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Es/Vuelo sin motor

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Bocian siendo remolcado por un Piper J3 Cub.

Planear o volar a vela es una actividad recreacional y un deporte aéreo de competición en el que los pilotos vuelan aviones sin motor, conocidos como planeadores o veleros, usando corrientes naturales de aire ascendente en la atmósfera para mantenerse en vuelo.[1]

En un sentido más extenso, este artículo cubre cómo disfrutar el vuelo con planeadores, planeadores con motor, alas delta y paraplaneadores mediante la comprensión de cómo planificar vuelos sin motor, como establecer las condiciones meteorológicas para un empuje razonable, cómo lanzar planeadores y cómo hacer uso de masas de aire ascendente.

Nota sobre unidades: en muchas áreas del mundo los pilotos de planeadores usan unidades métricas y los instrumentos muestran la altitud en metros y la velocidad en m/s. En este artículo seguiremos esta convención.

Lo básico del planeo

Cualquier avión en vuelo a una velocidad constante tiene que equilibrar el empuje con la resistencia al avance y la sustentación contra la gravedad. Habitualmente el motor proporciona la energía requerida. En cambio un planeador usa su altitud (es decir la energía potencial) para superar a la resistencia al avance y la gravedad. Así, desde una altitud dada, un planeador puede llegar lejos solo. La pendiente de planeo determina lo lejos que llega un planeador perdiendo altitud. Un planeador de alto rendimiento con una pendiente de planeo de 1:50, por ejemplo, puede cubrir 50 m por cada metro de altitud perdido.

Sin embargo la pendiente de planeo no es una constante y depende de la velocidad aerodinámica. Cada planeador tiene una velocidad aerodinámica óptima a la cual la pendiente de planeo es máxima (normalmente entre 90 y 120 km/h). El planeador puede volar más lejos, pero esto aumenta la velocidad de descenso. El planeador también puede volar más lento, y esto disminuye la velocidad de descenso, pero como también baja la velocidad aerodinámica, la pendiente de planeo se puede desviar de la óptima. En air estable un planeador tiene así que ser volado a su mejor pendiente de planeo para un mejor rendimiento.

Influencia del viento

El viento tiene una influencia crucial sobre la pendiente de planeo que se puede conseguir. Normalmente un piloto de planeador está interesado en si alcanzará una cierta ubicación en tierra (un buen aeródromo en el que aterrizar, un paso de montaña, ...). Supongamos que tenemos una altitud de 1000 m de espacio y una pendiente de planeo óptima de 1:40 a 110 km/h. Esto significa que alcanzaríamos un aeródromo alejado 40 km. Sin embargo, con un viento de frente de 40 km/h nuestra velocidad respecto al suelo sería solo de 70 km/h y así la pendiente de planeo efectiva será reducida por 70/110 a unos 1:25 incluso manteniendo la velocidad aerodinámica óptima.

Ésto puede tener dramáticas consecuencias para las alas delta con velocidades óptimas mucho menore. Un ala delta volando a 35 km/h contra un viento de frente de 35 km/h permanece estacionario en el aire y tiene una pendiente de planeo efectiva de cero. Para llegar a alguna parte tiene que volar más rápido. Para planeadores lentos es crucial tener en cuenta la dirección del viento y la fuerza para tomar cualquier decisión.

En general, para tener la pendiente de planeo más efectiva, hay que volar algo por encima de la velocidad óptima contra el viento y por debajo de la velocidad óptima a favor del viento.

Influencia de la sustentación y el hundimiento

El movimiento vertical del aire tiene una influencia pronunciada en la pendiente de planeo efectiva. Asumamos que estamos en una masa de aire ascendente a 0.5 m/s volando de nuevo a 110 km/h. Ésto aumenta la pendiente de planeo por 1/0.5 a 1:80 porque realmente estamos hundiéndonos solo 0.5 m/s. Sin embargo, podemos hacerlo mejor. Supongamos que reducimos la velocidad a 70 km/h para tener una tasa de hundimiento de 0.7 m/s. En aire estable correspondería con una pendiente de planeo de 1:36, es decir, no merece la pena. Pero como el air asciende, efectivamente nos hundimos a solo 0.2 m/s y la pendiente de planeo va a unos 1:125. También es cierto lo contrario en aire descendente.

Las reglas que se derivan de estos ejemplos son: vuela más lento que la velocidad óptima en aire ascendente, más rápido que la velocidad óptima en aire descendente. Si tu tasa de caída mínima es igual a la sustentación, no pierdes ninguna energía. Consecuentemente, en cualquier masa de aire que proporcione sustentación neta, el planeador se vuela a la velocidad de tasa de caída mínima (que es siempre menor que la velocidad óptima) para maximizar la ganancia de altitud. Ésto hace también más fácil volar giros cerrados en térmicas pequeñas.

En la práctica, el viento y la sustentación tienden a ser variables y uno no calcula la pendiente de planeo sino que la estima basándose en la experiencia.

Fuentes de sustentación

Hay tres fuentes principales de sustentación para los planeadores: térmicas, cordilleras y ondas. Todas están (en principio) disponibles en FlightGear, al usar el sistema de climatológico avanzado (anteriormente llamado "clima local").

Térmicas

Las nubes convectivas se forman cuando el sol calienta una capa fina de aire en contacto con el terreno. Como el aire caliente es más ligero que el frío, la situación se vuelve inestable y comienzan a ascender bolsas de aire, creando una columna de aire ascendente, una térmica. Si esta columna alcanza el nivel de condensación, se forma una capa de nubes cúmulos, marcando su posición.

Los pilotos de planeadores pueden entrar en las térmicas y dar vueltas en ellas para ganar altitud. Una buena térmica debería tener un radio de unos 1000 m y proporcionar 1-3 m/s de elevación. Sin embargo, cuando hay una elevación, también hay una bajada: las térmicas están habitualmente rodeadas por una region de masa de aire descendente, y el movimiento ascendente convectivo de aire crea turbulencia.


Fuerte desarrollo de cúmulos indicando buenas térmicas Entrando en una capa de nubes reduce la visibilidad dramáticamente

Mientras que la sustentación de prolonga hasta bien entrada la capa de nubes, un planeador normalmente puede ascender solo hasta la base de las nubes. Entrar en la capa de nubes es bastante peligroso, pues la visibilidad se deteriora rápidamente y se puede perder la orientación totalmente. Las nubes cumulonimbos características de tormentas tienen corrientes ascendentes de aire muy potentes, por por razones obvias (fuerte turbulencia, posibilidad de granizo y hielo, etc.) no deberías ser usados por pilotos de planeadores.

Cordilleras

Cuando un viento suficientemente fuerte se encuentra con terreno ascendente el flujo de aire es forzado hacia arriba y así, se crea una componente ascendente a barlovento de una cadena de montañas. Sin embargo, detrás de la cordillera, el flujo de aire se vuelve descendente hacia el valle y así, a sotavento de la cadena de montañas, aparece una fuerte caída. Para que haya suficientes condiciones de sustentación en una cordillera se necesitan vientos mayores de 10 kt que sean perpendiculares a la ladera. Vientos más fuertes crean mayor empuje, pero en general hacen más difícil la planificación del vuelo (ver arriba).

La región de empuje está normalmente muy cerca del terreno, por lo que hay que estar peligrosamente cerca de terreno posiblemente abrupto para tener buenas condiciones de ascenso.

Volando la cordillera Cerca del terreno para obtener empuje de la cordillera

Ondas

Cuando, con vientos fuertes, el aire desciende detrás de una cadena de montañas, puede ser 'rebotado' desde el terreno y formar un patrón de ondas de ascenso y descenso a sotavento de una cadena de montañas. Estas ondas proporcionan empuje casi sin turbulencia, el cual puede subir mucho. Se han alcanzado más de 10 km de altitud en ondas.

Típicamente las ondas se forman detrás de una cadena de montañas significativa con vientos de 30 kt y superior cuando el viento es más o menos perpendicular a la cadena de montañas. El frontal de la onda es una región 'rotor' muy turbulenta y las nubes con forma de lente Lenticularis indican a menudo la región superior de la onda (la región con máximo empuje se encuentra antes del Lenticularis).

El empuje de onda es difícil de encontrar pero fácil de volar. La región de empuje es enorme, no hay turbulencia y uno puede simplemente mantener el planeador casi estacionario contra el viento mientras asciende lejos del terreno y las nubes.

Configurando un vuelo con planeador

Con un planeador es una buena idea tener una firme idea de lo que quieres hacer antes de iniciar FlightGear, pues tienes que hacer algunas elecciones en la linea de comandos. Tampoco es una mala idea pensar en qué tipo de sustentación queires utilizar. La sustentación en cordilleras solo está disponibel en regiones de montaña, tienes que poder alcanzarla desde tu posición de partida y el empuje térmico es mayor por la tarde y no está disponible en aguas abiertas.

Escogiendo un planeador

FlightGear tiene varios modelos de planeador

además del Scheibe "Falke" 25b también un planeador a motor.

Ubicación de partida

No todos los planeadores se pueden iniciar desde una pista, por lo que puedes necesitar añadir indicaciones extra a la línea de comandos. Una posibilidad es iniciar el planeador en el aire añadiendo altitud y velocidad como

--altitude=3000 --vc=70 --heading=180

a la línea de comandos (ésto inicializará el planeador a 3000 ft con una velocidad de 70 kt y un rumbo de 180 grados; ¡aprecia que la altitud es altitud absoluta en lugar de sobre el nivel del terreno y ajústalo según se necesite!).

Las alas deltas y los paragliders se lanzan desde las montañas corriendo hacia abajo por una pendiente pronunciada hasta que se genera suficiente sustentación. Esto significa que necesitas explorar el terreno antes y encontrar una buena localización. Una posición de inicia típica se puede definir entonces como

--lon=-122.4942234 --lat=37.6980674 --heading=270 –on-ground

(ésto está cerca de Half Moon Bay en el escenario por defecto alrededor de San Francisco).

Métodos de lanzamiento

La mayoría de planeadores disponibles no necesitan ser inicializados en el aire sino que pueden ser lanzados como en la realidad por un torno de lanzamiento o un remolcador.

Tornos de lanzamiento

Los tornos de lanzamiento están actualmente disponibles con el Bocian, el ASK21, el ASK-13 y el DG-101G. Con el Bocian es posible hacer click en un punto del escenario donde quieras poner un torno. Con todos puedes usar Ctrl-w para poner un torno directamente en frente del planeador. Pulsa w para iniciar el lanzamiento (en el ASK necesitas mantenerla pulsada) y, una vez en encima del remolque, soltar el cable con W. Consultar la ayuda específica el avión para más detalles.

Remolcadores

Hay dos tipos de remolcadores: AI o piloto humano (vía multijugador). Para tener un remolcador AI selecciona el ASK, el Bocian o el DG-101G, elige KRHV como tu aeropuerto y selecciona KRHV_towing_demo en la lista de escenarios en FGRun. Deberías ver un J3 Cub moviéndose hacia ti desde una senda de carreteo cercana y pararse cerca de tu avión. Pulsa Ctrl-o para engancharlo a él y mantenlo tenso... la tecla O suelta el cable.

Para un remolque multijugador, obviamente necesitas organizar un remolcado con un piloto humano. Hay instruccione completas en doing aerotow over the net.

El DG-101G implementa un tercer tipo de remolcado: un robot de arrastre. Para configurar el robot de arrastre pulsa D. Después usa la secuencia de teclas para el remolque AI para conectarse al robot de arrastre. Entonces pulsa d para iniciar el robot.

Desde el suelo

La versión JSBSim de airwaveXtreme es lanzada desde el terreno corriendo hacia abajo por una fuerte pendiente. Consulta la documentación del avión para más detalles.

En el aire

Los planeadores que usan el FDM UIUC no son (todavía) capaces de ser lanzados con torno o remolcados. Para esos planeadores es necesario iniciar en el aire.

Configurando el clima

El siguiente paso es configurar el clima. En la realidad, echarías una mirada a la climatología y decidirías qué es posible hacer con un planeador. En FlightGear, es posible escoger el clima basándose en lo que te gustaría hacer. Dependiendo del sistema de clima usado los pasos son un poco diferentes. En general, se recomienda usar Advancec Weather para vuelos con planeadores.

Clima básico

Schleicher ASK 21 planeando en el escenario de térmicas Pinzgauer Spaziergang

En el clima básico, se pueden usar las térmicas y los hundimientos pero tienen que estar definidos indivicualmente en un fichero de escenario térmico. Para ver cómo se hace ésto sería mejor examinar el fichero llamado $FG ROOT/AI/thermal_demo.xml, el cual configura 11 térmicas y 6 hundimientos alrededor de la bahía de San Francisco. Para aprender más sobre escenarios AI en general consulta el artículo relacionado llamado AI Systems. Ten en cuenta que las térmicas y los hundimientos existen independientemente del sistema básico de clima de FlightGear, por lo que es posible tener capas de nubes que no se ajustan a tus alturas de térmicas o térmicas que no se mueven con el viento. Para prevenir ésto puedes querer ajustar manualmente las capas de nubes para ajustarse a tus térmicas y ajustar los vientos definidos por AI a los vientes establecidos en el clima. Además, las capas de nubes no se ajustan a las nubes por defecto. Si quisieras descubrir la región alpina austriaca con térmicas AI, podrías leer Pinzgauer Spaziergang.

El ascenso en cordilleras funciona bien con el Clima Básico. Típicamente, para tener unas buentas condiciones de ascenso en cordillera, se debería elegir los vientos para que sean perpendiculares a una pendiente entre 10 y 20 kt. Al usar la interface de capa de vientos es importante establecer no solo los vientos superiores, sino también los vientos de la capa límite a este valor. Esto produce un aterrizaje desagradable, pues los vientes más cercanos al punto de aterrizaje en los valles soplan a plena fuerza, pero como el empuje de cordillera solo es fuerte cerca del terreno, un planeador que esté usando el empuje de cordillera está casi siempre en la zona de la capa límite, y si los vientos de la capa límite se reducen para tener las condiciones de aterrizaje en los valles, el empuje de cordillera en las pendientes también se reduce.

Clima avanzado

El paquete de Clima Local (para Flightgear 2.0.x y 2.4.x) o Clima Avanzado (2.6.x) tiene la opción de generar automática térmicas además de nubes convectivas. Para ello tiene que estar seleccionado el cuadro de selección 'generate thermals'. La barra deslizante 'thermal properties' modifica el comportamiento de las térmicas. Par 'low convection' generará poca turbulencia, térmicas con un radio grande y solo un empuje modesto. Para 'rough day' generará un fuerte empuje y turbulencia en térmicas estrechas.

El sistema de nubes convectivas resulta bastante realista:

  • el número de térmicas es máximo alrededor del mediodía y la fuerza de las térmicas es máxima al principio de la tarde
  • la probabilidad de encontrar una térmica depende del terreno. Los puntos elevados y las superficies que se calientan bien son más probables que generen térmicas que el hielo o las aguas abiertas
  • cada nube no tiene una térmica asociada, no todas las térmicas son útiles
  • a veces se crean térmicas azules (es decir, sin una capa de nubes)

Como resultado casi nunca encontrarás buenas condiciones de planeo al inicio de la mañana o fuertes térmicas sobre el mar. Cualquier situación climática de 'altas presiones' generará al menos alguna cantidad de nubes convectivas, las situaciones de bajas presiones no.

Para establecer el empuje en cordilleras seleccionar un modelo de viento 'constante' y establece el viento perpendicular a la ladera con 10-20 kt. El Clima Avanzado calcula la capa límite dinámicamente dependiendo del terreno. Como resultado habrá una reducción realista de la velocidad del viento en un aterrizaje en el valle pero no en las laderas de las montañas.

El Clima Avanzado tiene un modelo operativo para el empuje por ondas, pero hasta ahora no hay forma de detectar las condiciones que conducen a una onda a sotavento, por lo que para usarlo, se requiere cierto código Nasal.

Aprender la teoría

Para aquellos que deseen aumentar su conocimiento más en profundidad sobre la operación correcta de planeadores el manual de planeadores FAA es una buena lectura.

Referencias

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