Historia de la aviación
Siglos XVII y XVIIIEditar
El inventor italiano Tito Livio Burattini, invitado por el rey polaco Władysław IV a su corte en Varsovia, construyó en 1647 un modelo de avión con cuatro alas de planeador fijas. Descrito como «cuatro pares de alas unidas a un elaborado ‘dragón'», se dice que levantó con éxito un gato en 1648, pero no el propio Burattini. Prometió que el aterrizaje de la nave sólo provocaría «lesiones mínimas». Su «Dragón Volante» se considera «el avión más elaborado y sofisticado que se construyó antes del siglo XIX».
El primer trabajo publicado sobre aviación fue «Esbozo de una máquina para volar en el aire» de Emanuel Swedenborg publicado en 1716. Esta máquina voladora consistía en un armazón ligero cubierto con una fuerte lona y provisto de dos grandes remos o alas que se movían sobre un eje horizontal, dispuestos de manera que la carrera ascendente no encontrara resistencia mientras que la carrera descendente proporcionara fuerza de elevación. Swedenborg sabía que la máquina no volaría, pero la propuso como comienzo y confiaba en que el problema se resolvería. Escribió: «Parece más fácil hablar de una máquina así que llevarla a la realidad, pues requiere una fuerza mayor y un peso menor que el que existe en un cuerpo humano. La ciencia de la mecánica podría tal vez sugerir un medio, a saber, un fuerte resorte en espiral. Si se observan estas ventajas y requisitos, tal vez en el futuro alguien pueda saber cómo utilizar mejor nuestro boceto y hacer que se haga alguna adición para lograr lo que sólo podemos sugerir. Sin embargo, hay suficientes pruebas y ejemplos de la naturaleza de que tales vuelos pueden tener lugar sin peligro, aunque cuando se hagan los primeros ensayos se tenga que pagar por la experiencia, y no importe un brazo o una pierna». Swedenborg se mostraría clarividente en su observación de que un método de propulsión de una aeronave era uno de los problemas críticos a superar.
El 16 de mayo de 1793, el inventor español Diego Marín Aguilera consiguió cruzar el río Arandilla en Coruña del Conde, Castilla, volando 300 – 400 m, con una máquina voladora.
Siglo XIXEditar
El salto de globo sustituyó al salto de torre, demostrando también con resultados típicamente fatales que la fuerza del hombre y el batir de las alas eran inútiles para lograr el vuelo. Al mismo tiempo, se inició el estudio científico del vuelo más pesado que el aire. En 1801, el oficial francés André Guillaume Resnier de Goué logró un planeo de 300 metros partiendo de lo alto de las murallas de la ciudad de Angulema y sólo se rompió una pierna al llegar. En 1837, el matemático y general de brigada francés Isidore Didion afirmó: «La aviación sólo tendrá éxito si se encuentra un motor cuya relación con el peso del aparato a soportar sea mayor que las actuales máquinas de vapor o que la fuerza desarrollada por los humanos o la mayoría de los animales».
Sir George Cayley y el primer avión modernoEditar
Sir George Cayley fue llamado por primera vez el «padre del avión» en 1846. Durante los últimos años del siglo anterior había iniciado el primer estudio riguroso de la física del vuelo y más tarde diseñaría la primera nave moderna más pesada que el aire. Entre sus muchos logros, sus contribuciones más importantes a la aeronáutica incluyen:
- Aclarar nuestras ideas y establecer los principios del vuelo más pesado que el aire.
- Llegar a una comprensión científica de los principios del vuelo de las aves.
- Llevar a cabo experimentos aerodinámicos científicos que demuestren la resistencia y la aerodinámica, el movimiento del centro de presión y el aumento de la sustentación por la curvatura de la superficie del ala.
- Definir la configuración del avión moderno que comprende un conjunto de ala fija, fuselaje y cola.
- Demostraciones de vuelo planeador tripulado.
- Establecer los principios de la relación potencia-peso para mantener el vuelo.
La primera innovación de Cayley fue estudiar la ciencia básica de la sustentación adoptando el banco de pruebas del brazo giratorio para su uso en la investigación de aeronaves y utilizando modelos aerodinámicos simples en el brazo, en lugar de intentar volar un modelo de un diseño completo.
En 1799, estableció el concepto del avión moderno como una máquina voladora de ala fija con sistemas separados para la sustentación, la propulsión y el control.
En 1804, Cayley construyó un modelo de planeador que fue la primera máquina voladora moderna más pesada que el aire, con la disposición de un avión moderno convencional con un ala inclinada hacia la parte delantera y una cola ajustable en la parte trasera con plano de cola y aleta. Un peso móvil permitía ajustar el centro de gravedad del modelo.
En 1809, animado por las farsas de sus contemporáneos (véase más arriba), comenzó a publicar un tratado histórico en tres partes titulado «Sobre la navegación aérea» (1809-1810). En él escribió la primera exposición científica del problema: «Todo el problema se circunscribe a estos límites, es decir, hacer que una superficie soporte un peso determinado mediante la aplicación de la fuerza a la resistencia del aire». Identificó las cuatro fuerzas vectoriales que influyen en una aeronave: empuje, sustentación, resistencia y peso, y distinguió la estabilidad y el control en sus diseños. También identificó y describió la importancia del perfil aerodinámico abombado, el diedro, el refuerzo diagonal y la reducción de la resistencia, y contribuyó a la comprensión y el diseño de ornitópteros y paracaídas.
En 1848, había progresado lo suficiente como para construir un planeador en forma de triplano lo suficientemente grande y seguro como para llevar a un niño. En 1852 publicó el diseño de un planeador tripulado de tamaño completo o «paracaídas gobernable» que se lanzaba desde un globo, y luego construyó una versión capaz de despegar desde la cima de una colina, que llevó al primer aviador adulto a través de Brompton Dale en 1853.
Entre sus inventos menores se encuentra el motor accionado por caucho, que proporcionaba una fuente de energía fiable para los modelos de investigación. En 1808, incluso había reinventado la rueda, ideando la rueda de radios de tensión en la que todas las cargas de compresión son soportadas por la llanta, permitiendo un tren de aterrizaje ligero.
Edad del vaporEditar
Basándose directamente en el trabajo de Cayley, el diseño de Henson de 1842 para un carro de vapor aéreo abrió nuevos caminos. Aunque sólo se trataba de un diseño, fue el primero de la historia para una aeronave de ala fija impulsada por hélice.
En 1866 se fundó la Sociedad Aeronáutica de Gran Bretaña y dos años después se celebró la primera exposición aeronáutica del mundo en el Palacio de Cristal, Londres, donde John Stringfellow recibió un premio de 100 libras por la máquina de vapor con la mejor relación potencia-peso. En 1848, Stringfellow logró el primer vuelo con motor utilizando un monoplano de vapor de 3 metros de envergadura construido en una fábrica de encajes en desuso en Chard, Somerset. En el primer intento, realizado en el interior, la máquina voló tres metros antes de desestabilizarse, dañando la nave. El segundo intento tuvo más éxito, ya que la máquina abandonó un cable guía para volar libremente, logrando treinta yardas de vuelo motorizado recto y nivelado. Francis Herbert Wenham presentó el primer artículo a la recién creada Sociedad Aeronáutica (más tarde Real Sociedad Aeronáutica), sobre la locomoción aérea. En él avanzaba en los trabajos de Cayley sobre las alas combadas y hacía importantes descubrimientos. Para poner a prueba sus ideas, desde 1858 construyó varios planeadores, tanto tripulados como no tripulados, y con hasta cinco alas apiladas. Se dio cuenta de que las alas largas y delgadas son mejores que las de tipo murciélago porque tienen más borde de ataque para su superficie. Hoy en día esta relación se conoce como la relación de aspecto de un ala.
La última parte del siglo XIX se convirtió en un periodo de intenso estudio, caracterizado por los «caballeros científicos» que representaron la mayor parte de los esfuerzos de investigación hasta el siglo XX. Entre ellos se encontraba el científico-filósofo e inventor británico Matthew Piers Watt Boulton, que estudió el control lateral del vuelo y fue el primero en patentar un sistema de control de alerones en 1868.
En 1871, Wenham y Browning realizaron el primer túnel de viento.{{refn|Frank H. Wenham, inventor del túnel de viento, 1871, era un ventilador, accionado por una máquina de vapor, impulsaba el aire por un tubo de 3,7 m (12 pies) hasta el modelo.
Mientras tanto, los avances británicos habían impulsado a los investigadores franceses. En 1857, Félix du Temple propuso un monoplano con un plano de cola y un tren de aterrizaje retráctil. Desarrollando sus ideas con un modelo impulsado primero por un mecanismo de relojería y más tarde por vapor, logró finalmente un salto corto con una nave tripulada de tamaño completo en 1874. Consiguió despegar por sus propios medios tras despegar de una rampa, planear durante un corto periodo de tiempo y volver a tierra con seguridad, lo que lo convirtió en el primer planeo motorizado con éxito de la historia.
En 1865, Louis Pierre Mouillard publicó un influyente libro El imperio del aire (l’Empire de l’Air).
En 1856, el francés Jean-Marie Le Bris realizó el primer vuelo más alto que su punto de partida, haciendo que su planeador «L’Albatros artificiel» fuera arrastrado por un caballo en una playa. Al parecer, alcanzó una altura de 100 metros, sobre una distancia de 200 metros.
Alphonse Pénaud, un francés, hizo avanzar la teoría del contorno de las alas y la aerodinámica y construyó con éxito modelos de aviones, helicópteros y ornitópteros. En 1871 voló el primer avión de ala fija aerodinámicamente estable, un modelo de monoplano al que llamó «Planophore», a una distancia de 40 m. El modelo de Pénaud incorporaba varios de los descubrimientos de Cayley, como el uso de una cola, el diedro del ala para lograr una estabilidad inherente y la potencia del caucho. El planóforo también tenía estabilidad longitudinal, ya que estaba ajustado de tal manera que el plano de cola tenía un ángulo de incidencia menor que el de las alas, una contribución original e importante a la teoría de la aeronáutica. El proyecto posterior de Pénaud de un avión anfibio, aunque nunca se construyó, incorporaba otras características modernas. Se trata de un monoplano sin cola, con una sola aleta vertical y dos hélices tractoras, que también contaba con superficies de timón y elevador trasero abatibles, un tren de aterrizaje retráctil y una cabina totalmente cerrada e instrumentada.
El compatriota de Pénaud, Victor Tatin, fue igualmente autorizado como teórico. En 1879, voló un modelo que, al igual que el proyecto de Pénaud, era un monoplano con hélices tractoras gemelas, pero que además tenía una cola horizontal independiente. Estaba propulsado por aire comprimido. Volado atado a un poste, fue el primer modelo que despegó por sus propios medios.
En 1884, Alexandre Goupil publicó su obra La Locomotion Aérienne (Locomoción Aérea), aunque la máquina voladora que construyó posteriormente no llegó a volar.
En 1890, el ingeniero francés Clément Ader completó la primera de las tres máquinas voladoras a vapor, la Éole. El 9 de octubre de 1890, Ader realizó un salto incontrolado de unos 50 metros (160 pies); fue el primer avión tripulado que despegó por sus propios medios. Su Avion III de 1897, que sólo destacaba por tener dos motores de vapor, no consiguió volar: Ader se atribuyó el éxito más tarde y no fue desmentido hasta 1910, cuando el ejército francés publicó su informe sobre su intento.
Sir Hiram Maxim era un ingeniero estadounidense que se había trasladado a Inglaterra. Construyó su propio aparejo de brazo giratorio y túnel de viento y construyó una gran máquina con una envergadura de 105 pies (32 m), una longitud de 145 pies (44 m), superficies horizontales de proa y popa y una tripulación de tres personas. Las hélices gemelas estaban impulsadas por dos motores de vapor compuestos ligeros que entregaban cada uno 180 CV (130 kW). El peso total era de 8.000 libras (3.600 kg). Estaba destinado a ser un banco de pruebas para investigar la sustentación aerodinámica: al carecer de controles de vuelo, funcionaba sobre raíles, con un segundo juego de raíles por encima de las ruedas para sujetarlo. Terminado en 1894, en su tercera carrera se desprendió de los raíles, se elevó en el aire durante unos 200 metros a dos o tres pies de altura y quedó muy dañado al caer de nuevo al suelo. Posteriormente fue reparado, pero Maxim abandonó sus experimentos poco después.
Aprendiendo a planearEditar
En la última década del siglo XIX, varias figuras clave perfeccionaron y definieron el avión moderno. A falta de un motor adecuado, los trabajos de aeronáutica se centraron en la estabilidad y el control del vuelo planeador. En 1879, Biot construyó un planeador similar a un pájaro con la ayuda de Massia y voló en él brevemente. Se conserva en el Musee de l’Air, en Francia, y se afirma que es la primera máquina voladora transportada por el hombre que todavía existe.
El inglés Horatio Phillips hizo contribuciones clave a la aerodinámica. Llevó a cabo una amplia investigación en el túnel de viento sobre las secciones de las láminas aerodinámicas, demostrando los principios de la sustentación aerodinámica previstos por Cayley y Wenham. Sus descubrimientos son la base de todo el diseño moderno de las aletas de los aviones. Entre 1883 y 1886, el estadounidense John Joseph Montgomery desarrolló una serie de tres planeadores tripulados, antes de realizar sus propias investigaciones independientes sobre la aerodinámica y la circulación de la sustentación.
Otto Lilienthal llegó a ser conocido como el «Rey del Planeador» u «Hombre Volador» de Alemania. Duplicó el trabajo de Wenham y lo amplió en gran medida en 1884, publicando su investigación en 1889 como El vuelo de las aves como base de la aviación (Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst). También fabricó una serie de alas delta, con formas de ala de murciélago, monoplano y biplano, como el Derwitzer Glider y el aparato de vuelo normal. A partir de 1891, se convirtió en la primera persona en realizar planeos controlados sin ataduras de forma rutinaria, y en el primero en ser fotografiado volando una máquina más pesada que el aire, estimulando el interés en todo el mundo. Documentó rigurosamente su trabajo, incluyendo fotografías, y por ello es uno de los pioneros más conocidos. Lilienthal realizó más de 2.000 planeos hasta su muerte en 1896 a causa de las heridas sufridas en un accidente de planeador.
Recogiendo el testigo de Lilienthal, Octave Chanute se dedicó al diseño de aviones tras una jubilación anticipada y financió el desarrollo de varios planeadores. En el verano de 1896, su equipo hizo volar varios de sus diseños, decidiendo finalmente que el mejor era el diseño de un biplano. Al igual que Lilienthal, documentó y fotografió su trabajo.
En Gran Bretaña, Percy Pilcher, que había trabajado para Maxim, construyó y voló con éxito varios planeadores entre mediados y finales de la década de 1890.
La invención de la cometa de caja durante este periodo por el australiano Lawrence Hargrave conduciría al desarrollo del biplano práctico. En 1894, Hargrave unió cuatro de sus cometas, añadió un asiento de eslinga y fue el primero en obtener sustentación con una aeronave más pesada que el aire, cuando voló a 16 pies (4,9 m). Entre los pioneros posteriores del vuelo tripulado de cometas se encuentran Samuel Franklin Cody en Inglaterra y el capitán Génie Saconney en Francia.
LangleyEdit
Con el diseño básico aparentemente probado con éxito, pasó a ocuparse del problema de un motor adecuado. Contrató a Stephen Balzer para que construyera uno, pero se sintió decepcionado cuando éste sólo proporcionó 8 CV (6,0 kW) en lugar de los 12 CV (8,9 kW) que esperaba. El ayudante de Langley, Charles M. Manly, modificó entonces el diseño para convertirlo en un motor radial de cinco cilindros refrigerado por agua que rendía 52 CV (39 kW) a 950 rpm, una hazaña que tardó años en repetirse. Ahora que ya tenía potencia y diseño, Langley unió ambos con grandes esperanzas.
Para su desgracia, el avión resultante resultó ser demasiado frágil. La simple ampliación de los pequeños modelos originales dio como resultado un diseño demasiado débil para mantenerse unido. Dos lanzamientos a finales de 1903 terminaron con el Aerodrome estrellándose inmediatamente en el agua. El piloto, Manly, fue rescatado en cada ocasión. Además, el sistema de control de la aeronave era inadecuado para permitir respuestas rápidas del piloto, y no tenía ningún método de control lateral, y la estabilidad aérea del Aerodrome era marginal.
Los intentos de Langley por conseguir más financiación fracasaron, y sus esfuerzos terminaron. Nueve días después de su segundo lanzamiento frustrado, el 8 de diciembre, los hermanos Wright volaron con éxito su Flyer. Glenn Curtiss realizó 93 modificaciones en el Aerodrome y voló este avión tan diferente en 1914. Sin reconocer las modificaciones, la Smithsonian Institution afirmó que el Aerodrome de Langley fue la primera máquina «capaz de volar».
WhiteheadEdit
En marzo de 2013, Jane’s All the World’s Aircraft, una fuente autorizada para la aviación contemporánea, publicó un editorial en el que se aceptaba el vuelo de Whitehead como el primer vuelo tripulado, con motor y controlado de una nave más pesada que el aire. La Smithsonian Institution (custodios del Wright Flyer original) y muchos historiadores de la aviación siguen manteniendo que Whitehead no voló como se sugiere.
Hermanos WrightEditar
Utilizando un enfoque metódico y concentrándose en la capacidad de control de la aeronave, los hermanos construyeron y probaron una serie de diseños de cometas y planeadores desde 1898 hasta 1902 antes de intentar construir un diseño con motor. Los planeadores funcionaron, pero no tan bien como los Wright esperaban basándose en los experimentos y escritos de sus predecesores. Su primer planeador de tamaño completo, lanzado en 1900, sólo tenía la mitad de la sustentación que habían previsto. Su segundo planeador, construido al año siguiente, funcionó aún peor. En lugar de rendirse, los Wright construyeron su propio túnel de viento y crearon una serie de sofisticados dispositivos para medir la sustentación y la resistencia de los 200 diseños de alas que probaron. Como resultado, los Wright corrigieron errores anteriores en los cálculos sobre la resistencia y la sustentación. Sus pruebas y cálculos dieron como resultado un tercer parapente con una mayor relación de aspecto y un verdadero control en tres ejes. Lo volaron con éxito cientos de veces en 1902, y su rendimiento fue mucho mejor que el de los modelos anteriores. Utilizando un riguroso sistema de experimentación, que incluía pruebas en el túnel de viento de los perfiles aéreos y pruebas de vuelo de prototipos de tamaño real, los Wright no sólo construyeron un avión que funcionaba al año siguiente, el Wright Flyer, sino que también ayudaron a avanzar en la ciencia de la ingeniería aeronáutica.
Los Wright parecen ser los primeros en hacer intentos estudiados seriamente para resolver simultáneamente los problemas de potencia y control. Ambos problemas resultaron difíciles, pero nunca perdieron el interés. Resolvieron el problema del control inventando el alabeo para el control del balanceo, combinado con el control simultáneo de la guiñada con un timón trasero dirigible. Casi como una idea tardía, diseñaron y construyeron un motor de combustión interna de baja potencia. También diseñaron y tallaron hélices de madera más eficientes que las anteriores, lo que les permitió obtener un rendimiento adecuado de su baja potencia de motor. Aunque el alabeo como medio de control lateral sólo se utilizó brevemente durante la historia temprana de la aviación, el principio de combinar el control lateral en combinación con un timón fue un avance clave en el control de las aeronaves. Mientras que muchos pioneros de la aviación parecían dejar la seguridad en gran medida al azar, el diseño de los Wright estaba muy influenciado por la necesidad de enseñarse a volar sin un riesgo irrazonable para la vida y la integridad física, sobreviviendo a los accidentes. Este énfasis, así como la baja potencia del motor, fue la razón de la baja velocidad de vuelo y del despegue con viento en contra. El rendimiento, más que la seguridad, era la razón del diseño de peso trasero porque el canard no podía estar muy cargado; las alas anhedrales se veían menos afectadas por los vientos cruzados y eran consistentes con la baja estabilidad de guiñada.
Según la Smithsonian Institution y la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), los Wright realizaron el primer vuelo tripulado sostenido, controlado y con motor más pesado que el aire en Kill Devil Hills, Carolina del Norte, a cuatro millas (8 km) al sur de Kitty Hawk, Carolina del Norte, el 17 de diciembre de 1903.
El primer vuelo de Orville Wright, de 120 pies (37 m) en 12 segundos, quedó registrado en una famosa fotografía. En el cuarto vuelo del mismo día, Wilbur Wright voló 852 pies (260 m) en 59 segundos. Los vuelos fueron presenciados por tres tripulantes de salvamento costero, un empresario local y un niño del pueblo, lo que los convierte en los primeros vuelos públicos y los primeros bien documentados.
Orville describió el último vuelo del día: «Los primeros cientos de pies fueron de arriba a abajo, como antes, pero cuando se habían cubierto trescientos pies, la máquina estaba bajo mucho mejor control. El recorrido de los siguientes cuatrocientos o quinientos pies tenía pocas ondulaciones. Sin embargo, cuando estaba a unos ochocientos pies, la máquina comenzó a cabecear de nuevo y, en uno de sus dardos hacia abajo, golpeó el suelo. La distancia sobre el suelo se midió en 852 pies (260 m); el tiempo de vuelo fue de 59 segundos. El armazón que sostenía el timón delantero estaba muy roto, pero la parte principal de la máquina no sufrió ningún daño. Calculamos que la máquina podría volver a estar en condiciones de volar en uno o dos días». Como medida de seguridad, sólo volaron a unos tres metros del suelo, por lo que tenían poco margen de maniobra, y los cuatro vuelos con vientos racheados terminaron en un «aterrizaje» accidentado y no intencionado. El análisis moderno realizado por el profesor Fred E. C. Culick y Henry R. Rex (1985) ha demostrado que el Wright Flyer de 1903 era tan inestable que casi no podía ser manejado por nadie más que por los Wright, que se habían entrenado en el planeador de 1902.
Los Wright siguieron volando en Huffman Prairie, cerca de Dayton, Ohio, en 1904-05. En mayo de 1904 presentaron el Flyer II, una versión más pesada y mejorada del Flyer original. El 23 de junio de 1905, volaron por primera vez una tercera máquina, el Flyer III. Tras un grave accidente el 14 de julio de 1905, reconstruyeron el Flyer III e hicieron importantes cambios de diseño. Casi duplicaron el tamaño del elevador y del timón y los desplazaron al doble de distancia de las alas. Añadieron dos paletas verticales fijas (llamadas «blinkers») entre los elevadores y dieron a las alas un muy ligero diedro. Desconectaron el timón del mando de alabeo y, como en todos los aviones futuros, lo colocaron en una manivela de control independiente. Cuando se reanudaron los vuelos, los resultados fueron inmediatos. La grave inestabilidad en el cabeceo que dificultaba a los Flyers I y II se redujo significativamente, por lo que se eliminaron las repetidas colisiones menores. Los vuelos con el Flyer III rediseñado empezaron a durar más de 10 minutos, luego 20 y después 30. El Flyer III se convirtió en la primera aeronave práctica (aunque sin ruedas y necesitando un dispositivo de lanzamiento), volando constantemente bajo control total y llevando a su piloto de vuelta al punto de partida de forma segura y aterrizando sin daños. El 5 de octubre de 1905, Wilbur voló 24 millas (39 km) en 39 minutos y 23 segundos»
Según el número de abril de 1907 de la revista Scientific American, los hermanos Wright parecían tener los conocimientos más avanzados de la navegación más pesada que el aire en ese momento. Sin embargo, el mismo número de la revista también afirmaba que no se había realizado ningún vuelo público en Estados Unidos antes de su edición de abril de 1907. De ahí que idearan el Scientific American Aeronautic Trophy para fomentar el desarrollo de una máquina voladora más pesada que el aire.