La ciencia en el mundo - El primer ornitóptero - Octubre 1992

La ciencia en el mundo
por Abe Dane
El primer ornitóptero

Al igual que un rifle de alta potencia en un torneo de arquería, siempre ha habido algo poco antideportivo en la forma en que el hombre ha competido con las aves por el dominio de los cielos. Sí, las nave aéreas que hemos construido han sido ingeniosas a su manera , viajando a miles de kilómetros por hora y hasta el borde de la atmósfera. Pero ninguna de ellas ha tomado un enfoque tan difícil para el problema como lo naturaleza. Para ser más específicos, nadie nunca ha construido un vehículo con propulsión motriz que vuele agitando sus alas. Como resultado, la ingeniería humana se la ha arreglado para echar a un lado una serie de retos aerodinámicos y mecánicos, que nuestros amigos con plumas lograron superar hace millones de años. Pero todo esto cambió el día 4 de septiembre del año pasado. En esa fecha, Jim DeLaurier y Jery Harris lanzaron una nave con motor de pistón controlada por radio que batió sus alas con tanta furia que parecía que se iba a romper a sí misma en pedazos. En lugar de esto , su armazón de apariencia delicada hecha con materiales compuestos de alta fortaleza se mantuvo, y se elevó desmañadamente, pero de forma inequívoca, en el cielo azul. EI vuelo duró un minuto y 46 segundos, finalizando cuando la nave de 4 kg (8,8 libras) se quedó sin combustible, realizó un descenso voluntario y se deslizó elegantemente hasta detenerse. Después de 20 años de esfuerzos en colaboración, DeLaurier y Harris habían construido el primer ornitóptero del mundo: una máquina que vuela como un pájaro. Al igual que muchas obsesiones, esto comenzó con el ingenuo optimismo de la juventud. Harris, ahora un ingeniero mecánico en el Instituto Battelle Memorial, en Columbus, Ohio, primeramente meditó sobre la posibilidad de un vuelo similar al del pájaro a medida que trabajaba en un amplificador mecánico para su tesis de grado, en la década de 1960. El y el ingeniero aeronáutico de la Universidad de Toronto, DeLaurier, formaron un equipo unos años más tarde, persiguiendo este proyecto en su tiempo libre. Harris se concentró en el mecanismo de mando, y DeLaurier se encargó de la aerodinámica. Ellos no tenían una idea de las eventuales proporciones de su tarea. EI primer paso lógico consistió en estudiar películas en cámara lenta de las aves en vuelo. Pero de acuerdo a Harris, esto sorprendentemente les reveló muy poco. “Hay muchas cosas envueltas en cinemática que pueden ser o no aerodinámicamente importantes'', explica él. Esto significa que es difícil decir, entre los muchos movimientos hechos por las alas de un pájaro, cuáles son realmente necesarios para hacerle volar.
	DeLaurier y Harris continuaron hacia adelante, asumiendo que un simple movimiento de arriba hacia abajo, con el ala inclinada hacia adelante en la carrera descendente y hacia atrás en la ascendente, podía ser desarrollado para producir la combinación necesaria de levante y propulsión. Aunque las aves también obtienen cierta ayuda del hecho que flexionan, o voltean , la mitad exterior de sus alas hacia abajo para reducir el área superficial durante la carrera ascendente, se pensó que esto era innecesariamente complejo.
El primer vuelo tuvo lugar en una ladera montañosa en Ontario
Para conseguir que batieran, las alas del ornitóptero fueron abisagradas en dos lugares, dividiéndolas en tres paneles relativamente rígidos. EI panel central está conectado a un motor de un modelo de helicóptero de 7,4 cm3 (0,45 pulgada3) con un arreglo de correas, poleas y un gran cigüeñal de aluminio, que lo hace moverse hacia arriba y abajo. Al impartirle este movimiento a los extremos interiores de los paneles exteriores, se logra que éstos se balanceen (como el balancín de juguete para niños que sube y baja) sobre puntos de pivote apoyados sobre un par de soportes exteriores que se extienden desde el fuselaje. De esta forma, el mecanismo que hace aletear a las alas es relativamente simple. Lo que ocupó la mayor cantidad de tiempo de los inventores consistió en desarrollar un diseño para los paneles de las alas exteriores que combinaran dos atributos conflictivos. Primeramente, los paneles tenían que ser lo bastante flexibles torsionalmente, de manera que pudieran flexionarse hacia atrás y hacia adelante mientras aleteaban. Y, en segundo lugar, debían tener una superficie aerodinámica que continuara produciendo levante en los diversos ángulos de ataque producidos por las flexiones. Pero las supeficies de contacto que mejor podían conseguir esto, desafortunadamente. eran gruesas y, por lo tanto, difíciles de ser flexionadas. DeLaurier y Harris usaron un programa de computadora diseñado por ellos para analizar la propiedades aerodinámicas y estructurales de una variedad de alas. Eventualmente. consiguieron una forma de hacer un ala gruesa, pero flexionable, a través del uso de un principio que ellos denominaron “flexión del esfuerzo cortante”. al que en la actualidad le están consiguiendo una patente. La cantidad y la sincronización de la flexión es controlada por la rigidez del borde de ataque de una viga mayor, hecha de una combinación de Kevlar y un material compuesto de fibra de carbón sobre madera terciada. El resto de la forma del ala proviene primariamente de una serie de costillas estructurales de espuma.
	EI fuselaje de la nave es similar al de los modelos convencionales de aviones, consistente en madera terciada, madera de balsa, fibra de vidrio y una película de plástico, todo estratégicamente reforzado con fibra de carbón. El control es realizado a través de tres motores automáticos gobernados por radio que operan el timón. El elevador y el acelerador.
Las alas del "Expotóptero" parecen las de un modelo de avión, pero en ellas se incorporan dos características: materiales compuestos modernos y diseño de flexión del esfuerzo cortante
Un aspecto importante del programa ha sido el grado hasta el cual DeLaurier y Harris construyeron una base teórica fuerte a medida que progresaban, en lugar de confiar en un enfoque de prueba y error. Como resultado, ellos esperan ser capaces de aprovechar las lecciones aprendidas de su primer modelo exitoso y aplicarlas a ornitópteros más grandes y elaborados. Para este año construyeron un pájaro más grande para la feria Mundial de Sevilla. Este ''Expotóptero' es suficientemente grande, de modo que tiene que ser lanzado, y no impulsado, y cuenta con un embrague centrifugo para hacer más fácil el arranque. Eventualmente, Delaurier y Harris esperan construir una máquina lo suficientemente grande para llevar a una persona, creando un vehículo deportivo que colmará la más vieja fantasía de vuelo del hombre. Pero ellos también especulan que su tecnología pudiera tener aplicaciones más serias, partiendo del punto que el batir las alas es la forma más silenciosa de volar, como lo demuestran las aves de rapiña. Este silencio pudiera ser puesto en uso en una variedad de aplicaciones militares y de vigilancia.

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 45 - Octubre 1992 - Número 10