EL SALTO DE ESQUÍ EN EL PORTAAVIONES

Con motivo del centenario que se está celebrando en estos días de la creación de la Aviación Naval en España, nos ha parecido interesante colaborar en esta iniciativa con una pequeña aportación sobre algún aspecto interesante desde el punto de vista técnico y de las patentes.

Nos hemos fijado justo en el logo de este centenario que muestra un avión Harrier despegando sobre una línea ascendente. No es casual este logo. Esa línea representa una de las instalaciones con que cuentan los modernos portaviones: la rampa de despegue.

Fijémonos un poco en lo que estamos hablando. Veamos el buque insignia de la Armada Española el “Juan Carlos I“. Este buque, el mayor construido hasta la fecha en España es, entre otros muchos propósitos, un portaeronaves sobre el que pueden operar hasta una docena de aviones de despegue vertical como los actuales Harrier. La cubierta de vuelo de 202 metros de longitud, y 32 metros de ancho,  termina en la proa en una rampa ascendente de 12° de inclinación.

Aunque este diseño puede resultar lógico para un profano, en general en aviación las pistas de vuelo se han diseñado siempre tratando de ser lo más planas posibles. Toda pista de despegue también lo es de aterrizaje y con la velocidad que alcanzan los aviones a reacción militares convencionales que no son de despegue vertical, parecería en principio contraproducente instalar un obstáculo o una elevación en la pista frente a cualquier contingencia que pudiera ocurrir sobre todo en los aterrizajes.

Buque amfibio portaeronaves “Juan Carlos I” (Fuente: web de la Armada Española)

En un portaviones actual convencional como el francés “Charles de Gaulle”, observamos que la cubierta es completamente plana. A pesar del tamaño que tienen los portaviones, incluso así la pista es demasiado corta para poder realizar una carrera de despegue completa, por lo que los aviones necesitan ser  lanzados mediante catapultas para alcanzar la velocidad mínima de sustentación que les permite mantener el vuelo. También es corta para el aterrizaje, por lo que los aviones disponen de un gancho de apontaje que les frena en seco al topar con un cable extendido en la pista.

 Portaviones francés Charles de Gaulle (Fuente: Kurdish Daily News 18/11/2015)    

Gancho de un avión F-18 (Fuente: Wikimedia Commons)

La situación cambió con la aparición de los aviones de despegue y aterrizaje vertical, entre los que cabe destacar el Harrier, una de cuyas versiones más avanzadas posee la Armada Española. Estos aviones poseen unas toberas orientables que en posición de despegue y aterrizaje vertical se dirigen hacia abajo. Una vez en el aire cuando el avión ha empezado a ganar velocidad y las alas son capaces de soportar el peso íntegro del avión, las toberas se van orientando paulatinamente a una posición horizontal. Estos nuevos aviones supusieron un replanteamiento para diseñar portaviones algo más pequeños y versátiles. Una de las simplificaciones más inmediatas que permiten los aviones de despegue vertical es la eliminación de las catapultas de lanzamiento para el despegue.

Pero no todo son luces en un avión de despegue vertical. Un despegue vertical es un recurso con que se cuenta pero que su utilización presenta limitaciones. Por ejemplo, el consumo de combustible en un despegue vertical es muy elevado, lo que luego limita la autonomía del avión. Igualmente está limitada la carga máxima al despegue, lo que para un avión militar resulta un claro inconveniente. Se pueden subsanar estos problemas con una pequeña carrera de despegue combinada con la utilización de los mecanismos de despegue vertical. De hecho la denominación técnica de estos aviones es “despegue y aterrizaje vertical o corto“, en inglés las siglas V/STOL. Si hay una pequeña carrera de despegue, el motor no tiene que hacer todo el trabajo de soportar el peso en bruto del avión y su carga. Al moverse el avión con una cierta velocidad, las alas empiezan a producir una sustentación suficiente para crear la fuerza de despegue adicional que compense las limitaciones.

Pero, y la rampa del portaviones ¿por qué? La rampa es una precaución adicional ante un imprevisto durante un despegue en las condiciones límite, es decir, avión a plena carga. La rampa se utiliza en un despegue combinado de carrera y vertical.

Ya en los portaviones tradicionales de aviones de combate a reacción, se había planteado la instalación de rampas de despegue. A pesar de lanzar los aviones con sus motores a plena potencia, ayudados con una catapulta y con el buque a toda velocidad y orientado contra el viento, al terminar la carrera de despegue y quedar el avión en el aire, se produce un pequeño desplome de un par de metros bajo el nivel de cubierta hasta que el avión alcanza la velocidad de vuelo y remonta. En general esto no es crítico. La cubierta está a una altura considerable del nivel del mar (por ejemplo 30 metros) y debido a la extraordinaria aceleración que le proporcionan al avión sus turbinas, en un par de segundos el avión consigue la velocidad necesaria y remonta.

En este vídeo se observa el ligero desplome en un avión catapultado en una pista plana. En condiciones más desfavorables, por ejemplo a plena carga, este desplome puede suponer un problema. La instalación de una rampa proporciona un ángulo de despegue ascendente y facilita unos segundos adicionales de seguridad hasta que el avión alcanza su velocidad de vuelo.

Vídeo de un avión F-4 catapultado 

Una patente de 1961 de Estados Unidos, la número US3000343 de WINTER, titulada “Aircraft Carrier” exploraba la utilización de una rampa de despegue en un portaviones. En la cubierta superior hay una rampa de 1° de inclinación y en la cubierta inferior figura una rampa de 5° al final de la pista de despegue con el objetivo comentado.

En los años 70 del siglo XX, a raíz de la entrada en servicio de los aviones Harrier con la capacidad V/STOL y la intención de utilizarlos embarcados, el fabricante del avión Hawker Siddeley y la Royal Air Force (RAF) británica llevaron a cabo unos estudios y ensayos que concluyeron positivamente en que la utilización de rampas de despegue podrían suponer mejoras de  rendimiento en el despegue. La efectividad era muy notable con ángulos de rampa hasta 10° aunque a partir de 20° ya no resultaba tan efectivo. El nombre con que bautizaron a esta rampa fue el de Ski-jump (salto de esquí) ya que les recordaba a los trampolines de esquí de las estaciones invernales. Es curioso ver que a veces se ha utilizado el nombre de Sky-jump (salto al cielo), pero aunque este nombre resulte incluso más simpático, debemos saber que no fue el que le pusieron los padres del dispositivo.

El Ski-jump fue incorporado inicialmente por la RAF en los años 70 del siglo XX en los pequeños portaaviones de la clase Invincible y  poco después en España en el portaeronaves Príncipe de Asturias que en aquel momento estaba en construcción. Se instaló una rampa de 12º y 46 m de longitud. El diseño del nuevo portaeronaves Juan Carlos I botado en el año 2008 y que actualmente sustituye al ya retirado Príncipe de Asturias, continuó con este dispositivo ya que incorpora en su cubierta de vuelo una ski-jump de 12º que mejora las prestaciones en combustible y carga de los aviones.

 Vista del portaviones “Juan Carlos I”  desde la amura de estribor (Fuente: Wikipedia)

El mundo de las patentes se ha hecho eco de las rampas de despegue y se pueden encontrar dentro de la Clasificación Internacional de Patentes (CIP) o en la Clasificación Cooperativa de Patentes (CPC) en la clase B63G11/00 (Portaaviones), por ejemplo utilizando la base de datos Espacenet.

Como muestra un botón, esta otra patente, de 1982 de Estados Unidos, la número US4325317, de WILFORD titulada “Aircraft carrier”. Se trata de un portaviones con catapultas pero que también dispone de una rampa de despegue retráctil que cuando se despliega tiene además un ángulo de inclinación ajustable a las condiciones de carga del avión.

Parte de la proa del portaviones con los medios de asistencia al despegue en posición retraída (Fig.8) y extendida (Fig. 9)

Para terminar les proponemos dos vídeos en los que se puede ver respectivamente el despegue  y el aterrizaje de Harriers desde el Juan Carlos I.

Vídeo del despegue                                                                     Vídeo del aterrizaje

 

 

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