Gossamer Condor y Albatross

Paul MacCready fue campeón del mundo de vuelo a vela en 1956 en un Breguet 901 Mouette y además inventó el anillo de su nombre para volar a la mejor velocidad según las condiciones de cada momento. Sólo por esto creo que merece un puesto de honor en la historia aeronáutica. Pero es mucho más famoso porque creó dos singulares aviones de propulsión humana, que consiguieron algo hasta ese momento inalcanzable. El primero, llamado Gossamer Condor, fue el primer avión de este tipo que podía volar de manera sostenida y controlada. En su versión final consiguió el primer premio Kremer completando un ocho horizontal rodeando dos marcas separadas media milla, en 1977. Y el segundo, Gossamer Albatross, cruzó el Canal de la Mancha volando a pedales en 1979, consiguiendo el segundo premio Kremer. Lo cual nos dejó absolutamente fascinados a muchos.

 

El Gossamer Condor en su versión final está en la actualidad colgado del techo del Museo del Aire y del Espacio en Washington. Vean el enorme tamaño (casi 30 metros de envergadura y más de 100 m2 de superficie, un velero típico tiene respectivamente 15 m y 10 m2), el plano canard colgado del larguero anterior y la cabina aerodinámica. El avión está recubierto de plástico transparente por entero y pesa unos 30 kilos sin piloto (¡!). Un velero monoplaza típico, sin sistema de propulsión, pesa unos 250 kilos. Estados Unidos, 2015.

 

El origen de todo esto son los premios en metálico que el industrial británico Henry Kremer empezó a ofrecer a partir de 1959, como ya les he contado. Los aviones de propulsión humana son máquinas muy en el límite de lo física, técnica, y constructivamente posible. Por la sencilla razón de que las personas tenemos muy poca energía que ofrecer para transformar en empuje (¡!). La aproximación inicial al problema fue hacer planeadores más o menos modificados. Les invito a que revisen la historia del asunto, porque es realmente curiosa. Sorprende para empezar la cantidad de intentos serios que se hicieron para conseguirlo.

 

Como ven, prácticamente no hay estructura alar. Unas poquitas costillas, el borde de ataque de cartón y las semicostillas de extradós, todo cubierto en una lámina de plástico tensa.

 

MacCready se dio cuenta de que la vía planeador que se había usado hasta entonces (y eso que él venía de ese mundo) no era la adecuada. Más que adaptar un avión tradicional a la fuerza humana lo que había que hacer era diseñar algo pensado específicamente. Le convencía más el concepto de ala volante con una superficie grandísima. Al disminuir mucho la velocidad de vuelo se podía arriostrar todo con cables sin que su resistencia aerodinámica fuera un problema. Además los nuevos materiales permitían una ligereza y acabado sin precedentes. Y además, cuando vuelas a 15 km/h a metro y medio de altura, no hay riesgo incluso aunque el avión se rompa. Empezó a trabajar en la idea en 1976.

 

El piloto disecado en su cabina transparente y aerodinámica. Vean la curiosa transmisión a la enorme hélice y las ruedas de juguete.

 

La primera versión de lo que luego sería el Gossamer Condor era para probar que aquello simplemente funcionaba. El ala estaba hecha con tubos de aluminio. Las costillas eran de cartón y espuma de poliestireno. Todo estaba recubierrto con una fina película de plástico transparente de poliéster y soportada por un montón de cables de acero. Otra ventaja evidente es que aquel chisme se podía reparar y modificar con relativa facilidad. Un aspecto decisivo fue el uso de una transmisión ciclista con cadena de plástico. Así que lo probaron y voló. Una vez. Inmediatamente se pusieron a hacer una versión mejorada que probaron a finales de 1976, que sólo el primer día, incluso sin cabina cerrada para el piloto y recubrimiento sólo por el extradós, voló hasta 40 segundos. El chisme tenía 29 metros de envergadura (es decir, como un Douglas DC-9) y 102 metros cuadrados de superficie (¡!). Le llamaron Gossamer Condor, por el bicho en peligro de extinción, y aunque habían hecho más en un día que todos sus antecesores, se dieron cuenta de un pequeño problema: aquello no viraba (¡!).

 

Para mejorar el Condor fue crucial contar con talentos curiosos. Casi todos eran aeromodelistas experimentados (¡!), y había muchos pilotos de ala delta. Uno de ellos era Taras Kiceniuk. Además varios eran ciclistas involucrados en vehículos de propulsión humana para récords terrestres (¡!). El equipo de MacCready (que también sabía ingeniería aeronáutica clásica), supo comprender y resolver mejor los problemas de todo tipo, incluidos los constructivos y aerodinámicos.

 

Así que se pusieron a trabajar en que el chisme pudiera girar y a refinar aerodinámicamente todo. La versión final tenía un nuevo perfil alar (con borde de ataque de cartón), dimensiones parecidas pero con más alargamiento, propulsión mejorada, y tras probar todo tipo de artilugios (cola convencional, canard con alabeo, spoilers, timones... el avión prácticamente se modificaba entre vuelo y vuelo) lo consiguieron con un mando de torsión alar - no se lo pierdan - invertido (¡!). 

 

Es decir, al girar el ala de dentro del giro está a mayor ángulo de ataque que la de fuera (no a menor, que es lo normal). La mayor resistencia hace que retroceda (y que el avión gire), pero añade suficiente sustentación para que no se caiga (¡!). Esto solo funciona con ese tipo de perfiles y a las bajas velocidades de vuelo que podía alcanzar con la ligereza y gran superficie que tenía.  El Condor se inclinaba sólo 3º para conseguir un radio de giro de unos 45 metros... con casi 30 metros de envergadura (¡!). Además tenía recubrimiento por ambas superficies y cabina del piloto carenada. El avión pesaba algo menos de 32 kilos (¡!) y Bryan Allen (ciclista aficionado y piloto de ala delta) consiguió hacer en aquella cosa el ocho previsto el 23 de agosto de 1977. Volando a unos 16 km/h, y a metro y medio de altura, el vuelo duró 7 minutos y medio. Y ganaron el premio, claro.

 

Creo que no me había preguntado hasta hoy qué es gossamer. Además de un monstruo peludo de los dibujos animados Looney Tunes, resulta que también significa en inglés telaraña y gasa fina. Puede que fuera eso lo que sugiriera a MacCready los muy poco convencionales, transparentes, grandes y ligerísimos chismes que ideó.

 

Kremer pagó las 50.000 libras (unos 300.000 dólares actuales) y planteó un nuevo reto: cruzar el Canal de la Mancha, como Louis Blériot, sólo que con propulsión humana. Esta vez el premio eran 100.000 libras Recuerden, son al menos 36 kilómetros. Y todo el mundo pensó que aquello era simplemente imposible o que se tardarían 20 años al menos en conseguirlo.

 

Una cosa es darte una vuelta de unos minutos en un aeropuerto en condiciones perfectas y otra cruzar el Canal de la Mancha. MacCready y su equipo se pusieron a pensar en un nuevo avión. El Gossamer Albatros de 1978 era más aerodinámico, con ala mucho más avanzada, de más alargamiento y flecha, pero dimensiones y peso parecidos (30 metros de envergadura y 32 kilos). El avión optimizado se conseguía con una estructura mejorada gracias a usar fibra de carbono. El piloto-ciclista Bryan Allen se preparó consiguiendo cada vez mejores rendimientos a medida que se optimizaba todo (por ejemplo, el larguero principal de carbono, una nueva hélice, mejor posición ciclista o se reforzaban con carbono diversas piezas el avión). El avión podía mantener el vuelo nivelado con sólo 0,3 HP (¡!) de las piernas del piloto-ciclista. La mayor parte del vuelo era a 18 km/h, la hélice giraba a unas 95 rpm.

 

Hay que abstraerse un poco del lío de aviones colgados y ver "solo" al Gossamer Albatross, que ocupa una diagonal de la foto. Mantenía la idea original del Condor pero muy mejorada en todos los sentidos. Todo lo que se ve en el avión de color negro está hecho en fibra de carbono. Vean que el ala es considerablemente más fina, tiene más flecha y muchas más costillas. El peso se pudo mantener. En la otra sede del Museo del Aire, el Centro Udvar-Hazy también en Washington. USA, 2015.

 

Y finalmente el 12 de junio de 1979 lo consiguieron. El chisme despegó de Inglaterra algo antes de las seis de la mañana en un tiempo aparentemente perfecto, pero las cosas se torcieron a medida que el vuelo progresaba. Se le estropeó la radio, se le acabaron las pilas de los instrumentos, se le acabó el agua de beber, y lo peor de todo, aquello se alargaba porque aumentó el viento en contra y la turbulencia. Faltó poco para que se decidiera cancelar el vuelo. Pero lo consiguió. Deshidratado, agotado, con calambres y hecho polvo. Tras dos horas y 49 minutos aterrizó en Francia. Creo que la hazaña perdurará mucho tiempo en la memoria de la humanidad.

 

El patrocinador del avión es la firma que fabricaba algunos de los plásticos utilizados. Que a diferencia de lo que es habitual hoy en día se conformó con un modesto y pequeño logotipo a cada lado de la cabina.

 

Creo que pocos relatos he leído en mi vida con tanta emoción como el artículo que apareció poco después del vuelo en Aeromodeller - una revista de aeromodelismo que compraba de chaval - que les invito a leer. Les sugiero que se detengan en el detallado dibujo con explicaciones del avión y sus sistemas. Y que se maravillen. Cuarenta y cinco años después sigue siendo fascinante. Dita sea, no conservo el original... me hubiera gustado.

El Albatross mantenía el sistema de viraje del Condor, pero el mando de torsión alar apenas se usó en la travesía, ya que el avión esencialmente volaba en línea recta. Las pequeñas correcciones se consiguieron con el mando de alabeo del canard, gracias a unos pequeños aleroncitos en los extremos. Si se fijan, se ven. Los mandaba el piloto con cables de kevlar desde la cabina. El pequeño canard prácticamente no actuaba como tal (generando parte de la sustentación, como es habitual). El avión era a todos los efectos un ala volante con el canard haciendo también de elevador.

Músculos

El Muskelkraftflugzeug HVS, por "chisme que vuela a base de músculos" (en alemán) y por sus creadores Wolfgang Hütter, Franz Villinger y Wilhelm Schüle, es uno del centenar y pico de aviones de propulsión humana de la historia. No es de los que han tenido éxito, por lo que está más bien olvidado. Voló en 1982, unos 700 metros en línea recta, sin ganar ningún premio ni batir ningún récord. Pero aún así, me parece un avión interesantísimo. 

 

El HVS colgado del techo. Vean el fuselaje mínimo con un tubo para la cola en V (que ahorra peso) y el mástil de la hélice. Alemania, 2019.

Vamos a empezar por lo que he podido encontrar, que no es mucho. Está en el Museo Técnico de Sinnsheim (Alemania), donde dicen muy poca cosa más: envergadura 14,16 metros, largo 5,5, peso 56 kilos. El piloto era un tal Oskar Staudenmeyer. En una lista de aviones de propulsión humana dicen además que voló con vientos de 32 km/h (mucho para este tipo de chismes).

 

En los años 70 ya se disponía de fibra de carbono, pero era carísima. Parece que los refuerzos del fuselaje, el tubo de la cola y puede que alguna parte de las alas están hechas con el aquel entonces exótico material. 

 

Wolfgang Hütter ya había realizado experimentos para medir el rendimiento muscular humano en los años 30. Diseñó el HVS a partir de 1974, para conseguir el premio Kremer (vuelo de propulsión humana). Pero... les ganaron. Los Gossamer Condor y Albatross se llevaron el premio en 1977 y 1978. Ya sólo quedaba el premio "de consolación" para el ocho horizontal. Tras 15.000 horas de trabajo por fin volaron en 1982, pero al final lo ganó Musculair 1 en 1984.

 

Tanto los Gossamer como los Musculair eran considerablemente más ligeros (entre 25 y 30 kilos, la mitad), y creo que eso fue clave en que ganaran.

 

Hütter era de 1909 y estuvo toda su vida relacionado con el diseño de veleros. En los años 30 creó el Hütter H17 y el Goevier, y pensó los hoy día universales frenos aerodinámicos Schempp-Hirth. Y además tras la guerra fue una de las figuras centrales en la creación de la tercera generación de veleros (los "plásticos" que volamos hoy). El Hütter H-30 GFK creado con los Hänle es uno de los primeros construidos así.

 

Supongo que el sistema de propulsión requirió mucho esfuerzo de diseño y construcción. Me gustaría saber cómo es. Lo más fácil es un pedalier con una cadena bajo el piloto hasta el mástil de la hélice, una transmisión a un eje vertical, y otra al eje de la hélice. Pero no sé si es así. Cada gramo contaba, claro.

 

Y ahora vamos con lo que me imagino, que también da marcha. Llegamos a 1974, Hütter tiene 65 años y se acaba de jubilar. Los veleros de plástico ya están en marcha y se construyen por los principales fabricantes. Se aburre y busca con unos amiguetes un proyecto que les motive. Así que se ponen en marcha y proyectan un avión de propulsión humana, para optar a los premios Kremer. 

 

Las 5 diminutas ruedas parece que no quitan mucho rendimiento y probablemente eran en la práctica imprescindibles, para que las alas no dieran en el suelo y para balancear el fuselaje sobre la rueda principal hasta que aquella cosa despegara.

 

Porque el HVS parece un velero, ¿verdad? Superficialmente sí, y de hecho tuvieron que tomar decisiones de diseño "de velero" que tienen sus riesgos. El avión tiene alas de mucho alargamiento y proporciones de velero. "Sólo" pesa 56 kilos, pero su contrincante Gossamer Condor pesaba unos 30, y el planteamiento era muy diferente. Por eso ganó. 

 

Aunque el HVS parece un velero vean que tiene un perfil muy grueso y curvado, probablemente pensado para volar a baja velocidad. Me gustaría saber si volaba bien como velero (no sé si llegaron a probarlo, no era el objetivo) y qué planeo tenía, pienso que bueno (¿treinta y tantos?).

 

El VHS intentaba seguir siendo un velero, pero lo más ligero posible, con perfil muy curvado de baja velocidad. La idea creo que era conseguir más rendimiento aerodinámico - de velero con mucho alargamiento - a costa de mayor peso. Fíjense por ejemplo en las alas con diedro negativo. Creo que son para conseguir el máximo de efecto suelo.

 

El HVS contrasta realmente mucho con el Zlin Cmelak situado detrás. Vean que las alas debían quedar rozando el suelo, lo que creo que era intencionado.

No sé de qué está hecho el HVS. Parece que hay cosas de madera y también de plástico. Me gustaría saber más. Con todo, los 56 kilos son meritorios: piensen que uno de los veleros de 15 metros más ligeros que se han hecho, el Spatz, pesa 135. Y no lleva pedalier, transmisión, mástil y una hélice en el lomo.

 

Otro lío considerable debió ser el sistema de mandos. El piloto no puede usar los pies para el timón porque tiene que pedalear. Luego tiene que haber algo que combine los mandos de cola y alerones en las manos. Además el centro está probablemente ocupado por la transmisión de los pies a la hélice, luego no parece buen sitio para poner una palanca. Me gustaría saber cómo lo solucionaron.

 

Al final supongo que los años irían pasando y los miles de horas en el taller sólo dieron para que el avión estuviese listo en 1982, tarde ya. Y que aunque volara 700 metros a cosa de un metro del suelo, a puro músculo, ya no merecía la pena buscar al Induráin que puede que hubiera permitido - no se sabe - volver a hacer el ocho horizontal. Hütter murió en 1990.

Ciclogiroplano

El rico industrial nominalmente británico Henry Kremer, nacido en Letonia en 1907 y muerto en Tel Aviv en 1992, ciertamente puso su nombre en la historia cuando en 1959 empezó a donar considerables sumas de dinero con la intencion de premiar el vuelo propulsado por personas. Esto se organizó con un grupo específico de la Royal Aeronautical Society. 

Kremer previó desde los primeros logros, pasando por marcas de velocidad, hasta un futuro deporte atlético (todavía no conseguido). El chisme que les muestro, llamado Watkinson CG-4, pretendía competir por el primero de los premios Kremer, volar con propulsión y control humano un ocho entre dos marcas separadas media milla. Eso lo hizo en 1977 el Gossamer Condor de Paul McCready, y francamente dudo que lo hubiera conseguido el autogiro de Watkinson.

El CG-4 tiene una estructura tubular, un rotor bipala y cola cruciforme fija. La propulsión mediante pedales acciona una corona que a través de un piñón mueve una transmisión flexible y la hélice. Solo hay mando directo cíclico, que inclina el rotor en el sentido deseado. La cosa sería ponerse en la pista contra el viento, lanzar el rotor con la mano y pedalear furiosamente hasta despegar, se supone. Helicopter Museum, Weston - Super  - Mare, Inglaterra, 2018.

Por otra parte, es uno de los chismes más originales que he visto en mi vida. Y tiene un lado de tragedia, lo que da evidentemente más morbo. Mr. Herbert Watkinson construyó el primero de sus autogiros de propulsión humana en 1961. Una versión mejorada voló 175 metros en 1973 (¡!) pero se dañó. Inasequible al desaliento, Watkinson empezó a construir el CG.4 en 1976 y estaba casi completo en 1977, incluidos los permisos para hacer pruebas, cuando su mujer enfermó y murió, y el no duró mucho más.

 

En este cartel se ve a la izquierda el CG-3 /1 y en el centro el CG-3/3. Vean que la hélice iba delante y que el segundo estaba carenado. Para el tercer aparato la hélice iba detrás buscando más rendimiento.

Ni siquiera me planteo el premio Kremer. ¿Este autogiro era viable? Es decir, ¿podría un experimentado y potente ciclista, que además supiera manejar un autogiro, despegar con esta cosa y simplemente volar? Lo veo difícil. A mis escasamente cualificados ojos aparece como poco eficiente. Tiene una hélice pequeña (quería intubarla para mejorar el rendimiento), y mantener un rotor en vuelo suele costar más energía que volar en un velero ligerísimo. Pero no lo sé. 

Musculair

Para un avión que despega y vuela gracias a la energía de las piernas de su piloto, Musculair parece un nombre muy apropiado. El ingeniero alemán Günther Rochelt diseñó y construyó los singularísimos Musculair 1 y 2 en 1984 y 1985. Con ellos, su hijo Holger de 17 años consiguió 3 premios Kremer y un nuevo récord del mundo de velocidad para aviones de propulsión humana.

El Musculair 1 en el Deutsches Museum de Munich, Alemania, 2016. Para conseguir flujo laminar en la mayor parte de la cuerda utilizaron plancha de styrofoam de 4 mm, que permitía la transición a turbulento en el punto deseado.

Rochelt se inspiró en los impresionantes logros conseguidos con los aviones de propulsión humana del americano Paul MacCready: el Gossamer Condor, que en 1977 logró el primer ocho horizontal, y el Gossamer Albatross, que en 1979 consiguió cruzar el Canal de la Mancha. Pero quedaban más premios Kremer: el ocho horizontal para no americanos y los premios de velocidad.

El Musculair 1 consiguió otro récord curiosísimo: es el único avión de propulsión humana que ha llevado un pasajero (en el asiento situado detrás y por encima del piloto). Holger se llevó a dar una vuelta a su hermana pequeña Katrin, que pesaba 28 kilos - los mismos que el avión.

Los aviones de Rochelt usaron un enfoque un poco diferente. Los Gossamer son enormes canard con estructuras arriostradas por cables. Los Musculair son más pequeños  y con alas cantilever. En definitiva se parecen más a un velero extremo: tienen configuración convencional, alargamientos muy grandes (de 29,3 y 32,5 - por ejemplo en un Discus 2 es 22,2) y planeos máximos considerables (38 y 37). Tienen en común los materiales utilizados: tubos de carbono, recubrimientos de mylar, resinas epoxy. A otros que intentaron el planteamiento de velero no les fue tan bien.

El Musculair 2 en el Museo Flugwerft Schleissheim, Alemania, 2016. El avión es más "racing", el piloto va en posición recostada y está más cuidada la aerodinámica del fuselaje.

Me parecen unos aviones fascinantes. El Musculair 1 está definido como de "uso general" (¡!), y pesa vacío 28 kilos.

Piensen en 28 kilos. Eso es algo que puedes levantar sin problemas.

Y mide 22 metros de envergadura. El larguero principal pesa 8 kg. Empiecen a pensar cómo hacer el resto del avión, para el que sólo les quedan 20 kg (fuselaje, costillas, planos de cola, recubrimientos, pedales, transmisión, hélice, tren de aterrizaje, asiento para el piloto, mandos... no sigo). El Musculair 2 es "el de carreras" (25 kilos y 19,5 metros) y consiguió unos espectaculares 44,26 km/h.

Musculair 2 mostrando su impresionante envergadura para su peso mínimo.

Piensen también otra cosa: no sólo se trata de pedalear como Miguel Indurain. Que también. En el Musculair 1 hay que conseguir 200W continuos ("en crucero") para volar a 30 km/h y 265W de "velocidad máxima" para 40 km/h. En el Musculair 2 todavía más. También hay que pilotar el avión al mismo tiempo. Pero esto no es una bicicleta, la parte superior del cuerpo del piloto tiene que estar inmóvil para manejar los mandos con finura. Es más, esto es más importante que la potencia (por ejemplo, para hacer los giros coordinados). Para eso inventaron un sistema ingeniosísimo: el "manillar" gira sobre su eje vertical para actuar sobre el timón (girar a la derecha para timón a la derecha), sobre el eje longitudinal para los alerones (bajar el manillar izquierdo hace bajar el plano izquierdo) y girar los puños actúa sobre el elevador ("dar gas" como en una moto hace subir el elevador).

Vds. lo han adivinado: me encantaría descolgarlos y darme una vuelta en cualquiera de ellos.