Patente española de un simulador de vuelo ¡en los años 40!

Como última entrada de este año 2022, vamos a traer un invento español. ¡Esperamos que la disfrutéis!

En el blog hemos ido presentando distintos simuladores o protosimuladores de vuelo fabricados en casi todo el mundo. Y, como no, en España también se diseñó al menos uno.

Lo hemos re-descubierto a través del blog de Alejandro Polanco, Tecnología Obsoleta. La solicitud, de mayo de 1942, es de Carlos Ferrándiz Arjonilla, piloto al mando de la Tercera Escuadrilla Azul.

No sabemos si estaría al tanto de los desarrollos realizados en otros países, o si tan solo es fruto del desarrollo concurrente, misma necesidad nacida en distintos lugares que llevan a mismas soluciones o, al menos, similares. Y la necesidad era clara: formar pilotos de forma económica y sin riesgo.

La enseñanza del pilotaje de aviones, tal y como se da actualmente, volando desde el primer día en un avión de escuela, tiene como inconvenientes principales que el alumno ha de realizar sus primeros pasos dentro de un medio, el aire, nuevo totalmente para él, lo que le excita y perturba, y además no resulta económica por cuanto desde el primer día hay consumo de gasolina, desgaste de material, etc. A evitar estos inconvenientes tiende el procedimiento que es objeto de esta patente, dando tranquilidad al alumno, economía en la enseñanza y una difusión ilimitada al deporte de volar.

Carlos Ferrándiz Arjonilla en la introducción de la patente

Por esta fecha se estaba utilizando el Link Trainer profusamente en Estados Unidos. Pero el simulador estaba más orientado al vuelo instrumental. El simulador de Carlos Ferrándiz Arjonilla estaba orientado al vuelo visual, en dos de sus variantes, y al vuelo a ciegas (o instrumental) en la tercera.

El simulador contaba con una o varias barquillas articuladas en tres ejes de libertad, para dotarles de movimiento de cabeceo, alabeo y guiñada. Lo novedoso respecto a otros sistemas de la época, o algo anteriores, que hemos presentado aquí es que ya cuenta con la proyección sintética de un entorno simulado, ¡y además de manera estereoscópica! Además contaría con una plataforma de aterrizaje con un grado de libertad, arriba abajo, y una cinta sin fin, para simular desplazamientos en tierra.

…dotado el alumno de un dispositivo óptico estereoscópico por el que se le hace mirar, se le aparece simultáneamente el avión que se supone que pilota, el terreno imaginario que se mueve, y el cielo y horizonte imaginarios que le sirven de referencia, con la combinación de cuyos elementos se pone al alumno, aunque ilusoriamente, en las mismas condiciones en que se halla al despegar, pilotar y aterrizar con un aparato real.

Carlos Ferrándiz Arjonilla en la patente

Además distinguía tres tipos de distintas instalaciones, por ejemplo al aire libre, donde no hacía falta proyectar un horizonte, pues se disponía del natural, otra en una habitación, diseñada como parte del simulador, y una tercera con una capota cerrada equipada con todos los instrumentos necesarios para volar a ciegas, para practicar el vuelo instrumental, similar entonces al diseño de Ed Link.

Junto con el diseño del sistema estereoscópico para ver el avión propio en 3 dimensiones, contemplaba el diseño de los mecanismos de actuación de las cabinas, para que respondieran a las entradas de los alumnos. Así pues el alumno contaría con los mandos de vuelo clásicos (gases, palanca o volante, pedales, etc), que actuarían enviando señales a los motores eléctricos que debían cambiar la actitud de la cabina, actuando sobre los tres ejes de giro de la misma.

Para complementar la sensación de movimiento de la barquilla articulada, se planteaba que el tapiz en el que se encontraba el horizonte, el cielo y la tierra, pudieran a su vez desplazarse, simulando así los distintos puntos de vista en función de si el avión está en tierra con el patín de cola en el suelo, en carreteo, en ascenso o en descenso.

Otro tapiz móvil en el suelo, tipo cinta sin fin, se encargaría de simular el movimiento del avión en tierra. Además la cabina estaría dotada de unas ruedas y un patín de cola para simular el contacto con la plataforma de aterrizaje.

Esta plataforma de aterrizaje contaría con una cinta sin fin, como hemos descrito anteriormente, y un grado de libertad, desplazamiento vertical. El choque de la plataforma de aterrizaje con las ruedas, más las vibraciones introducidas en el sistema óptico, darían la sensación de haber tomado tierra.

Para despegar las ruedas de la plataforma de aterrizaje habría que alcanzar la velocidad mínima de despegue. ¡Incluso contemplaba la simulación de la entrada en pérdida! Una vez el alumno llegara a la velocidad de pérdida, la cabina y demás dispositivos se moverían de tal modo que darían la sensación de que el avión se encontraba en actitud de descenso, y los mandos dejarían de responder.

No tenemos constancia, sin embargo, de que se realizara ningún prototipo.

Fuente: la patente

P-51 Mustang con motor Griffon instalado a lo P39

Perfil del Mustang FTB, vía Wikipedia

Siempre creímos que no había Mustang feo. Un caza que sufrió numerosas modificaciones, para convertirlo en avión naval, de reconocimiento, de ataque a tierra, banco de ensayos de cañones de 40mm, avión de ataque con cañones sin retroceso de 106mm… Incluso el Mustang con estatorreactores o con alas en flecha invertida tenía un aire futurista y elegante muy atractivo. Hasta que descubrimos esta versión.

Alzado, planta y perfil del Mustang FTB

Se trata de un Mustang Mark I británico, número de serie AL960 de la RAF, muy modificado.

Del Mustang X, el P-51 experimental que supuso el cambio de motorización Allison a motorización Rolls Royce, había nacido el magnífico P51-D, posiblemente el caza más conocido de la Segunda Guerra Mundial, junto con el Spitfire.

Teniendo en cuenta este éxito, Rolls Royce propuso utilizar la célula del Mustang junto con su Griffon 65, de 2000hp, y un par de hélices contrarrotatorias.

El modelo nunca recibió designación oficial, por eso se le conoce como Mustang FTB (Flying Test Bed). Esto es, Mustang banco de pruebas en vuelo.

El Ministerio de Producción Aérea proporcionó tres fuselajes Mustang Mark I, de excedentes, a Rolls Royce, que los canibalizó para construir la maqueta demostradora de su avión.

La maqueta vista frontalmente

Dado que del AL960 (un NA-83) se utilizaron fuselaje y empenaje, el Mustang FTB conservó el número de serie de éste.

Vista trasera izquierda de la maqueta

La maqueta de FTB se completó sin el motor Griffon 65 y, temporalmente, se instaló un Merlin 61, hasta que el Griffon estuvo disponible. Se mostró esta primera maqueta, con alas de madera, y tras ello el Ministerio de Producción Aérea dio el visto bueno a una segunda maqueta, más completa y desarrollada.

Dos Griffon 71 se prestaron al proyecto, y al menos uno de ellos llegó a estar instalado.

También se había obtenido el empenaje de un Tempest, posiblemente tras los resultados obtenidos en el túnel de viento, que sugerían que una mayor superficie de cola era necesaria.

El FTB fue examinado por representantes del Ministerio del Aire a principios de 1944 con muy poco entusiasmo y no se le dio prioridad al proyecto, ya había otros aviones en producción o en desarrollo que alcanzaban las prestaciones que se esperaban tener con este prototipo.

Visión artística de cómo hubiera quedado el avión en vuelo

La instalación del motor y el amplio fuselaje hubieran permitido en un futuro haber actualizado la planta motriz de motor de pistón a turbohélice. Su posición, cerca del centro de gravedad, era favorable a una mejor maniobrabilidad, actualizaciones de motor más sencillas (por no cambiar el centro de gravedad con el cambio de motor), y permitía una mejor visibilidad al piloto al situarlo cerca del morro y por delante del ala.

El avión nunca se completó. El contrato de desarrollo se dió por terminado. La maqueta fue desguazada.

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Fuentes

¡Feliz Navidad!

Como cada año, me gusta seleccionar una postal de Navidad aerotrastornada y clásica para felicitaros las fiestas. Y puesto que este enero que entra será el primer centenario del vuelo del autogiro… no quedaba más elección posible. La postal de este año, por cierto, es una de las diseñadas y enviadas a sus amigos por Amelia Earhart (AE) y George Palmer Putnam (GPP).

Así que, Feliz Navidad, Felices Vuelos, ¡Y Felices aterrizajes!

Postal vía Kansaspedia

NASA prueba rotores del octocóptero que volará en Titán

La NASA ha probado en el túnel de viento de Langley una pareja de rotores del helicóptero multirrotor que mandará a Titán, la luna de Saturno, con la misión Dragonfly.

Los investigadores simularon las condiciones previstas para el vuelo estacionario, el descenso y el ascenso, y evaluaron las cargas aerodinámicas de cada rotor con una variedad de velocidades del viento, ángulos del eje de giro y velocidades de rotación. También realizaron pruebas con un rotor en funcionamiento y el otro inmóvil para evaluar los modos de seguridad ante el fallo.

Los sensores y acelerómetros en el especimen de prueba midieron las cargas y aceleraciones en cada rotor. El análisis preliminar de los datos indica que las predicciones de CFD (computación de fluidos por ordenador) sobre el rendimiento del rotor y los requisitos de potencia son válidas, y predicciones similares para la operación en Titán están dentro de las tolerancias esperadas de la misión.

Las pruebas en esta instalación única en su tipo fueron un primer paso crucial para hacer realidad esta emocionante misión. Los datos que recopilamos en el tunel de viento nos darán una imagen mucho más clara de cómo podemos esperar que funcionen los rotores de Dragonfly en la atmósfera alienígena de Titán.

Richard Heisler, líder de ensayos en túnel de viento para Dragonfly

Se trata del helicóptero de la misión Dragon Fly. El helicóptero será un octorrotor, de 450kg, cuyo fuselaje medirá unos 2m de largo (del morro a la cola) y otros dos de ancho (del punto más externo del diámetro descrito por las palas del rotor al otro).

El lanzamiento de Dragonfly está programado para 2027, y la llegada a Titán para 2034, cuando comenzará lo que se espera sea una misión de 3 años para explorar y arrojar luz sobre la compleja química en el exótico satélite. Fue seleccionado en junio de 2019 como parte del programa New Frontiers de la NASA, que incluye la misión New Horizons a Plutón y el Cinturón de Kuiper, Juno a Júpiter y OSIRIS-REx al asteroide Bennu. Dragonfly está dirigido por la investigadora principal Elizabeth Turtle en APL, que se encuentra en Laurel, Maryland.

Se convertiría así en el segundo helicóptero en volar en una atmósfera distinta de la de la Tierra, habiendo sido el primero el Ingenuity (~2kg de masa al despegue y 1.2m de diámetro de rotor).

Las condiciones que se va a encontrar el Drafonfly en Titán son justo las contrarias que el Ingenuity en Marte. Si en Marte había que volar en una atmósfera mucho menos densa que la terrestre y con mucha menos presión, en Titán el octorrotor deberá volar en una atmósfera que se encuentra a unos -177ºC, 1.6 atmósferas de presión y que tiene una densidad de 5.9kg/m³, y 1.35m/s² de aceleración de la gravedad frente a los 15ºC, 1 atmósfera, 1.225kg/m³ y 9.81m/s² de la Tierra.

Por comparar, la gravedad de Marte es entorno a un tercio de la de la Tierra (3.72m/s² frente a los 9.81m/s²). Sin embargo ¡la densidad de la atmósfera es de un 1% la de nuestro planeta (~0.01kg /m3 frente a los 1.225kg/m3).

Así pues el diseño tiene que afrontar los problemas opuestos a los que os contamos que tenía que superar el Ingenuity: muchísima densidad y poca aceleración de la gravedad.

La sustentación depende proporcionalmente de la densidad del aire y de la velocidad de rotación de los rotores de los rotores. La sustentación ha de vencer al peso para que Dragonfly pueda volar. Al tener mucha más densidad que en Marte, no será necesario que roten tan rápido como las del Ingenuity. Así pues, como en el caso del helicóptero marciano, aunque las leyes de la aerodinámica son conocidas, tendrán que rediseñar todo, posiblemente incluso los perfiles aerodinámicos, para adaptarlos a la atmósfera de Titán.

Otros retos de la ingeniería será la elección de los materiales, puesto que sus propiedades mecánicas se degradan mucho con temperaturas tan bajas, el diseño de la electrónica, así como la navegación: como en el caso de Marte no se cuenta con una red de satélites para dotar de navegación GPS al helicóptero.

Fuentes

NASA [ -1-] y [-2-], las fotos se las he robado a Daniel Marín.

[Podcast] Elisa «Chichana» Patiño, primera aviadora española, con Elvira Menéndez (actriz, guionista y escritora)

Hoy os dejamos el último podcast del año. Y para ello contamos con una colaboración maravillosa, ¡de lujo! ni más ni menos que Elvira Menéndez, actriz, guionista y escritora, que nos cuenta la historia de Elisa «Chichana» Patiño, la primera aviadora española, aunque nunca llegara a obtener su licencia de vuelo.

El podcast se puede enontrar en Amazon Music, Apple Podcast, Google Podcast, Ivoox, Spotify

pd: Si la intro y la despedida os son familiares, que no os sorprenda. En un ejercicio de nostalgia podcasteril he hablado con Javier Lago para pedirle permiso y utlizar la introducción que hizo para el que, si no recuerdo mal, fue el primer podcast español sobre aviación: Remove Before Flight RBF podcast