanzados de aviones de combate monoplanos para servicios militares en todo el mundo, tanto en la Unión Soviética como en los Estados Unidos, con el Polikarpov I-16 y el Boeing P-26 Peashooter respectivamente. [ cita requerida ]
La mayoría de los aviones militares de la Segunda Guerra Mundial eran monoplanos, como lo han sido prácticamente todos los aviones desde entonces, a excepción de unos pocos tipos especializados.
Los motores a reacción y los cohetes tienen aún más potencia y todos los aviones modernos de alta velocidad, especialmente los tipos supersónicos, son monoplanos.