Un planeador o velero es un tipo de avión planeador que se utiliza en la actividad de ocio y el deporte del vuelo sin motor (también llamado vuelo a vela). [1] [2] Esta aeronave sin motor puede utilizar corrientes de aire ascendentes que se producen naturalmente 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 América del Norte también se utiliza el término "planeador" para describir este tipo de aeronave. En otras partes del mundo angloparlante, es más común la palabra "planeador".
Los planeadores se benefician de producir una resistencia aerodinámica 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. Las aeronaves con estas características pueden planear (subir de manera eficiente) en el aire ascendente producido por corrientes térmicas o colinas. En aire en calma, los planeadores pueden planear largas distancias a alta velocidad con una pérdida mínima de altura en el medio.
Los planeadores tienen alas rígidas y patines o tren de aterrizaje . [2] Por el contrario, los ala delta y los parapentes utilizan los pies del piloto para el inicio del despegue y para el aterrizaje. Estos últimos tipos se describen en artículos separados, aunque sus diferencias con los planeadores se tratan a continuación. Los planeadores suelen despegar mediante cabrestante o remolque aéreo, aunque ocasionalmente se utilizan otros métodos, como el remolque automático y el bungee.
En la actualidad, casi todos los planeadores son veleros, pero en el pasado muchos planeadores no lo eran. Estos tipos no planeaban . Eran simplemente aeronaves sin motor remolcadas por otra aeronave hasta un destino deseado y luego despegaban para aterrizar. El mejor ejemplo de planeadores que no planeaban eran los planeadores militares (como los utilizados en la Segunda Guerra Mundial). A menudo se usaban solo una vez y luego, por lo general, se abandonaban después del aterrizaje, una vez que habían cumplido su propósito.
Los planeadores motorizados son planeadores con motores que se pueden utilizar para prolongar un vuelo e incluso, en algunos casos, para despegar . Algunos planeadores motorizados de alto rendimiento (conocidos como planeadores "autosostenibles") pueden tener una hélice retráctil impulsada por motor que se puede utilizar para mantener el vuelo. Otros planeadores motorizados tienen suficiente empuje para despegar antes de que se retraiga el motor y se conocen como planeadores "autolanzables". Otro tipo es el "planeador motorizado de turismo" autolanzable, 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 en torno a 1849. [4] En la década de 1890, Otto Lilienthal construyó planeadores que utilizaban el cambio de peso para el control. A principios de la década de 1900, los hermanos Wright construyeron planeadores que utilizaban superficies móviles para el control. En 1903, añadieron con éxito un motor.
Después de la Primera Guerra Mundial, en Alemania se construyeron por primera vez planeadores con fines deportivos. 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 la aviación del país recurrieron a menudo a los planeadores [5] y fueron alentados activamente por el gobierno alemán, particularmente en sitios de vuelo adecuados para el vuelo sin motor como Wasserkuppe . [6]
El uso deportivo de los planeadores evolucionó rápidamente en la década de 1930 y ahora 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 es adecuado.
Los primeros planeadores no tenían cabina y el piloto se sentaba en un pequeño asiento situado justo delante del ala. Se los conocía como " planeadores primarios " y normalmente se despegaban desde lo alto de las colinas, aunque también eran capaces de realizar pequeños saltos sobre el suelo mientras eran remolcados por un vehículo. Para permitir que los planeadores se elevaran con mayor eficacia que los planeadores primarios, los diseños minimizaron la resistencia. Los planeadores actuales tienen fuselajes muy lisos y estrechos y alas muy largas y estrechas con una alta relación de aspecto y winglets .
Los primeros planeadores estaban hechos principalmente de madera con fijaciones, tirantes y cables de control de metal. Más tarde, 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 fibra de vidrio de forma extensiva 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 dar un acabado exterior suave para reducir la resistencia. La resistencia también se ha minimizado con formas más aerodinámicas y trenes de aterrizaje retráctiles. Los flaps se colocan en los bordes de salida de las alas en algunos planeadores para optimizar la sustentación y la resistencia a una amplia gama de velocidades.
Con cada generación de materiales y con las mejoras en la aerodinámica , el rendimiento de los planeadores ha aumentado. Una medida del rendimiento es la relación de planeo . Una relación de 30:1 significa que en aire suave un planeador puede viajar hacia adelante 30 metros mientras pierde solo 1 metro de altitud. Comparando algunos planeadores típicos que podrían encontrarse en la flota de un club de vuelo a vela, el Grunau Baby de la década de 1930 tenía una relación de planeo de solo 17:1, el Libelle de fibra de vidrio de la década de 1960 aumentó eso a 36:1, y los planeadores modernos de 18 metros con alerones 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. Comparemos esto con el planeador Gimli , un Boeing 767 que se quedó sin combustible en pleno vuelo y se descubrió que 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 otras aeronaves. 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 que las superficies de las alas han sido moldeadas con gran precisión, luego se pulen a fondo. Las aletas verticales en los extremos de las alas reducen 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 huecos de la superficie de control. Los dispositivos turbuladores en forma de cinta en zigzag o múltiples orificios de soplado colocados en una línea a lo largo del ala se utilizan para convertir el aire de flujo laminar en flujo turbulento en una ubicación deseada en el ala. Este control de flujo evita la formación de burbujas de flujo laminar y garantiza la mínima resistencia. Se pueden instalar limpiaparabrisas para limpiar las alas durante el vuelo y eliminar los insectos que perturban el flujo suave de aire sobre el ala.
Los planeadores de competición modernos llevan agua de lastre que se puede desechar (en las alas y, a veces, en el estabilizador vertical). El peso adicional que proporciona el agua de lastre es ventajoso si es probable que la sustentación sea fuerte, y también se puede utilizar para ajustar el centro de masa del planeador . Mover el centro de masa hacia atrás llevando agua en el estabilizador vertical reduce la fuerza descendente requerida del estabilizador horizontal y la resistencia resultante de esa fuerza descendente. Aunque los planeadores más pesados tienen una ligera desventaja al ascender en aire ascendente, alcanzan una mayor velocidad en cualquier ángulo de planeo dado. Esto es una ventaja en condiciones fuertes cuando los planeadores pasan solo una pequeña cantidad de tiempo ascendiendo en térmicas. El piloto puede desechar el agua de lastre antes de que se convierta en una desventaja en condiciones térmicas más débiles. Otro uso del agua de lastre es amortiguar la turbulencia del aire, como la que puede encontrarse durante el vuelo en cresta . Para evitar una tensión indebida en la estructura del avión, los planeadores deben desechar cualquier agua de lastre antes de aterrizar.
La mayoría de los planeadores se construyen en Europa y están diseñados según la especificación de certificación CS-22 de la EASA (anteriormente, Joint Aviation Requirements -22). Estas definen estándares mínimos de seguridad en una amplia gama de características, como la capacidad de control y la resistencia. Por ejemplo, los planeadores deben tener características de diseño que minimicen la posibilidad de un montaje incorrecto (los planeadores suelen almacenarse en una configuración desmontada, con al menos las alas separadas). La conexión automática de los controles durante el aparejo es el método habitual para lograrlo.
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Los dos métodos más comunes para lanzar planeadores son el aerotow y el cabrestante. [10] En el aerotow, el planeador es remolcado detrás de una aeronave a motor utilizando una cuerda de unos 60 metros (200 pies) de largo. El piloto del planeador suelta la cuerda después de alcanzar la altitud deseada. Sin embargo, la cuerda también puede ser soltada por el avión remolcador en caso de emergencia. El lanzamiento con cabrestante utiliza un potente motor estacionario ubicado en el suelo en el extremo más alejado del área de lanzamiento. El planeador está unido 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 con cabrestante, dependiendo del viento en contra. Con menos frecuencia, se utilizan automóviles para tirar de los planeadores al aire, ya sea tirando de ellos directamente o mediante el uso de una polea inversa de manera similar al lanzamiento con cabrestante. En ocasiones, en algunos lugares se utilizan cuerdas elásticas (conocidas como bungees ) para lanzar planeadores desde las pendientes, si hay suficiente viento que sople colina arriba. El lanzamiento con bungee fue el método predominante para lanzar los primeros planeadores. Algunos planeadores modernos pueden lanzarse por sí solos utilizando motores retráctiles o simplemente hélices retráctiles (véase planeador motorizado ). Estos motores pueden utilizar combustión interna o energía de batería. [11]
Una vez despegados, los planeadores intentan ganar altura utilizando corrientes térmicas , sustentación de crestas , ondas de sotavento o zonas de convergencia y pueden permanecer en el aire durante horas. Esto se conoce como "vuelo a vela". Al encontrar sustentación con la suficiente frecuencia, los pilotos experimentados vuelan campo a través , a menudo en tareas declaradas previamente de cientos de kilómetros, generalmente de regreso al sitio de despegue original. El vuelo campo a través y las acrobacias son las dos formas de vuelo a vela competitivo . Para obtener información sobre las fuerzas en el vuelo a vela, consulte la relación sustentación-resistencia .
Los pilotos necesitan algún tipo de control sobre la pendiente de planeo para aterrizar el planeador. En los aviones con motor, esto se hace 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 pendiente de planeo es la distancia recorrida por cada unidad de altura perdida. En un planeo constante con las alas niveladas sin viento, la pendiente de planeo es la misma que la relación sustentación/resistencia (L/D) del planeador, llamada "L sobre D". Reducir la sustentación de las alas y/o aumentar la resistencia reducirá la L/D, lo que permitirá que el planeador descienda en un ángulo más pronunciado sin aumentar la velocidad aerodinámica. Simplemente apuntando el morro hacia abajo solo se convierte la altitud en una mayor velocidad aerodinámica con una reducción inicial mínima en la energía total. Los planeadores, debido a sus alas bajas y largas, crean un efecto de suelo alto que puede aumentar significativamente el ángulo de planeo y dificultar que el planeador llegue 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 un carro con ruedas para despegar y el carro se desechaba cuando el planeador dejaba el suelo, dejando solo el patín para aterrizar. Un planeador puede diseñarse de modo que el centro de gravedad (CG) esté detrás de la rueda principal para que el planeador se asiente con el morro alto sobre el suelo. Otros diseños pueden tener el CG por delante de la rueda principal para que el morro descanse sobre una rueda de morro o patín cuando se detiene. Los patines ahora se utilizan principalmente solo 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 patines ayudan con el frenado después del aterrizaje al permitir que el piloto ejerza presión hacia adelante sobre la palanca de control, creando así fricción entre el patín y el suelo. Las puntas de las alas también tienen pequeños patines o ruedas para proteger las puntas de las alas 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 la detención una vez en tierra. Estos se pueden activar extendiendo por completo los alerones/frenos de aire o utilizando un control independiente. Aunque solo hay una rueda principal, el ala del planeador se puede mantener nivelada utilizando los controles de vuelo hasta que esté casi estacionaria.
Los pilotos suelen aterrizar en el aeródromo desde el que despegaron, pero es posible hacerlo en cualquier terreno llano de unos 250 metros de largo. Lo ideal, si las circunstancias lo permiten, es que el planeador realice un patrón estándar o circuito como preparación para el aterrizaje, comenzando normalmente a una altura de 300 metros (1000 pies). A continuación, 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 al planeador en la aproximación final de modo que un despliegue del 30-60% de los alerones/frenos de picado/flaps lo lleve al punto de toma de contacto deseado. De esta forma, el piloto tiene la opción de abrir o cerrar los alerones/frenos de aire para extender o hacer más pronunciado el descenso hasta alcanzar el punto de toma de contacto. Esto le da al piloto amplios márgenes de seguridad en caso de que se produzcan eventos inesperados. Si estos dispositivos de control no son suficientes, el piloto puede utilizar maniobras como un deslizamiento hacia delante para hacer más pronunciada 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 planeadores nuevos tienen un motor que mantiene al planeador en el aire, pero no es lo suficientemente potente como para despegar. En comparación con los planeadores autónomos, estos motores de menor potencia tienen ventajas en cuanto a peso, menores costos y licencia de piloto. Los motores pueden ser eléctricos, a reacción o de gasolina de dos tiempos.
Los planeadores de Europa continental utilizan unidades métricas, como km/h para la velocidad aerodinámica y m/s para la velocidad de sustentación y descenso . En Estados Unidos, Reino Unido, Australia y otros países, los planeadores utilizan nudos y pies / min, al igual que la aviación comercial en todo el mundo.
Además de un altímetro , una brújula y un indicador de velocidad aerodinámica , 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 transitado o controlado. Esto se puede complementar con ADS-B . Sin estos dispositivos, el acceso a algunos espacios aéreos puede verse cada vez más restringido en algunos países. En los países donde se permite volar entre nubes, se utiliza un horizonte artificial o un indicador de viraje y deslizamiento cuando hay visibilidad cero. Cada vez se utilizan más sistemas de advertencia anticolisión como FLARM e incluso son obligatorios en algunos países europeos. También se puede instalar una radiobaliza de indicación 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 que se producen 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 según la fuerza de la sustentación o el descenso, de modo que el piloto pueda concentrarse en centrar una térmica, observar el resto del tráfico, la navegación y las condiciones meteorológicas. El aire ascendente se anuncia al piloto como un tono ascendente, con un tono creciente a medida que aumenta la sustentación. Por el contrario, el aire descendente se anuncia con un tono descendente, que advierte al piloto que escape del área de descenso lo antes posible. (Consulte el artículo sobre variómetros para obtener más información).
Los variómetros a veces están equipados con dispositivos mecánicos o electrónicos para indicar la velocidad óptima para volar en determinadas condiciones. El ajuste MacCready se puede introducir electrónicamente o ajustar mediante 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 MacCready resuelve el problema de la velocidad a la que un piloto debe volar entre térmicas, dada la sustentación media que el piloto espera en el siguiente ascenso térmico, así como la cantidad de sustentación o caída encontrada 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/de cola y los insectos en los bordes de ataque de las alas.
Se han diseñado computadoras de vuelo a vela que ejecutan software especializado para su uso en planeadores. Mediante el uso de tecnología GPS junto con un dispositivo barométrico, estas herramientas pueden:
Después del vuelo, los datos del GPS pueden reproducirse en un software informático para su análisis y para seguir el rastro de uno o más planeadores sobre un fondo de mapa, una fotografía aérea o el espacio aéreo.
Para que los observadores terrestres puedan identificar a los planeadores en vuelo o en competición de vuelo sin motor , las marcas de registro ("insignias" o "números de competición" o "ID de competición") se muestran en caracteres grandes en la parte inferior de una sola ala, y también en la aleta y el timón . Las marcas de registro son asignadas por asociaciones de vuelo sin motor como la Sociedad de Vuelo Sin Motor de Estados Unidos , y no están relacionadas con los registros nacionales emitidos por entidades como la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos . [14] Esta necesidad de identificación visual ha sido suplantada en cierta medida por el registro de la posición GPS. Las insignias son útiles de dos maneras: primero, se utilizan en las comunicaciones por radio entre planeadores, ya que los pilotos utilizan su número de competición como sus indicativos de llamada . En segundo lugar, para saber fácilmente la identificación de competición de un planeador cuando vuela muy cerca uno del otro para alertarlos de posibles peligros. Por ejemplo, durante las reuniones de varios planeadores dentro de las térmicas (conocidas como "bandas"), un piloto podría informar "Seis-Siete-Romeo, estoy justo debajo de ti".
Los planeadores de fibra de vidrio se pintan invariablemente de blanco para minimizar la temperatura de su piel bajo la luz del sol. La resina de fibra de vidrio pierde resistencia a medida que su temperatura aumenta hasta el rango alcanzable bajo el sol directo en un día caluroso. No se utiliza color, excepto en unas pocas pequeñas manchas brillantes en las puntas de las alas; estas manchas (normalmente naranjas o rojas) mejoran la visibilidad de un planeador para otras aeronaves en el aire. Tales manchas son obligatorias para el vuelo de montaña en Francia. [15] Los planeadores que no están hechos de fibra de vidrio y están hechos de aluminio o madera no están tan sujetos al deterioro a temperaturas más altas y a menudo están pintados de colores bastante brillantes.
A veces existe confusión entre planeadores, ala delta y parapentes. En particular, tanto los parapentes como las alas delta se lanzan con los pies. Las principales diferencias entre los tipos son:
La FAI ha definido ocho clases de competición de planeadores . [25] Son:
Una gran parte de los parapentes se han fabricado y se siguen fabricando en Alemania, [26] la cuna de este deporte. En Alemania hay varios fabricantes, pero las tres principales son:
En Alemania también hay fabricantes como Stemme y Lange Aviation . En el resto del mundo hay 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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