En anteriores posts se había comentado la historia de los gigantescos Ekranoplanos. A pesar que el desarrollo de estas naves se vio frenado por la desintegración de la Unión Soviética no debemos pasar por alto que poseían unas limitaciones técnicas importantes.
En primer lugar los vehículos WIG eran muy inestables. Recordar que hablamos de un vehículo que se desliza sobre aire a una alta velocidad. Las pequeñas turbulencias que se generan en la superficie del agua afectan a la estabilidad en el movimiento del mismo. La estabilidad longitudinal ha sido siempre un quebradero de cabeza para este tipo de vehículos. Cuando no se diseña con cuidado, los vehículos WIG muestran una fuerte tendencia al cabeceo en caso de perder el efecto suelo. Los vehículos marinos de planeo muestran el mismo problema cuando una pequeña ola o golpe de viento los hace abandonar el estado de equilibrio en el que se encuentran.
La razón estriba en que el punto de aplicación del efecto sustentación en un ala está retrasado y se mueve hacia delante de manera muy rápida al perder esa fuerza sustentadora debida al efecto suelo. Dicho problema se intenta resolver con la adicción de una cola al aparato que estabiliza estos movimientos. También un diseño con una acertada posición del centro de gravedad del aparato ayuda en gran medida a mantener la estabilidad. Los vehículos WIG con delta invertida han demostrado ser más estables, razón por la cual es la disposición más ampliamente elegida hoy día. Otros factores como el perfil de las alas han demostrado ser también críticos para mantener la estabilidad del aparato.
El efecto suelo del que tanto hablamos no es algo exclusivo de este tipo de vehículos. Desde el principio de la aviación se ha conocido este fenómeno tan interesante. Es común para un piloto sentir algo extraño justo en el momento del aterrizaje. En ese instante parece como si el avión quisiera seguir volando, resultado del colchón de aire almacenado entre la pista y el ala del mismo. El efecto es mucho más acusado en aeronaves con alas alargadas y bajas.
Es muy probable que los hermanos Wright hubieran aprovechado el efecto suelo para sus famosos vuelos en Kitty Hawk. A continuación se observa la distribución del aire en un ala volando a gran altura y afectada por el efecto suelo. Las zonas rojas son de alta presión, las verdes corresponden a la presión atmosférica y las azules son zonas de baja presión.
Se observa por un lado como bajo el efecto suelo la zona de alta presión es mayor y la zona de baja presión en el borde ataque es también mayor. Ambos fenómenos ayudan a elevar el ratio entre sustentación y arrastre en relación a los niveles de un vuelo normal. En un vuelo comercial esta relación puede acercarse a 20 mientras que las pequeñas aeronaves ronda 15. Un vehículo bajo el efecto suelo puede alcanzar 23 e incluso más para WIG grandes. Este ratio se traduce en un menor consumo de combustible por kilogramo transportado.
Hasta aquí parece que los Ekranoplanos son todo ventajas para el transporte de mercancías de manera rápida, pero es quizás el despegue el factor que perjudica a estos vehículos. En efecto, durante el despegue el vehículo puede experimentar muchos problemas. Cuando una aeronave despega no está haciendo más que mover una enorme cantidad de aire hasta unas condiciones tales que le permita la sustentación autónoma, esta actividad la realiza a base de la potencia de sus motores a expensas de un consumo desaforado de combustible. Un buque WIG es lo mismo pero con el terrible problema que conlleva desplazar ingentes cantidades de agua. Como cualquier usuario de un buque sabe, el consumo se dispara al aumentar la velocidad por la gran cantidad de agua a mover alrededor del casco del buque.
Es por tanto necesario para el despegue de un WIG una cantidad enorme potencia. De hecho la dimensión de los motores se realiza en base a las necesidades de potencia en el despegue del vehículo. Esto es debido a varias razones, por un lado es en el despegue donde mayor potencia se requiere y por otro el rango de velocidad de un WIG esta altamente limitado. Un aumento de la potencia a fin de incrementar la velocidad empeora la inestabilidad en mayor medida. Es por esta razón que la velocidad se limita y la potencia de los motores solo es crítica para el despegue (con el efecto suelo operando la potencia se limita para controlar la velocidad).
Cuando un vehiculo se desplaza por el agua se provoca una onda en su frente que aumenta con la velocidad del mismo. Esta onda y la propia viscosidad del medio por el que se mueve hacen que el arrastre soportado por el vehículo crezca de manera muy rápida momentos antes del despegue. Este momento se conoce como tope de arrastre y su velocidad asociada como tope de velocidad. El vehículo necesita superar esa onda generada, escalar su propia ola[NSFW], antes de poder ir más rápido.
En la gráfica se observa ese pico de arrastre antes del despegue y la curva de potencia del vehículo. Esta habrá de ser mayor que ese máximo de la función de arrastre. El corte de la curva de arrastre y de potencia daría la hipotética velocidad máxima del vehículo (esta no tiene porque ser en la práctica la máxima, recordar que esta se consigue a través de criterios de estabilidad).
Otro factor limitador de un WIG es la altura de las olas con las que son capaces de navegar y aterrizar. Una inesperada ola a más de 400 Km/h puede dañar de manera trágica un vehículo de este tipo. La resistencia y diseño del casco son críticos en estos casos. De hecho las solicitaciones de diseño de estos se basan en la altura de las olas a las que podrían hacer frente.
Ya por último debemos hablar de la maniobrabilidad, en general esta es mala a bajas velocidades. Como explicamos antes, el diseño del navío no lo distingue demasiado bien para maniobras dentro del agua. De hecho uno de los mayores riesgos de su uso en caso de guerra era la baja velocidad de maniobra y amplios radios de giro necesarios para operar navegando. Si tenemos en cuenta la gran potencia y longitud de despegue necesarios, el Ekranoplano no podía competir con otro tipo de vehículos en enfrentamientos cercanos. Es por esta razón que las versiones militares se equipaban con proyectiles de largo alcance a fin de evitar una confrontación directa.
A la vista de esta serie de características, ¿Dónde podrían operar los WIG hoy día?. Además de cómo juguetes de millonarios extravagantes, son validos para el transporte de pasajeros en distancias intermedias y a altas velocidades, terreno ocupado hoy día por turbohélices. La ventaja obvia de estos es su flexibilidad y el hecho de no necesitar de ninguna infraestructura para despegar y aterrizar.
Mucha más información en la excelente THE WIG PAGE
Muy interesante.