Aerostato

Un aerostato (del griego ἀήρ aer (aire) + στατός statos (de pie), pasando por el francés) es un avión más ligero que el aire que se eleva mediante el uso de un gas flotante. Los aerostatos incluyen globos sin motor y dirigibles con motor. Un globo puede volar libremente o amarrado. La densidad media de la nave es inferior a la densidad del aire atmosférico, porque su componente principal es una o más bolsas de gas, un revestimiento ligero que contiene un gas de sustentación (incluido el aire caliente y los gases que tienen una densidad inferior a la del aire) para proporcionar flotabilidad, a la que se unen otros componentes, como una góndola que contiene equipos o personas. Especialmente en los dirigibles, las bolsas de gas suelen estar protegidas por una envoltura exterior.

Los aerostatos se denominan así porque utilizan sustentación aeroestática, que es una fuerza de flotación que no requiere movimiento a través de la masa de aire circundante, lo que da como resultado la capacidad de VTOL. Esto contrasta con los aerodinos pesados ​​que utilizan principalmente sustentación aerodinámica que requiere el movimiento de la superficie de un ala a través de la masa de aire circundante. El término también se ha utilizado en un sentido más estricto, para referirse al globo atado estáticamente en contraste con el dirigible de vuelo libre. Este artículo utiliza el término en su sentido más amplio.

Terminología

En el uso convencional, el término aerostato se refiere a cualquier aeronave que permanece en el aire principalmente utilizando flotabilidad aeroestática.

Históricamente, todos los aerostatos se llamaban globos. Los tipos propulsados ​​capaces de volar horizontalmente se denominaban globos dirigibles o simplemente dirigibles (del francés dirigeable que significa orientable). Estos aerostatos propulsados ​​​​más tarde se denominaron aeronaves, y el término "globo" se reservó para los tipos sin motor, ya sea atados o de flotación libre.

Más recientemente, la Oficina de Responsabilidad del Gobierno de EE. UU. ha utilizado el término "aerostato" en un sentido diferente, para distinguir el globo atado estáticamente del dirigible de vuelo libre.

Tipos

Globos

Un globo es un aerostato sin motor que no tiene medios de propulsión y debe estar atado a un cable largo o dejarse llevar libremente por el viento.

Aunque un globo libre viaja a la velocidad del viento, viaja con el viento para que el pasajero sienta el aire en calma y sin viento. Para cambiar su altitud sobre el suelo, debe ajustar la cantidad de sustentación o descartar el peso del lastre. Los usos notables de los globos de vuelo libre incluyen globos meteorológicos y globos deportivos.

Un globo atado se mantiene sujeto por una o más líneas de amarre o ataduras. Tiene suficiente sustentación para mantener la línea tensa y su altitud se controla tirando o sacando la línea con un cabrestante. Un globo atado siente el viento. Un globo redondo es inestable y se balancea con vientos fuertes, por lo que el globo cometa se desarrolló con una forma aerodinámica similar a una aeronave no rígida. Tanto los globos cometa como los dirigibles no rígidos a veces se denominan "dirigibles". Los usos notables de los globos atados incluyen globos de observación y globos de bombardeo y los usos notables de globos no atados incluyen globos de espionaje y globos de fuego.

Dirigibles

Una aeronave es un aerostato motorizado de vuelo libre que se puede dirigir. Los dirigibles se dividen en tipos rígidos, semirrígidos y no rígidos, estos últimos a menudo conocidos como dirigibles.

Un dirigible rígido tiene una estructura exterior o piel que rodea las bolsas de gas de elevación en su interior. La envoltura exterior mantiene su forma incluso si las bolsas de gas están desinfladas. Los grandes dirigibles zepelín del siglo XX eran tipos rígidos.

Un dirigible o dirigible no rígido se desinfla como un globo a medida que pierde gas. Los dirigibles de Goodyear todavía son comunes en los Estados Unidos.

Una aeronave semirrígida tiene una bolsa de gas desinflable como una no rígida pero con una estructura de soporte para ayudarla a mantener su forma en el aire. El primer dirigible práctico, el Santos-Dumont No. 6, era un semirrígido.

Algunas aeronaves obtienen sustentación aerodinámica adicional a medida que viajan por el aire, utilizando la forma de su envoltura o mediante la adición de aletas o incluso alas pequeñas. Los tipos diseñados para explotar este efecto de sustentación en un crucero normal se denominan aeronaves híbridas.

Aerostatos híbridos

Un tipo híbrido utiliza tanto la flotabilidad estática como el flujo de aire dinámico para proporcionar sustentación. El movimiento dinámico puede crearse utilizando la potencia propulsora como un dirigible híbrido o atándose al viento como una cometa, como un helikita o un kytoon.

El Allsopp Helikite es una combinación de un globo de helio y una cometa para formar un solo avión atado aerodinámicamente sólido, que explota tanto el viento como el helio para su sustentación. Las helikitas son semirrígidas. Las helikitas se consideran los aerostatos disponibles más estables, energéticamente y rentables.Esto le da a Helikites varias ventajas sobre los aerostatos tradicionales. Los aerostatos tradicionales necesitan utilizar gas helio de elevación relativamente baja para combatir los fuertes vientos, lo que significa que necesitan una gran cantidad de gas para hacer frente y, por lo tanto, son muy grandes, difíciles de manejar y costosos. Los helikitas aprovechan la sustentación del viento, por lo que solo necesitan ser una fracción del tamaño de los aerostatos tradicionales para operar con vientos fuertes. Los helikitas vuelan muchas veces a mayor altura que los aerostatos tradicionales del mismo tamaño. Al ser más pequeño, con menos costuras de construcción, los Helikites tienen problemas mínimos con las fugas de gas en comparación con los aerostatos tradicionales, por lo que los Helikites usan mucho menos helio.

Los helikitas no necesitan globos y, por lo tanto, su construcción es más simple que los aerostatos tradicionales y no necesitan energía eléctrica constante para mantenerse en el aire. Las helikitas también son extremadamente estables y también lo son buenas plataformas aéreas para cámaras o instrumentos científicos. Los pequeños Helikites volarán en todos los climas, por lo que estos tamaños son populares ya que son muy confiables pero fáciles de manejar y no requieren cabrestantes grandes y costosos. Los helikitas pueden ser lo suficientemente pequeños como para caber completamente inflados en un automóvil, pero también pueden hacerse grandes si se requieren cargas útiles pesadas para volar a grandes altitudes. Los helikitas son uno de los diseños de aerostatos más populares y son ampliamente utilizados por la comunidad científica, militares, fotógrafos, geógrafos, policías y socorristas.

Los helikitas varían en tamaño desde 1 metro (volumen de gas 0,13 m) con una elevación de helio puro de 30 g, hasta 14 metros (volumen de gas 250 m) capaces de levantar 117 kg. Los Helikites pequeños pueden volar hasta altitudes de 1000 pies, y los Heikites medianos hasta altitudes de 13 000 pies, mientras que los Heikites grandes pueden alcanzar los 7000 pies.

Piasecki Helicopter desarrolló el Piasecki PA-97 Helistat utilizando los sistemas de rotor de cuatro helicópteros obsoletos y un dirigible no rígido de la Marina excedente, para proporcionar la capacidad de levantar cargas más pesadas que las que podría proporcionar un solo helicóptero. La aeronave sufrió un accidente fatal durante un vuelo de prueba. En 2008, Boeing y SkyHook International resucitaron el concepto y anunciaron una propuesta de diseño del SkyHook JHL-40.

Levantamiento de gases

Para proporcionar flotabilidad, cualquier gas de elevación debe ser menos denso que el aire circundante. Un globo de aire caliente está abierto en la parte inferior para permitir que entre aire caliente, mientras que el globo de gas está cerrado para evitar que escape el gas de elevación (frío). Los gases de elevación comunes han incluido hidrógeno, gas de carbón y helio.

Aire caliente

Cuando se calienta, el aire se expande. Esto reduce su densidad y crea sustentación. En China se han volado pequeños globos aerostáticos o linternas desde la antigüedad. El primer aerostato moderno para levantar personas, fabricado por los hermanos Montgolfier, fue un globo aerostático. Sin embargo, la mayoría de los primeros globos eran globos de gas. El interés por el deporte de los globos aerostáticos se reavivó en la segunda mitad del siglo XX e incluso se han volado algunos dirigibles de aire caliente.

Hidrógeno

El hidrógeno es el más ligero de todos los gases y un globo de hidrógeno tripulado voló poco después de los hermanos Montgolfier. No hay necesidad de quemar combustible, por lo que un globo de gas puede permanecer en el aire mucho más tiempo que un globo de aire caliente. Como resultado, es mucho más seguro sin ninguna llama a bordo. El hidrógeno pronto se convirtió en el gas de elevación más común tanto para globos como, más tarde, para aeronaves. Pero el hidrógeno en sí mismo es inflamable y, luego de varios desastres importantes en la década de 1930, dejó de usarse.

Gas de carbón

El gas de carbón comprende una mezcla de metano y otros gases, y normalmente tiene aproximadamente la mitad del poder de elevación del hidrógeno. A fines del siglo XIX y principios del XX, las obras municipales de gas se volvieron comunes y proporcionaron una fuente barata de gas de elevación. Algunas obras lograron producir una mezcla especial para eventos de globos aerostáticos, incorporando una mayor proporción de hidrógeno y menos monóxido de carbono, para mejorar su poder de sustentación.

Helio

El helio es el único gas de elevación que no es inflamable ni tóxico, y tiene casi tanto poder de elevación (alrededor del 92%) como el hidrógeno. No se descubrió en cantidad hasta principios del siglo XX, y durante muchos años solo EE. UU. tuvo suficiente para usar en aeronaves. Casi todos los globos de gas y aeronaves ahora usan helio.

Gases de baja presion

Aunque actualmente no es práctico, puede ser posible construir una estructura rígida, más liviana que el aire que, en lugar de estar inflada con aire, esté al vacío en relación con el aire circundante. Esto permitiría que el objeto flote sobre el suelo sin ningún tipo de calor o gas de elevación especial, pero los desafíos estructurales de construir una cámara de vacío rígida más liviana que el aire son bastante significativos. Aun así, puede ser posible mejorar el rendimiento de los aerostatos más convencionales cambiando el peso del gas por el peso estructural, combinando las propiedades de sustentación del gas con vacío y posiblemente calor para mejorar la sustentación.