El Ekranoplano ¿Un buque o una aeronave?

Entrevista Cope + Galicia  Jueves  19/04/18 a 1230 h:

Un “ekranoplano” es un vehículo parecido a una aeronave, pero que también guarda ciertas similitudes con una embarcación tipo aerodeslizador, o “hovercraft”. El ekranoplano en navegación, apenas se aleja de la superficie, por lo que se ve influenciado por el “efecto suelo”, o “efecto pantalla”, que se produce al desplazarse la embarcación a escasa altura sobre la superficie, “volando” sobre un colchón de aire de manera similar a como lo hacen los aerodeslizadores. Su nombre proviene del idioma ruso, donde el efecto “pantalla” se denomina “ecranniy effect”.

Figura 1: Ekranoplano abandonado

HIDROALAS Y AERODESLIZADORES:

El ekranoplano, de forma similar a lo que le ocurre al hovercraft, cuando se desplaza no mantiene contacto con el agua, es decir, “vuela” sobre el mar. Aunque no necesariamente exige agua para poder desplazarse, ya que también podría hacerlo sobre terrenos llanos o helados, obviamente libres de obstáculos, ya que no lograría salvarlos al no poder elevarse por encima de ellos. Por ello, para volar, los ekranoplanos utilizan el efecto suelo. A diferencia de los aviones que se benefician de una aspiración hacia arriba por efecto de la sustentación, los ekranoplanos utilizan para volar la sobrepresión que se produce delante y debajo de sus alas, las cuales forman un colchón de aire que asegura una cierta sustentación del aparato, de forma similar a como se eleva un aerodeslizador.

Pero empecemos por el principio, ya que esta teoría es totalmente diferente a la que rige en referencia a cómo navegan los buques convencionales. Estos se mantienen a flote en virtud del principio de Arquímedes, que enuncia que todo volumen sumergido desplaza un volumen de agua equivalente al peso del volumen sumergido. Este principio que rige la navegabilidad de los buques, se enfrenta al problema de las resistencias y fricciones de las olas. Y para intentar evitarlas, el “hidrofoil” (hidroala, a medio camino entre el barco convencional y el hovercraft) resolvió el problema de la resistencia de las olas, elevándose por encima del agua, pero manteniendo al mismo tiempo sumergidas unas alas que lo “sostienen” mientras la velocidad sea lo suficientemente alta (primera exigencia, a bajas velocidades hay que utilizarlo como un barco normal, regido por el principio de Arquímedes). Basados en el principio de Bernoulli o de sustentación hidrodinámica, los “hidroalas” basan su flotabilidad en hacer planear el casco o en sacarlo totalmente fuera del agua, haciendo así que desaparezcan las fuerzas de fricción, mediante el uso de unas pequeñas “alas” llamadas “foils”, que provocan un fuerte empuje y «sacan literalmente» el casco del agua. De esta forma un casco en planeo produce empuje por su cara inferior por presión hidrodinámica, y un “foil” produce empuje por sus dos caras, como lo hace el ala de un avión, consiguiendo una gran fuerza de sustentación capaz de sacar el barco del agua.

Figura 2: Hidroala (hidrofoil)

Un “aerodeslizador (hovercraft)” es un vehículo que se desliza al lanzar un chorro de aire contra una superficie que se encuentra debajo de él. La embarcación genera un colchón de aire (cojín de aire), que le permite, en principio, moverse sobre cualquier superficie horizontal que sea lo suficientemente regular, pudiéndose desplazarse a velocidades superiores a los 150 km/h. Basado en la sustentación aerostática, el aerodeslizador es un vehículo creado a partir de un colchón de aire que se interpone entre el motor y la superficie, agua o tierra, sobre la cual se desplace. Se basa en un sistema de eyección de aire sobre dicha superficie, que genera tal fuerza que mantiene la nave por encima del mar. Por norma general se compone de dos motores independientes, de los cuales uno se encarga de insuflar aire por debajo del vehículo, mientras que el otro es el encargado de gobernar el rumbo de la nave.

Figura 3: Colchón de aire (Fuente: http://manualdelcientifico.blogspot.com.es)

1.- Hélices para el impulso horizontal (navegación)

2.- Válvulas para la entrada de aire

3.- Turbinas para el impulso vertical (colchón de aire)

4.- Protector aislante de caucho (cámara de aire)

Figura 4: Hovercraft

¿QUÉ ES EL EFECTO SUELO O EFECTO PANTALLA?

Este efecto se refiere, al hilo de lo ya mencionado, al aumento de sustentación que se produce en un ala cuando ésta se encuentra cerca de una superficie plana y comprime el colchón de aire que se produce entre ambos planos. Con un diseño adecuado del perfil alar, diferente del de un avión convencional, se obtienen grandes velocidades y/o enormes capacidades de carga, con un consumo de combustible menor que el de un avión convencional, siempre que se mantengan alturas reducidas (en la práctica entre 3 y 12 metros) sobre una superficie plana como es la de los océanos. Destacar que en un avión el vuelo se consigue gracias a una fuerza de sustentación que aparece debido al diferencial de velocidad del flujo de aire a través del ala, que genera una zona de alta presión debajo de ésta, impulsando el avión hacia arriba. Además debemos tener en cuenta a Newton, y a su principio de acción y reacción, que tiene implicaciones importantes.

Figura 5: Explicación del efecto suelo. (Fuente: aerospaceweb)

Alexeyev, un ingeniero naval ruso que había comenzado su carrera diseñando hidroalas pronto se dio cuenta de la conveniencia de diseñar un buque capaz de permanecer totalmente fuera del agua mediante el aprovechamiento del mencionado efecto suelo, que se produce cuando un cuerpo, con una diferencia de presiones entre la zona que hay por encima de él y la que hay por debajo, está muy cerca de la superficie terrestre. En ese tema encontró su tesis doctoral en los años de la Guerra Fría.

De esta manera fue posible crear aparatos similares a grandes aviones de transporte, pero con mayor capacidad de carga, o a rápidos vehículos de ataque armados con misiles; que además se caracterizaban por ser poco visibles en los radares, al navegar a muy baja altura. Alexeyev se dio cuenta de que era posible aprovechar el ‘efecto suelo’ directamente, prescindiendo de las aletas de los hidrofoils, aportando además la gran ventaja de la posible mayor envergadura de las naves, sin perder sustentación. Alexeyev en 1961, tras convencer a los mandos militares del potencial de su idea y construir varios prototipos cada vez mayores, construyó el “KM”, que realizó su primer vuelo en octubre de 1966, dejando estupefactos a los servicios de espionaje occidentales. Y de esta manera nacía el “Ekranoplano”, una nave muy interesante en el ámbito militar (grandes transporte rápidos, vehículos de ataque navales y de asalto anfibio) y también civil (transporte de grandes cargas, búsqueda y rescate), basado en un principio físico similar al de los aerodeslizadores sin desplazamiento.

Figura 6: Ekranoplano KM

Resumiendo, el llamado «efecto suelo» («Wing-In-Ground» o WIG en inglés) es un fenómeno aerodinámico que ocurre cuando el aire que se encuentra entre un cuerpo en movimiento y el «suelo» (agua, hielo, nieve, arena… o cualquier superficie más o menos plana), adquiere una presión superior a la del aire que se encuentra por encima de él, lo que crea un efecto de sustentación que se mantiene mientras la velocidad del cuerpo sea lo suficientemente alta para seguir presurizando el aire que se encuentra bajo él, mientras avanza la nave. Este efecto podría ser comparable con el que todos hemos advertido alguna vez al lanzar una piedra plana, girando sobre sí misma, hacia una superficie de agua en calma. ¿Qué ocurría? La piedra rebotaba varias veces sobre la superficie. En ese momento intervenía el efecto suelo.

NORMATIVA: ¿BUQUE O AERONAVE?

Las traducciones oficiales al castellano del Reglamento Internacional para Prevenir Abordajes (RIPA/COLREG) definen los «buques» como toda clase de embarcaciones, incluidas las de “sin desplazamiento” y los hidroaviones, utilizadas o que puedan ser utilizadas como medio de transporte sobre el agua. Es decir, «casi todo lo que se mueve por la mar». En concreto, el apartado del RIPA referente a las luces, indica una luz adicional (centelleante amarilla) que deben presentar los buques tipo “aerodeslizadores”, aunque actúen sin desplazamiento (aparte del resto de luces de navegación: costado, topes, alcance, etcétera).

Por lo tanto, aunque para algunos el ekranoplano sea más bien una aeronave (hay que reconocer que prácticamente, vuela), desde el punto de visto del RIPA, y teniendo en cuenta que se basa en el principio de los aerodeslizadores, podría ser considerado un buque.

En el año 1977 la OMI aprobó el Código para Naves de Sustentación Dinámica, Código NSD, en el que se reconocía que embarcaciones del tipo Hydrofoil o Jetfoil podrían mejorar notablemente sus condiciones de seguridad si se regularan los requisitos para la obtención del Certificado de Seguridad, por lo que los “Hidroalas” ya eran considerados buques.

Como consecuencia del continuo desarrollo tecnológico de este tipo de buques y de acuerdo con el párrafo 1.15.1 del Código NVG 1994, la OMI revisó este último y redactó el actual Código internacional de seguridad para Naves de Gran Velocidad (del año 2000), aplicable a aquellas naves cuya quilla fuera colocada después del 1 de julio de 2002. Destacar que las prescripciones que se imponen en ese momento a las naves de gran velocidad resultan muy estrictas y rigurosas.

Si nos fijamos en las alas de los ekranoplanos, estas naves poseen unas alas especiales que se diferencian bastante de las de los aviones. A diferencia de las alas de los aviones (finas en los extremos para evitar que se formen turbulencias que reduzcan la sustentación de los aparatos), los ekranoplanos poseen alas cuadradas para que el colchón de aire que se forma bajo las alas sea lo mayor posible (son perpendiculares a la línea proa-popa de la nave, mientras que las de los aviones poseen un ángulo diferente). Además, las alas están “partidas” alrededor de la mitad de su longitud, con el fin de dirigir el flujo del aire hacia la parte inferior del aparato. Este diseño tiene el inconveniente de que los extremos de las alas, que son muy largas, aumentan los remolinos de aire, que frenan al ekranoplano. Sin embargo, este efecto es compensado sobradamente por el efecto suelo. De esta manera, el avión consume menos carburante pero a medida que toma altitud, el efecto suelo desaparece, tomando mayor importancia los remolinos que frenan al aparato y que hacen que el consumo de combustible aumente.

Con una silueta de depredador, el ekranoplano combina las capacidades de un barco y un avión atravesando todo tipo de terreno y eludiendo cualquier defensa enemiga.

HISTORIA DE LOS EKRANOPLANOS: EL MONSTRUO DEL MAR CASPIO

Los ekranoplanos soviéticos aparecieron durante la Guerra Fría. Por aquel entonces, las dos superpotencias de la época, los Estados Unidos y la URSS intentaban aventajar al oponente por todos los medios y en todos los aspectos (económico, científico, técnico e incluso deportivo).

Alexeiev realizó cientos de modelos a escala, construidos con cartón piedra. Con ayuda de un tobogán los lanzaba a poca altura sobre el agua con tal de comprobarlos en la práctica.

En 1966 uno de los primeros satélites espía norteamericanos detectó algo a orillas del mar Caspio que dejó atónitos a los analistas de Inteligencia: una monstruosidad de 106 metros de longitud y 42 metros de la punta de un ala a otra, forma de avión y diez motores a reacción. Ante la imposibilidad de saber con exactitud si se enfrentaban a un barco o un avión, lo apodaron «el monstruo del Mar Caspio» y comenzaron a monitorizar sus evoluciones sobre el agua. El avión pesaba 544 toneladas, y era capaz de superar los 400 km/h. Sus diez motores Dobryin vd-7 de 98KN cada uno, lo elevaban sobre el agua pero no podía elevarse a más de 3 metros por riesgo a estrellarse. Podía hacer frente a olas de más de 5 metros sin ningún problema y se construyó para que sirviera como laboratorio volante para los científicos hasta 1980. Sin embargo el KM desaparecería en un accidente. Tras una ráfaga de viento que desestabilizó al aparato, el piloto, desobedeciendo las consignas de pilotaje del ekranoplano que le aconsejaban aproximarse a la superficie en caso de algún problema, optó —como habría hecho en el caso de tratarse de un avión convencional— por elevarse, el ekranoplano entonces pierde sustentación y se estrella contra el agua.

La propulsión del KM estaba compuesta por 10 motores a reacción Dobryin VD-7, dos en la cola y 8 en dos aletas a proa. Estos últimos disponían de toberas orientables que permitían dirigir sus chorros de aire debajo de las alas para aumentar la sustentación. Construido con un casco similar al de un hidroavión, el KM aceleraba sobre el agua hasta despegar y alcanzar los 3 metros de altura (en las versiones iniciales). Posteriormente sufrió sucesivas modificaciones que le sirvieron para poder llevar a cabo saltos de hasta 20 metros de altura, suficientes para sobrevolar olas de hasta 5 metros. A pesar del gran consumo producido por sus motores, aun así el consumo en vuelo suponía la cuarta parte que el de un avión convencional. El KM tenía un alcance de unos 2.000 km.

Figura 7: Espías localizan KM

Figura 8: Ekranoplano KM 1

En 1989, tras el accidente del submarino Komsomolets, que costó la vida de 42 marineros, la URSS comienza la construcción del Spasatel. Con capacidad para 500 personas, estaba destinado a ser un hospital volante para las tripulaciones de submarinos o navíos, pero jamás llegó a terminarse. Al contrario de lo que sucedió con otros ekranoplanos precedentes, su fuselaje aún se conserva.

EKRANOPLANOS EN LA ACTUALIDAD

Tras el desmoronamiento de la Unión Soviética la mayoría de proyectos para la construcción de ekranoplanos quedaron abandonados, incluyendo un macroproyecto para construir tres modelos gigantes que sirvieran para transportar el trasbordador soviético Buran y los cohetes Energía, encargados de ponerlo en órbita. Sin embargo, en los últimos años el ekranoplano ha vuelto a despertar el interés de la industria internacional. Primero fue la norteamericana Boeing, que proyectó fabricar un modelo de 152,4 metros y una capacidad de unas 1.300 toneladas bajo el nombre de Pelican, con un alcance de unas 10000 millas náuticas (aproximadamente 18000 kilómetros), para su posible uso como un medio de transporte rápido de tropas y material militar a través de los océanos Pacífico y Atlántico.

Hace unos meses, y una vez más Rusia, anunció la inminente construcción de un nuevo modelo de Ekranoplano de transporte, esta vez pensado para cubrir las necesidades de comunicación de sus amplios territorios árticos. La nueva máquina tendría un peso de 600 toneladas, más de 100 metros de eslora y 70 de envergadura, con capacidad para 500 pasajeros y sería capaz de alcanzar una velocidad máxima de casi 550 km/h. Para confirmar que no se trataba de un vehículo “bélico” sería bautizado como ‘Rescuer’ (rescatador). Según el diario Izvestia, uno de los principales del país, el primer prototipo del nuevo Ekranoplano despegaría en 2022 o 2023, con plena capacidad operativa para 2025. La compañía que se encuentra detrás de su diseño y construcción es la empresa rusa “Alekseyev Design Bureau”.

Para finalizar, para aquellos que queráis complementar información sobre todos los modelos construidos de ekranoplanos recomiendo visitar el blog de Juan Oliveira:

https://vadebarcos.net/2017/09/02/rostislav-alexeyev-y-el-desarrollo-del-ekranoplano-sovietico/

O la suavidad con la que se desliza el “Transporte moderno ekranoplano airfish-8”:

https://www.youtube.com/watch?v=QvdZGid3tuM

 

¡Hasta dentro de dos semanas!