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Es/Pilotando warbirds

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Thorsten

Estado: Nov. 9th, 2009

Los aviones militares de la Segunda Guerra Mundial ('warbirds') son divertidos de volar porque son muy maniobrables y rápidos, pero al mismo tiempo son retadores porque reaccionan de varias formas diferente a los aviones modernos. El siguiente texto aplica a los warbirds como aviones militares propulsados por una hélice con un motor con rueda de cola. FlightGear va incorporando modelos y ahora incluye el P-51D, el A6M2, el Spitfire IIa, el Seafire IIIc, el Bf-109 G15 o el Fw-190 A8, pero por ejemplo no otros aviones de la Segunda Guerra Mundial como el Me-262 (un caza), el B-17 Flying Fortress (un bombardero de cuatro motores) o el P-38 Lightning (a avión de dos motores).

Las principales dificultades para volar warbirds vienen de las siguientes características:

  1. tienen un único motor, muy poderoso.
  2. aceleran y deceleran en la pista con la cola baja y el morro alto.
  3. necesitan ser operados para velocidades aerodinámicas muy diferentes.

A continuación intento enumerar los retos típicos de volar warbirds y las soluciones que he encontrado. He probado con las versiones de FlightGear 0.9.10 y 1.9.1.

Descargo de responsabilidad: No soy ni un piloto militar ni un historiador sobre aviación y no conozco los procedimientos de operación reales de los aviones históricos. Como tampoco he volado nunca un warbird fuera de la simulación no conozco hasta qué grado los procedimientos enumerados a continuación funcionarían en la vida real, o hasta qué grado recaen en peculiaridades de la simulación. Pero si lo que quieres es solo llevar un warbird de FlightGear fuera del terreno y de vuelta a la tierra puedes encontrar el texto útil.

Despegue

Intentar el despegue con un warbird como se hace con un avión moderno termina normalmente en desastre. Si sueltas los frenos, das gas a tope y esperas que el avión alcance su velocidad de despegue lo que ocurre es que en algún momento la cola se levanta (el morro baja y la pista se hace visible) y, momentos después, el avión comienza a girar salvajemente, se va fuera de control, abandona la pista y puede estrellarse.

La razón por la que ocurre esto es por una combinación de efectos aerodinámicos que ocurren en los aviones impulsados por una sola hélice conocido como perturbación de la hélice, torque y factor P (se pueden encontrar detalles en el artículo Comprendiendo el par de la hélice y el factor P). Básicamente, tan pronto como se levanta la cola, es empujada a un lado por la perturbación de la hélice, y tan pronto como el avión se levanta del terreno, tiene una tendencia a alabear debido al torque. Eso hace que el despegue con un warbird sea peliagudo, por decirlo suavemente.

Hay dos estrategias básicas para despegar dados estos problemas y cuál funciona mejor depende del avión. Ten en cuenta también que sin tener en cuenta cómo despegues, normalmente los warbirds no requieren gases al máximo y menos potencia también significa menos par y menos perturbación. La primera estrategia es contrarrestar la perturbación de la hélice actuando sobre el timón. Esto requiere movimientos de timón y alerones rápidos y precisos.

Para esto, necesitas controlar el timón independientemente de los alerones. Por ejemplo, si usas el ratón como dispositivo de entrada, normalmente usarías --enable-auto-coordination como opción, la cual mueve el timón en combinación con los alerones, que es precisamente lo que es necesario durante las condiciones normales de vuelo. Sin embargo es posible controla el timón directamente moviendo el ratón a la izquierda y la derecha mientras se mantiene pulsado el botón izquierdo del ratón y eso es lo que se necesita aquí. Otra posibilidad sería el control con el teclado, pero probablemente no sea lo suficientemente rápido y preciso. Un joystick y unos pedales como los de la vida real son obviamente mejores, pero es posible llevar los warbirds al aire solo con el ratón, aunque no siempre de la forma más elegante.

La idea es anticipar el movimiento del avión. Tan pronto como se eleve la rueda de cola ajusta el timón con un movimiento medido para contrarrestar el desplazamiento lateral de la cola. Esto requiere cierta práctica. Si está bien hecho el avión continuará a lo largo de la pista con la cola levantada y podrás acelerar un poco más antes de tirar gentilmente de la palanca de mando (de otra forma golpearás la cola contra la pista) para despegar. Tan pronto como se levanten las ruedas delanteras el par conducirá a una tendencia a alabear, pero una vez en al aire puede ser contrarrestada con los alerones e incluso con el ratón y la autocoordinación activada. El tratar con el alabeo solo te desplazará un poco de la pista, lo cual se corrige fácilmente.

El problema más severo es que el avión puede girar hacia un lado y entonces comenzar a alabear con una rueda delantera todavía sobre el terreno. El alabeo indica típicamente que esperaste demasiado para tirar de la palanca de mandos (si el avión puede levantar una rueda delantera y rotar alrededor de la otra, también puede levantar ambas). Esto no puede ser contrarrestado con el ratón y la autocoordinación activada, pues requiere el control independiente del timón y los alerones al mismo tiempo. Para los aviones que hacen esto a menudo funciona una estrategia de despegue diferente.

La segunda estrategia es mantener la rueda de cola baja el mayor tiempo posible, porque mientras esté sobre el terreno la cola no puede deslizarse a un lado y cuanto más rápido se mueve el avión más suave es el efecto de la perturbación de la hélice. Para esto, necesitas tirar suavemente de la palanca de mando mientras estés aún en la pista y entonces el elevador empuja la cola hacia abajo. No tires de la palanca del todo, pues sino te elevarás con un vuelo muy inestable. Si inicias con flaps extendidos el avión incluso puede levantarse de las tres ruedas a la vez, lo cual lleva a un despegue comparativamente suave. Como se dijo anteriormente el par es contrarrestado fácilmente una vez en el aire. Como el despegue ocurre en una situación aerodinámicamente inestable (esencialmente cerca de la pérdidad con alto AOA) necesitas más empuje que con la primera estrategia para acelerar rápidamente hacia el vuelo estable después del despegue. Una vez que hayas ganado cierta altitud empuja el morro un poco hacia abajo para alcanzar condiciones aerodinámicas favorables antes de ascender.

Normalmente empleo la primera estrategia con el P-51D, el Fw-190 A8 y el A6M2 y la segunda con el Spitfire IIa, el Seafire IIIc y el Bf-109 G14.

Controlando hélices de paso variable

Los aviones de la Segunda Guerra Mundial están típicamente equipados con hélices de paso variable. Para algunos de ellos, p.e. el P-51D, el Spitfire IIa o el Seafire IIIc, el piloto controla el paso de la hélice. Otros como el Fw-190 A8 o el Bf-109 G14 tienen un control de paso automático que en cierto punto toma el control, pero bajo ciertas condiciones todavía es el pilot quien debe controlar el paso. En la práctica, esto significa que incrementando (PgUp) o disminuyendo (PgDn) simplemente los gases normalmente no aumentará o disminuirá el empuje como lo haría en otros aviones. En su lugar, el empuje que actúa sobre el avión está determinado por una interacción entre el ajuste de los gases y el ajuste del paso de hélice (el cual puede ser ajustado usando n y Shift-n; habitualmente también vía la palanca de paso de hélice que está localizada como un mando justo a la derecha del de gases en la parte izquierda de la cabina).

La razón subyacente es doble: primero, el empuje generado por la hélice depende de su tasa de desplazamiento de aire. Esto significa que la misma cantidad de empuje puede ser generada por una hélice que desplaza mucho aire con cada vuelta, pero rota más lentamente y una segunda hélice que desplaza la mitad de cantidad de aire por vuelta, pero rota al doble de velocidad. El ajuste del paso es el ángulo al cual están situadas las aspas de la hélice y así, controla el desplazamiento de aire por rotación. Un ángulo poco profundo corresponde con un desplazamiento por vuelta pequeño, mientras que un ángulo grande afecta a un volumen de aire mayor. Sin embargo, un aspa de una hélice no es en esencia más que un ala y, como en el ala de un avión, tiene un ángulo de ataque óptimo. Si el flujo de aire se encuentra con las aspas de la hélice con éste ángulo la hélice genera empuje con máxima eficiencia. Con cualquier otro ángulo la hélice no rinde de forma óptima. En consecuencia, el ajuste de paso óptimo para un avión acelerando sobre la pista a velocidades por debajo de 100 kt es diferente del ajuste óptimo para la velocidad de crucero de 350 kt, pues el flujo de aire en las aspas de la hélice está dado por una combinación del movimiento de rotación de la hélice y el movimiento del avión en el aire.

Es posible construir hélices que ajustan el paso en función de la velocidad aerodinámica, pero esto desatiende el segundo y más importante aspecto: el motor. Lo que controlan el acelerador es el consumo interno de potencia del motor. El indicador relevante es la presión de admisión (en los aviones alemanes medido en ata, en los ingleses en PSI, en US en inHG). La presión de admisión es una medida de la fuerza que actúa dentro del motor y esta fuerza aumenta cuando se aumentan el acelerador. Sin embargo, ésta no es la potencia de salida del motor. Esta cantidad depende de la eficiencia del motor y la eficiencia de los motores de pistones depende crucialmente de la velocidad de rotación (rpm). Tienen máxima eficiencia solo en una banda estrecha (por ejemplo para el P-51D entre 2500 y 3000 rpm). Fuera de esta ventana la eficiencia del motor disminuye drásticamente. Esto significa que, con uno de esos motores, uno no puede simplemente negociar un ángulo de paso de hélice poco profundo y un desplazamiento de aire pequeño por vuelta contra una velocidad de rotación más rápida. En cambio, el ángulo de paso con unos gases fijos tiene que ser escogida de tal forma que el motor funcione a unas RPM óptimas. Las hélices que realizan esto automáticamente se llaman hélices de paso constante.

Esto puede ser observado en vuelo nivelado dejando los gases en una posición dada. Incrementar el ángulo entre el aspa y el flujo de aire significa más desplazamiento de aire por vuelta, es decir, la hélice realiza más trabajo contra la resistencia del aire y por ello caen las rpm del motor. Por otro lado, disminuyendo el ángulo reduce la resistencia por vuelta en la hélice y así el motor puede acelerarse a mayores rpm.

Esto significa que, para volar el avión, en una situación de vuelo dada, primero ajustas los gases al empuje deseado y monitorizas la presión de admisión (por ejemplo, en el P-51D no deberías exceder 61 inHg innecesariamente) y después ajustas el paso de tal forma que las rmp del motor estén dentro de la región óptima. Tienes que conocer tanto la presión de admisión como las rpm óptimas operativas de cada avión.

Para el despegue, como el avión está inicialmente en reposo, el ángulo óptimo es bastante poco profundo (ver cómo ajustarlo en la ayuda del avión o establece el ángulo al mínimo usando n hasta que la palanca de paso haya alcanzado su posición más adelantada). Para el aterrizaje, habitualmente uno quiere hacer que la hélice sea efectivamente ineficiente, por lo que puede aumentar el ángulo a su valor máximo (usando Shift-n). Esto es seguido por una desaceleración del motor audible hasta bajas rpm.

Modo de vuelo rápido y lento

Puede ser útil pensar en un warbird teniendo un modo de vuelo rápido y lento (aunque en realidad no hay una distinción tan drástica). En el modo de vuelo lento el morro del avión en vuelo nivelado apunta por encima del horizonte. De hecho, la vista de la cabina es similar a la vista cuando está quieto sobre la pista, es decir, no puedes ver qué hay directamente en frente de ti. En el modo de vuelo rápido el morro del avión apunta hacia el horizonte y la vista es mucho mejor. La diferencia entre ambos modos es, por supuesto, el ángulo de ataque (AOA, el ángulo al cuál el flujo de aire impacta el ala) y esto corresponde con una relación diferente entre resistencia y empuje.

Después del despegue y antes del aterrizaje tienen que tener lugar una transición entre los modos y es útil hacer la transición mentalmente. Notarás por ejemplo que, después de despegar, al retraer el tren de aterrizaje y los flaps el avión puede aumentar la velocidad muy lentamente, incluso con los gases a tope. Esto ocurre cuando el piloto no deja nunca el modo de vuelo lento. Es necesario empujar el morro hacia abajo hacia el nivel del horizonte. El avión responde perdiendo algo de altitud, pero empieza a acelerar rápidamente según se reduce la resistencia y pronto vuelve a ascender mucho más rápidamente que antes.

Similarmente, para frenar el avión antes del aterrizaje, no es suficiente con poner el motor al ralentí, extender los flaps y bajar el tren de aterrizaje. En cambio, el piloto tiene que tirar del morro hacia arriba, dejar que el avión ascienda para perder velocidad aerodinámica y entonces descender con el morro elevado cuando se haya alcanzado el modo de vuelo lento.

Es muy difícil conseguir un cambio de modo de vuelo sin una modificación en la altitud. Por ello es mucho más conveniente tener en cuenta el cambio de altitud y planificar el despegue y el aterrizaje en consecuencia.

Aterrizaje

Aproximación directa a Half Moon Bay airport (KHAF) en un P-51D. La pista no está visible
Aproximación curva a Half Moon Bay airport (KHAF) en un Bf-109 G15. Se puede ver la pista

Aterrizar warbirds es tan peliagudo como llevarlos al aire. Los problemas recaen en dos grupos diferentes: llevar el avión al punto deseado de la pista y decelerar el avión.

El primer problema es que algunos aviones (más notablemente el P-51D) no descienden bien. Incluso con los gases al ralentí, el tren de aterrizaje bajado y los flaps extendidos planean muy bien y solo ganan velocidad cuando uno intenta perder altitud. A veces, uno desea seriamente que haya frenos aerodinámicos o un paracaidas de frenado. Algunas personas sugieren apagar el motor, pero yo no lo haría por si fallas la aproximación. La solución correcta sería un deslizamiento hacia delante (mover el timón y los alerones de forma opuesta), pero si vuelas con autocoordinación no se puede hacer eso. Así, para descender a tierra, uno debe volarlos en modo de vuelo lento cerca de la velocidad de pérdida. Entonces descienden sin ganar velocidad, pero uno puede aún necesitar una aproximación muy plana. Si disfrutas (como yo) de volar en las montañas, puede no habe espacio para una aproximación larga y poco profunda. Por tanto necesitarías bajar en espiral volando círculos en modo de vuelo lento hasta que alcances la altitud correcta para la aproximación final.

Volar en modo de vuelo lento tiene sus propios problemas. En una aproximación directa uno no puede ver la pista porque se interpone el morro del avión. Esto puede ser resuelto aproximandose en ángulo o desde una curva poco pronunciada. Entonces la pista estará siempre visible durante la aproximación y solo se alineará el avión con la pista en el último momento posible.

Así, la aproximación con warbirds casi siempre requiere girar en vuelo lento. Sin embargo, la aerodinámica en un giro es diferente del vuelo recto. El avión desciende más rápidamente y tienes que estar preparado para compensar con empuje (¡recuerda el paso de hélice correcto!) si pierdes altitud demasiado rápido. No mires a los instrumentos. Para cuando el indicador te muestre la tasa de descenso correcta normalmente será demasiado tarde para corregir. Tus ojos deberían estar sobre el terreno, estimando la altitud y la tasa de descenso relativos a la pista ¡con lo que ves! Idealmente el aterrizaje debería ser con las tres ruedas a la vez.

Llevar al avión hasta el punto correcto de la pista es peliagudo y la aproximación curva toma cierta práctica para cada avión diferente. Es más fácil practicar en una pista larga como KSFO que en un aeródromo pequeño. Pero incluso si llegas hasta ahí solo estás a mitad de camino.

En un avión moderno ésta es habitualmente la parte donde aprietas los frenos para decelerar y usar un poco de timón para mantener el avión en la pista. Si aprietas los frenos con un warbird just después de aterrizar, simplemente se volcará sobre el morro y se estrellará. La razón es que la fuerza del freno actúa sobre las ruedas delanteras. Esto genera un par que empuja la cola hacia arriba y el avión se vuelca. Así, antes de que puedas frenar, tienes que tirar de la palanca para usar el elevador para empujar la cola hacia el terreno para contrarrestar el par de frenado. Sin embargo, si el avión se está aún moviendo demasiado rápido, el tirar de la palanca simplemente devolverá al avión al aire dando un salto.

Esto se puede evitar destruyendo la aerodinámica, lo cual haces al retraer los flaps. Luego, la secuencia de acciones correcta después de tocar tierra es retraer flaps y dejar que el avión pierda algo de velocidad, tirar de la palanca y entonces apretar frenos para decelerar.

Todo se vuelve un lío si no estás alineado con la pista y tienes que usar el timón. Algunos aviones reaccionan amablemente a eso y simplemente hacen lo que quieres. Sin embargo, otros no comienzan a girar, por lo que también necesitas alerones para evitar que una punta de un ala toque la pista (de nuevo, la autocoordinación no es buena en esta fase). La mejor solución es volar la aproximación de tal forma que no tengas que hacer ninguna corrección. También, no te preocupes demasiado por si llevas al avión a la hierba. Los warbirds son aviones duros diseñados para ello.


Operaciones en portaviones

Aproximación poco profunda y rápida hacia el portaviones Nimitz en un Seafire IIIc

Dos de los warbirds, el A6M2 y el Seafire IIIc, son capaces de operar en portavioens. Después de todas la dificultades para despegar y aterrizar, puedes esperar que las operaciones en portaviones sean simplemente horriblemente difíciles. Sin embargo son realmente fáciles en comparación.

Al lanzarlos desde la catapulta (enganche con Shift-l, lanzamiento con Shift-c), te encuentras en el aire al tiempo que necesitas compensar el par y la perturbación de la hélice y eso es mucho más fácil que hacerlo sobre la pista.

Aterrizar es también mucho más sencillo, pues no te tienes que preocupar de decelerar el avión, los cables lo harán por ti. El Nimitz tiene cables capaces de parar un F-14b aterrizando con toda la postcombustión encendida, así que incluso no tienes que preocuparte de ser muy lento. Es posible hacer una aproximación bastante poco profunda en modo de vuelo rápido (ver imagen) con flaps extendidos y tren de aterrizaje (¡y gangho!) bajado, pero con con el morro alto. Esto tiene la ventaja de que siempre puedes ver a dónde vas y que, en caso de que pierdas los cables, vas suficientemente rápido tirar hacia arriba, sacar el empuje del ralentí y virar para intentarlo de nuevo. Incluso con una velocidad de 180 kt, si tocas los cables, serás parado adecuadamente. Si quieres un reto puedes intentar un portaviones más pequeño como el Clemenceau.