Tipos de portaaviones

El portaaviones sigue siendo el Capital Ship de las flotas actuales y, aunque es calificado como un blanco fácil y caro, todos los países quieren disponer de este tipo de buque. Aunque todos los portaaviones puedan parecer iguales, hay grandes diferencias que vamos a analizar. 

¿Qué es un portaaviones?

Tenemos que empezar este artículo definiendo qué es un portaaviones, y para comenzar vamos a usar la definición de la RAE (Real Academia Española): 

“Buque de guerra dotado de las instalaciones necesarias para el transporte, despegue y aterrizaje de aparatos de aviación.”

Nosotros, de forma modesta y desde un punto de vista militar, con el permiso de la RAE y sus académicos, lo reformulariamos así:

“Buque de guerra dotado de las instalaciones necesarias para el transporte, mantenimiento, operación, despegue y aterrizaje de aparatos de ala fija Y helicópteros.”

Lo primero que hemos añadido es “mantenimiento” y “operación”.

  • Mantenimiento: De nada te sirve llevar 20 aviones si no eres capaz de tenerlos en condiciones de vuelo durante periodos de semanas. Mantener un avión de combate es algo que exige un importante número de operarios especializados, máquinas específicas para realizar ese mantenimiento y un elevado número de repuestos. Esto significa espacio, cosa siempre escasa en un barco.
  • Operación: Para operar estos aviones, necesitas grandes cantidades de combustible y municiones a bordo. Aunque puedas repostar en alta mar estos elementos, no puedes estar todos los días realizando estos repostajes. Nuevamente, este combustible y esta munición necesita operarios para manejarlo y espacio para su almacenamiento.

El otro cambio a la definición de la RAE ha sido sustituir aparatos de aviación por aparatos de “ala fija Y helicópteros”.

Transportar y operar un helicóptero es relativamente sencillo, siendo habitual su uso desde fragatas y patrulleros de altura. El elemento clave es operar con aviones (y drones). Por ese motivo incidimos en la “Y”.

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No todos los portaaviones son iguales

Para un lego en la materia, la diferencia entre dos portaaviones será su tamaño, y si es un buen observador, la distinta forma de su proa.

Nada más lejos de la realidad. Incluso con dos portaaviones de similar tamaño (por ejemplo el inglés Queen Elizabeth y el chino Liaoning con un desplazamiento similar), sus capacidades para operar aviones pueden ser muy dispares.

Lo que va a definir a un portaaviones es la forma de hacer despegar y aterrizar a los aviones desde él. Según este criterio, hay tres tipos de portaaviones:

  • CATOBAR
  • STOBAR
  • V/STOL

CATOBAR

Son los portaaviones capaces de lanzar aviones usando catapultas y recuperarlos mediante cables de frenado. El significado de CATOBAR es Catapult Assisted Take-Off But Arrested Recovery en inglés, que podemos traducir al castellano como despegue asistido por catapulta pero recuperación mediante retención.

La clave de este tipo de portaaviones son las catapultas. Estos dispositivos permiten acelerar los aviones hasta la velocidad necesaria para su despegue en un espacio muy reducido. Esto permite que el avión despegue con mayor carga (tanto combustible como armamento). Para que los aviones aterricen, usan cables de frenado.

STOBAR

En este tipo de portaaviones, el avión despega por sus propios medios (ayudado por un ski-jump) y aterriza ayudado por cables de frenado. El significado de STOBAR es Short Take-Off But Arrested Recovery en inglés, que podemos traducir al castellano como despegue corto pero recuperación mediante detención.

V/STOL

Es el tipo de portaaviones más sencillo, ya que el avión despega y aterriza usando sus propios medios. El ski-jump es el único elemento presente en el portaaviones para asistir al avión en el despegue. V/STOL es un acrónimo que significa Vertical/Short Takeoff and Landing (despegue y aterrizaje vertical/corto).

Es el portaaviones más asequible, pero sólo puede operar con aviones muy específicos que puedan aterrizar verticalmente. Estos aviones tienen limitaciones en sus características debido a la configuración específica de su motor para poder realizar esos aterrizajes verticales. Tan sólo ha habido tres aviones V/STOL operativos: el Yak-38 soviético, el Harrier inglés y el F-35B norteamericano.

Cómo se despega en un portaaviones

Un avión, para despegar, tiene que alcanzar una velocidad tal que genere una fuerza de sustentación que supere su peso. Para alcanzar esa velocidad, el avión necesita recorrer una distancia en la pista de despegue. Contra mayor es el peso del avión (más armas y/o más combustible), se necesita más fuerza de sustentación y por tanto más velocidad. Para conseguir esa mayor velocidad, necesitas más carrera de despegue.

Hay muchas variables que influyen en la longitud de pista necesaria, además de la potencia de los motores y características del avión. Para simplificar, sólo mencionaremos las dos principales, la densidad del aire y la velocidad del viento.

En el caso de los portaaviones, la densidad del aire y velocidad del viento siempre son favorables. Los aviones embarcados siempre operan a nivel del mar donde la densidad del aire es mayor. Un portaaviones siempre navega proa al viento durante las operaciones de despegue de aviones, por lo que el avión siempre tendrá el viento de frente. A ese viento, hay que añadir la velocidad del propio portaaviones.

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Catapultas

Como hemos visto, un avión necesita una longitud mínima de pista para despegar. En los mayores portaaviones, construidos por los Estados Unidos, la cubierta de vuelo tiene una longitud máxima de unos 330 metros. Esta distancia es insuficiente para que despegue un avión. Por ese motivo, se necesita un dispositivo que acelere al avión hasta su velocidad de despegue en un espacio reducido: las catapultas.

Durante las últimas décadas, la catapulta estándar ha sido la de vapor. Hace poco tiempo, la catapulta electromagnética ha venido a sustituir a la de vapor.

Catapulta de vapor C-13

Una catapulta de vapor es un cilindro que es propulsado por un raíl en la cubierta de vuelo mediante vapor sobrecalentado a alta presión. El cilindro se engancha al tren delantero del avión para empujarlo.

El último modelo de catapulta de vapor instalado en los portaaviones norteamericanos clase Nimitz es el C-13 Mod 2, con una longitud total de 99 metros y una carrera del cilindro de 93 metros. La capacidad máxima de lanzamiento es de 36.320 kilogramos a 140 nudos de velocidad (259 km/h). El portaaviones francés Charles de Gaulle usa el mismo tipo de catapultas, pero del Mod 3, con una longitud total de 80 metros (carrera del cilindro de 75 metros). La capacidad es menor, con un máximo de 27.240 kilogramos a 140 nudos.

Las catapultas de vapor son pesadas y necesitan un gran volumen dentro del portaaviones. Al operar con vapor recalentado a gran presión, necesitan de un mantenimiento constante y muy laborioso. También necesitan grandes cantidades de agua dulce y calderas o reactores nucleares para producir gran cantidad de vapor.

Catapulta EMALS

Para evitar todos los inconvenientes de las catapultas de vapor, la US Navy comenzó a desarrollar las catapultas electromagnéticas o EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System, en castellano sistema electromagnético de lanzamiento de aviones). El cilindro que arrastra el avión por el rail ya no es empujado por vapor, sino por un motor lineal de inducción. El motor lineal de inducción es un motor eléctrico que produce un desplazamiento longitudinal. La longitud de las EMALS es de 91 metros y tiene una capacidad máxima de lanzamiento de 45.400 kilogramos a 130 nudos (240 km/h).

Uno de los desafíos técnicos de las EMALS es acumular toda la energía eléctrica necesaria para lanzar el avión en 2-3 segundos. Para conseguirlo se usan cuatro volantes de inercia, cada uno capaz de 121 MJ, necesitando unos 45 segundos para almacenar esa energía del sistema eléctrico del barco.

Las ventajas de las EMALS son muchas, aunque al ser una tecnología tan novedosa, muchas de ellas tienen que demostrarse:

  • Menor mantenimiento y facilidad de operación al ser un sistema eléctrico. No se necesita generar grandes cantidades de vapor ni hay que mantener sistemas de alta presión. Se necesita un 25% menos de personal para operarla y mantenerla.
  • El peso es un 50% inferior y volumen un 60% respecto a una catapulta de vapor.
  • Su eficiencia energética es del 90%, comparado con el 5% de una catapulta de vapor.
  • Mayor capacidad de lanzamiento
  • Gran precisión de la fuerza empleada para el lanzamiento, lo que permite lanzamientos más lineales y menos exigentes con las células de los aviones. Este control permite lanzar desde el F-35C a drones con un peso muy inferior.

El primer lanzamiento desde el portaaviones Gerald R. Ford (que es el primero en ser dotado con EMALS) se produjo el 28 de julio de 2017.

Sin embargo, su puesta a punto ha sido más costosa y dilatada de lo previsto, teniendo numerosos problemas de fiabilidad.

Ski-Jump

El denominado Ski-Jump es una rampa hacia arriba al final de la pista de despegue. Con el Ski-Jump, el avión despega oblicuamente con una fuerza centrífuga que tiende a elevarlo, o lo que es lo mismo, el avión despega con un ligero ángulo ascendente, convirtiendo parte del movimiento de avance de la aeronave en una tasa positiva de ascenso.

Esta simple pero genial idea proporciona dos grandes beneficios: aumenta la seguridad durante la fase crítica del despegue y permite reducir la carrera de despegue (o aumentar el peso con la misma longitud de pista usada). El precio a pagar es muy reducido ya que sólo supone instalar una estructura adicional en la proa del portaaviones.

El ángulo de la rampa varía según el buque y el tipo de avión usado. En el caso del Juan Carlos I (y del añorado Príncipe de Asturias) se sitúa en los 12 grados. En los buques STOBAR (chino, indio y ruso) alcanza los 14,3 grados.

Cómo se aterriza en un portaaviones

Al igual que en el despegue, un avión necesita una longitud de pista para aterrizar y detenerse. Las mismas factores que afectan al despegue, también afectan al aterrizaje: presión atmosférica y velocidad del viento. Los aviones navales están diseñados para conseguir una velocidad de aterrizaje lo más baja posible. Pero a pesar de esto, no hay espacio disponible para frenar el avión de forma segura sin ayuda: los cables de frenado.

Cables de Frenado

Los cables de frenado aparentemente son un mecanismo muy sencillo. El avión dispone de un gancho en su parte trasera que al tocar sobre la cubierta, engancha uno de estos cables, deteniéndose en pocos metros.

En la cubierta de vuelo hay 4 cables, separados unos 15 metros entre sí. Estos cables están elevados 6 centímetros mediante unas piezas de acero. En los portaaviones norteamericanos más recientes se usan sólo 3 de estos cables. Son cables de acero de alta resistencia, con un grosor de hasta 35 milímetros.

Sin embargo, el sistema no es tan sencillo como parece y su complejidad está oculta bajo la cubierta de vuelo.

El problema principal es absorber la tremenda energía necesaria para parar el avión, sin someter a la estructura de este a un esfuerzo demasiado grande.

Mk-7

El sistema de frenado Mk-7 ha sido el estándar en los portaaviones estadounidenses durante las últimas décadas. Como hemos mencionado, sobre la cubierta están los 3 o 4 cables, pero la parte principal del sistema está bajo cubierta. Cada uno de estos cables está conectado en cada extremo a un cilindro que se encuentra dentro de otro cilindro lleno de aceite. Una serie de válvulas controlan el movimiento de este aceite y sirve para variar la resistencia según el peso del avión que hay que retener.

Este sistema es muy pesado y voluminoso, y como las catapultas de vapor, necesita de un costoso mantenimiento.

El Mk-7 puede detener un avión de 24.500 kg que aterriza a 241 km/h en una distancia de 96 metros.

AAG

El AAG (Advanced Arresting Gear, en castellano equipo de detección avanzado) es la evolución usando nuevas tecnologías de los cables de frenado. El cable y la transmisión no varían respecto al Mk-7. La principal diferencia es el nuevo mecanismo de absorción de energía consistente en una turbina hidráulica acoplada a un motor de inducción eléctrico. La energía del cable de frenado es transmitida a esta turbina. La gran ventaja sobre el Mk-7 es que es un sistema muy preciso y que se puede adaptar fácilmente a un gran rango de pesos, desde los F-35C a drones mucho más ligeros. Adicionalmente permite operar con aviones más pesados que el Mk-7 necesitando un mantenimiento menor. El primer AAG ha sido instalado en el portaaviones Gerald R. Ford. El AAG, como los EMALS, ha necesitado un largo periodo de puesta a punto.

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El Juan Carlos I

La clasificación oficial del Juan Carlos I en la LOBA (Lista Oficial de Buques de la Armada) es LHD.

En denominación OTAN, un LHD es un Landing Helicopter Dock (en castellano lo podemos traducir como desembarco con helicópteros y dique). Es un buque anfibio, con capacidad una cubierta de vuelo y hangar que le permite operar helicópteros y aviones V/STOL. Para facilitar la operación de este tipo de aviones, dispone de un ski-jump de doce grados en la proa. Según la calificación vista anteriormente es un portaaviones V/STOL.

Cuando en los foros o redes sociales se propone instalar una catapulta en el Juan Carlos I se hace desde el desconocimiento.

Como hemos visto, sería inviable instalar una catapulta de vapor por el volumen y peso necesario. Pero el principal factor que hace inviable esta propuesta es la incapacidad para generar las grandes cantidades de vapor que necesitan estos dispositivos. En el apartado económico ni entramos.

Una catapulta EMALS podría en teoría ser factible, aunque fuera un modelo muy reducido con una capacidad de lanzamiento de peso del orden de las 4-5 toneladas. Obviando el hecho de que ese modelo reducido no existe, volveríamos a encontrarnos con los dos mismos problemas: volumen para instalarla y cómo se genera la electricidad para operarla. El Juan Carlos I es un buque “todo eléctrico” que se adapta perfectamente a las necesidades de las EMALS. Pero la capacidad de generación eléctrica es limitada (35 Megavatios) y gran parte se necesita para la propulsión. Nuevamente, del dinero necesario para esta instalación no hablamos.

En resumen, no parece factible instalar una catapulta de vapor o EMALS en el Juan Carlos I.

Si estamos atentos a todos los proyectos turcos para dotar a su LHD Anadolu (prácticamente gemelo del Juan Carlos I) con capacidad para operar drones. En algunos de estos proyectos se mencionan dispositivos para el lanzamiento de estos drones. Pero a día de hoy, parece que no hay nada definido.

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