Un planeador o planeador es un tipo de avión planeador utilizado en la actividad de ocio y deporte del vuelo sin motor (también llamado vuelo sin motor). [1] [2] Este avión sin motor puede utilizar corrientes naturales de aire ascendente en la atmósfera para ganar altitud. Los planeadores son aerodinámicamente aerodinámicos y, por lo tanto, pueden volar una distancia significativa hacia adelante con una pequeña disminución de altitud.
En Norteamérica también se utiliza el término "velero" para describir este tipo de aeronave. En otras partes del mundo de habla inglesa, la palabra "planeador" es más común.
Los planeadores se benefician de producir una resistencia muy baja para cualquier cantidad de sustentación dada, y esto se logra mejor con alas largas y delgadas , un fuselaje delgado y superficies lisas sin protuberancias. Los aviones con estas características son capaces de elevarse y ascender de manera eficiente en el aire ascendente producido por térmicas o colinas. En aire en calma, los planeadores pueden planear largas distancias a gran velocidad con una mínima pérdida de altura en el medio.
Los planeadores tienen alas rígidas y patines o tren de aterrizaje . [2] Por el contrario, las alas delta y los parapentes utilizan los pies del piloto para el inicio del despegue y el aterrizaje. Estos últimos tipos se describen en artículos separados, aunque sus diferencias con los planeadores se tratan a continuación. Los planeadores generalmente se lanzan mediante cabrestante o remolque aéreo, aunque ocasionalmente se utilizan otros métodos, remolque automático y bungee.
Hoy en día casi todos los planeadores son planeadores, pero en el pasado muchos planeadores no lo eran. Estos tipos no se dispararon . Eran simplemente aviones sin motor remolcados por otro avión hasta el destino deseado y luego despegados para aterrizar. El principal ejemplo de planeadores no voladores fueron los planeadores militares (como los utilizados en la Segunda Guerra Mundial). A menudo se usaban solo una vez y luego se abandonaban después del aterrizaje, habiendo cumplido su propósito.
Los planeadores a motor son planeadores con motores que pueden utilizarse para prolongar un vuelo e incluso, en algunos casos, para despegar . Algunos planeadores a motor de alto rendimiento (conocidos como planeadores "autosostenibles") pueden tener una hélice retráctil impulsada por un motor que se puede utilizar para mantener el vuelo. Otros planeadores a motor tienen suficiente empuje para lanzarse antes de que el motor se retraiga y se conocen como planeadores de "lanzamiento automático". Otro tipo es el "planeador a motor de turismo" con lanzamiento automático, en el que el piloto puede encender y apagar el motor en vuelo sin retraer la hélice. [3]
Los planeadores de Sir George Cayley lograron breves saltos con las alas alrededor de 1849. [4] En la década de 1890, Otto Lilienthal construyó planeadores utilizando el cambio de peso para el control. A principios del siglo XX, los hermanos Wright construyeron planeadores utilizando superficies móviles para el control. En 1903, añadieron con éxito un motor.
Después de la Primera Guerra Mundial, se construyeron por primera vez planeadores con fines deportivos en Alemania. Los fuertes vínculos de Alemania con el vuelo sin motor se debieron en gran medida a las regulaciones posteriores a la Primera Guerra Mundial que prohibían la construcción y el vuelo de aviones motorizados en Alemania, por lo que los entusiastas de los aviones del país a menudo recurrieron a los planeadores [5] y fueron alentados activamente por el gobierno alemán. especialmente en lugares de vuelo adecuados para vuelos sin motor como el Wasserkuppe . [6]
El uso deportivo de los planeadores evolucionó rápidamente en la década de 1930 y actualmente es su principal aplicación. A medida que su rendimiento mejoró, los planeadores comenzaron a usarse para vuelos de travesía y ahora vuelan regularmente cientos o incluso miles de kilómetros en un día [7] [8] si el clima lo permite.
Los primeros planeadores no tenían cabina y el piloto se sentaba en un pequeño asiento situado justo delante del ala. Estos se conocían como " planeadores primarios " y generalmente se lanzaban desde las cimas de las colinas, aunque también eran capaces de dar saltos cortos por el suelo mientras eran remolcados detrás de un vehículo. Para permitir que los planeadores se elevaran con mayor eficacia que los planeadores primarios, los diseños minimizaron la resistencia. Los planeadores ahora tienen fuselajes estrechos y muy lisos y alas muy largas y estrechas con una relación de aspecto y aletas altas .
Los primeros planeadores estaban hechos principalmente de madera con fijaciones, tirantes y cables de control de metal. Posteriormente, los fuselajes hechos de tubos de acero cubiertos de tela se combinaron con alas de madera y tela para lograr ligereza y resistencia. Desde entonces, se han utilizado nuevos materiales como fibra de carbono , fibra de vidrio y Kevlar con diseño asistido por computadora para aumentar el rendimiento. El primer planeador que utilizó ampliamente fibra de vidrio fue el Akaflieg Stuttgart FS-24 Phönix, que voló por primera vez en 1957. Este material todavía se usa debido a su alta relación resistencia-peso y su capacidad para brindar un acabado exterior suave para reducir la resistencia. La resistencia también se ha minimizado mediante formas más aerodinámicas y trenes de aterrizaje retráctiles. En algunos planeadores se colocan flaps en los bordes de fuga de las alas para optimizar la sustentación y la resistencia en una amplia gama de velocidades.
Con cada generación de materiales y con las mejoras en la aerodinámica , el rendimiento de las velas ha aumentado. Una medida del rendimiento es la relación de planeo . Una relación de 30:1 significa que en aire tranquilo un planeador puede avanzar 30 metros perdiendo sólo 1 metro de altitud. Si comparamos algunos planeadores típicos que se pueden encontrar en la flota de un club de vuelo sin motor, el Grunau Baby de la década de 1930 tenía una relación de planeo de sólo 17:1, el Libelle de fibra de vidrio de la década de 1960 la aumentó a 36:1 y los modernos con aletas Los planeadores de 18 metros como el ASG29 tienen una relación de planeo de más de 50:1. El planeador de clase abierta más grande, el Eta , tiene una envergadura de 30,9 metros y una relación de planeo de más de 70:1. Compare esto con el Gimli Glider , un Boeing 767 que se quedó sin combustible en pleno vuelo y tenía una relación de planeo de 12:1, o con el transbordador espacial con una relación de planeo de 4,5:1. [9]
Una alta eficiencia aerodinámica es esencial para lograr un buen rendimiento de planeo, por lo que los planeadores a menudo tienen características aerodinámicas que rara vez se encuentran en otros aviones. Las alas de un planeador de carreras moderno están diseñadas por computadoras para crear un perfil aerodinámico de flujo laminar de baja resistencia . Después de moldear con gran precisión las superficies de las alas, se pulen intensamente. Las aletas verticales en los extremos de las alas disminuyen la resistencia y, por lo tanto, mejoran la eficiencia del ala. Se utilizan sellos aerodinámicos especiales en los alerones , el timón y el elevador para evitar el flujo de aire a través de los espacios de la superficie de control. Se utilizan dispositivos turbuladores en forma de cinta en zig-zag o múltiples orificios de soplado colocados en una línea a lo largo del ala para hacer que el aire de flujo laminar entre en flujo turbulento en una ubicación deseada en el ala. Este control de flujo evita la formación de burbujas de flujo laminar y garantiza una resistencia mínima absoluta. Se pueden instalar limpiaparabrisas para limpiar las alas durante el vuelo y eliminar los insectos que perturban el suave flujo de aire sobre el ala.
Los planeadores de competición modernos llevan lastre de agua que se puede desechar (en las alas y, a veces, en el estabilizador vertical). El peso adicional proporcionado por el lastre de agua es ventajoso si es probable que la sustentación sea fuerte y también puede usarse para ajustar el centro de masa del planeador . Mover el centro de masa hacia atrás llevando agua en el estabilizador vertical reduce la fuerza aerodinámica requerida del estabilizador horizontal y la resistencia resultante de esa fuerza aerodinámica. Aunque los planeadores más pesados tienen una ligera desventaja al ascender en aire ascendente, alcanzan una mayor velocidad en cualquier ángulo de planeo determinado. Esto es una ventaja en condiciones fuertes cuando los parapentes pasan sólo una pequeña cantidad de tiempo ascendiendo en térmicas. El piloto puede deshacerse del lastre de agua antes de que se convierta en una desventaja en condiciones térmicas más débiles. Otro uso del lastre de agua es amortiguar la turbulencia del aire, como la que se puede encontrar durante el vuelo de las crestas . Para evitar una tensión indebida en la estructura del avión, los planeadores deben deshacerse del lastre de agua antes de aterrizar.
La mayoría de los planeadores se construyen en Europa y están diseñados según la especificación de certificación EASA CS-22 (anteriormente Requisitos conjuntos de aviación -22). Estos definen estándares mínimos de seguridad en una amplia gama de características como controlabilidad y resistencia. Por ejemplo, los planeadores deben tener características de diseño que minimicen la posibilidad de un montaje incorrecto (los planeadores a menudo se guardan en una configuración desmontada, con al menos las alas separadas). La conexión automática de los controles durante el montaje es el método común para lograrlo.
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Los dos métodos más comunes para botar planeadores son mediante remolque y cabrestante. [10] Cuando se remolca, el planeador es remolcado detrás de un avión propulsado utilizando una cuerda de unos 60 metros (200 pies) de largo. El piloto del planeador suelta la cuerda una vez alcanzada la altitud deseada. Sin embargo, el remolque también puede soltar la cuerda en caso de emergencia. El lanzamiento con cabrestante utiliza un potente motor estacionario ubicado en el suelo en el otro extremo del área de lanzamiento. El planeador está sujeto a un extremo de 800 a 1200 metros (2600 a 3900 pies) de cable y el cabrestante lo enrolla rápidamente. El planeador puede ganar alrededor de 270 a 910 metros (900 a 3000 pies) de altura con un lanzamiento del cabrestante. dependiendo del viento en contra. Con menos frecuencia, los automóviles se utilizan para tirar de los planeadores en el aire, ya sea tirando de ellos directamente o mediante el uso de una polea inversa de manera similar al lanzamiento del cabrestante. En algunos sitios se utilizan ocasionalmente cuerdas elásticas (conocidas como bungees ) para lanzar planeadores desde las pendientes, si hay suficiente viento subiendo la colina. El lanzamiento de bungee fue el método predominante para lanzar los primeros planeadores. Algunos planeadores modernos pueden autolanzarse utilizando motores retráctiles o simplemente hélices retráctiles. (ver planeador a motor ). Estos motores pueden utilizar combustión interna o energía de batería. [11]
Una vez lanzados, los planeadores intentan ganar altura utilizando térmicas , elevación de crestas , ondas de sotavento o zonas de convergencia y pueden permanecer en el aire durante horas. Esto se conoce como "elevación". Al encontrar sustentación con suficiente frecuencia, los pilotos experimentados vuelan a campo traviesa , a menudo en tareas previamente declaradas de cientos de kilómetros, generalmente de regreso al sitio de lanzamiento original. Los vuelos de fondo y las acrobacias aéreas son las dos formas de vuelo sin motor competitivo . Para obtener información sobre las fuerzas en vuelo planeado, consulte relación elevación-arrastre .
Los pilotos necesitan algún tipo de control sobre la senda de planeo para aterrizar el planeador. En los aviones propulsados, esto se consigue reduciendo el empuje del motor. En los planeadores, se utilizan otros métodos para reducir la sustentación generada por el ala, aumentar la resistencia de todo el planeador o ambas cosas. La senda de planeo es la distancia recorrida por cada unidad de altura perdida. En un planeo constante con las alas niveladas y sin viento, la pendiente de planeo es la misma que la relación sustentación/arrastre (L/D) del planeador, llamada "L-sobre-D". Reducir la sustentación de las alas y/o aumentar la resistencia reducirá el L/D permitiendo que el planeador descienda en un ángulo más pronunciado sin aumentar la velocidad del aire. Simplemente apuntar el morro hacia abajo solo convierte la altitud en una velocidad aérea más alta con una reducción inicial mínima en la energía total. Los planeadores, debido a sus alas largas y bajas, crean un efecto suelo alto que puede aumentar significativamente el ángulo de planeo y dificultar el acercamiento del planeador a la Tierra en una distancia corta.
Los primeros diseños de planeadores utilizaban patines para aterrizar, pero los tipos modernos generalmente aterrizan sobre ruedas. Algunos de los primeros planeadores usaban una plataforma rodante con ruedas para despegar y la plataforma se desechaba cuando el planeador dejaba el suelo, dejando solo el patín para el aterrizaje. Se puede diseñar un planeador de modo que el centro de gravedad (CG) esté detrás de la rueda principal, de modo que el planeador quede con el morro muy alto sobre el suelo. Otros diseños pueden tener el CG delante de la rueda principal, de modo que el morro descanse sobre una rueda de morro o patine cuando esté parado. Los derrapes ahora se utilizan principalmente únicamente en planeadores de entrenamiento como el Schweizer SGS 2–33 . Los patines miden alrededor de 100 milímetros (4 pulgadas) de ancho por 900 mm (3 pies) de largo y van desde el morro hasta la rueda principal. Los derrapes ayudan a frenar después del aterrizaje al permitir que el piloto ejerza presión hacia adelante sobre la palanca de control, creando así fricción entre el derrape y el suelo. Las puntas de las alas también tienen pequeños patines o ruedas para protegerlas del contacto con el suelo.
En la mayoría de los planeadores de alto rendimiento, el tren de aterrizaje se puede elevar para reducir la resistencia en vuelo y bajar para aterrizar. Se proporcionan frenos en las ruedas para permitir detenerse una vez en el suelo. Estos pueden activarse extendiendo completamente los spoilers/frenos de aire o usando un control separado. Aunque sólo hay una rueda principal, el ala del planeador se puede mantener nivelada usando los controles de vuelo hasta que esté casi estacionaria.
Los pilotos suelen aterrizar en el aeródromo desde el que despegaron, pero es posible aterrizar en cualquier campo llano de unos 250 metros de largo. Idealmente, si las circunstancias lo permiten, un planeador volaría un patrón o circuito estándar en preparación para el aterrizaje, generalmente comenzando a una altura de 300 metros (1000 pies). Luego se utilizan dispositivos de control de la pendiente de planeo para ajustar la altura y asegurar el aterrizaje en el punto deseado. El patrón de aterrizaje ideal coloca el planeador en la aproximación final de modo que un despliegue del 30 al 60% de los spoilers/frenos de inmersión/flaps lo lleve al punto de aterrizaje deseado. De esta forma el piloto tiene la opción de abrir o cerrar los spoilers/frenos de aire para extender o profundizar el descenso hasta llegar al punto de aterrizaje. Esto le da al piloto amplios márgenes de seguridad en caso de que ocurran eventos inesperados. Si dichos dispositivos de control no son suficientes, el piloto puede utilizar maniobras como un deslizamiento hacia adelante para aumentar aún más la pendiente del planeador.
La mayoría de los planeadores requieren asistencia para despegar, aunque algunos tienen un motor lo suficientemente potente como para despegar sin ayuda. Además, una gran proporción de los nuevos planeadores tienen un motor que los mantendrá en el aire, pero que no es lo suficientemente potente como para lanzarlos. En comparación con los autolanzadores, estos motores de menor potencia tienen ventajas en cuanto a peso, menores costos y licencia de piloto. Los motores pueden ser eléctricos, jet o gasolina de dos tiempos.
Los planeadores en Europa continental utilizan unidades métricas, como km/h para la velocidad del aire y m/s para la tasa de elevación y caída . En Estados Unidos, Reino Unido, Australia y algunos otros países, los planeadores utilizan nudos y pies / min en común con la aviación comercial en todo el mundo.
Además de un altímetro , una brújula y un indicador de velocidad aérea , los planeadores suelen estar equipados con un variómetro y una radio de banda aérea ( transceptor ), cada uno de los cuales puede ser necesario en algunos países. Se puede instalar un transpondedor para ayudar a los controladores cuando el planeador cruza un espacio aéreo ocupado o controlado. Esto puede complementarse con ADS-B . Sin estos dispositivos, el acceso a cierto espacio aéreo puede resultar cada vez más restringido en algunos países. En los países donde se permite volar en las nubes, se utiliza un horizonte artificial o un indicador de giro y deslizamiento cuando no hay visibilidad. Cada vez más, también se utilizan sistemas de alerta anticolisión como FLARM , que incluso son obligatorios en algunos países europeos. También se puede instalar una radiobaliza indicadora de posición de emergencia ( ELT ) en el planeador para reducir el tiempo de búsqueda y rescate en caso de accidente.
Mucho más que en otros tipos de aviación, los pilotos de planeadores dependen del variómetro , que es un indicador de velocidad vertical muy sensible , para medir la velocidad de ascenso o descenso del avión. Esto permite al piloto detectar cambios mínimos causados cuando el planeador entra en masas de aire ascendentes o descendentes. La mayoría de las veces se instalan 'varios' electrónicos en un planeador, aunque a menudo se instalan varios mecánicos como respaldo. Los variómetros electrónicos producen un sonido modulado de amplitud y frecuencia variables dependiendo de la fuerza de la elevación o caída, de modo que el piloto puede concentrarse en centrar una térmica, observar el resto del tráfico, la navegación y las condiciones climáticas. El aire ascendente se anuncia al piloto como un tono ascendente, con un tono cada vez mayor a medida que aumenta la sustentación. Por el contrario, el aire que desciende se anuncia con un tono descendente, que aconseja al piloto que escape de la zona del hundimiento lo antes posible. (Consulte el artículo sobre variómetro para obtener más información).
A veces, los variómetros están equipados con dispositivos mecánicos o electrónicos para indicar la velocidad óptima para volar en determinadas condiciones. La configuración de MacCready se puede ingresar electrónicamente o ajustarse usando un anillo que rodea el dial. Estos dispositivos se basan en la teoría matemática atribuida a Paul MacCready [12] , aunque fue descrita por primera vez por Wolfgang Späte en 1938. [13] La teoría de MacCready resuelve el problema de qué tan rápido debe navegar un piloto entre térmicas, dada tanto la elevación promedio como la El piloto espera en el próximo ascenso térmico, así como la cantidad de elevación o descenso encontrado en el modo crucero. Los variómetros electrónicos hacen los mismos cálculos automáticamente, después de tener en cuenta factores como el rendimiento teórico del planeador , el lastre de agua, los vientos en contra/a favor y los insectos en los bordes de ataque de las alas.
Las computadoras de vuelo que ejecutan software de vuelo especializado han sido diseñadas para su uso en planeadores. Al utilizar la tecnología GPS junto con un dispositivo barométrico, estas herramientas pueden:
Después del vuelo, los datos del GPS pueden reproducirse en un software para su análisis y seguir la trayectoria de uno o más planeadores sobre el fondo de un mapa, una fotografía aérea o el espacio aéreo.
Para que los observadores en tierra puedan identificar los planeadores en vuelo o en competencias de vuelo sin motor , las marcas de registro ("insignias" o "números de competencia" o "ID de competencia") se muestran en caracteres grandes en la parte inferior de cada ala, y también en el aleta y timón . Las marcas de registro son asignadas por asociaciones de vuelo sin motor, como la Soaring Society of America de EE. UU ., y no están relacionadas con los registros nacionales emitidos por entidades como la Administración Federal de Aviación de EE. UU . [14] Esta necesidad de identificación visual ha sido suplantada en cierta medida por el registro de posición GPS. Las insignias son útiles de dos maneras: en primer lugar, se utilizan en las comunicaciones por radio entre planeadores, ya que los pilotos utilizan su número de competición como distintivo de llamada . En segundo lugar, identificar fácilmente el ID de competición de un planeador cuando vuela muy cerca uno del otro para alertarlos de peligros potenciales. Por ejemplo, durante reuniones de varios planeadores dentro de térmicas (conocidas como "manadas"), un piloto podría informar "Seis-Siete-Romeo, estoy justo debajo de ti".
Los planeadores de fibra de vidrio siempre están pintados de blanco para minimizar la temperatura de su piel bajo la luz del sol. La resina de fibra de vidrio pierde fuerza a medida que su temperatura aumenta al rango que se puede alcanzar bajo el sol directo en un día caluroso. No se utiliza color excepto por unas pequeñas manchas brillantes en las puntas de las alas; Estos parches (normalmente naranjas o rojos) mejoran la visibilidad del planeador para los pilotos durante el vuelo. Estos parches son obligatorios para los vuelos de montaña en Francia. [15] Los planeadores sin fibra de vidrio hechos de aluminio o madera no están tan sujetos a deterioro a temperaturas más altas y, a menudo, están pintados de colores bastante brillantes.
A veces existe confusión sobre planeadores/veleros, alas delta y parapentes. En particular, tanto los parapentes como las alas delta se despegan a pie. Las principales diferencias entre los tipos son:
La FAI ha definido ocho clases de competición de planeadores . [25] Son:
Una gran proporción de planeadores se han fabricado y se siguen fabricando en Alemania, [26] la cuna de este deporte. En Alemania existen varios fabricantes pero las tres empresas principales son:
Alemania también cuenta con Stemme y Lange Aviation . En otras partes del mundo existen otros fabricantes como Jonker Sailplanes en Sudáfrica, Sportinė Aviacija en Lituania, Allstar PZL en Polonia, Let Kunovice y HpH en la República Checa y AMS Flight en Eslovenia. [27]
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