Un vehículo de efecto suelo ( GEV ), también llamado ala en efecto suelo ( WIG ), nave de efecto suelo , nave de alas , nave de bengala o ekranoplan ( ruso : экранопла́н – "planeador de pantalla" ), es un vehículo que es capaz de moverse sobre la superficie obteniendo apoyo de las reacciones del aire contra la superficie de la tierra o el agua. Normalmente, está diseñado para deslizarse sobre una superficie nivelada (normalmente sobre el mar) haciendo uso del efecto suelo , la interacción aerodinámica entre el ala en movimiento y la superficie de debajo. Algunos modelos pueden operar sobre cualquier área plana, como lagos congelados o llanuras, similar a un aerodeslizador .
Un vehículo con efecto suelo necesita cierta velocidad de avance para producir sustentación dinámicamente, y el principal beneficio de operar un ala con efecto suelo es reducir su resistencia dependiente de la sustentación . El principio básico de diseño es que cuanto más cerca opera 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 alta y baja 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 la sustentación , normalmente una parte importante de la resistencia que afecta a una aeronave. Cuanto mayor es la envergadura de un ala, menos resistencia inducida se crea para cada unidad de sustentación y mayor es la eficiencia del ala en particular. Ésta 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 del ala se expandan, [1] pero sin tener las complicaciones asociadas con un ala larga y delgada, de modo que Los cortos trozos de un GEV pueden producir tanta sustentación como el ala mucho más grande de un avión de transporte, aunque sólo 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 dejar el efecto suelo y funcionar como aviones normales hasta que se acerquen a su destino. La característica distintiva es que no pueden aterrizar o despegar sin una cantidad significativa de ayuda del colchón de efecto suelo, y no pueden ascender hasta que hayan alcanzado una velocidad mucho mayor.
Un GEV a veces se caracteriza como una transición entre un aerodeslizador y un avión , aunque esto no es correcto ya que un aerodeslizador está soportado estáticamente sobre un colchón de aire presurizado desde un ventilador a bordo dirigido hacia abajo. Algunos diseños de GEV, como el Lun y el Dingo rusos , han utilizado 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 movimiento hacia adelante para generar suficiente sustentación para volar.
Aunque el GEV puede parecerse al hidroavión y compartir muchas características técnicas, generalmente 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 hidroala , no tiene ningún contacto con la superficie del agua cuando está en "vuelo". El vehículo de efecto suelo constituye una clase única de transporte.
La empresa REGENT, con sede en Boston (Estados Unidos), propuso un diseño de ala alta propulsado por electricidad con un casco estándar para operaciones acuáticas, pero también incorporó unidades de hidroala montadas en proa y popa diseñadas para levantar la nave fuera del agua durante el 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 ubicada en la popa para mantener la estabilidad. La estabilidad de cabeceo y altitud proviene de la pendiente de sustentación [nota 1], diferencia entre un ala baja delantera en efecto suelo (comúnmente el ala principal) y una segunda ala trasera, ubicada más alta, casi sin efecto suelo (generalmente denominada estabilizador). ).
Desarrollada por Alexander Lippisch , esta ala permite un vuelo estable en efecto suelo mediante la autoestabilización. Esta es la forma principal 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 la sustentación de un GEV, en comparación con un avión 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 el arrastre del agua.
En el agua, la construcción similar a la de un avión de los GEV aumenta el riesgo de sufrir daños en caso de colisiones 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 GEV están diseñados para operar desde el agua, los accidentes y fallas del motor generalmente son menos peligrosos que en una aeronave con base en tierra, pero la falta de control de altitud deja al piloto con menos opciones para evitar una colisión y, hasta cierto punto, eso anula tales beneficios. . La baja altitud hace que las naves de alta velocidad entren en conflicto con barcos, edificios y terrenos elevados, que pueden no ser lo suficientemente visibles en malas condiciones como para evitarlos. [5] Es posible que los GEV no puedan trepar o girar lo suficientemente bruscamente para evitar colisiones, mientras que las maniobras drásticas y de bajo nivel corren el riesgo de entrar en contacto con obstáculos sólidos o de agua debajo. Los aviones pueden superar la mayoría de los obstáculos, pero los GEV son más limitados. [5]
Con vientos fuertes, el despegue debe realizarse en contra del viento, lo que lleva a la nave a través de líneas sucesivas de olas, provocando fuertes golpes, estresando la nave y creando una navegación incómoda. [6] Con vientos suaves, las olas pueden estar en cualquier dirección, lo que puede dificultar el control ya que cada ola hace que el vehículo cabecee y gire. La construcción más liviana 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 hidroalas, que están más cerca de la superficie del agua.
Al igual que los aviones convencionales, se necesita mayor potencia para el despegue y, al igual que los hidroaviones, los vehículos con efecto suelo deben subir 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 GEV con tiradas de producción cortas. Para que el vehículo funcione, su casco debe ser lo suficientemente estable longitudinalmente para ser controlable, pero no tan estable como para no poder despegar del agua.
La parte inferior del vehículo debe estar formada para evitar presiones excesivas durante el aterrizaje y el despegue sin sacrificar demasiado la estabilidad lateral, y no debe crear demasiadas salpicaduras, que dañen la estructura del avión y los motores. Los ekranoplanos rusos muestran evidencia de soluciones a estos problemas en forma de múltiples lomos en la parte delantera de la parte inferior del casco y en la ubicación delantera de los motores a reacción.
Finalmente, la utilidad limitada ha mantenido los niveles de producción tan bajos que ha sido imposible amortizar los costos de desarrollo lo suficiente como para que los GEV 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 GEV para viajes de pasajeros podría generar vuelos más baratos, mayor accesibilidad y menos contaminación. [7]
Un obstáculo para el desarrollo del GEV es la clasificación y la legislación que se aplicará. La Organización Marítima Internacional ha estudiado la aplicación de normas basadas en el Código Internacional de Seguridad para Naves de Alta Velocidad (código HSC) que fue desarrollado para barcos rápidos como hidroalas , aerodeslizadores, catamaranes y similares. Las Reglas rusas para la clasificación y construcción de ekranoplanos pequeños de tipo A es un documento en el que se basa la mayor parte del diseño de GEV. Sin embargo, en 2005, la OMI clasificó el WISE o GEV en la categoría de buques. [8]
La Organización Marítima Internacional reconoce tres tipos de GEV: [8]
En el momento de escribir 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 deberían clasificarse y regularse como aviones o barcos. . [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 Estados Unidos emitió el Memorando Técnico 771, Efecto del suelo en el despegue y aterrizaje de aviones , que era una traducción al inglés de un resumen de las investigaciones francesas sobre el tema. El autor francés Maurice Le Sueur había añadido una sugerencia basada en este fenómeno: "Aquí se ofrece un vasto campo a la imaginación de los inventores. Las interferencias terrestres reducen en grandes proporciones la potencia necesaria para un vuelo nivelado, por lo que aquí tenemos un medio de vuelo rápido y al mismo tiempo al mismo tiempo locomoción económica : Diseñar un avión que esté siempre dentro de la zona de interferencia terrestre. A primera vista, este aparato es peligroso porque el terreno es irregular y la altitud llamada skiming no permite libertad de maniobra. Pero en aviones de gran tamaño, más. agua, la pregunta 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 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 del desarrollo de naves de efecto suelo en la URSS. El vehículo llegó a ser conocido como ekranoplan ( ruso : экранопла́н , экран screen + план plane , del ruso : эффект экрана , literalmente efecto pantalla , o efecto suelo en inglés). Pronto se reconoció el potencial militar de tal nave 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 llevó al desarrollo de un ekranoplan militar de 550 toneladas y 92 m (302 pies) de longitud. La nave fue apodada Monstruo del Mar Caspio por expertos de inteligencia estadounidenses, después de que una nave enorme y desconocida fuera detectada en fotografías de reconocimiento por satélite de la zona 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 a 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 nudos). km/h) en vuelos de investigación.
El programa soviético de ekranoplan continuó con el apoyo del ministro de Defensa , Dmitriy Ustinov . Produjo el ekranoplano de mayor éxito hasta el momento, el A-90 Orlyonok de 125 toneladas . Estas embarcaciones se desarrollaron originalmente como transportes militares de alta velocidad y generalmente tenían su base en las costas del Mar Caspio y el Mar Negro . La Armada Soviética encargó 120 ekranoplanos de clase Orlyonok , pero esta cifra se redujo posteriormente a menos de 30 buques, con un despliegue planificado principalmente en las flotas del Mar Negro y el Mar Báltico .
Unos pocos Orlyonok sirvieron en la Armada Soviética de 1979 a 1992. En 1987, se construyó el ekranoplan clase Lun de 400 toneladas como plataforma de lanzamiento de misiles antibuque. Se instaló un segundo Lun , rebautizado como Spasatel , como barco 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.
El ministro Ustinov murió en 1984 y el nuevo ministro de Defensa, el mariscal Sokolov , canceló la financiación del programa. Sólo tres ekranoplanos operativos clase Orlyonok (con diseño de casco revisado) y un ekranoplano clase Lun permanecieron en una base naval cerca de Kaspiysk .
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 Amphistar. Beriev propuso una nave grande de este tipo, el Be-2500, como un "barco volador" de transporte de carga, [14] pero el proyecto no resultó en nada.
En Alemania, se encargó a Lippisch que construyera 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 efecto suelo, y aunque fue probado 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 plazas . Estas naves podrían volar fuera del efecto suelo para, por ejemplo, sobrevolar penínsulas. [15]
Hanno Fischer se hizo cargo de las obras de RFB y creó su propia empresa, Fischer Flugmechanik, que finalmente completó dos modelos. El Airfisch 3 transportaba a dos personas y el FS-8 a seis personas. El FS-8 iba a ser desarrollado por Fischer Flugmechanik para una empresa conjunta entre Singapur y Australia llamada Flightship. Impulsado por un motor de automóvil Chevrolet V8 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 se registró como barco en el Registro de Buques 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 tripulado con perfil aerodinámico en tándem, llamado "Skimmerfoil", que se desarrolló durante su período de consultoría en Sudáfrica. Se trataba de un diseño sencillo y económico de un primer flairboat tándem de 4 plazas construido íntegramente en aluminio. El prototipo estuvo en el Museo SAAF Port Elizabeth desde el 4 de julio de 2007 hasta 2013, y ahora es de uso privado. Imágenes 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 conocimientos fundamentales de las alas en la física del efecto suelo, así como con los resultados de pruebas fundamentales en diferentes condiciones y Los diseños comenzaron en 1960. Durante más de 30 años, Jörg construyó y probó 15 flairboats tándem diferentes en diferentes tamaños y hechos de diferentes materiales.
Los siguientes tipos de botes con perfil aerodinámico (TAF) se construyeron después de un período anterior de casi 10 años de investigación y desarrollo:
Los conceptos más grandes son: 25 plazas, 32 plazas, 60 plazas, 80 plazas y mayores hasta el tamaño de un avión de pasajeros.
Desde la década de 1980, los GEV han sido principalmente embarcaciones más pequeñas diseñadas para los mercados de transbordadores civiles y de recreo. Alemania , Rusia y Estados Unidos han aportado la mayor parte de la actividad con cierto desarrollo en Australia , China , Japón , Corea y Taiwán . En estos países y regiones se han construido pequeñas embarcaciones de hasta diez plazas. Se han propuesto otros diseños más grandes, como transbordadores y transportes pesados, pero no se han completado.
Además del desarrollo del diseño y la configuración estructural adecuados, se han desarrollado sistemas de navegación y control automático. Estos incluyen altímetros con alta precisión para vuelos a baja altitud y menor dependencia de las condiciones climáticas. Los " radioaltímetros de fase " se han convertido en la opción para este tipo de aplicaciones, superando a los altímetros láser , isotrópicos o ultrasónicos . [21]
Con consulta rusa, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) estudió el avión Aerocon Dash 1.6 . [22] [23]
Universal Hovercraft desarrolló un aerodeslizador volador, y voló por primera vez un prototipo en 1996. [24] Desde 1999, la compañía ha ofrecido planos, piezas, kits y ha fabricado un aerodeslizador con efecto suelo llamado Hoverwing. [25]
Irán desplegó tres escuadrones de GEV biplaza Bavar 2 en septiembre de 2010. Este GEV lleva una ametralladora y equipo de vigilancia, e incorpora características para reducir su firma de radar. [26] En octubre de 2014, imágenes de satélite mostraron el GEV en un astillero en el sur de Irán. El GEV tiene dos motores y no tiene armamento. [27]
En Singapur, Wigetworks obtuvo la certificación de Lloyd's Register para ingresar a clase. [1] El 31 de marzo de 2011, AirFish 8-001 se convirtió en uno de los primeros GEV en ser registrado en 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 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 empresa de transporte estonia Sea Wolf Express planeaba lanzar un servicio de pasajeros en 2019 entre Helsinki y Tallin , una distancia de 87 km en solo media hora, utilizando un ekranoplan de construcción rusa. [33] La empresa encargó 15 ekranoplanos con una velocidad máxima de 185 km/h y capacidad para 12 pasajeros, construidos por el ruso RDC Aqualines. [34]
En 2021, Brittany Ferries anunció que estaban estudiando la posibilidad de utilizar "planeadores marinos " de efecto suelo REGENT (Transporte Naval Eléctrico Regional con Efecto Suelo) [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 EE. UU. (DARPA) lanzó su proyecto Liberty Lifter , con el objetivo de crear un hidroavión de bajo coste 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 MONTE, con sede en el Reino Unido, 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] La orden incluye 15 Virreyes de 12 plazas y 10 Monarcas de 100 plazas. [42]
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