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No confundir con ala Tandem .
Para los biplanos en matemáticas, consulte Diseño de bloques § Biplanos .
Primera Guerra Mundial Sopwith Camel biplano

Un biplano es un avión de ala fija con dos alas principales apiladas una encima de la otra. El primer avión controlado y propulsado para volar, el Wright Flyer , utilizó una disposición de ala biplano, al igual que muchos aviones en los primeros años de la aviación . Si bien una estructura de ala biplano tiene una ventaja estructural sobre un monoplano, produce más resistencia que un ala monoplano . Las técnicas estructurales mejoradas, los mejores materiales y las velocidades más altas hicieron que la configuración del biplano fuera obsoleta para la mayoría de los propósitos a fines de la década de 1930.

Los biplanos ofrecen varias ventajas sobre los diseños de monoplano en voladizo convencionales : permiten estructuras de ala más ligeras, carga de ala baja y una envergadura más pequeña para un área de ala determinada. Sin embargo, la interferencia entre el flujo de aire sobre cada ala aumenta sustancialmente la resistencia y los biplanos generalmente necesitan un refuerzo extenso, lo que provoca una resistencia adicional.

Los biplanos se distinguen de los arreglos de alas en tándem , donde las alas se colocan hacia adelante y hacia atrás, en lugar de arriba y abajo.

El término también se usa ocasionalmente en biología para describir las alas de algunos animales voladores .

Características [ editar ]

Ala delta biplano de los años 20

En un avión biplano, dos alas se colocan una encima de la otra. Cada uno proporciona parte de la sustentación, aunque no pueden producir el doble de sustentación que una sola ala de tamaño y forma similares porque la superior y la inferior están trabajando en casi la misma porción de la atmósfera y, por lo tanto, interfieren con el comportamiento de la otra. . En una configuración de biplano sin escalonamiento desde el ala superior hasta el ala inferior, el coeficiente de sustentación se reduce entre un 10 y un 15 por ciento en comparación con el de un monoplano que usa la misma superficie aerodinámica y relación de aspecto [1]

El ala inferior suele estar unida al fuselaje , mientras que el ala superior se eleva por encima del fuselaje con una disposición de puntales de cabane , aunque se han utilizado otras disposiciones. Cualquiera de las alas principales o ambas pueden soportar alerones , mientras que los flaps suelen colocarse en el ala inferior. Los refuerzos casi siempre se agregan entre las alas superior e inferior, en forma de puntales entre planos colocados simétricamente a cada lado del fuselaje y alambres de refuerzo para evitar que la estructura se doble, donde las alas no son estructuras en voladizo .

Ventajas y desventajas [ editar ]

Biplano soviético Antonov An-2 de la década de 1940

La principal ventaja del biplano sobre un monoplano.es su capacidad para combinar mayor rigidez con menor peso. La rigidez requiere profundidad estructural y, cuando los primeros monoplanos debían tener refuerzos externos, el biplano tiene naturalmente una estructura profunda y, por lo tanto, es más fácil de hacer a la vez ligero y resistente. Los alambres de aparejo en monoplanos no voladizos están en un ángulo mucho más agudo, lo que proporciona menos tensión para garantizar la rigidez del ala exterior. En un biplano, dado que los ángulos están más cerca del ideal de estar en línea directa con las fuerzas opuestas, la estructura general puede hacerse más rígida. Debido a la rigidez reducida, los monoplanos reforzados con cables a menudo tenían varios juegos de cables de vuelo y aterrizaje donde un biplano se podía construir fácilmente con una bahía, con un juego de cables de aterrizaje y vuelo.Sin embargo, el arrastre adicional de los cables no fue suficiente para compensar las desventajas aerodinámicas de tener dos aspas aerodinámicas interfiriendo entre sí. Se probaron monoplanos reforzados con puntales, pero ninguno de ellos tuvo éxito, sobre todo debido a la resistencia del número de puntales utilizados.

Las fuerzas estructurales que actúan sobre los largueros de un ala biplano tienden a ser menores, ya que se dividen entre cuatro largueros en lugar de dos, por lo que el ala puede usar menos material para obtener la misma resistencia general y, por lo tanto, es más liviana. Un área determinada del ala también tiende a ser más corta, lo que reduce los momentos de flexión en los largueros, lo que permite que también se construyan de manera más ligera. [2] Sin embargo, el biplano necesita puntales adicionales para mantener el espacio entre las alas, lo que agrega peso y resistencia.

La baja potencia suministrada por los motores disponibles en los primeros años de la aviación limitó los aviones a velocidades bastante bajas. Esto requirió una velocidad de pérdida aún más baja, que a su vez requirió una carga de ala baja , combinando un área de ala grande con un peso ligero. Obtener un área de ala lo suficientemente grande sin que las alas fueran largas y, por lo tanto, peligrosamente flexible, se logró más fácilmente con un biplano.

El ala biplano más pequeña permite una mayor maniobrabilidad . Después de la Primera Guerra Mundial, esto ayudó a extender la era del biplano y, a pesar de las desventajas de rendimiento, la mayoría de los aviones de combate eran biplanos hasta mediados de la década de 1930. Los biplanos acrobáticos deportivos especializados todavía se fabrican en pequeñas cantidades.

Los biplanos sufren interferencia aerodinámica entre los dos aviones cuando el aire a alta presión debajo del ala superior y el aire a baja presión sobre el ala inferior se anulan entre sí. Esto significa que, en la práctica, un biplano no obtiene el doble de sustentación que un monoplano de tamaño similar. Cuanto más separadas estén las alas, menor será la interferencia, pero los puntales de separación deben ser más largos y el espacio debe ser extremadamente grande para reducirlo apreciablemente. Dada la baja velocidad y potencia de los primeros aviones, la penalización de arrastre de los cables y puntales y la interferencia mutua de los flujos de aire eran factores relativamente menores y aceptables.

A medida que la potencia y las velocidades del motor aumentaron al final de la Primera Guerra Mundial , las alas en voladizo gruesas con un arrastre inherentemente más bajo y una carga de ala más alta se volvieron prácticas, lo que a su vez hizo que los monoplanos fueran más atractivos ya que ayudaron a resolver los problemas estructurales asociados con los monoplanos, pero ofrecieron pocas mejoras para los biplanos. .

Escalón [ editar ]

Alas escalonadas en un entrenador principal Fleet Finch

El diseño predeterminado de un biplano tiene las alas colocadas directamente una encima de la otra. Mover el ala superior hacia adelante en relación con la inferior se llama escalonamiento positivo o, más a menudo, simplemente escalonamiento. Puede aumentar la sustentación y reducir la resistencia al reducir los efectos de interferencia aerodinámica entre las dos alas en un pequeño grado, pero se usó más a menudo para mejorar el acceso a la cabina. Muchos biplanos tienen alas escalonadas. Los ejemplos comunes incluyen el de Havilland Tiger Moth , Bücker Bü 131 Jungmann y Travel Air 2000 .

Alternativamente, el ala inferior se puede mover por delante del ala superior, dando escalonamiento negativo y beneficios similares. Esto generalmente se hace en un diseño dado por razones estructurales o para mejorar la visibilidad. Ejemplos de escalonamiento negativo incluyen Sopwith Dolphin , Breguet 14 y Beechcraft Staggerwing . [3] [4] Sin embargo, el escalonamiento positivo (hacia adelante) es mucho más común.

Bahías [ editar ]

El espacio encerrado por un conjunto de puntales entre planos se llama bahía (tanto como se usa la forma arquitectónica ), por lo tanto, un biplano o triplano con un juego de puntales que conectan las alas a cada lado de la aeronave es un biplano de una sola bahía . Esto proporciona suficiente resistencia para aviones más pequeños, como la Primera Guerra Mundial -era Fokker D.VII luchador y la Segunda Guerra Mundial de la polilla de tigre de Havilland entrenador básico. [5]

El Curtiss JN-4 Jenny de dos asientos más grande es un biplano de dos bahías , la bahía adicional es necesaria ya que las bahías demasiado largas son propensas a flexionarse y pueden fallar. El caza SPAD S.XIII , aunque parece ser un biplano de dos bahías, tiene solo una bahía, pero los puntos medios del aparejo están reforzados con puntales adicionales; sin embargo, estos no son estructuralmente contiguos desde el ala superior al inferior. [6] El Sopwith 1½ Strutter tiene una cabaña en forma de W, sin embargo, como no conecta las alas entre sí, no aumenta el número de bahías. [7]

Los grandes biplanos de transporte y bombardeo a menudo necesitaban aún más bahías para proporcionar suficiente resistencia. Estos a veces se denominan biplanos de varias bahías . Un pequeño número de biplanos, como el Zeppelin-Lindau DI , no tienen puntales entre planos y se denominan sin puntales . [8]

  • Biplano sin puntal Zeppelin-Lindau DI

  • Sesquiplano de una bahía Nieuport 23

  • Biplano de una bahía SPAD S.XIII con puntales auxiliares

  • Biplano Curtiss JN-4 de dos bahías

  • Handley Page V / 1500 biplano de cuatro o varios compartimentos

Aparejo [ editar ]

Artículo principal: Refuerzo (aeronáutica) § Aparejo

Debido a que la mayoría de los biplanos no tienen estructuras en voladizo , requieren cables de aparejo para mantener su rigidez. Los primeros aviones usaban alambre simple (trenzado o liso), sin embargo, durante la Primera Guerra Mundial, la Royal Aircraft Factory británica desarrolló un alambre de sección aerodinámica llamado RAFwire en un esfuerzo por aumentar la resistencia y reducir la resistencia. Se utilizan cuatro tipos de cables en la estructura del ala biplano. Los cables de arrastre dentro de las alas evitan que las alas se plieguen hacia atrás contra el fuselaje, corriendo dentro de una bahía de ala desde la esquina interior delantera hasta la esquina exterior trasera. [9] Los cables anti-arrastre evitan que las alas se muevan hacia adelante cuando el avión se detiene y corren en la dirección opuesta a los cables de arrastre. [10]Ambos suelen estar ocultos dentro de las alas, y si la estructura es lo suficientemente rígida, de lo contrario, pueden omitirse en algunos diseños. De hecho, muchos de los primeros aviones se basaron en la cubierta de tela del ala para proporcionar esta rigidez, hasta que las velocidades y fuerzas más altas hicieron que esto fuera inadecuado. Externamente, los cables de elevación evitan que las alas se plieguen y van desde la parte inferior del ala exterior hasta la raíz del ala inferior. [11] Por el contrario, los cables de aterrizaje evitan que las alas se comben y resisten las fuerzas cuando un avión aterriza, y van desde la sección central superior del ala hasta el exterior en las alas inferiores. [12] Se pueden usar cables de arrastre y anti-arrastre adicionales para apuntalar los puntales de cabane que conectan el fuselaje con las alas, y los puntales entre planos, que conectan las alas superior e inferior entre sí.

Sesquiplano [ editar ]

El ala inferior mucho más pequeña es evidente en esta foto de un Nieuport 17

El sesquiplano es un tipo de biplano en el que un ala (normalmente la inferior) es significativamente más pequeña que la otra. [13] [14] La palabra significa "una y media alas". La disposición puede reducir la resistencia y el peso al tiempo que conserva las ventajas estructurales del biplano. Normalmente, un ala tiene un tramo significativamente más corto, aunque algunos diseños mantienen los tramos superior e inferior casi iguales mientras reducen la cuerda inferior .

Los ejemplos incluyen la serie de aviones militares Nieuport , desde el Nieuport 10 hasta el Nieuport 27, que formó la columna vertebral de las fuerzas aéreas aliadas entre 1915 y 1917. [15] El desempeño de los sesquiplanos Nieuport fue tan impresionante que el Idflieg (el alemán Inspección de tropas voladoras) solicitó a sus fabricantes de aeronaves que produjeran copias, un esfuerzo que fue ayudado por varias aeronaves capturadas y dibujos detallados; una de las copias más famosas fue la Siemens-Schuckert DI . [16] Los Albatros D.III y DV, que también había copiado el diseño general de Nieuport, proporcionó de manera similar la columna vertebral de las fuerzas alemanas durante la Primera Guerra Mundial. [17] Los sesquiplanos Albatros fueron ampliamente aclamados por sus tripulaciones aéreas por su maniobrabilidad y alta velocidad de ascenso. [18]

Durante período de entreguerras , la configuración sesquiplano continuó siendo popular, con numerosos tipos, tales como los Nieuport-Delage NiD 42 / 52 / 62 serie, Fokker C.Vd & e, y Potez 25 , todos los que sirven a través de un gran número de las fuerzas aéreas. En el sector de la aviación general, aviones como la serie Waco Custom Cabin demostraron ser relativamente populares. [19] El Saro Windhover era un sesquiplano con el ala superior más pequeña que la inferior, que era una configuración mucho más rara que la inversa. [20] El Pfalz D.IIItambién presentaba una disposición de sesquiplanos algo inusual, que poseía un ala inferior más sustancial con dos largueros que eliminaban los problemas de aleteo encontrados por los sesquiplanos de un solo larguero. [17]

Historia [ editar ]

Otto Lilienthal volando su gran biplano en Lichterfelde (cerca de Berlín) el 19 de octubre de 1895
1909 Biplano Voisin, con "cortinas" que conectan las alas superior e inferior
Fiat CR.42 Falco de finales de la década de 1930 con puntales interplano de celosía Warren que redujeron el trabajo necesario para montar un biplano

Sir George Cayley sugirió el apilamiento de aviones de ala en 1843. [21] Hiram Maxim adoptó la idea de su plataforma de prueba a vapor, que despegó pero fue sujeta por rieles de seguridad, en 1894. [22] Otto Lilienthal diseñó y voló dos planeadores biplanos diferentes en 1895, [23] aunque es más conocido por sus monoplanos. [24] En 1896, un grupo de hombres jóvenes en los Estados Unidos, liderados por Octave Chanute , volaban en alas delta, incluidos biplanos, y concluyó que el biplano reforzado externamente ofrecía mejores perspectivas de vuelo motorizado que el monoplano. En 1903, el Wright Flyerbiplane se convirtió en el primer avión propulsado con éxito. [25]

A lo largo de los años pioneros, tanto los biplanos como los monoplanos eran comunes, pero con el estallido de la Primera Guerra Mundial los biplanos se habían ganado el favor después de que varias fallas estructurales de los monoplanes dieron como resultado la "Prohibición de los monoplanes" de la RFC cuando todos los monoplanos en el servicio militar estaban en tierra, [26] mientras que los franceses también retiraron la mayoría de los monoplanos de los roles de combate y los relegaron al entrenamiento. Figuras como el autor de aviación Bruce observó que existía un prejuicio aparente incluso contra los monoplanos de nuevo diseño, como el Bristol M.1, eso hizo que incluso aquellos con atributos de rendimiento relativamente altos fueran pasados ​​por alto en favor de los biplanos 'ortodoxos', y había una creencia supuestamente generalizada en ese momento de que los aviones monoplano eran intrínsecamente inseguros durante el combate. [27] [28]

Entre los años 1914 y 1925, una clara mayoría de los nuevos aviones introducidos fueron biplanos; sin embargo, durante los últimos años de la Primera Guerra Mundial, los alemanes habían estado experimentando con una nueva generación de monoplanos, como el Fokker D.VIII , que podría haber terminado antes con las ventajas del biplano si el conflicto no hubiera terminado cuando lo hizo. [29] Los franceses también estaban introduciendo el Morane-Saulnier AI , un monoplano de parasol reforzado con puntales , aunque el tipo fue relegado rápidamente al papel de entrenador avanzado después de la resolución de problemas estructurales. [30] Tipos de sesquiplano , que eran biplanos con alas inferiores abreviadas como el francés Nieuport 17 y el alemánAlbatros D.III , ofrecía menor resistencia que un biplano convencional y, al mismo tiempo, era más fuerte que un monoplano.

Durante el período de entreguerras , se introdujeron numerosos aviones biplanos. El británico de Havilland Dragon fue un avión particularmente exitoso, con un diseño sencillo que podía transportar a seis pasajeros en rutas con mucho tráfico, como los servicios Londres-París. [31] A principios de agosto de 1934, uno de esos aviones, llamado Trail of the Caribou , realizó el primer vuelo sin escalas entre el continente canadiense y Gran Bretaña en 30 horas y 55 minutos, aunque el objetivo previsto para este vuelo de larga distancia había sido originalmente Bagdad. , Irak . [32] [33]A pesar de su relativo éxito, la producción británica del Dragón terminó rápidamente a favor del más poderoso y elegante de Havilland Dragon Rapide , que había sido diseñado específicamente para ser un sucesor más rápido y cómodo del Dragón. [34]

A medida que aumentaba la potencia y la velocidad del motor disponible, la penalización de arrastre de los refuerzos externos limitaba cada vez más el rendimiento de la aeronave. Para volar más rápido, sería necesario reducir los arriostramientos externos para crear un diseño aerodinámicamente limpio; sin embargo, los primeros diseños en voladizo eran demasiado débiles o demasiado pesados. El sesquiplano Junkers JI de 1917 utilizó aluminio corrugado para todas las superficies de vuelo, con un mínimo de puntales; sin embargo, fue relativamente fácil dañar la delgada piel de metal y requirió un manejo cuidadoso por parte de los equipos de tierra. [35] El caza DI Zeppelin-Lindau de 1918 era un monocasco monocasco totalmente metálico de piel estresada totalmente en voladizo, pero su llegada había llegado demasiado tarde para ver su uso en combate en el conflicto.[8]

En la década de 1930, los biplanos habían alcanzado sus límites de rendimiento y los monoplanos se volvieron cada vez más predominantes, particularmente en la Europa continental, donde los monoplanos eran cada vez más comunes desde el final de la Primera Guerra Mundial . Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial , varias fuerzas aéreas todavía tenían aviones de combate biplano en el servicio de primera línea, pero ya no eran competitivos, y la mayoría se utilizaba en roles de nicho, como entrenamiento u operación a bordo, hasta poco después del final de la guerra. . El biplano británico Gloster Gladiator , el italiano Fiat CR.42 Falco y los cazas sesquiplanos soviéticos I-153 todavía estaban operativos después de 1939. [36] [37]Según el autor de aviación Gianni Cattaneo, el CR.42 pudo lograr el éxito en el papel de caza nocturno defensivo contra los bombarderos de la RAF que atacaban objetivos industriales en todo el norte de Italia. [38] [39]

Biplano Boeing-Stearman Model 75 PT-13D de los años 30 y 40

El British Fleet Air Arm operó el bombardero torpedo Fairey Swordfish desde sus portaaviones y utilizó el tipo en el papel de guerra antisubmarina hasta el final del conflicto, en gran parte debido a su capacidad para operar desde las cubiertas relativamente compactas de los portaaviones . Su baja velocidad de pérdida y su diseño intrínsecamente resistente lo hicieron ideal para operaciones incluso en las condiciones climáticas a menudo severas del Atlántico medio. [40] Al final del conflicto, el Swordfish tenía la distinción de haber causado la destrucción de un tonelaje de transporte del Eje mayor que cualquier otro avión aliado. [41]

Tanto el Heinkel He 50 alemán como el Polikarpov Po-2 soviético se utilizaron con relativo éxito en el papel de ataque terrestre nocturno durante la Segunda Guerra Mundial. En el caso del Po-2, la producción del avión continuó incluso después del final del conflicto, y no terminó hasta alrededor de 1952. [42] La Fuerza Aérea Popular de Corea desplegó un número significativo de Po-2 durante la Guerra de Corea. , causando graves daños durante las incursiones nocturnas en las bases de las Naciones Unidas . [43] El Po-2 es también el único biplano al que se le atribuye un jet-kill documentado, como un Lockheed F-94 Starfirese perdió mientras reducía la velocidad a 161 km / h (100 mph), por debajo de su velocidad de pérdida, durante una intercepción para atacar al Po-2 que volaba bajo. [44]

Los entrenadores de biplanos posteriores incluyeron el de Havilland Tiger Moth en la Royal Air Force (RAF), la Royal Canadian Air Force (RCAF) y otros y el Stampe SV.4 , que entró en servicio en la posguerra en las Fuerzas Aéreas de Francia y Bélgica. El Stearman PT-13 fue ampliamente utilizado por la Fuerza Aérea del Ejército de los Estados Unidos (USAAF) mientras que la Armada de los Estados Unidos operaba la Fábrica de Aeronaves Navales N3N . En el uso civil posterior en los EE. UU., El Stearman se asoció particularmente con el vuelo de acrobacias como caminar sobre las alas y con el polvo de cultivos, donde su compacidad funcionaba bien en niveles bajos, donde tenía que esquivar obstáculos.

Polikarpov Po-2 , de los cuales más de 20.000 fueron construidos por la Unión Soviética

Los diseños de biplanos modernos todavía existen en roles especializados como acrobacias aéreas y aviones agrícolas, con el papel y formato de acrobacias aéreas de competición para un biplano de este tipo bien definido a mediados de la década de 1930 por el Udet U 12 Flamingo y Waco Taperwing . El Pitts Special dominó las acrobacias aéreas durante muchos años después de la Segunda Guerra Mundial y todavía está en producción.

La gran mayoría de los diseños de biplanos se han equipado con motores alternativos . Las excepciones incluyen el Antonov An-3 y WSK-Mielec M-15 Belphegor , equipados con motores turbohélice y turbofan respectivamente. Algunos diseños de biplanos más antiguos, como el Grumman Ag Cat, están disponibles en versiones mejoradas con motores turbohélice.

Los dos diseños de biplano más producidos fueron el Avro 504 británico de 1913, del cual se construyeron 11.303, y el Polikarpov Po-2 soviético de 1928, del cual se construyeron más de 20.000, siendo el Po-2 el reemplazo directo de la copia soviética del Avro 504. Ambos fueron ampliamente utilizados como formadores.

Avión ultraligero [ editar ]

Biplano ultraligero eléctrico Mauro Solar Riser

Aunque la mayoría de los ultraligeros son monoplanos, las bajas velocidades y la construcción simple involucrada han inspirado a un pequeño número de ultraligeros biplanos, como el Easy Riser de Larry Mauro (1975–). Mauro también fabricó una versión alimentada con células solares que accionan un motor eléctrico, llamado Solar Riser . El Easy Riser de Mauro fue utilizado por "Father Goose", Bill Lishman . [45]

Otros ultraligeros biplanos incluyen el Aviasud Mistral de diseño belga , el FK12 Comet alemán (1997–), el Lite Flyer Biplane, [46] [47] el Sherwood Ranger y el Murphy Renegade .

Evolución aviar [ editar ]

El dinosaurio emplumado Microraptor gui se deslizó, y tal vez incluso voló, en cuatro alas, que pueden haber sido configuradas en una disposición de sesquiplano escalonada. Esto fue posible gracias a la presencia de plumas de vuelo en ambas extremidades anteriores y posteriores, y las plumas de las extremidades anteriores se abrieron en mayor extensión. Se ha sugerido que las extremidades posteriores no podrían haberse abierto hacia los lados, pero en vuelo habrían colgado por debajo y ligeramente detrás de las extremidades anteriores. [48]

Ver también [ editar ]

  • Historia de la aviación
  • Configuración del ala
  • Monoplano
  • Triplano

Referencias [ editar ]

Citas [ editar ]

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  • Wragg, David. Pez espada: la historia de la incursión de Taranto. Londres: Weidenfeld y Nicolson, 2003. ISBN 0-297-84667-1 . 

Enlaces externos [ editar ]

  • Colección histórica de imágenes de biplano
  • Jacqui Hayes: las alas de los pájaros evolucionaron de los dinosaurios biplanos , Cosmos
  • Spicerweb.org , ala delta biplano Octave Chanute