Biplano

Un biplano es una aeronave de ala fija con dos alas principales apiladas una encima de la otra. El primer avión motorizado y controlado en volar, el Wright Flyer , utilizaba una configuración de ala biplana, al igual que muchas aeronaves en los primeros años de la aviación . Si bien la estructura de un ala biplana presenta una ventaja estructural sobre un monoplano , también genera mayor resistencia aerodinámica. Las técnicas estructurales mejoradas, los mejores materiales y las velocidades más altas hicieron que la configuración biplana quedara obsoleta para la mayoría de los usos a finales de la década de 1930 .

Los biplanos ofrecen varias ventajas sobre los diseños convencionales de monoplanos en voladizo : permiten estructuras de alas más ligeras, menor carga alar y menor envergadura para una superficie alar determinada. Sin embargo, la interferencia entre el flujo de aire sobre cada ala aumenta considerablemente la resistencia aerodinámica, y los biplanos generalmente requieren un refuerzo extenso, lo que genera resistencia adicional.

Los biplanos se distinguen de los aviones con alas en tándem , donde las alas se colocan delante y detrás, en lugar de encima y debajo.

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

En un avión biplano, se colocan dos alas una encima de la otra. Cada una proporciona parte de la sustentación, aunque no pueden producir el doble que un ala simple de tamaño y forma similares, ya que la superior y la inferior trabajan prácticamente en la misma porción de la atmósfera y, por lo tanto, interfieren entre sí. En una configuración biplano sin desfase entre el ala superior y la inferior, el coeficiente de sustentación se reduce entre un 10 y un 15 por ciento en comparación con el de un monoplano que utiliza el mismo perfil aerodinámico y relación de aspecto . ^{[ 1 ]}

El ala inferior suele estar unida al fuselaje , mientras que el ala superior se eleva sobre este mediante una serie de puntales de cabina , aunque también se han utilizado otras configuraciones. Cualquiera de las alas principales, o ambas, pueden soportar alerones , mientras que los flaps se ubican más comúnmente en el ala inferior. Casi siempre se añaden refuerzos entre las alas superior e inferior, en forma de puntales interplanos colocados simétricamente a ambos lados del fuselaje y cables de refuerzo para evitar la flexión de la estructura, en los casos en que las alas no sean estructuras en voladizo .

Ventajas y desventajas

La principal ventaja del biplano sobre el monoplano reside en su capacidad para combinar mayor rigidez con menor peso. La rigidez requiere profundidad estructural, y mientras que los primeros monoplanos debían obtenerla mediante arriostramiento externo, el biplano posee una estructura naturalmente profunda, lo que facilita su fabricación para lograr ligereza y resistencia. Los cables de arriostramiento en los monoplanos sin voladizo presentan un ángulo mucho más agudo, lo que reduce la tensión necesaria para garantizar la rigidez del ala exterior. En un biplano, dado que los ángulos se aproximan al ideal de estar alineados con las fuerzas opuestas, la estructura general puede ser más rígida. Debido a la menor rigidez, los monoplanos arriostrados con cables solían tener múltiples juegos de cables de vuelo y aterrizaje, mientras que un biplano podía construirse fácilmente con una sola sección y un único juego de cables de vuelo y aterrizaje. Sin embargo, la resistencia adicional generada por los cables no era suficiente para compensar las desventajas aerodinámicas derivadas de la interferencia entre dos perfiles aerodinámicos. Se intentó construir monoplanos arriostrados con puntales, pero ninguno tuvo éxito, principalmente debido a la resistencia generada por la cantidad de puntales utilizados.

Las fuerzas estructurales que actúan sobre los largueros de un ala de 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 ligera. Una determinada área de ala también tiende a ser más corta, lo que reduce los momentos de flexión en los largueros, lo que a su vez permite que estos sean más ligeros. ^{[ 2 ]} Sin embargo, el biplano necesita puntales adicionales para mantener la separación entre las alas, lo que aumenta tanto el peso como la resistencia aerodinámica.

La escasa potencia de los motores disponibles en los primeros años de la aviación limitaba la velocidad de los aviones a niveles bastante bajos. Esto requería una velocidad de pérdida aún menor, lo que a su vez exigía una baja carga alar , combinando una gran superficie alar con un peso ligero. Lograr una superficie alar suficientemente grande sin que las alas fueran largas y, por lo tanto, peligrosamente flexibles, resultaba más sencillo con un biplano.

El ala más pequeña del biplano permite una mayor maniobrabilidad. Tras la Primera Guerra Mundial, esto contribuyó a prolongar la era del biplano y, a pesar de las desventajas en el rendimiento, la mayoría de los aviones de combate eran biplanos hasta mediados de la década de 1930. Todavía se fabrican biplanos acrobáticos deportivos especializados en pequeñas cantidades. ^{[ 3 ]}

Los biplanos sufren interferencia aerodinámica entre las dos alas cuando el aire de alta presión bajo el ala superior y el aire de baja presión sobre el ala inferior se anulan mutuamente. Esto significa que, en la práctica, un biplano no obtiene el doble de sustentación que un monoplano de tamaño similar. Cuanto mayor sea la separación entre las alas, menor será la interferencia, pero para reducirla de forma apreciable, los puntales de separación deben ser más largos y el espacio entre ellas, extremadamente grande.

A medida que la potencia y la velocidad de los motores aumentaron a finales de la Primera Guerra Mundial , las alas en voladizo gruesas, con una resistencia inherentemente menor y una mayor carga alar, se volvieron prácticas, lo que a su vez hizo que los monoplanos fueran más atractivos, ya que ayudó a resolver los problemas estructurales asociados con ellos, pero ofreció pocas mejoras para los biplanos.

Escalonar

El diseño estándar de un biplano presenta las alas dispuestas directamente una encima de la otra. El desplazamiento del ala superior hacia adelante con respecto a la inferior se denomina desplazamiento positivo o, más comúnmente, simplemente desplazamiento. Este desplazamiento puede aumentar la sustentación y reducir la resistencia aerodinámica al disminuir ligeramente los efectos de interferencia entre ambas alas, pero se utilizaba con mayor frecuencia para mejorar el acceso a la cabina. Muchos biplanos tienen alas desplazadas. Algunos ejemplos comunes son el de Havilland Tiger Moth , el Bücker Bü 131 Jungmann y el Travel Air 2000 .

Como alternativa, el ala inferior puede desplazarse hacia delante del ala superior, lo que produce un desplazamiento negativo y beneficios similares. Esto se suele hacer en un diseño determinado por razones estructurales o para mejorar la visibilidad. Ejemplos de desplazamiento negativo incluyen el Sopwith Dolphin , el Breguet 14 y el Beechcraft Staggerwing . ^{[ 4 ] [ 5 ]} Sin embargo, el desplazamiento positivo (hacia adelante) es mucho más común.

Sesquiplano

El sesquiplano es un tipo de biplano en el que un ala (generalmente la inferior) es significativamente más pequeña que la otra. ^{[ 14 ] [ 15 ]} La palabra, de origen latino, significa "una y media alas". Esta disposición puede reducir la resistencia aerodinámica y el peso, manteniendo las ventajas estructurales del biplano. El ala inferior puede tener una envergadura significativamente menor o una cuerda reducida . ^{[ 14 ]}

Entre los ejemplos se incluye la serie de aviones militares Nieuport , desde el Nieuport 10 hasta el Nieuport 27 , que constituyeron la columna vertebral de las fuerzas aéreas aliadas entre 1915 y 1917. ^{[ 16 ]} El rendimiento de los sesquiplanos Nieuport fue tan impresionante que la Idflieg (la Inspección Alemana de Tropas Aéreas) solicitó a sus fabricantes de aeronaves que produjeran copias, un esfuerzo que se vio facilitado por varios aviones capturados y planos detallados; una de las copias más famosas fue el Siemens-Schuckert DI . ^{[ 17 ]} Los Albatros D.III y DV , que también habían copiado el diseño general del Nieuport, proporcionaron de manera similar la columna vertebral de las fuerzas alemanas durante la Primera Guerra Mundial. ^{[ 18 ]} Los sesquiplanos Albatros fueron ampliamente aclamados por sus tripulaciones aéreas por su maniobrabilidad y alta tasa de ascenso. ^{[ 19 ]}

Durante el período de entreguerras , la configuración de sesquiplano continuó siendo popular, con numerosos tipos como la serie Nieuport-Delage NiD 42/52/62 , Fokker C.Vd y e, y Potez 25 , todos en servicio en un gran número de fuerzas aéreas. En el sector de la aviación general, aeronaves como la serie Waco Custom Cabin demostraron ser relativamente populares. ^{[ 20 ]} El Saro Windhover era un sesquiplano con el ala superior más pequeña que la inferior, una configuración mucho más rara que la inversa. ^{[ 21 ]} El Pfalz D.III también presentaba una disposición de sesquiplano algo inusual, con un ala inferior más robusta con dos largueros que eliminaban los problemas de aleteo que se presentaban en los sesquiplanos de un solo larguero. ^{[ 18 ]}

La superposición de alas fue sugerida por Sir George Cayley en 1843. ^{[ 22 ]} Hiram Maxim adoptó la idea para su banco de pruebas a vapor, que despegó pero fue sujetado por rieles de seguridad, en 1894. ^{[ 23 ]} Otto Lilienthal diseñó y voló dos alas delta biplanos diferentes en 1895, ^{[ 24 ]} aunque es más conocido por sus monoplanos. ^{[ 25 ]} Para 1896, un grupo de jóvenes en los Estados Unidos, liderados por Octave Chanute , volaban alas delta, incluyendo biplanos, y concluyeron que el biplano con refuerzos externos ofrecía mejores perspectivas para el vuelo motorizado que el monoplano. En 1903, el biplano Wright Flyer se convirtió en el primer avión motorizado exitoso. ^{[ 26 ]}

Durante los años pioneros, tanto los biplanos como los monoplanos eran comunes, pero al estallar la Primera Guerra Mundial, los biplanos habían ganado popularidad después de que varias fallas estructurales de monoplanos resultaran en la "Prohibición de Monoplanos" del RFC , cuando todos los monoplanos en servicio militar fueron inmovilizados, ^{[ 27 ]} mientras que los franceses también retiraron la mayoría de los monoplanos de las funciones de combate y los relegaron al entrenamiento. Figuras como el autor de aviación Bruce observaron que existía un prejuicio aparente incluso contra los monoplanos de nuevo diseño, como el Bristol M.1 , que hacía que incluso aquellos con atributos de rendimiento relativamente altos fueran ignorados en favor de los biplanos "ortodoxos", y existía una supuesta creencia generalizada en ese momento de que los aviones monoplano eran inherentemente inseguros durante el combate. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

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 acabado antes con las ventajas del biplano si el conflicto no hubiera terminado cuando lo hizo. ^{[ 30 ]} Los franceses también estaban introduciendo el Morane-Saulnier AI , un monoplano parasol arriostrado con puntales , aunque el tipo fue rápidamente relegado al papel de entrenador avanzado tras la resolución de problemas estructurales. ^{[ 31 ]} Los tipos sesquiplano , que eran biplanos con alas inferiores abreviadas como el Nieuport 17 francés y el Albatros D.III alemán , ofrecían menor resistencia que un biplano convencional a la vez que eran más fuertes que un monoplano.

Durante el período de entreguerras , se introdujeron numerosos aviones de pasajeros biplanos. El británico de Havilland Dragon fue un avión particularmente exitoso, con un diseño sencillo que podía transportar seis pasajeros en rutas concurridas, como los servicios Londres-París. ^{[ 32 ]} A principios de agosto de 1934, uno de estos aviones, llamado Trail of the Caribou , realizó el primer vuelo sin escalas entre la parte continental de Canadá y Gran Bretaña en 30 horas y 55 minutos, aunque el destino previsto para este vuelo de larga distancia había sido originalmente Bagdad , Irak . ^{[ 33 ] [ 34 ]} A pesar de su relativo éxito, la producción británica del Dragon se interrumpió rápidamente en favor del más potente y elegante de Havilland Dragon Rapide , que había sido diseñado específicamente para ser un sucesor más rápido y cómodo del Dragon. ^{[ 35 ]}

A medida que aumentaban la potencia del motor y la velocidad, la penalización de resistencia aerodinámica de los refuerzos externos limitaba cada vez más el rendimiento de la aeronave. Para volar más rápido, sería necesario reducir los refuerzos 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 utilizaba aluminio corrugado para todas las superficies de vuelo, con un mínimo de puntales; sin embargo, era relativamente fácil dañar la delgada capa metálica y requería un manejo cuidadoso por parte del personal de tierra. ^{[ 36 ]} El caza Zeppelin-Lindau DI de 1918 era un biplano monocasco de estructura metálica autoportante totalmente en voladizo, pero su llegada se produjo demasiado tarde para ser utilizado en combate durante el conflicto. ^{[ 9 ]}

En la década de 1930, los biplanos habían alcanzado sus límites de rendimiento, y los monoplanos se volvieron cada vez más predominantes, particularmente en Europa continental, donde los monoplanos se habían vuelto cada vez más comunes desde el final de la Primera Guerra Mundial . Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial , varias fuerzas aéreas aún contaban con aviones de combate biplanos en servicio de primera línea, pero ya no eran competitivos, y la mayoría se utilizaban en funciones específicas, como entrenamiento u operaciones a bordo de buques, hasta poco después del final de la guerra. El biplano británico Gloster Gladiator , el Fiat CR.42 Falco italiano y el sesquiplano soviético I-153 seguían operativos después de 1939. ^{[ 37 ] [ 38 ]} Según el autor de aviación Gianni Cattaneo, el CR.42 logró el éxito en su función de caza nocturno defensivo contra los bombarderos de la RAF que atacaban objetivos industriales en todo el norte de Italia. ^{[ 39 ] [ 40 ]}

El Arma Aérea de la Flota Británica operó el bombardero torpedero Fairey Swordfish desde sus portaaviones y lo utilizó en la guerra antisubmarina hasta el final del conflicto, principalmente debido a su capacidad para operar desde las cubiertas relativamente compactas de los portaaviones de escolta . Su baja velocidad de pérdida y su diseño intrínsecamente robusto lo hicieron ideal para operar incluso en las condiciones climáticas a menudo severas del Atlántico medio. ^{[ 41 ]} Al final del conflicto, el Swordfish ostentaba la distinción de haber causado la destrucción de un tonelaje mayor de buques del Eje que cualquier otro avión aliado. ^{[ 42 ]}

Tanto el Heinkel He 50 alemán como el Polikarpov Po-2 soviético se utilizaron con relativo éxito en misiones de ataque terrestre nocturno durante la Segunda Guerra Mundial. En el caso del Po-2, la producción del avión continuó incluso después del fin del conflicto, hasta alrededor de 1952. ^{[ 43 ]} Un número significativo de Po-2 fueron desplegados por la Fuerza Aérea Popular de Corea durante la Guerra de Corea , causando graves daños durante incursiones nocturnas en bases de las Naciones Unidas . ^{[ 44 ]} El Po-2 es también el único biplano al que se le atribuye un derribo documentado de un avión a reacción, ya que un Lockheed F-94 Starfire se perdió mientras reducía la velocidad a 161 km/h (100 mph) —por debajo de su velocidad de pérdida— durante una interceptación para atacar al Po-2 que volaba a baja altura. ^{[ 45 ]}  

Entre los biplanos de entrenamiento posteriores se encuentran el de Havilland Tiger Moth, utilizado por la Real Fuerza Aérea (RAF), la Real Fuerza Aérea Canadiense (RCAF) y otras fuerzas, así como el Stampe SV.4 , que prestó servicio tras la guerra en las Fuerzas Aéreas francesa y belga. El Stearman PT-13 fue ampliamente utilizado por la Fuerza Aérea del Ejército de los Estados Unidos (USAAF), mientras que la Armada estadounidense operó el Naval Aircraft Factory N3N . En su uso civil posterior en los EE. UU., el Stearman se asoció particularmente con acrobacias aéreas, como el wing-walking , y con la fumigación de cultivos, donde su tamaño compacto resultaba ventajoso a baja altitud, al tener que esquivar obstáculos.

Los diseños modernos de biplanos aún se utilizan en funciones especializadas, como acrobacias aéreas y aeronaves agrícolas. El papel y el formato de las competiciones de acrobacia aérea para este tipo de biplanos quedaron bien definidos a mediados de la década de 1930 con el Udet U 12 Flamingo y el Waco Taperwing . El Pitts Special dominó las acrobacias aéreas durante muchos años después de la Segunda Guerra Mundial y todavía se fabrica.

La gran mayoría de los diseños de biplanos han sido equipados con motores de pistón . Entre las excepciones se encuentran el Antonov An-3 y el WSK-Mielec M-15 Belphegor , equipados con motores turbohélice y turbofán , respectivamente. Algunos diseños de biplanos más antiguos, como el Grumman Ag Cat, están disponibles en versiones mejoradas con motores turbohélice.

Los dos diseños de biplanos más producidos fueron el Avro 504 británico de 1913 , del que se fabricaron 11.303 unidades, y el Polikarpov Po-2 soviético de 1928 , del que se fabricaron más de 20.000 unidades. El Po-2 fue el sustituto directo de la copia soviética del Avro 504. Ambos se utilizaron ampliamente como aviones de entrenamiento. El Antonov An-2 también tuvo mucho éxito, con más de 18.000 unidades fabricadas.

aeronaves ultraligeras

Aunque la mayoría de los ultraligeros son monoplanos, sus bajas velocidades y su sencilla construcción han inspirado a un pequeño número de ultraligeros biplanos, como el Easy Riser de Larry Mauro (1975–). Mauro también construyó una versión propulsada por células solares que alimentaban un motor eléctrico, llamada Solar Riser . El Easy Riser de Mauro fue utilizado por Bill Lishman , conocido como "Father Goose" . ^{[ 46 ]}

Otros ultraligeros biplanos incluyen el Aviasud Mistral de diseño belga , el FK12 Comet alemán (1997–), el Lite Flyer Biplane, ^{[ 47 ] [ 48 ]} el Sherwood Ranger y el Murphy Renegade .

El dinosaurio con plumas Microraptor gui planeaba, y tal vez incluso volaba, sobre cuatro alas, que podrían haber estado configuradas en una disposición sesquiplana escalonada. Esto fue posible gracias a la presencia de plumas de vuelo tanto en las extremidades anteriores como en las posteriores, con las plumas de las anteriores extendiéndose en mayor envergadura. Se ha sugerido que las extremidades posteriores no podían extenderse lateralmente, sino que, durante el vuelo, colgaban por debajo y ligeramente por detrás de las anteriores. ^{[ 49 ]}

• Historia de la aviación
• Multiplano (aeronáutica)
• Configuración de alas

• Colección histórica de fotografías de biplanos
• Jacqui Hayes: Las alas de las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios biplanos. Archivado el 27/01/2007 en Wayback Machine , Cosmos.
• Spicerweb.org , ala delta biplano Octave Chanute