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junio, sábado 15, 2024

SPITFIRE : El caza más legendario de la Segunda Guerra Mundial

Primera parte del monográfico sobre el Supermarine Spitfire, un caza monoplaza británico, fue ampliamente utilizado por la Royal Air Force y países aliados durante y después de la Segunda Guerra Mundial, con numerosas variantes desde el Mk 1 hasta el Mk 24.

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Texto y Fotos : José Manuel Serrano Esparza / Aviación Digital.- El Supermarine Spitfire fue un caza de combate monoplaza utilizado por la Royal Air Force británica y otros países aliados antes, durante y después de la Segunda Guerra Mundial.

Se construyeron muchas variantes de este avión, desde el Spitfire Mk 1 con motor Rolls-Royce Merlin hasta el modelo Mk 24 con motor Rolls-Royce Griffon, utilizando diferentes configuraciones de ala y armamento. El Spitfire es toda una leyenda en la Historia de la Aviación y un modelo icónico entre los entusiastas de las aeronaves clásicas con motor a pistón. Producido entre 1938 y 1948, el Supermarine Spitfire prestó servicio durante 23 años, desde su introducción el 4 de agosto de 1938 hasta su retirada en 1961, construyéndose 20.351 unidades.

Todavía quedan en el mundo unos setenta aparatos en perfectas condiciones de vuelo y que participan en exhibiciones aéreas en distintos países, especialmente Inglaterra y Estados Unidos.

Un diseño muy especial con ala elíptica

El Spitfire, caza interceptor de corto radio de acción y grandes prestaciones, fue creado en 1936 por R.J.Mitchell, diseñador jefe de la empresa Supermarine Aviation Works, que desde 1928 operaba como subsidiaria de Vickers-Armstrong. 

A primera vista, lo que más llama la atención de este singular caza de combate es su distintiva ala elíptica, diseñada por Beverley Shenstone (gran experto en aerodinámica) y desarrollada por R.J.Mitchell con innovadores remaches hundidos que permitieron una sección transversal lo más delgada posible, consiguiendo una velocidad máxima superior a la de otros cazas contemporáneos de su época, incluyendo el Hawker Hurricane. 

 

© jmse

R.J.Mitchell y su equipo técnico decidieron utilizar este tipo de ala semielíptica para poder solventar dos premisas difíciles de desarrollar a la vez : un ala que habría de ser delgada para evitar crear demasiada resistencia aerodinámica, pero que a la vez necesitaría tener el suficiente grosor para poder albergar el tren de aterrizaje retráctil, el armamento y la munición.

Así pues, llegaron a la conclusión de que un perfil elíptico es la forma aerodinámica más eficaz para un ala sin torsión, con lo que se consigue la mínima cantidad de resistencia aerodinámica inducida, ya que además, se confirió a la elipse el adecuado grado de inclinación para que el centro de presión (que tiene lugar en el punto situado a un cuarto de la distancia a lo largo de la cuerda aerodinámica desde el borde de ataque al borde de fuga) se alineara con el larguero principal, evitando la torsión de las alas.                                    

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Ese fue el motivo por el que al diseñar el ala elíptica del Spitfire, Beverley Shenstone centró sus esfuerzos en lograr la más baja ratio posible espesor / cuerda aerodinámica que permitiera a la vez obtener un gran vigor estructural, en simbiosis con un dihedro de 6º que aumentó la estabilidad lateral.

Y esa forma elíptica del ala también sirvió como diseño base para el montaje del estabilizador vertical y el plano de cola, aprovechando al máximo sus excelentes características aerodinámicas, ya que además, se construyeron las superficies de control de vuelo primaria que controla el movimiento alrededor del eje lateral de la aeronave y el timón con formas muy estudiadas para que su centro de masa se desplazara hacia adelante, reduciendo los riesgos de flutter en estructuras flexibles, con interacción de fuerzas de inercia, rigidez y fuerzas aerodinámicas sobre la superficie de la aeronave.

Hay que destacar también el hecho de que la aerodinámica de los distintos modelos de Spitfire fabricados entre 1938 y 1948 experimentó cambios pensados concienzudamente.

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Poco a poco se les fueron instalando morros más largos y hélices de mayor tamaño, como consecuencia de la incorporación de motores de dimensiones y potencias cada vez mayores, para los que fue necesario fabricar superficies de cola primero verticales y después horizontales progresivamente más grandes para compensar las mencionadas modificaciones aerodinámicas. Éstas alcanzaron su cúspide evolutiva en el Spitfire Mk 24 introducido a finales de 1945, con motor Rolls-Royce Griffon 61 de 2050 CV, 12 cilindros en V, refrigerado por líquido, dotado con sobrecompresor de dos etapas y que aportó a este modelo un excepcional rendimiento a gran altura del que a veces habían carecido las versiones anteriores y que había comenzado a mejorarse con los Spitfire Mark VI, VII y VIII, que fueron diseñados como cazas con grandes prestaciones a gran altitud.

Conforme el Spitfire fue alcanzando cada vez mayor potencia y maniobrabilidad a altas velocidades, aumentó la posibilidad de que los pilotos tuvieran que enfrentarse a inversión de alerón.

Para contrarrestar dicho fenómeno, el equipo de diseño de Supermarine tuvo que fabricar cinco tipos diferentes de alas: A, B, C, D y E, todas con las mismas dimensiones y planos, pero con distintas configuraciones internas de armamento y depósitos de combustible.

Y también fue crucial la gran labor de Jeffrey Quill y Alex Henshaw, pilotos de pruebas de la RAF, que volaron todos los prototipos de los distintos modelos de Spitfires producidos durante la Segunda Guerra Mundial.

Fabricación en gran medida artesanal

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El Spitfire un avión de construcción en gran medida artesanal, especialmente el fuselaje, totalmente hecho a mano, por lo que su fabricación precisaba un gran know-how en ingeniería y técnicas de precisión.

El armazón del Spitfire es complejo, con fuselaje aerodinámico semimonocoque recubierto de duraluminio y que tenía muchas curvas compuestas distribuidas por toda su estructura, ligera pero a la vez rígida y muy resistente, con una eficaz combinación de 14 largueros longitudinales y 4 travesaños principales acoplados a los distintos frames, en sinergia con láminas de alumino especial Alclad anticorrosión.

                                                            

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Y dicha gran fortaleza estructural fue potenciada con el uso de remaches con cabeza de cúpula sobre el revestimiento del fuselaje, las alas y el plano de cola, en simbiosis con remaches de cabeza plana insertados en zonas críticas como la parte delantera del ala del larguero principal, donde se necesitaba un flujo ininterrumpido de aire.

A partir de febrero de 1943, los remaches planos fueron utilizados también en el fuselaje del Spitfire en todas sus variantes, hasta el punto de que en algunas áreas concretas tales como la zona trasera del ala y el revestimiento de la zona inferior del plano de cola, la zona superior fue reforzada con remaches planos y la inferior fijada con tornillos de latón introducidos en tiras de madera de abeto unidas mediante bulones a las costillas inferiores, mientras que las puntas alares extraíbles estaban hechas con madera de abeto recubierta con duraluminio.

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Por otra parte, esta evolución estructural del Spitfire buscando la mayor robustez posible, afectó también a los alerones, las superficies de control de vuelo primarias que controlan el movimiento alrededor del eje lateral de la aeronave, y el timón, originalmente cubiertos de tela, pero que a partir de la experiencia en combate adquirida desde 1940, cuando se comprobó que era imposible su uso a altas velocidades, fueron revestidos con una aleación metálica ligera que optimizaba el control de la aeronave en toda la gama de velocidades.

ROLLS-ROYCE Merlin: una extraordinaria planta motriz

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Todo el diseño del Spitfire estuvo desde el mismo momento de su creación al servicio de su fabuloso motor a pistón Rolls-Royce Merlin de 27 litros, con 12 cilindros en V a 60º , refrigerado por líquido, de gran potencia y fiabilidad, además de ofrecer una excelente relación peso / empuje que le permitía desarrollar sus excepcionales cualidades de vuelo para finales de los años treinta, entre ellas una más que notable maniobrabilidad y una velocidad máxima de 600 km/h.

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Este motor en línea era muy compacto y estrecho, permitiendo una mayor esbeltez de aeronave, tal y como ocurría con el Spitfire, a diferencia de los motores radiales, cuya circunferencia era más grande.  

Las versiones iniciales de esta planta motriz en línea (que priorizaba la mejor aerodinámica posible a altas velocidades) tenían una potencia de 1.000 CV, pero fue mejorado constantemente y en versiones posteriores logró potencias máximas cada vez mayores, entre los 1030 CV y los 2060 CV (la mayoría de ellos entre 1130 CV y los 1600 CV),

siendo probablemente el modelo más trascendental el motor Rolls-Royce Merlin 61, con sobrealimentador de dos velocidades, que permitía un excelente rendimiento a gran altura, fue introducido en el Spitfire Mark IX en 1942 y diseñado en respuesta al Focke-Wulf 190.

El desarrollo de la Segunda Guerra Mundial supuso una muy interesante rivalidad tecnológica y de prestaciones entre el motor Rolls-Royce Merlin británico y el Daimler-Benz DB 601 que incorporaba el caza alemán Messerschmitt Bf 109. El motor alemán de 1100 CV de potencia era técnicamente más perfecto, construido con superiores especificaciones y tolerancias más estrictas, siendo también una planta motriz de notable fiabilidad y potencia.

Además, se había sustituido en él el sistema de carburación por uno de inyección directa de combustible, lo que tenía algunas ventajas importantes como la eliminación del problema de congelación que ocurría en los carburadores, la posibilidad de emplear combustible de menor octanaje sin complicaciones y una reducción en el consumo del mismo, sin olvidar la cualidad más distintiva del sistema de inyección : la capacidad de operar bajo condiciones de G negativas, cuando muchos sistemas de carburación dejan de funcionar.

Pero era más complejo, más caro y necesitaba muchas más horas de producción, mientras que con el motor Rolls-Royce Merlin, mecánicamente más simple pero a la vez muy eficaz,

la fuerza aérea británica había desarrollado no sólo una extraordinaria planta motriz desde el punto de vista de sus prestaciones, sino que podía fabricarse en enormes cantidades, de modo mucho más rápido y barato que el Daimler-Benz DB 601.

Hay que destacar también el hecho de que al optar por el uso de carburadores en sus motores  Rolls-Royce Merlin para el Spitfire, la RAF aplicó un criterio esencialmente práctico : a finales de los años treinta, Rolls-Royce no tenía un sistema de inyección de combustible para incorporar en sus motores de aviación, se habrían tardado años en desarrollar uno propio y sus carburadores eran los más avanzados del mundo, con tres ventajas importantes sobre la inyección de combustible : daban más potencia por volumen de combustible consumido, funcionaban de modo mucho más fácil y su mantenimiento tras abundantes horas de vuelo era más sencillo.

Es cierto que esta decisión hizo que el rendimiento del Spitfire en picados con fuerzas G negativas no alcanzara el nivel de muchos cazas alemanes como el Messerschmitt Bf 109 y el Focke Wulf 190, cuyos motores funcionaron mediante inyección de combustible durante la Segunda Guerra Mundial (por lo que los pilotos de Spitfire tenían que realizar una maniobra más complicada al hacer picados pronunciados), pero desde un punto de vista global, la decisión fue acertada, decantándose la empresa aeronáutica inglesa por la paulatina modificación y diseño de nuevos carburadores y el desarrollo de avanzadísimos sobrealimentadores para mejorar cada vez más las prestaciones de las distintas versiones del Spitfire. 

No es pues de extrañar que se produjeran un total de 150.000 unidades del mítico motor  Rolls-Royce Merlin, 112.500 en Inglaterra y 55.000 en Estados Unidos en sus distintas versiones y potencias.

Por otra parte, fueron varios los factores clave en el gran éxito del motor Rolls-Royce Merlin durante toda la Segunda Guerra Mundial :

a) La excelente relación peso / potencia y fiabilidad del motor Rolls-Royce Merlin le hacía adecuado para muchas aplicaciones distintas, ya que el Spitfire fue un avión de combate muy adaptable, cuya versatilidad le hizo trascender con creces su papel inicial como caza de corto radio de acción, hasta tal punto que se fabricaron un total de 19 modelos Mark distintos de esta aeronave y 52 subvariantes. 

b) Incorporaba un sobrealimentador de una velocidad (a partir de 1942 se introdujeron los modelos con sobrealimentadores de dos velocidades, con los que el Spitfire alcanzaría su mayor rendimiento) que le permitía preservar una gran potencia a elevada altitud, sin necesidad de aumentar las dimensiones de planta motriz, de modo que el Spitfire podía desarrollar sus prestaciones y combatir contra los cazas alemanes a diferentes cotas.

Fotografía de los años setenta en la que aparecen Stanley Hooker (en el centro de la imagen), Arthur Rubbra ( visible a la izquierda del todo de la imagen), ingeniero que diseñó muchos de los motores Rolls-Royce, Merlin, Jeffrey Quill (piloto de pruebas de la RAF, que voló todos los prototipos de los distintos modelos de Spitfire durante la Segunda Guerra Mundial, a la derecha del todo de la imagen) y el artista Frank Wootton (creador de fabulosos dibujos y láminas a todo color de Spitfires, Hurricanes y otros aviones británicos que participaron en la Segunda Guerra Mundial, visible a la izquierda de la imagen, junto a Arthur Hubbra). Todos ellos posan con un  precioso cuadro de un Spitfire creado por Frank Wootton.  

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