Biplano
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Un biplano es un avión de ala fija con dos alas principales apiladas una encima de la otra. El primer avión propulsado y controlado que voló, el Wright Flyer, utilizó una disposición de alas de biplano, al igual que muchos aviones en los primeros años de la aviación. Si bien la estructura de un ala biplano tiene una ventaja estructural sobre un monoplano, produce más resistencia que un ala monoplano. Las técnicas estructurales mejoradas, los mejores materiales y las velocidades más altas hicieron que la configuración del biplano quedara obsoleta para la mayoría de los propósitos a fines de la década de 1930.
Los biplanos ofrecen varias ventajas sobre los diseños de monoplanos voladizos convencionales: permiten estructuras de ala más livianas, carga de ala baja y menor envergadura para un área de ala determinada. Sin embargo, la interferencia entre el flujo de aire sobre cada ala aumenta sustancialmente la resistencia, y los biplanos generalmente necesitan refuerzos extensos, lo que provoca una resistencia adicional.
Los biplanos se distinguen de las disposiciones de alas en tándem, donde las alas se colocan hacia adelante y hacia atrás, en lugar de arriba y abajo.
El término también se usa ocasionalmente en biología para describir las alas de algunos animales voladores.
Características
En un avión biplano, se colocan dos alas una encima de la otra. Cada uno proporciona parte de la sustentación, aunque no pueden producir el doble de sustentación que una sola ala de tamaño y forma similar porque la superior y la inferior trabajan en casi la misma porción de la atmósfera y, por lo tanto, interfieren entre sí. 39; comportamiento de s. En una configuración de biplano sin escalonamiento del ala superior al ala inferior, el coeficiente de sustentación se reduce entre un 10 y un 15 por ciento en comparación con el de un monoplano que usa la misma superficie aerodinámica y relación de aspecto.
El ala inferior suele estar unida al fuselaje, mientras que el ala superior se eleva por encima del fuselaje con una disposición de puntales cabane, aunque se han utilizado otras disposiciones. Una o ambas alas principales pueden soportar alerones, mientras que los flaps se colocan más generalmente en el ala inferior. Casi siempre se agrega refuerzo entre las alas superior e inferior, en forma de puntales entre planos colocados simétricamente a cada lado del fuselaje y alambres de refuerzo para evitar que la estructura se doble, donde las alas no son estructuras en voladizo.
Ventajas y desventajas
La principal ventaja del biplano sobre el monoplano es su capacidad para combinar mayor rigidez con menor peso. La rigidez requiere profundidad estructural y donde los primeros monoplanos tenían que tener esto provisto de arriostramiento externo, el biplano naturalmente tiene una estructura profunda y, por lo tanto, es más fácil de hacer ligero y fuerte. Los cables de aparejo en monoplanos sin voladizo están en un ángulo mucho más agudo, lo que proporciona menos tensión para garantizar la rigidez del ala exterior. En un biplano, dado que los ángulos están más cerca del ideal de estar en línea directa con las fuerzas opuestas, la estructura general puede hacerse más rígida. Debido a la rigidez reducida, los monoplanos reforzados con alambre a menudo tenían múltiples juegos de cables voladores y de aterrizaje donde un biplano podría construirse fácilmente con una bahía, con un juego de cables voladores y de aterrizaje. Sin embargo, la resistencia adicional de los cables no fue suficiente para compensar las desventajas aerodinámicas de tener dos superficies aerodinámicas interfiriendo entre sí. Se probaron monoplanos reforzados con puntales, pero ninguno de ellos tuvo éxito, sobre todo debido a la resistencia de la cantidad de puntales utilizados.
Las fuerzas estructurales que actúan sobre los largueros de un ala de biplano tienden a ser menores, ya que se dividen entre cuatro largueros en lugar de dos, por lo que el ala puede usar menos material para obtener la misma resistencia general y, por lo tanto, es más liviana. Un área determinada del ala también tiende a ser más corta, lo que reduce los momentos de flexión en los largueros, lo que también permite que se construyan de forma más ligera. Sin embargo, el biplano necesita puntales adicionales para mantener el espacio entre las alas, lo que agrega peso y resistencia.
La baja potencia suministrada por los motores disponibles en los primeros años de la aviación limitaba los aviones a velocidades bastante bajas. Esto requería una velocidad de pérdida aún más baja, lo que a su vez requería una carga alar baja, combinando un área alar grande con un peso ligero. Obtener un área de ala lo suficientemente grande sin que las alas fueran largas y, por lo tanto, peligrosamente flexibles se logró más fácilmente con un biplano.
El ala biplano más pequeña permite una mayor maniobrabilidad. Después de la Primera Guerra Mundial, esto ayudó a extender la era del biplano y, a pesar de las desventajas de rendimiento, la mayoría de los aviones de combate eran biplanos hasta mediados de la década de 1930. Los biplanos acrobáticos deportivos especializados todavía se fabrican en pequeñas cantidades.
Los biplanos sufren interferencias aerodinámicas entre los dos aviones cuando el aire a alta presión debajo del ala superior y el aire a baja presión sobre el ala inferior se anulan entre sí. Esto significa que un biplano en la práctica no obtiene el doble de sustentación que un monoplano de tamaño similar. Cuanto más separadas estén las alas, menor será la interferencia, pero los puntales espaciadores deben ser más largos y el espacio debe ser extremadamente grande para reducirlo apreciablemente.
A medida que la potencia y la velocidad de los motores aumentaron a finales de la Primera Guerra Mundial, se volvieron prácticas alas gruesas en voladizo con una resistencia inherentemente menor y una mayor carga alar, lo que a su vez hizo que los monoplanos fueran más atractivos, ya que ayudó a resolver los problemas estructurales asociados con los monoplanos, pero ofreció poco mejora para biplanos.
Escalonar
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El diseño predeterminado de un biplano tiene las alas colocadas directamente una encima de la otra. Mover el ala superior hacia adelante en relación con la inferior se denomina escalonamiento positivo o, más a menudo, simplemente escalonamiento. Puede aumentar la sustentación y reducir la resistencia al reducir los efectos de interferencia aerodinámica entre las dos alas en un pequeño grado, pero se usó más a menudo para mejorar el acceso a la cabina. Muchos biplanos tienen alas escalonadas. Los ejemplos comunes incluyen el de Havilland Tiger Moth, Bücker Bü 131 Jungmann y Travel Air 2000.
Alternativamente, el ala inferior se puede mover por delante del ala superior, lo que brinda un tambaleo negativo y beneficios similares. Esto generalmente se hace en un diseño dado por razones estructurales o para mejorar la visibilidad. Los ejemplos de escalonamiento negativo incluyen Sopwith Dolphin, Breguet 14 y Beechcraft Staggerwing. Sin embargo, el tambaleo positivo (hacia adelante) es mucho más común.
Bahías
El espacio encerrado por un conjunto de puntales entre planos se denomina bahía (por mucho que se use la forma arquitectónica), por lo tanto, un biplano o triplano con un conjunto de esos puntales que conectan las alas a cada lado. del avión es un biplano de bahía única. Esto proporcionó la fuerza suficiente para aviones más pequeños, como el caza Fokker D.VII de la era de la Primera Guerra Mundial y el entrenador básico de Havilland Tiger Moth de la Segunda Guerra Mundial.
El Curtiss JN-4 Jenny de dos asientos más grande es un biplano de dos bahías, siendo necesaria la bahía adicional ya que las bahías demasiado largas son propensas a doblarse y pueden fallar. El caza SPAD S.XIII, aunque parece ser un biplano de dos bahías, tiene solo una bahía, pero tiene los puntos medios del aparejo reforzados con puntales adicionales; sin embargo, estos no son estructuralmente contiguos desde la parte superior hasta la parte inferior del ala. El Sopwith 1½ Strutter tiene una cabaña en forma de W, sin embargo, como no conecta las alas entre sí, no aumenta la cantidad de bahías.
Los grandes biplanos de transporte y bombardeo a menudo necesitaban aún más bahías para proporcionar la fuerza suficiente. Estos a veces se denominan biplanos de varias bahías. Una pequeña cantidad de biplanos, como el Zeppelin-Lindau D.I, no tienen puntales entre planos y se los denomina sin puntales.
Zeppelin-Lindau D.I strutless biplane
Nieuport 23 single-bay sesquiplane
SPAD S.XIII biplano monobay con struts auxiliares
Curtiss JN-4 biplano de dos bahías
Handley Page V/1500 biplano de cuatro bahías o multibay
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Aparejo
Debido a que la mayoría de los biplanos no tienen estructuras en voladizo, requieren cables de suspensión para mantener su rigidez. Los primeros aviones usaban alambre simple (ya sea trenzado o simple); sin embargo, durante la Primera Guerra Mundial, la Royal Aircraft Factory británica desarrolló un alambre de sección aerodinámica llamado RAFwire en un esfuerzo por aumentar la resistencia y reducir la resistencia. En la estructura del ala del biplano se utilizan cuatro tipos de cables. Los cables de arrastre dentro de las alas evitan que las alas se plieguen hacia atrás contra el fuselaje, corriendo dentro de una bahía de ala desde la esquina interior delantera hasta la esquina exterior trasera. Los cables anti-arrastre evitan que las alas se muevan hacia adelante cuando la aeronave se detiene y corren en dirección opuesta a los cables de arrastre. Ambos suelen estar ocultos dentro de las alas y, si la estructura es lo suficientemente rígida, pueden omitirse en algunos diseños. De hecho, muchos de los primeros aviones dependían de la cubierta de tela del ala para proporcionar esta rigidez, hasta que las velocidades y fuerzas más altas la hicieron inadecuada. Externamente, los cables de elevación evitan que las alas se plieguen y se extienden desde la parte inferior del ala exterior hasta la raíz inferior del ala. Por el contrario, los cables de aterrizaje evitan que las alas se comben y resisten las fuerzas cuando un avión está aterrizando, y se extienden desde la sección central del ala superior hasta el exterior de las alas inferiores. Se pueden usar cables de arrastre y anti-arrastre adicionales para reforzar los puntales de cabane que conectan el fuselaje a las alas, y los puntales entre planos, que conectan las alas superior e inferior entre sí.
Sesquiplano
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El sesquiplano es un tipo de biplano en el que un ala (normalmente la inferior) es significativamente más pequeña que la otra. La palabra, del latín, significa "una y media alas". La disposición puede reducir la resistencia y el peso al tiempo que conserva las ventajas estructurales del biplano. El ala inferior puede tener una envergadura significativamente más corta o una cuerda reducida.
Los ejemplos incluyen la serie de aviones militares Nieuport, desde el Nieuport 10 hasta el Nieuport 27, que formaron la columna vertebral de las fuerzas aéreas aliadas entre 1915 y 1917. El rendimiento de los sesquiplanos Nieuport fue tan impresionante que el Idflieg (la Inspección alemana de tropas voladoras) solicitó a sus fabricantes de aviones que produjeran copias, un esfuerzo que contó con la ayuda de varios aviones capturados y dibujos detallados; una de las copias más famosas fue la Siemens-Schuckert D.I. Los Albatros D.III y D.V, que también habían copiado el diseño general de Nieuport, proporcionaron de manera similar la columna vertebral de las fuerzas alemanas durante la Primera Guerra Mundial. Los sesquiplanos Albatros fueron ampliamente aclamados por sus tripulaciones aéreas por su maniobrabilidad y alta velocidad de ascenso.
Durante el período de entreguerras, la configuración de sesquiplano siguió siendo popular, con numerosos tipos como la serie Nieuport-Delage NiD 42/52/62, Fokker C.Vd & e, y Potez 25, todos sirviendo en una gran cantidad de fuerzas aéreas. En el sector de la aviación general, los aviones como la serie Waco Custom Cabin demostraron ser relativamente populares. El Saro Windhover era un sesquiplano con el ala superior más pequeña que la inferior, que era una configuración mucho más rara que la inversa. El Pfalz D.III también presentaba una disposición de sesquiplano algo inusual, que poseía un ala inferior más sustancial con dos largueros que eliminaban los problemas de aleteo encontrados por los sesquiplanos de un solo larguero.
Historia
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Sir George Cayley sugirió apilar las alas de los aviones en 1843. Hiram Maxim adoptó la idea para su plataforma de prueba a vapor, que despegó pero se mantuvo sujeta por rieles de seguridad en 1894. Otto Lilienthal diseñó y voló dos diferentes alas delta biplano en 1895, aunque es más conocido por sus monoplanos. En 1896, un grupo de hombres jóvenes en los Estados Unidos, liderados por Octave Chanute, volaban alas delta, incluidos biplanos, y llegaron a la conclusión de que el biplano reforzado externamente ofrecía mejores perspectivas para el vuelo motorizado que el monoplano. En 1903, el biplano Wright Flyer se convirtió en el primer avión propulsado exitoso.
A lo largo de los primeros años, tanto los biplanos como los monoplanos eran comunes, pero cuando estalló la Primera Guerra Mundial, los biplanos ganaron popularidad después de que varias fallas estructurales de los monoplanos dieron como resultado la "Prohibición de los monoplanos" de la RFC. cuando todos los monoplanos en servicio militar quedaron en tierra, mientras que los franceses también retiraron la mayoría de los monoplanos de las funciones de combate y los relegaron a entrenamiento. Figuras como el autor de aviación Bruce observaron que existía un prejuicio aparente incluso contra los monoplanos de nuevo diseño, como el Bristol M.1, que hacía que incluso aquellos con atributos de rendimiento relativamente altos fueran pasados por alto en favor de los "ortodoxos". 39; biplanos, y supuestamente existía una creencia generalizada en ese momento de que los aviones monoplano eran intrínsecamente inseguros durante el combate.
Entre los años 1914 y 1925, una clara mayoría de los nuevos aviones introducidos eran biplanos; sin embargo, durante los últimos años de la Primera Guerra Mundial, los alemanes habían estado experimentando con una nueva generación de monoplanos, como el Fokker D.VIII, que podría haber terminado antes con las ventajas del biplano si el conflicto no hubiera terminado cuando tenía. Los franceses también estaban introduciendo el Morane-Saulnier AI, un monoplano de parasol reforzado con puntales, aunque el tipo fue rápidamente relegado al rol de entrenador avanzado luego de la resolución de problemas estructurales. Los tipos de sesquiplanos, que eran biplanos con alas inferiores abreviadas como el francés Nieuport 17 y el alemán Albatros D.III, ofrecían una resistencia menor que un biplano convencional y eran más fuertes que un monoplano.
Durante el período de entreguerras, se introdujeron numerosos aviones biplano. El de Havilland Dragon británico fue un avión particularmente exitoso, con un diseño sencillo que podía transportar a seis pasajeros en rutas concurridas, como los servicios Londres-París. A principios de agosto de 1934, uno de esos aviones, llamado Trail of the Caribou, realizó el primer vuelo sin escalas entre Canadá continental y Gran Bretaña en 30 horas y 55 minutos, aunque el objetivo previsto para este vuelo de larga distancia originalmente había sido Bagdad, Irak. A pesar de su relativo éxito, la producción británica del Dragon terminó rápidamente a favor del de Havilland Dragon Rapide, más poderoso y elegante, que había sido diseñado específicamente para ser un sucesor más rápido y cómodo del Dragon.
A medida que aumentaba la potencia y la velocidad del motor disponible, la penalización por arrastre de los refuerzos externos limitaba cada vez más el rendimiento de la aeronave. Para volar más rápido, sería necesario reducir los refuerzos externos para crear un diseño aerodinámicamente limpio; sin embargo, los primeros diseños en voladizo eran demasiado débiles o demasiado pesados. El sesquiplano Junkers JI de 1917 utilizó aluminio corrugado para todas las superficies de vuelo, con un mínimo de puntales; sin embargo, era relativamente fácil dañar la delgada piel de metal y requería un manejo cuidadoso por parte del personal de tierra. El caza Zeppelin-Lindau D.I de 1918 era un biplano monocasco de piel estresada totalmente metálico en voladizo, pero su llegada había llegado demasiado tarde para ver el uso de combate en el conflicto.
Para la década de 1930, los biplanos habían alcanzado sus límites de desempeño y los monoplanos se volvieron cada vez más predominantes, particularmente en Europa continental, donde los monoplanos habían sido cada vez más comunes desde el final de la Primera Guerra Mundial. Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, varias fuerzas aéreas todavía tenían aviones de combate biplano en el servicio de primera línea, pero ya no eran competitivos y la mayoría se usaba en funciones específicas, como entrenamiento o operaciones a bordo, hasta poco después del final de la guerra. El biplano británico Gloster Gladiator, el Fiat CR.42 Falco italiano y los cazas sesquiplanos I-153 soviéticos todavía estaban operativos después de 1939. Según el autor de aviación Gianni Cattaneo, el CR.42 pudo lograr el éxito en el papel de caza nocturno defensivo contra Bombarderos de la RAF que atacaban objetivos industriales en todo el norte de Italia.
El brazo aéreo de la flota británica operó el bombardero torpedero Fairey Swordfish desde sus portaaviones y usó el tipo en la función de guerra antisubmarina hasta el final del conflicto, en gran parte debido a su capacidad para operar desde las cubiertas relativamente compactas de transportistas de escolta. Su baja velocidad de pérdida y su diseño intrínsecamente resistente lo hicieron ideal para operaciones incluso en las condiciones climáticas a menudo severas del Atlántico medio. Al final del conflicto, el Swordfish ostentaba la distinción de haber causado la destrucción de un mayor tonelaje de barcos del Eje que cualquier otro avión aliado.
Tanto el Heinkel He 50 alemán como el Polikarpov Po-2 soviético se utilizaron con relativo éxito en el papel de ataque terrestre nocturno durante la Segunda Guerra Mundial. En el caso del Po-2, la producción del avión continuó incluso después del final del conflicto, y no finalizó hasta alrededor de 1952. La Fuerza Aérea Popular de Corea envió un número significativo de Po-2 durante la Guerra de Corea. Guerra, infligiendo graves daños durante las incursiones nocturnas en las bases de las Naciones Unidas. El Po-2 también es el único biplano al que se le atribuye un jet-kill documentado, ya que un Lockheed F-94 Starfire se perdió mientras disminuía la velocidad a 161 km/h (100 mph), por debajo de su velocidad de pérdida, durante una intercepción en para activar el Po-2 de vuelo bajo.
Los entrenadores de biplanos posteriores incluyeron el de Havilland Tiger Moth en la Royal Air Force (RAF), la Royal Canadian Air Force (RCAF) y otros, y el Stampe SV.4, que entró en servicio en la posguerra en las Fuerzas Aéreas de Francia y Bélgica. El Stearman PT-13 fue ampliamente utilizado por la Fuerza Aérea del Ejército de los Estados Unidos (USAAF), mientras que la Marina de los EE. UU. operaba la Fábrica de Aeronaves Navales N3N. En el uso civil posterior en los EE. UU., el Stearman se asoció particularmente con acrobacias aéreas, como caminar con alas, y fumigación de cultivos, donde su compacidad funcionó bien a niveles bajos, donde tuvo que esquivar obstáculos.
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Todavía existen diseños de biplanos modernos en funciones especializadas, como acrobacias aéreas y aeronaves agrícolas, con la función y el formato de acrobacias aéreas de competición para un biplano bien definido a mediados de la década de 1930 por Udet U 12 Flamingo y Waco Taperwing. El Pitts Special dominó las acrobacias aéreas durante muchos años después de la Segunda Guerra Mundial y todavía está en producción.
La gran mayoría de los diseños de biplanos se han equipado con motores alternativos. Las excepciones incluyen el Antonov An-3 y el WSK-Mielec M-15 Belphegor, equipados con motores turbohélice y turbofan respectivamente. Algunos diseños de biplanos más antiguos, como el Grumman Ag Cat, están disponibles en versiones mejoradas con motores turbohélice.
Los dos diseños de biplanos más producidos fueron el Avro 504 británico de 1913, del cual se construyeron 11 303, y el Polikarpov Po-2 soviético de 1928, del cual se construyeron más de 20 000, siendo el Po-2 el reemplazo directo de la copia soviética del el Avro 504. Ambos fueron muy utilizados como entrenadores.
Aviones ultraligeros
Aunque la mayoría de los ultraligeros son monoplanos, las bajas velocidades y la construcción simple involucrada han inspirado una pequeña cantidad de ultraligeros biplanos, como Easy Riser de Larry Mauro (1975–). Mauro también hizo una versión alimentada con células solares que impulsan un motor eléctrico, llamado Solar Riser. El Easy Riser de Mauro fue utilizado por "Father Goose", Bill Lishman.
Otros biplanos ultraligeros incluyen el Aviasud Mistral de diseño belga, el FK12 Comet alemán (1997–), el biplano Lite Flyer, el Sherwood Ranger y el Murphy Renegade.
Evolución aviar
El dinosaurio emplumado Microraptor gui se deslizaba, y tal vez incluso volaba, sobre cuatro alas, que pueden haber sido configuradas en un arreglo de sesquiplano escalonado. Esto fue posible gracias a la presencia de plumas de vuelo tanto en las extremidades anteriores como en las posteriores, con las plumas de las extremidades anteriores abriéndose a una mayor envergadura. Se ha sugerido que las extremidades posteriores no podrían haberse abierto hacia los lados, sino que en vuelo habrían colgado debajo y ligeramente detrás de las extremidades anteriores.
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