Un avión de efecto suelo es un aerodino diseñado para volar a muy baja altura sobre una superficie plana (mar, río, nieve o hielo).
Los aviones de efectos terrestres se desarrollaron por su capacidad para transportar cargas a mayor velocidad y con una mejor eficiencia de combustible que los barcos rápidos. Por lo general, operan sobre el agua, pueden tener su base en puertos, cerca del centro de las ciudades y prescindir de instalaciones específicas como rampas para aerodeslizadores o pistas de aeropuertos.
En inglés GEV ( Ground Effect Vehicle ) o WIG (wing In Ground effect) o Wingship, en alemán Bodeneffektfahrzeug (Sol-effect-vehicle), en ruso Ekranoplan . La administración francesa utiliza el término navion (contracción de Navire-avion).
Los aviones de efecto suelo (o hidroaviones) se caracterizan por su modo de elevación:
Este es el concepto básico, con un alerón de efecto suelo sin elevación adicional, adecuado para máquinas más pequeñas, más lentas (V < 150 km / h ) y menos cargadas.
Concepto Lippisch, ala triangularA partir de 1961, el ingeniero aerodinámico alemán Alexander Lippisch desarrolló el concepto de vuelo en efecto suelo , un concepto probado y verificado por las pruebas de un prototipo, el X-112 alrededor de 1963. Luego propuso sus ideas al gobierno occidental alemán. Los prototipos de hidroaviones de efecto suelo "Flugflächen-Boot" (barco de vuelo de superficie) ( RFB X-113 en 1970, RFB X-114 en 1977) fueron luego construidos por Rhein-Flugzeubau bajo contrato con el Ministerio de Defensa alemán. La configuración desarrollada por Lippisch, un ala delta invertida, se ha convertido en estándar.
Los prototipos rusos Eska-1 y T-501 son biplazas derivados del X-113 que se probó en 1973.
Diseñado por EP Grunin, el modelo AN-2E construido en 1973 presenta un ala Lippisch (delta invertido) montada en un fuselaje Antonov AN-2V (hidroavión). Con un motor de 1000 CV , transporta a 12 personas. En 1998, el Instituto de Aviación de Moscú presentó una versión terrestre (sin flotadores) con un ala diferente, que habría sido equipada con un motor diésel de 580 CV , capaz de transportar 20 personas a 200 km / h con un consumo calculado en solo 48 L / h (es decir, 1,2 L / 100 km / pasajero).
El Flarecraft L-325 es un prototipo americano de 5 plazas, 235 CV , producido en 1991. Está equipado con un motor auxiliar (47 kW , Water-jet) para maniobras en puerto.
El Navion es un prototipo de monoplaza experimental francés, probado en 1996.
La configuración de Lippisch fue asumida por Hanno Fischer, con la serie Airfish (Airfish 1, 2 y 3) en 1988-1990. El FS8 Flightship Dragon, del mismo diseñador, es un compuesto WIG de 8 plazas, equipado con un motor GM V-8 con dos hélices traseras, que realizó sus primeras pruebas en 2001. El modelo fue adquirido por Wigetworks (Singapur) en 2005 y renombrado Airfish-8
Irán ha puesto en servicio desde 2006 la serie Bavar-2 de configuración similar a la del X-113.
Ala rectangularEl mu-Sky 1 es un modelo de investigación construido por Mitsubishi desde 1988. El ala es casi cuadrado (4,40 m x 3,50 m ) . Se produjo un modelo mu-Sky 2 biplaza más grande .
Techno Trans diseñó y construyó un Hydrowing VT01 biplaza , probado en 1997. Un modelo Hydrowing 06 más grande (planeado en 2006) presentaba un ala tipo Lippisch y un hidroplano adicional para el despegue.
El SE-6 Sea Eagle 6 plazas tiene la configuración general de tipo Lippisch, excepto el ala que es rectangular.
Estos son aviones de efecto suelo que se benefician de una sustentación adicional para reducir la velocidad de despegue y la potencia requerida.
El Chinea produjo algunos prototipos derivados de Lippisch, con elevación aumentada por el estallido de las hélices (PARWIG), a partir de 1979: modelos XTW-1, XTW-2 12 plazas (en 1990), XTW-3 con 12 personas a 145 km. / h con 2 x 300 CV (en 1997), XTW-4 con 20 asientos propulsados por motores turbohélice (pruebas en 2000), XTW-5 (Lancha patrullera).
EkranoplaneLa palabra ekranoplane , procedente del ruso экранопла́н (ekranoplan), acuñada por el diseñador soviético Rostislav Alekseïev , es un término genérico ("ekran significa pantalla o suelo") que designa una línea de aviones rusos de efecto suelo. Los modelos grandes más conocidos con elevación aumentada (PAR o Ram Power Augmented) fueron diseñados en la década de 1960 por Rostislav Alekseïev , a pedido de la Armada Soviética. Condujo a la construcción de varios prototipos, SM-1 en 1960 (sin PAR), SM-2 en 1962 (con PAR), hasta el modelo KM muy grande (550 t ), construido en 1966.
El modelo A-90 Orlyonok es más pequeño, 120 t , 58 m de largo; se construyeron cuatro unidades entre 1973 y 1980. El Lun (1987) es un portador de misiles antibuque . Desde 1975, Alekseev estudió WIG con extensiones de ala.
Alas PARWIG + (configuración de ala compuesta)Este concepto, presentado por los rusos como "Ekranoplane de segunda generación", diferencia un ala central de gran superficie optimizada para sustentación a baja velocidad (colchón de aire soplado para despegue) y extensiones de ala destinadas a obtener una mayor delicadeza en la navegación. Los proyectos chinos siguen este modelo.
El modelo ruso de diez plazas Ivolga , estudiado en 1999, presenta esta configuración con alas plegables y avanzadas hélices que soplan bajo el casco (configuración catamarán ) para facilitar el despegue. Finesse 25, 300 CV del motor , el consumo de 25 a 30 L / h a 180 kilometros / h en el efecto de suelo. Los proyectos rusos Kulik 5 plazas, Baklan 10 plazas o Bekas para 12 a 16 pasajeros también presentan extensiones de alas. La firma Aerohod presenta el demostrador (a escala reducida) de un modelo A-18 "Tungus" capaz de transportar 18 pasajeros.
China también está trabajando en este concepto de alas PARWIG +, con el Nanjing Angel AD606 de 6 plazas , o proyectos MARIC como el Swan de 100 pasajeros .
Transportistas muy grandesLos proyectos a gran escala fueron propuestos por Ando (Japón) en 1988, por Robert Bartini (URSS) y por el fabricante de aviones ruso Sukhoi (Sukhoi S-90), 132 t ) en 1993.
Así como los ekranoplanos rusos fueron diseñados para militares uso, el Ejército de los Estados Unidos ha expresado su interés en este concepto para el transporte de equipos militares pesados a largas distancias sobre el mar.En
1975, la NASA presentó un estudio sobre grandes aviones que comprenden un avión de efecto tierra tipo ekranoplane. En 1976 se publicó un estudio de Douglas sobre el mismo tema.
El informe " Wingship Investigation " , elaborado por la ARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada) en 1994, presentó varios proyectos de Lockheed (620 t ), Northrop (800 t ) con un ala volada como la del Orlyonok, Douglas (910 t ) , Aerocon (5.000 t ) .
En 2003, el fabricante de aviones estadounidense Boeing presentó un proyecto para un portaaviones muy grande (2.700 t ) con efecto suelo, el Boeing Pelican , cuyas alas eran impulsadas por las hélices de los motores montados en el borde de ataque del avión. . A diferencia de la mayoría de los WIG, este es un avión terrestre y no un hidroavión.
El Hoverwing Hanno Fischer es una variante de rodamiento híbrido que tiene ambas alas (elevación aerodinámica tipo TIG) y un colchón de aire debajo del casco (según el principio del catamarán tipo NES ) que soporta hasta el 80% del peso de la máquina durante el despegue. . En 1997 se probó un demostrador llamado HW-2VT de 90 CV , pendiente de proyectos mayores (20 y 50 plazas). La empresa coreana Wingship Technology Corporation se hizo cargo del concepto y construyó un prototipo WSH-500 de 50 asientos; Las pruebas se llevaron a cabo en diciembre de 2011 .
PELUCA + ala altaEl prototipo Burevestnik-24 en desarrollo desde 2004 tiene, además de su ala de efecto suelo bajo, un ala adicional colocada en la posición alta (configuración biplano). Los motores se colocan en el ala alta y las hélices conducidas por conductos colocadas detrás del ala.
Estos vehículos con colchón de aire dinámico (Dynamic Air Cushion), no soplado ( ala de ariete tándem ) ni soplado (modelos rusos y chinos), están diseñados para navegar en aguas abrigadas, volando muy cerca de la superficie.
Ala de ariete en tándemEl SM-1, el primer ekranoplan probado en 1960, es una máquina tándem con alas, sin estabilizador trasero.
El Flairboat y el Flairship , del tipo TAF o Tandem Airfoil Flairboats, son vehículos alados en tándem de relación de aspecto baja sin avión estabilizador de popa, diseñados para vuelos de bajo nivel en aguas protegidas. Fueron desarrollados en Alemania por Günther Jörg a partir de 1974. El acoplamiento entre el período de cabeceo natural de la máquina y el período de encuentro con las olas puede provocar inestabilidad de cabeceo.
Los vehículos de efecto suelo rusos recientes son configuraciones intermedias entre el colchón de aire del vehículo y el ekranoplan, con alargamiento de área grande y pequeña, diseñados para operar en aguas protegidas, como el Volga-2 a 8 asientos (1986) ; el vehículo denominado Amphistar 5 plazas (1997) ; el dispositivo Aquaglide-5 de 5 asientos (desarrollos del Volga-2); el Strizh , un prototipo de entrenamiento biplaza en tándem (1991) o el transporte de pasajeros en el proyecto Raketa 2 .
Modelos chinos: (Marine Design and Research Institute of China) MARIC 750 en 1985 y Swan Mk2 (con tres motores y extensiones de ala) en 1998. CASTD (Academia China de Desarrollo de Ciencia y Tecnología) produjo el TY-1 (15 asientos, 2 motores de 300 CV ) en 1998.
¿Estos vehículos marinos están volando en efecto sobre barcos o aviones terrestres?
La Organización Marítima Internacional de la OMI distingue tres clases de artes de efecto suelo:
El reglamento francés de embarcaciones de recreo, División 245 (2015), define una categoría específica llamada "Buque de elevación":
“ Aerodeslizador : aerodeslizador , navion o cualquier otra embarcación diseñada para operar cerca de la superficie del agua, sin contacto con esta última, ya una altitud inferior a la eslora del casco de la nave. "
Sujeto a esta reserva de limitación de altitud, un dispositivo de efecto suelo (embarcación de recreo) de menos de 24 metros se considera, por tanto, un barco.
La sustentación, estabilidad y control de los aviones de efecto suelo se obtienen por medios específicos.
El avión aprovecha el efecto suelo y los arreglos especiales para aumentar su sustentación .
Efecto suelo Un avión de efecto suelo es un avión con un perfil aerodinámico de relación de aspecto baja especialmente diseñado para aprovechar un colchón de aire aerodinámico. Cerca del suelo, el confinamiento de la masa de aire que pasa por debajo del ala crea una sobrepresión que aumenta la sustentación. La sustentación de un ala que vuela "fuera de efecto suelo" se produce principalmente por la superficie superior; en el caso de un avión con efecto suelo, la parte de sustentación de la superficie inferior es mayor y la de la superficie superior, menor. Efecto de escala Cuando aumenta el tamaño de un avión, su masa aumenta más rápido que su superficie. Debido a este efecto de escala , la aeronave más grande, y por lo tanto más cargada por metro cuadrado de área de ala, debe volar más rápido. La velocidad de despegue también aumenta, lo que provoca importantes choques contra las olas, en mares agitados. Para reducir esta velocidad, los diseñadores buscan aumentar la sustentación por varios medios. Elevación aumentada Existen disposiciones especiales para aumentar la sustentación a baja velocidad:El avión en efecto suelo debe ser estable en cabeceo , altitud y balanceo .
Estabilidad de cabeceo La
proximidad a la superficie hace que el vuelo sea peligroso si la aeronave es inestable en cabeceo (tendencia a inclinarse hacia arriba o hacia abajo). Un avión de efecto suelo debe tener al menos dos superficies aerodinámicas claramente diferenciadas. Encuentra su estabilidad de cabeceo y la regulación de la altitud de vuelo en la diferencia en las pendientes de elevación (variación en la elevación con incidencia) de estas dos superficies.
El alerón delantero, que soporta la mayor parte del peso, está al ras del agua, en efecto suelo. Su pendiente de elevación disminuye drásticamente si el avión asciende, al reducir la relación de aspecto efectiva. El alerón trasero está menos cargado y con mayor relación de aspecto; debe colocarse mucho más alto, casi fuera del efecto suelo. Su pendiente de elevación es entonces más constante, menos dependiente de la altitud.
Si el avión sube, el alerón delantero pierde algo de sustentación, más que el alerón trasero. El avión se inclinó un poco y descendió a su altitud inicial. Si el avión desciende, el efecto suelo aumenta, el alerón delantero lleva más, pero el alerón trasero no lleva más. El avión se inclinó un poco y recuperó su altitud inicial.
Mantenimiento de la altitud
Si el avión vuela bajo sobre el agua o el suelo, la sustentación aumenta con el efecto suelo. Si el avión sube, el efecto suelo disminuye, la sustentación disminuye y ya no puede compensar el peso, a menos que se aumente la actitud (ángulo de ataque), lo que aumenta la resistencia inducida, la potencia requerida y el consumo de combustible.
En un mar de corta distancia, la frecuencia de los encuentros con las olas es alta y la inercia de la máquina hace que ésta promedie (o filtre) el perfil del mar, sin variación de altitud. En mares más largos, cuando la longitud de onda de las olas (por ejemplo 40 m ) se acerca a la velocidad de encuentro (por ejemplo 40 m / s , o 144 kilometro / h ), siguiendo los resultados del perfil de onda en aceleraciones verticales aproximadamente una vez por segundo, que es una frecuencia propicia para el mareo En este caso, la altitud puede controlarse mediante pilotaje automático.
Estabilidad de balanceo
Si el avión se inclina hacia los lados, el ala baja se acerca a la superficie y transporta más, el ala alta transporta menos. El efecto suelo trae un momento de balanceo estabilizador. Aparte del efecto suelo, la estabilidad de balanceo disminuye y puede volverse neutra (indiferente) y, con frecuencia, ligeramente negativa.
Efecto suelo, siendo la actitud y la altitud casi constantes, la maniobrabilidad se refiere principalmente al control direccional; depende en parte de la masa de la máquina.
Efecto de escala
De alrededor de cien toneladas, los WIG responden más lentamente a los comandos, lo que los hace más difíciles de pilotar y requiere el uso de un piloto automático.
Control direccional
El radio de giro depende de la velocidad (al cuadrado) y de la inclinación de la máquina.
Un giro moderado y de alta velocidad requiere mucho espacio para girar; Las máquinas más pequeñas tienen un radio de giro del orden de 300 a 500 m ; el FS8 inclinado a 10 grados tiene un radio de giro de 700 m ; puede dar una vuelta en U en un minuto (es decir, 3 ° / s). Los ekranoplans más grandes tienen un radio de giro que supera los dos kilómetros.
Una característica de los aviones de efecto suelo (de hecho, los hidroaviones) es la fuerte variación en su resistencia al avance (resistencia al avance), que pasa por un máximo (un pico) durante el despegue (resistencia hidrodinámica del casco y flotadores), luego disminuye. mucho tan pronto como la máquina despega y alcanza su velocidad de concepto.
Cuando la máquina debe volar un poco más alto para sobrevolar las olas, su arrastre inducido (por la elevación) aumenta; su finura disminuye, puede pasar por ejemplo de 20 a 15.
La potencia de despegue puede ser 2-3 veces mayor que la potencia de vuelo de crucero. Esta fuerte variación hace necesario instalar una fuerza motriz muy superior a la utilizada en vuelo; algunos modelos tienen un motor adicional para el despegue (A-90 Orlyonok).
Otra característica es el medio marino y los problemas de corrosión asociados.
Los propulsores (hélices o reactores) deben instalarse de manera que no reciban salpicaduras durante el recorrido de despegue. Las hélices y los motores generalmente se colocan muy por encima del fuselaje (Airfish) en pilones (X-113, KM), en un ala alta (Boeing Pelican) o en la parte superior de la aleta (A-90 Orlyonok).
Aunque se han estudiado y construido durante más de 50 años, desde la gran máquina militar hasta las pequeñas embarcaciones, las WIG no han dado como resultado una producción sostenida. Esto se puede explicar porque una MCI combina las limitaciones de un barco rápido Y un avión:
Complejidad La complejidad del diseño (estabilización aerodinámica específica, diferente a la de los aviones y muy poco documentada) es de alto nivel y requiere inversiones en investigación y desarrollo. Tecnología, corrosión La tecnología de fabricación de estos dispositivos, más cercana a la aeronáutica que a la de los barcos (ligereza, respeto por el centrado, motorización potente y ligera) es de alto nivel y, por tanto, cara. El entorno marítimo requiere protección anticorrosión, en particular del motor. Motorización El transporte marítimo no permite la gasolina como combustible, lo que restringe la elección a las turbinas de gas , ligeras pero ruidosas y muy caras (compra y consumo). Y los motores diesel "marinos" son demasiado pesados. Finura, eficiencia del motor Aunque es excelente en vuelo, la fineza de despegue no excede de 5 o 6, la resistencia es entonces al menos del 17 al 20 % del peso de la aeronave. Como en crucero la fineza puede superar los 15, los motores se utilizan con un bajo porcentaje de potencia, lo que puede incrementar el consumo específico de los motores (en particular en el caso de turbinas cuya eficiencia, óptima a la máxima potencia, disminuye mucho bajo carga parcial). Acceso al puerto, atraque La propulsión de hélice puede impedir el acceso a babor a grandes WIG (efectos de explosión), a menos que se instale propulsión adicional por hélice sumergida. Las configuraciones con extensiones de ala no pueden acceder a muelles, como barcos. Estado del mar, comodidad La realización del vuelo puede estar sujeta al estado del mar (altura de las olas), según las dimensiones de la máquina. La referencia da un límite de estado del mar de 0,50 m para una máquina de 1 tonelada, 1 m para 10 ty 2 m para 100 toneladas. El efecto suelo sobrevolar mares agitados puede provocar inestabilidad o incomodidad. Navegación ciega Alto riesgo de colisión en visibilidad reducida, debido a la alta velocidad, lo que debería implicar el establecimiento de carriles de navegación reservados, disposición contraria a la ley marítima. Estela turbulenta Como un gran portaaviones, un avión de efecto suelo muy grande dejaría una estela aerodinámica (vórtices) que podría volcar un bote pequeño. Comprometer velocidad-economía Un WIG no tiene ni la velocidad de un avión (transporte de personas) ni la economía de un buque de carga como un buque portacontenedores (transporte de mercancías).Un avión de efecto suelo podría encontrar su lugar en el ocio, en el transporte marítimo de corta distancia o en áreas no servidas por aeropuertos o no accesibles para los barcos (en aguas poco profundas) como en el sudeste asiático (Indonesia). La investigación se ha centrado en aplicaciones civiles, en particular en el campo del ocio (Airfish). En Alemania, Rusia, China, Estados Unidos y Australia se han producido desarrollos recientes relacionados con máquinas bastante pequeñas, que transportan de 2 a 16 personas. También existen proyectos y prototipos de vehículos más grandes para el transporte de personas (Hoverwing, Raketa-2, Swan, WSH-500), o incluso para carga de larga distancia (Boeing, Beriev).