Alas flexibles y batientes

El vuelo es una actividad tan compleja que los hombres no hemos conseguido dominar sus mecanismos hasta el siglo pasado y eso de una manera bastante burda, comparada con la elegancia de los animales que vuelan hoy día, aves, murciélagos e insectos. Éstos despegan, aterrizan, planean y se lanzan en picado ajustando, sin esfuerzo, la configuración y forma de sus alas según sus necesidades. También, dependiendo de su tamaño, tienen distinta forma de volar, no vuela un vencejo igual que un buitre leonado.

El diseño más temprano de una máquina voladora con alas flexibles y batientes, inspirada en el vuelo de los pájaros se debe a Leonardo da Vinci, en el siglo XVI (ver la imagen de abajo). El enorme desafío que significaba replicar el vuelo de los pájaros y la incapacidad de la tecnología de la época para construir tal artilugio, confinaron la idea al papel exclusivamente.

Los hermanos Wright, y Lilienthal antes que ellos, comprendieron la naturaleza del vuelo observando a las aves. De hecho, los hermanos Wright, diseñaron el control de su avión mediante el alabeo de las alas, imitando a lo que habían observado en las aves.

Glenn Curtiss y otros, para burlar la patente de los hermanos Wright, introdujeron el uso de alerones para conseguir el control lateral, iniciando con ello el camino que ha conducido a las alas actuales, estructuras fuertes con cierta elasticidad dotadas de superficies móviles, hipersustentadoras y de control.

Sin embargo, a finales de los años 80 del siglo XX, en la base Wright-Patterson de la USAF, se hicieron trabajos para construir un ala adaptable a la fase del vuelo. Utilizaron estructuras rígidas, mecanismos complejos y pesados, con potentes actuadores que hacían que la estructura del ala se flexionara para adaptarse a las distintas geometrías. La aerodinámica conseguida se mostró prometedora, pero la estructura resultante era demasiado pesada y compleja, como para ser práctica.

El diseño de un ala utilizable de geometría adaptable, implica satisfacer muchos requisitos contradictorios. Debe ser ligera pero lo suficientemente sólida como para soportar las cargas aerodinámicas.

Fiable, para trabajar durante miles de horas, expuesta a la radiación solar, a la intemperie, con drásticos cambios de temperatura y humedad. Sencilla de construir, montar y mantener.

Sridhar Kota, profesor en la Universidad de Michigan, diseñó un ala flexible con una estructura pensada para que se deforme cuando un motor interno aplique una fuerza, pero que se mantiene rígida cuando se aplican fuerzas exteriores. Para desarrollar este concepto y realizar aplicaciones prácticas, Sridhar Kota fundó FlexSys. Con la ayuda de los laboratorios de investigación de la USAF, FlexSys ha diseñado una superficie alar, Flexfoil, que se comba y se torsiona en la dirección de su envergadura sustituyendo de esta forma a los flaps de borde de salida. Esta configuración reduciría el ruido y el consumo de combustible.

Por otro lado, el paleontólogo Michael Habib de la Universidad Johns Hopkins estudia la biomecánica de los pterosaurios, los animales voladores más grandes que hayan existido jamás.

Poseían una anatomía de vuelo peculiar distinta de la de aves y murciélagos. Esto les convierte en un modelo singular de la mecánica del vuelo, aplicable a aviones de cierto tamaño. Sus alas estaban formadas por una compleja membrana sostenida por el cuarto dedo de la mano, que estaba hipertrofiado. Al alzar el vuelo, los dedos se curvaban por la fuerza del batido descendente y volvían a su posición de partida, como un muelle, con el batido ascendente. Para volar los pterosaurios mantenían una tensión uniforme en las membranas de las alas. Con el cuarto dedo podían transformar la forma de las mismas para sacar el mejor partido de las condiciones de vuelo y controlar la velocidad. Las membranas de las alas estaban formadas por tres capas de fibras gruesas y largas, entrecruzadas con fibras más pequeñas, formando una suerte de estructura geodésica.

Cada fibra se movía de forma independiente bajo la fuerte presión del aire, pero en virtud de sus distintas dimensiones vibraban con frecuencias opuestas que, sumadas, se anulaban permitiendo que el ala permaneciera firme. Esta propiedad puede ser útil, no solo para alas adaptables, sino también para paracaídas, parapentes y carpas.

La comparación de la silueta de un pterosaurio con las mayores aves actuales, que son el albatros viajero y el cóndor andino se muestra en la imagen de abajo. De acuerdo con esta comparación parece que el pterosuario era un buen planeador.

(A:pterosaurio; B:albatros viajero; C: condor)

Como conclusión a todo lo anterior, podemos decir que el reino animal presenta cuatro soluciones principales para resolver el problema de elevar en el aire un cuerpo más pesado que éste: pterosaurios, aves, murciélagos e insectos. De estos últimos no hemos hablado, pues merecen capítulos aparte. Todos estas soluciones usan los principios de la aerodinámica de forma muy ingeniosa, aplicable, con la tecnología adecuada, a los artefactos voladores del hombre. Esto puede dar lugar a nuevos diseños de vehículos aéreos que podrían utilizarse en entornos peligrosos, o como vehículos exploradores en las atmósferas de otros planetas y satélites del Sistema Solar (Venus, Titán, etc.).

Bibliografía:
Investigación y Ciencia, números de Julio y Septiembre 2014
Wikipedia