Un avión de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) es un vehículo que puede despegar, flotar y aterrizar verticalmente. Esto incluye aviones de ala fija con la capacidad de despegar y aterrizar verticalmente, así como helicópteros u otros aviones con rotores motorizados.
La capacidad de los aviones VTOL para despegar y aterrizar verticalmente, así como flotar, volar lentamente y aterrizar en espacios pequeños lo distingue de los aviones convencionales. Además, los aviones VTOL más recientes en desarrollo utilizan motores eléctricos o baterías en lugar de combustible, designándolos como aviones eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL).
Cómo funcionan las aeronaves VTOL
Actualmente existen dos tipos diferentes de tecnología VTOL: aviones de ala rotatoria y propulsión.
Un avión de ala giratoria (o helicóptero) utiliza la sustentación creada por las palas del rotor que giran alrededor de un mástil central. Algunos ejemplos de helicópteros son:
- Helicóptero: los rotores giratorios del helicóptero crean un empuje como una gran hélice que se dirige verticalmente, lo que le permite despegar. Durante el vuelo, una ligera inclinación en la dirección deseada empuja parte del empuje de la aeronave y la envía hacia adelante.
- Gyrodyne: el gyrodyne también se conoce como un helicóptero compuesto porque tiene el rotor motorizado de un helicóptero, pero un sistema de empuje hacia adelante separado
- Cyclogyro: en el cyclogyro, el eje y las superficies del ala giratoria permanecen de lado a través del flujo de aire, similar a un ala convencional.
Los aviones de propulsión mecánica despegan y aterrizan verticalmente, pero se comportan de manera diferente a los helicópteros durante el vuelo. A menudo tienen un diseño de ala fija. Algunos ejemplos de aeronaves de despegue vertical son:
- Convertiplano: el convertiplano depende del rotor para levantarse al despegar, pero luego cambia a un ala fija mientras está en vuelo.
- Tiltrotor: el tiltrotor, también conocido como proprotor, mueve sus hélices o rotores en posición vertical para lograr VTOL y luego los inclina hacia adelante mientras vuela para un vuelo horizontal con alas; el ala principal permanece fija en su lugar.
- Tailsitter: el avión tailsitter se coloca verticalmente para el despegue y el aterrizaje, pero, una vez en el aire, toda la nave se inclina hacia adelante para lograr un vuelo horizontal.
En la actualidad, la mayoría de las aeronaves de propulsión mecánica son vehículos verticales y / o de despegue y aterrizaje cortos (V / STOL). Si es posible, las aeronaves prefieren realizar despegues rodantes desde una pista, ya que requiere menos empuje y aumenta significativamente el peso de despegue, el alcance o la cantidad de peso que la nave puede transportar (carga útil).
Además de operar en V / STOL, algunas aeronaves VTOL pueden cambiar a despegue y aterrizaje convencionales (CTL) o despegue y aterrizaje lentos (STOL). Sin embargo, muchos helicópteros solo pueden operar en VTOL debido a la falta de tren de aterrizaje que pueda manejar el movimiento horizontal.
Beneficios de VTOL
Dado que los aviones eVTOL recientes utilizan baterías o motores eléctricos en lugar de combustible, generan una enorme reducción en el costo de mantenimiento y combustible, lo que conduce a costos generales más bajos. Los motores eléctricos también son más eficientes energéticamente que los motores a reacción y reducirían la contaminación acústica y la emisión de gases.
La tecnología VTOL también permite que los vehículos aterricen en casi cualquier lugar. Esto hace que los aviones VTOL sean más flexibles y, por lo tanto, capaces de realizar acciones que son imposibles para los aviones convencionales. Esta flexibilidad crea una gran ventaja para las aeronaves en situaciones de combate o rescate.
Dado que el despegue y el aterrizaje no están controlados por el ala de un avión VTOL, entonces el vehículo puede construirse de tal manera que las alas estén optimizadas para la velocidad y la eficiencia. Esta construcción también puede ayudar a reducir el arrastre experimentado por el avión, haciéndolo aún más rápido.
Historia de VTOL
La idea del vuelo vertical se vio por primera vez hace miles de años en el cuaderno de bocetos de Leonardo da Vinci. Esbozó una imagen de lo que se convertiría en el helicóptero. El prototipo del primer helicóptero despegó en 1907, pero no se perfeccionó hasta después de la Segunda Guerra Mundial.
Además del helicóptero, se intentaron otras aproximaciones de aviones VTOL entre 1920 y 1930. Entre 1922 y 1925, Henry Berliner experimentó con un avión de ala fija de rotor horizontal. En 1928 y 1930, Nikola Tesla y George Lehberger recibieron patentes para aviones de ala fija VTOL algo poco prácticos con motores basculantes. Leslie Everett Baynes recibió una patente a fines de la década de 1930 para el Baynes Heliplane, otro avión de rotor basculante.
Desde la década de 1940 hasta la actualidad, se han probado más de cuarenta aviones V / STOL, pero solo cuatro han llegado a la producción. Los cuatro éxitos incluyen: el "jet de salto" británico Harrier y sus descendientes, el avión de transporte soviético An-72/74, el caza naval soviético Yak-38 y el Bell / Boeing V-22 Osprey. El V-22 Osprey se considera el primer avión de rotor basculante de producción del mundo.
A lo largo de la década de 1960, se hicieron intentos para construir un avión comercial de pasajeros con capacidades VTOL, pero ninguno llegó con éxito a la producción. Todos los prototipos fueron descartados por ser demasiado pesados y costosos para operar.
Entre 1964 y 1972, Canadair fabricó un monoplano de ala basculante de turbina V / STOL, un avión con una sola ala, llamado CL-84. El gobierno canadiense ordenó tres versiones actualizadas para evaluación militar. Estos aviones se llamaron CL-84-1. Entre 1972 y 1974, Estados Unidos mostró y evaluó el CL-84-1 a bordo de los portaaviones USS Guam y USS Guadalcanal, así como en otros lugares. Desafortunadamente, dos de los CL-84 experimentaron fallas mecánicas y se estrellaron durante las pruebas y los contratos de producción nunca se otorgaron.
En la década de 1960 y principios de la de 1970, Alemania también planeó producir tres aviones VTOL. Se construyeron dos modelos, pero el proyecto se canceló debido a los altos costos y problemas políticos.
Futuro de los aviones VTOL
Como respuesta a la rápida aceleración de la acción y la inversión en VTOL, muchas empresas aeroespaciales nuevas y tradicionales han comenzado a trabajar para construir nuevas aeronaves capaces. Varias de estas empresas predicen vuelos totalmente automatizados en el futuro. Sin embargo, también reconocen que todavía es necesario un piloto humano en la nave o en un centro de control hasta que los sistemas automatizados sean más fuertes.
En 2014, comenzaron las pruebas en el avión BlackFly VTOL, un vehículo aéreo personal (PAV) eléctrico y ligero de la empresa Opener. BlackFly se mostró por primera vez en la Convención EAA AirVenture 2018 en Oshkosh, Wisconsin. Es el primer avión eVTOL de ala fija del mundo. BlackFly presenta la realidad de una nueva era de transporte personal tridimensional.
Lilium, una startup de aviación con sede en Múnich, espera ofrecer un servicio de taxi volador a pedido, afirmando que será cinco veces más rápido que conducir. El prototipo que han desarrollado tiene dos asientos y tiene la forma de un avión convencional pero utiliza un sistema VTOL.
El proyecto uberAir, de la empresa multinacional de redes de transporte Uber, se ha comprometido a lanzar sus primeros taxis voladores con VTOL en 2020.
Si bien el futuro parece prometedor para VTOL, todavía hay una gran cantidad de desafíos técnicos tanto en el lado de la infraestructura como de la aeronave, así como obstáculos regulatorios para el diseño y las operaciones de la aeronave.
Ejemplos de aviones VTOL vistos hoy
En el sector civil, los helicópteros son las únicas naves VTOL en uso. Sin embargo, se están desarrollando muchos otros vehículos VTOL, como los taxis voladores a pedido de BlackFly y Lilium. Los aviones VTOL son más comunes en el servicio militar. El helicóptero se utiliza así como el Bell Boeing V-22 Osprey y aviones que utilizan propulsión a chorro dirigida, como las embarcaciones británicas Harrier.
Recientemente, los drones se han vuelto cada vez más populares, proporcionando un uso tanto comercial como militar. La mayoría de los drones utilizan tecnología VTOL y empresas de todo el mundo están trabajando para crear el mejor vehículo. La fotografía con drones se ha convertido en un pasatiempo para los consumidores con drones comprados en tiendas, así como en un servicio ofrecido por una variedad de empresas. Amazon Prime también está desarrollando drones como un posible método de entrega.