Genios murcianos de la Ingeniería y Arquitectura

Genios murcianos de la Ingeniería y ArquitecturaJuan de la Cierva

Tecnologías del Siglo XXIAula Senior

Mariano Alarcón GarcíaUniversidad de Murcia2009/10

Ingenieros y arquitectos murcianos. Juan de la CiervaIngenieros y arquitectos murcianos. Juan de la Cierva 2Ingenieros y arquitectos murcianos. Juan de la Cierva

Juan de la Cierva: inventor del autogiroBiografíaLos iniciosEl autogiro: conceptoLos primeros prototiposLa madurez del autogiroEl autogiro después de de la CiervaLa memoria de Juan de la Cierva: el autogiro hoy


BiografíaJuan de la Cierva y Codorníu (Murcia, 21/9/1895 - Croydon, R. U., 9/12/1936), inventor del autogiro, aparato precursor del actual helicóptero, aunque distinto de él.Hijo del abogado, político y empresario Juan de la Cierva y Peñafiel, ministro en cuatro ocasiones y alcalde de Murcia.Obtuvo el título de ingeniero de caminos, canales y puertos, aunque no ejerció, dedicado exclusivamente al desarrollo de su invención. Fue diputado por Murcia por el Partido Conservador, aunque apenas ejerció. Sin embargo, participó activamente en la Operación Dragón Rapide, previa al golpe de estado del general Franco (1936).Falleció el 9 de diciembre de 1936, con 41 años, al estrellarse en el despegue en Croydon (Reino Unido) el Douglas DC-2 de KLM en vuelo regular Londres-Amsterdam.


Antecedentes: los primeros pasosDesde su infancia se interesó por la aviación, y junto a su amigo Tomás de Martín-Barbadillo, construyó pequeños modelos capaces de volar.Junto con José Barcala, compañero de estudios, y Pablo Díaz, hijo de carpintero, fundó la sociedad B.C.D., pionera en el desarrollo aeronáutico en España.Construyeron planeadores (1910) y en 1912, contando de la Cierva con 16 años, uno de los primeros aeroplanos españoles que volaron bien: el biplano, el BCD-1, apodado el Cangrejo, con piloto (el francés Mauvais) y pasajero a bordo.Posteriormente, en 1913, voló el último proyecto del trío, el BCD-2, un monoplano (como lo serían los futuros aviones).


Antecedentes: los primeros pasos (2)

Planeador construido por la Cierva y sus amigos, y volado en los Altos del Hipódromo en 1910


Antecedentes: los primeros pasos (3)

Biplano BCD-1 Cangrejo, propulsado con un motor Gnôme de 50 CV.La "pandilla" inició este proyecto en 1911.

En el verano de 1912 el BCD-1 fue volado por el reputado piloto francés Jean Mauvais


Los inicios¿Cómo surgió el Autogiro?

De la Cierva, fiel a su vocación, diseñó como proyecto final carrera de Ingeniería de Caminos el primer avión polimotor español y uno de los primeros en el mundo: el bombardero trimotor C.3, con motores de 220 cv y 5 t de peso total al despegue, que presentó al concurso que convocó el Servicio de Aeronáutica Militar español en 1919 para actualizar sus efectivos.El prototipo se construyó, pero en un vuelo de ensayo pilotado por el reputado piloto capitánJulio Ríos Agüeso el avión se estrelló y resultódestruido (el piloto, que salvó su vida, no tenía experiencia en polimotores).


Los inicios¿Cómo surgió el Autogiro? (2)

Bombardero trimotor C.3


Los inicios¿Cómo surgió el Autogiro? (3)

La tragedia del trimotor C3 motivó a de la Cierva a pensar en una aeronave cuya seguridad en vuelo no se viera comprometida por una pérdida de velocidad debida a un fallo del motor.Ello le hizo centrarse en una aeronave de alas giratorias, en la que la velocidad aerodinámica responsable de la sustentación proviene principalmente del giro de las palas del rotor, mientras que en el avión (ala fija) procede del movimiento de traslación y, por tanto, un fallo del motor provoca la catástrofe.La idea de sustentación mediante alas giratorias tenía varios siglos de antigüedad, pero su aplicación práctica a una aeronave, el helicóptero, se materializó en 1907 (Bréguet-Richet y Cornu) y 1909 (hnos. Berliner). Sin embargo estos primeros aparatos eran incapaces de efectuar un vuelo estable y controlado y eran bastante complicados mecánica y aerodinámicamente.


El autogiro: concepto El autogiro es una aeronave de ala rotativa; vuela como los aviones, pero su ala es un rotor que gira por la acción del viento relativo que lo atraviesa de abajo hacia arriba. Para ello es necesario que el aparato se desplace en el seno del aire, por lo que precisa un equipo motopropulsor que le proporcione un movimiento de traslación, como en el caso del avión (pero éste de ala fija).El rotor no está conectado al motor de la aeronave, por lo que gira libremente, «autogira», impulsado por el aire, generando así la fuerza de sustentación. El autogiro hace su irrupción en el panorama de la aviación sólo veinte años después de la invención de los hermanos Wright.Autogiro es marca registrada de de la Cierva, por lo que de forma genérica se llama Girocóptero(Gyrocopter, en inglés) a los aparatos de este tipo.


El autogiro, el avión y el helicópteroMientras el avión es una aeronave de alas fijadas al fuselaje, el autogiro tiene alas fijadas a un rotor. En el helicóptero, a diferencia del autogiro, la propulsión y la sustentación se producen en un rotor impulsado por el motor.El autogiro puede parecer un híbrido entre el aeroplano y el helicóptero: Al igual que el aeroplano su propulsión se realiza mediante una hélice, pero en lugar de alas, tiene un rotor como el helicóptero. Sin embargo, es una aeronave con entidad propia.El autogiro puede conseguir velocidades de vuelo muy lentas, aunque no tiene la posibilidad de detenerse en el aire. De la Cierva nunca se interesó por los helicópteros, a los que consideraba demasiado complicados para volar y proclives a los accidentes.Algunas de las innovaciones de Juan de la Cierva en el autogiro, como el rotor articulado y otras, fueron usadas por Sikorsky en su helicóptero, pagando la patente a de la Cierva. El nacimiento de los helicópteros propició el declive de los autogiros hasta su práctica desaparición en aplicaciones comerciales.


Los iniciosLa patente

Debido a la complejidad mecánica y dificultad de control, de la Cierva descartó el helicóptero. Descubrió que si se inclinaba el eje del rotor hacia atrás, de modo que la corriente de aire incidiera sobre las palas desde abajo con un pequeño ángulo, era posible la autorrotación de las mismas con una baja velocidad de aire incidente (baja velocidad de vuelo). En 1920 patentó una aeronave que empleaba el principio de autorrotación y que denominóAutogiro®.


Los iniciosLa patente (2)

Réplica de una maqueta de de la Cierva


El autogiro: características y evoluciónEl principal problema que presentó la invención del autogiro fue la superación de su tendencia al vuelco.

El problema se debía a una diferencia de sustentación(sustentación asimétrica) entre la pala que avanza y la que retrocede (rotor giratorio), lo que provoca que una sustentase más que la otra, produciendo una tendencia al giro (llamada “momento.El problema se corrigió con la articulación de batimiento.

El autogiro requería inicialmente una pequeña carrera para el despegue, pero tenía aterrizaje prácticamente vertical.Diseños posteriores eliminaron la carrera de despegue con el prelanzador, el primero de ellos diseñado por Heraclio Alfaro Fournier, produciendo el llamado «despegue de salto».


El autogiro: características y evolución (2)

Los primeros modelos disponían de unas pequeñas alas que hacían la función de alerones para controlar el alabeo. En caso de una parada del motor en vuelo, el autogiro planea y comienza a descender lentamente; cuanto más rápido lo haga, tanto más rápido giran las palas del rotor, almacenando energía y proporcionando mayor sustentación. El autogiro puede conseguir velocidades de vuelo muy lentas, aunque no tiene la posibilidad de detenerse en el aire. Tampoco alcanzó velocidades ni alturas tan altas como los aviones.Es un aparato muy seguro, teniendo solamente un momento crítico: tras el aterrizaje, mientras el rotor aún no se ha detenido, una ráfaga fuerte de viento lo puede volver a elevar.


El autogiro: los prototipos inicialesJuan de la Cierva construyó en Madrid en 1920 su primer autogiro, el Cierva C.1, utilizando fuselaje, ruedas y estabilizador vertical de un monoplano francés Deperdussinde 1911, sobre el que montó dos rotores cuatripalascontrarrotatorios coronados por una superficie vertical destinada a proporcionar control lateral; la planta motriz era un motor Le Rhône de 60 cv. El aparato no llegó a volar, pues el rotor inferior giraba a menos velocidad de la prevista, y el efecto giroscópico y la asimetría de la sustentación hicieron volcar lateralmente al aparato. A este primer autogiro siguieron dos construcciones también fallidas, el C.2 y el C.3, en las que el inventor intentó, infructuosamente, resolver el problema de la sustentación asimétrica. Sin embargo, en las pruebas del C.2 se consiguieron algunos saltos de unos dos metros. Fue el primer autogiro que consiguió volar con cierto éxito.


El autogiro: los prototipos iniciales Los diseños fallidos C.1, C.2 y C.3 hicieron comprender a de la Cierva la necesidad de corregir el problema que planteaba la asimetría de sustentación, para conseguir que el autogiro volara sin tender a volcar.De la Cierva había notado estos problemas de estabilidadcuando experimentaba con los modelos a escala real, que sin embargo no lo había descubierto en los modelos a escala, que habían volado con éxito, por lo que comenzó a considerar las diferencias entre los rotores a escala y a tamaño real. De la Cierva notó que los rotores usados en los modelosestaban hechos de bambú, y esto los hacía ser más flexibles que los construidos a tamaño real. Esta flexibilidad era la que absorbía la diferencia de sustentación entre el aspa que avanza y la que retrocede. Su nuevo problema entonces, fue cómo crear un rotor flexible con los materiales disponibles en esa época.


El autogiro: los prototipos exitosos El C.4

En su búsqueda de flexibilidad para resolver la asimetría de la sustentación del rotor de la Cierva concibió una idea revolucionaria: la articulación de batimiento, consistente en unir las palas al buje del rotor mediante una articulación de eje horizontal, para que éstas, en su giro sobre el eje de la aeronave, igualasen la diferencia de sustentación. La solución fue probada el 18 de abril de 1922 en el prototipo C.4 que se terminó un mes después, con un motor de 110 cv y equipado con un rotor de cuatro aspas con las palas articuladas en su raíz. Para la resolución definitiva del problema, de la Cierva realizó una completa serie de ensayos en el túnel de viento de circuito cerrado del aeródromo de Cuatro Vientos (Madrid), entonces el mejor de Europa.


El autogiro: los prototipos definitivosEl C.4 y su articulación de batimiento

Detalle del rotor del C.4, con sus articulaciones de batimiento

Especificaciones C.4

Características generalesTripulación: 1 Planta motriz: 1× Le Rhône 9Ja, 110 cvHélices: 1× 1 por motor.Rotor: 3 palasFuselaje: monoplano SommerRendimientoVelocidad máxima operativa (Vno): 100 km/h Techo de servicio: 30 metros (98 pies)


El autogiro: los prototipos exitosos El C.4: los primeros vuelos

El C.4 se probó exitosamente el 17 de enero de 1923en el aeródromo de Getafe pilotado por el teniente Alejandro Gómez Spencer. Aunque dicho vuelo consistió únicamente en un "salto" de 183 m, demostró la validez del concepto.Esta fecha puede considerarse como la del primer vuelo (eficaz) de una aeronave de alas rotatorias.El 20 de enero el motor falló en vuelo y el morro del C.4 apuntó hacia arriba. El interés original de Juan de la Cierva en los autogiros, la seguridad aérea, fue dramáticamente demostrado, ya que la máquina llegó indemne a tierra autorrotando. A finales del mes, el C.4 realizó un vuelo circular de unos 4 kilómetros en 3 minutos y medio a una altitud de 25 metros (80 pies) en Cuatro Vientos.


El autogiro: los prototipos definitivosDespués del C.4

Al C.4 siguieron el C.5, con rotor de tres palas, el C.6, C.7, etc., en los que iba incorporando diversas mejoras técnicas.De la Cierva realizó a lo largo de su vida continuas innovaciones y mejoras en los modelos de autogiro, lo que hay quien afirma que fue un inconveniente para su éxito comercial, al no dedicarse el inventor a la producción del mismo.Destacó el C.8 MkII, con el que cruzóel Canal de la Mancha, o el C.12, que cubrió el trayecto Madrid-Lisboa en 4 h.

Especificaciones C.5

Características generalesTripulación: 1 Planta motriz: 1× Le Rhône 9Ja, 110 cv.Hélices: 1× 1 por motor.Rotor: 3 palas Fuselaje: Avro 504 kRendimientoTecho de servicio:30 metros


La madurez del autogiroApoyo en España

Aunque desde el punto de vista científico-tecnológico, el autogiro tuvo, sin duda, un éxito rotundo, desde la óptica comercial los resultados fueron más modestos, aunque alcanzó cierto desarrollo y éxitos significativos.Tras la aparición del autogiro, algunas personalidades, aviadores y técnicos españoles se mostraron muy interesados por este nuevo aparato.Institucionalmente, fue la Aviación Militar la que apoyó más decididamente a de la Cierva, prestándole toda su ayuda posible (laboratorio aerodinámico, talleres, materiales , pilotos...). Sin embargo, el interés comercial e industrial por el invento en España fue escaso.


La madurez del autogiroLa internacionalización

En 1925 de la Cierva inicio la internacionalización del autogiro en Reino Unido, EEUU y Francia.En marzo de 1926 se fundó la Cierva Autogiro Company en Londres, con el apoyo financiero de la City, para ocuparse de los estudios, proyectos y adjudicaciones de contratos de fabricación de autogiros.De la Cierva realizó giras promocionales y demostraciones por diversas ciudades europeas.


La madurez del autogiroLa internacionalización (2)

El 18 de septiembre de 1928, el propio de la Cierva, que se había hecho piloto para probar sus prototipos, cruzó el Canal de La Mancha con un C.8 MkII, siendo la primera aeronave de ala giratoria en realizarlo.

De la Cierva y Henry Bouché(director de L'Aéronautique), a bordo del C.8 Mk II con el que cruzaron el Canal de La Mancha


La madurez del autogiroLa producción en serie

En 1929 comenzó la producción en serie del primer autogiro : el C.19.


La madurez del autogiroLa producción en serie

En EEUU, H. F. Pitcairn se interesó por la nueva aeronave y creó la Pitcairn-Cierva Autogiro Company of America, que fue, probablemente, la compañía que más empeño mostró en poner a la venta autogiros prácticos.En 1931 la Pitcairn comenzó a vender autogiros con un lanzador mecánico para el rotor diseñado por el ingeniero alavés afincado en EEUU, Heraclio Alfaro Fournier, que fue un verdadero éxito y, que también fue adoptado por la firma británica.1931 puede considerarse como el comienzo de la comercialización efectiva de autogiros, tanto por la Pitcairn-Cierva, como otras empresas en EEUU y Gran Bretaña.


La madurez del autogiroLa madurez tecnológica

De la Cierva continuóperfeccionando sus prototipos, hasta el punto de que los modelos quedaban obsoletos incluso antes de terminar de fabricarse.En 1927 de la Cierva diseñó la articulación de arrastre, que añadióa la de batimiento, para resolver un fallo estructural en las palas, producto de la rigidez en su unión con el buje según el plano del rotor.

Primera cabeza de rotor con dos articulaciones de batimiento y

arrastre


La madurez del autogiroLa madurez tecnológica (2)

En 1929 se dotó al C.12 de un lanzador aerodinámico, la cola de escorpión, que, al deflectar la corriente que le llegaba de las hélices propulsoras hacia las palas del rotor, ponía a éste en movimiento.Las características del C.12 le permitían realizar vuelos comparables a los de los aeroplanos. C.12 en Pitcairn (EEUU)


La madurez del autogiroLa madurez tecnológica: el autogiro C.30 (1)

La intensa actividad creadora de de la Cierva dio lugar a dos avances fundamentales que se incorporaron al autogiro más célebre, el C.30(1933): el mando y el despegue directos.El mando directo tenía por objeto eliminar los alerones (contenidos en alas embrionarias) y el timón de dirección, que no eran efectivos a bajas velocidades, y consistía en la instalación de un rotor de cabeza inclinable mediante la acción de la palanca de mando del piloto.

El mando directo es el precursor de la palanca de mando de los actuales helicópteros.



El despegue directo o despegue al salto se consiguiócon el rotor autodinámico, capaz de modificar el ángulo respecto a la vertical en la articulación de arrastre. La operación consistía en embragar el rotor al motor hasta alcanzar unas revoluciones superiores a las necesarias para el vuelo con paso de sustentación nula, paso fino, y entonces desembragar, poniendo las palas en el paso apropiado, de arrastre, aumentando bruscamente su ángulo de ataque, y generando así la sustentación necesaria para que el aparato diera un salto hasta una altura a partir de la cual la tracción de la hélice era suficiente como para iniciar el vuelo normal, el despegue al salto.El autogiro se convirtió en la primera aeronave VTOL (despegue y aterrizaje vertical) operativa del mundo, cualidad que demostró el propio de la Cierva posando un C.30 sobre la cubierta del portaaviones Dédalo.



Del C.30 se construyeron más de 150 unidades en varios países.


El autogiro después de de la CiervaTras la muerte de la Cierva en accidente de avión (1936), la firma británica desarrolló el C.40, el primero en incorporar de serie el despegue directo.Con la II Guerra Mundial prácticamente se detuvo la construcción de autogiros en Gran Bretaña.En EEUU siguió durante algún tiempo, con aplicaciones bélicas, transporte de correos, etc.Finalizada la II Guerra Mundial todos los esfuerzos en alas giratorias se centraron en el helicóptero, más versátil que el autogiro, en especial en el terreno, militar.La industria prácticamente se olvidó del autogiro.


La memoria de Juan de la Cierva El autogiro hoy

El nacimiento de los helicópteros propició el declive de los autogiros.Ha gozado siempre del fervor de los aficionados a la aeronáutica que construyen sus propios autogiros, con múltiples aeroclubs y asociaciones con su nombre o consagrados al autogiro y modelos derivados en todo el mundo.Ha habido diversas iniciativas de recuperar el autogiro para aplicaciones comerciales, que por diversos motivos no han cuajado o han limitado su ámbito a ciertas parcelas.En tiempos recientes ha habido un cierto auge entre la aviación deportiva.En la actualidad se fabrican , en España y fuera de ella, modelos de autogiro, por lo general monoplaza y biplaza, para aplicaciones específicas.


La memoria de Juan de la Cierva El autogiro hoy: ventajas

Costes. Semejantes a los del avión equivalente (superiores los de adquisición e inferiores los de operación) y sensiblemente inferiores a los del helicóptero (15% - 50% menor), debido a su mayor complejidad. Se puede adquirir un autogiro biplaza por menos de 3000 €.Seguridad. Motivo por el que de la Cierva concibió este aparato, cuyo rotor está siempre en autorrotación, con lo que el fallo de motor no compromete su seguridad en vuelo. Además, el Autogiro es unaaeronave estable, en tanto que el helicóptero es bastante inestable y más difícil de pilotar.Capacidades STOL/VTOL (despegue y aterrizaje corto/vertical), mínima dependencia del terreno, en contraposición al avión.Intervalo de velocidades intermedio entre el helicóptero y el avión.Más silencioso que el helicóptero, debido a su menor carga discal y velocidad de punta de pala.


La memoria de Juan de la Cierva El autogiro hoy: aplicaciones

Por ello, el autogiro es una opción a considerar en diversas aplicaciones:

Taxi aéreo, aviación privada y transporte de corto recorrido (p.ej. entre aeropuertos interiores de grandes ciudades)Aplicaciones agrícolas y forestales.Vigilancia de tráfico, costas, bosques, obras, instalaciones varias, etc.Fotografía y filmación.Aeronave de enlace, vigilancia y reconocimiento militar, aeronave no tripulada (UAV) Otras ...

En muchas de las misiones civiles y algunas militares que actualmente realizan helicópteros (la mayoría de las que no requieran vuelo a punto fijo) y aviones, el autogiro está capacitado y puede ser una opción más rentable.


La memoria de Juan de la Cierva El autogiro hoy: modelos actuales

Autogiro Xenon

Autogiro ELAAutogiro Magni

Autogiro Sycamore


La memoria de Juan de la CiervaReconocimiento

Desde 2001 el Ministerio de Educación y Ciencia (MEC) otorga el Premio Nacional de Investigación Juan de la Cierva al reconocimiento de los méritos de los científicos o investigadores españoles .En 2004 el MEC inició el Programa Juan de la Cierva para la contratación de investigadores doctores.Su memoria se mantiene viva en ciudades con las que tuvo relación:

Institutos con su nombre en Murcia, Tetuán (Marruecos) y otros. En Murcia, hay un monumento en su honor. En Getafe existe un barrio y una estación del Metro con su nombre. Etc.


BibliografíaCobo Vuilleumier, Daniel. En http://usuarios.multimania.es/autogiros/http://es.wikipedia.org/wiki/Juan_de_la_Cierva_y_Codorn%C3%ADu.Perera Domínguez, M., Ingenieros Ilustres: Juan de la Cierva, Ingenio nº 6. Febrero 1998. Warleta, J., Autogiro. Juan de la Cierva y su obra. Madrid, Instituto de España. Colección de Cultura y Ciencia. 1977.García Albors, E., Juan de la Cierva y el autogiro. Ed. Cid, 1965. http://www.amigosdelautogiro.org/index.htmlhttp://www.autogiro.be/ The European Autogiro site. http://www.youtube.comLázaro Ávila, C. y Pérez Mercader, J., La aventura aeronáutica: Emilio Herrera, Juan de la Cierva : pioneros del aires, autogiros y aerostatos. Madrid, Nivola libros. Pioneros del aire, 2001. Sanz, J.B., Juan de la Cierva y el autogiro (vídeo). Zine edición de imagen.

Genios murcianos de la Ingeniería y Arquitectura

Documents

Transcript of Genios murcianos de la Ingeniería y Arquitectura