Por qué pocos aviones pueden subir verticalmente

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El otro día, mientras veía un video desmitificando uno de esos videítos virales que son falsificados, recordé por qué tanta gente cae en algunas de estas cosas virales y es que nos falta un poco de información, ya sea porque el cine nos llenó la cabeza de fantasía o porque no tenemos idea de nada.

En el video en cuestión un F/A-18 norteamericano pasaba muy cerca de un avión menor y luego hacía una maniobra ridícula con un vuelo vertical casi imposible. El video era obviamente falso, un render 3D truchísimo, maniobras de 200G y cosas así, pero la discusión también pasó por su maniobra final a 90 grados asceniendo como si fuese un petardo.

¿Es eso posible? Prácticamente no y aquí se los explico.





Para que un vehículo cualquiera pueda acelerar y alejarse de la Tierra en una dirección perfectamente perpendicular necesita vencer una cosa que todos conocemos bien: La gravedad.

9.8 metros por segundo cuadrado, esa es la aceleración que constantemente sentimos hacia la Tierra, es la aceleración en la que nuestro cuerpo y el planeta se atraen mutuamente, se reduce con la distancia pero quebrar esa atracción al nivel del mar suele ser un tedio. Díganselo a todos los que durante cien años se la pasan volando o tratando de elevar cosas al espacio, esos sí que la tienen complicada.

Esto significa que necesitamos una aceleración mayor a 9.8m/s2 para tan sólo estar "estables" y una mayor para elevarnos. Ahora bien, hay un segundo factor...



Es que pesamos mucho! nuestro avión pesa, nuestro cohete pesa, el maldito OVNI pesa, tienen masa y hay que poder moverla. Así que ya no sólo necesitamos vencer la gravedad, además está nuestra propia masa que, usualmente, es mucha.

Ahí entra el concepto de Thrust to Weight Ratio, la Relación empuje a peso, en un avión comercial este valor suele ser menor a uno porque hay una ventaja: el aire permite la sustentación. Esta ventaja que sólo se da en las primeras capas de la atmósfera premite no tener excesiva potencia para elevarse sino aprovechar el empuje horizontal para lograr el vertical.

Así pues un avión comercial NO PUEDE ni por asomo elevarse verticalmente. Okey, puede venir con un buen envión y luego ponerse a 90 grados pero ¿Por cuanto tiempo? Sus motores no podrán dar el empuje necesario, la entrada en pérdida es inevitable. Sólo algunos pocos aviones civiles pueden aproximarse como por ejemplo los que se utilizan para vuelo acrobático.



Los aviones militares más potentes tienen una relación superior a 1, es raro igualmente, por ejemplo el F-15 tiene un ratio de 1.04, no significa que pueda elevarse a 90 grados sin consecuencias, claro, porque apentas un 0.04% no alcanza. Un F/A-18 Super Hornet usualmente ronda los 0.93 salvo que le quitemos el combustible a la mitad y ahí logra 1.1, si no tiene ni carga de ningún tipo obviamente puede más.

Un Harrier, que debe sostenerse en el aire, tiene una relación de 1.1 imprescindible para no estar "en el límite" todo esto a costa de un gasto de combustible bestial.

Ahora bien, un avión comercial como un Airbus A320 o un Boeing 737 Max 8 rondan el 0.31, es decir, menos de un tercio de lo que hace falta para vuelo vertical, así que cuando vemos un video promocional de los fabricantes mostrándote un ascenso increíble muchas veces se hace con una buena velocidad inicial, un ángulo de cámara conveniente y con un avión totalmente vacío, de esta forma se puede mostrar una reacción genial del avión aunque nunca suceda en la vida normal del mismo.



Como dije antes son los cohetes los que realmente tienen una relación mucho mayor, el transbordador espacial (Shuttle) en su configuración usual tenía una relación peso potencia de 3, aunque por comodidad hacia los astronautas al inicio del despegue nunca estaba al 100% de su potencia, usualmente en una relación de 1.5

Un motor como el ruso RD-180 genera 3820 kN de empuje a nivel del mar, tiene una masa de 5307 kilogramos, el cálculo es sencillo (via Wikipedia)



Ahora bien, aun siendo un motor bestial no es el de mejor relación peso-potencia, un ejemplo es el Merlin 1D de SpaceX que logra una impresionante relación de 180, esto, claro, considerando sólo el motor, pero el motor no va solo, necesita de todo el combustible, el valor real suele ser mucho menor, calculando todo, pero siempre es superior a 1.

Por esta pequeña razón, la maldita gravedad, la mayoría de los vehículos voladores NO PUEDEN sostener un ascenso vertical contínuo, sencillamente el planeta los reclama Guiño

Quick D: A Fighter Jet Says Hi


Comentarios

  1. Ni en War Thunder podes hacerlo sin entrar en pérdida, al menos en realista. En arcade es más permisivo, y así y todo, igual también entrás en pérdida. Ni hablemos en la realidad, ni una fracción de eso :D

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  2. ¿Y por qué vuela un avión (normalmente)?
    La explicación mas didfundida, suele ser incorrecta o al menos incompleta.
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  3. Clarísimo y cierto. Dicho esto , tuve el privilegio de ver al equipo acrobático de US, los Thunderbirds en la base de Moreno en los 90 , no recuerdo el año. Pero al comienzo del show los F16 hicieron una pasada a muy baja velocidad, como si fueran carrozas de carnaval. Avanzaban horizontalmente pero casi en eje vertical, entre 70 y 80 grados, como si fueran caminando. Al final de la pasada, le dio empuje al máximo y ascendió casi vertical. No te imaginas el rugir de ese jet!!

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