Vuelo en formación

Las aves suelen observarse volando en formaciones en V o en formaciones en J , esta última conocida comúnmente como formación en escalón. El primer estudio que intentó cuantificar el ahorro de energía de una gran bandada de aves fue el de Lissaman y Schollenberger ^{[ 6 ],} quienes proporcionaron la primera estimación, aunque notablemente defectuosa, ^{[ 1 ]} para una bandada de 25 aves. Se informó de una impresionante extensión del alcance del 71% en relación con el vuelo de un solo ave. Estas extensiones reportadas se deben generalmente al uso de una aproximación de ala fija. Haffner (1977) experimentó con aves volando en túneles de viento y calculó una extensión del alcance de un valor más conservador del 22%. ^{[ 7 ] [ 1 ]}

Se han realizado estudios sobre la fase de aleteo y se ha descubierto que las aves que vuelan en formaciones en V coordinan su aleteo, mientras que las que vuelan en escalón no lo hacen. Willis et al. (2007) descubrieron que la fase óptima de los aleteos representa un ahorro de energía del 20%, lo que sugiere que el posicionamiento es más importante que el almacenamiento perfecto del vórtice entrante. ^{[ 8 ] [ 1 ]}

Estudios realizados en aves han demostrado que la formación en V puede mejorar considerablemente la eficiencia aerodinámica general al reducir la resistencia y, por lo tanto, aumentar el alcance del vuelo. ^{[ 9 ]}

Los enjambres de insectos son un comportamiento animal colectivo que constituye un área de investigación activa para la aplicación de drones. La característica única de los enjambres de insectos es su vuelo organizado, aunque sin líder. En un estudio de velocimetría de imágenes de partículas realizado por Kelley y Ouellette (2013) con 10 mosquitos, los límites del enjambre resultaron estadísticamente consistentes, a pesar de que el vuelo de los insectos dentro del enjambre era prácticamente asíncrono. También se observó cierta agrupación, lo que sugiere la posible existencia de un comportamiento autoorganizado. ^{[ 10 ]}

La unidad más pequeña de una formación se llama sección o elemento, y consta de dos aeronaves; estos pilotos son un líder y un compañero de ala. Una división o vuelo consta de dos secciones o elementos. Varias divisiones o vuelos se ensamblan en una formación. ^{[ 11 ] : 6} Una formación de caza estándar incluye aeronaves cuyas posiciones son mantenidas por los compañeros de ala dentro de 1 milla (1,6 km) lateralmente y 100 pies (30 m) verticalmente de la aeronave del líder de vuelo. ^{[ 11 ] : 8} Una formación no estándar resulta cuando el líder de vuelo ha solicitado, y el control de tráfico aéreo ha aprobado, dimensiones que no se ajustan a los límites establecidos; cuando opera dentro de una reserva de altitud autorizada o bajo las disposiciones de una Carta de Acuerdo; o cuando las operaciones de vuelo se realizan en un espacio aéreo especialmente designado. ^{[ 11 ] : 9}    

La formación de cuatro dedos (o formación de cuatro dedos ) es la formación básica de cuatro aeronaves que se asemeja a la posición de las puntas de los dedos con la mano extendida. El líder de vuelo (#1) pilota la aeronave delantera (punta del dedo medio), con el compañero de ala del líder (#2) a un lado y detrás (punta del dedo índice); el líder de sección (#3) está frente al compañero de ala del líder en el lado opuesto (punta del dedo anular) mientras que el compañero de ala del líder de sección (#4) está detrás del líder de sección hacia el mismo lado (punta del dedo meñique). La formación de cuatro dedos se designa como derecha fuerte o izquierda fuerte , dependiendo del lado en el que vuela la aeronave de la sección (#3 y #4). ^{[ 11 ] : 17} Por ejemplo, vista desde arriba, la formación de cuatro dedos derecha fuerte de izquierda a derecha consta de la aeronave #2 (compañero de ala del líder), #1 (líder de vuelo), #3 (líder de sección) y #4 (compañero de ala del líder de sección).

El líder de vuelo debe decidir y comunicar qué orientación, con la punta de los dedos hacia la derecha o hacia la izquierda , debe usarse como formación básica antes de las operaciones de vuelo. Las formaciones deben transitar hacia y desde la formación básica para facilitar el uso de señales manuales y aéreas. ^{[ 11 ] : 17}

En la aviación militar, el vuelo en formación táctica es el vuelo disciplinado de dos o más aeronaves bajo el mando de un líder de vuelo. ^{[ 11 ] : 6} Los pilotos militares utilizan formaciones tácticas para la defensa mutua y la concentración de potencia de fuego. ^{[ 12 ] : Art 17.01}

El desafío de lograr un vuelo en formación seguro mediante vehículos aéreos no tripulados se ha investigado exhaustivamente en el siglo XXI con sistemas de aeronaves y naves espaciales. Para los vehículos aéreos, las ventajas de realizar vuelos en formación incluyen el ahorro de combustible, ^{[ 13 ]} una mayor eficiencia en el control del tráfico aéreo y la asignación cooperativa de tareas. Para los vehículos espaciales, el control preciso del vuelo en formación puede permitir futuros telescopios espaciales de gran apertura, interferómetros espaciales de línea de base variable , encuentro y acoplamiento autónomos y el ensamblaje robótico de estructuras espaciales. Una de las formaciones más simples utilizadas es aquella en la que aeronaves autónomas mantienen la formación con una aeronave líder que también puede ser autónoma. ^{[ 14 ]}

En la aviación civil, el vuelo en formación se realiza en exhibiciones aéreas o con fines recreativos . Se utiliza para mejorar la técnica de vuelo y también como una actividad prestigiosa de las organizaciones de aviación más antiguas. Representa la habilidad más exigente de volar cerca de otra aeronave. El vuelo en formación se propuso para reducir el consumo de combustible al minimizar la resistencia aerodinámica. ^{[ 15 ]}

A principios de la década de 2000, el programa de vuelo en formación autónoma de la NASA utilizó un par de F/A-18 . En 2013, el proyecto Surfing Aircraft Vortices for Energy del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea mostró un ahorro de combustible del 10 al 15 %, instalado en dos Boeing C-17 Globemaster III . En 2017, la NASA midió un flujo de combustible entre un 8 y un 10 % menor con dos aeronaves Gulfstream III en vuelos de prueba de wake surfing. En 2018, el ecoDemonstrator , un carguero Boeing 777F de FedEx Express , vio reducido su consumo de combustible entre un 5 y un 10 % con el piloto automático manteniendo la separación de 4000 pies (1,2 km) basada en información ADS-B y TCAS . ^{[ 16 ]}  

Al aprovechar la estela de aire ascendente , como las aves migratorias ( biomímesis ), Airbus cree que una aeronave puede ahorrar entre un 5 % y un 10 % de combustible volando a 1,5-2 millas náuticas (2,8-3,7 km) detrás de la anterior. Tras las pruebas del Airbus A380, que mostraron un ahorro del 12 %, la compañía lanzó su proyecto «fello'fly» en noviembre de 2019 para realizar vuelos de prueba en 2020 con dos A350 , antes de las pruebas de vuelo transatlánticas con aerolíneas en 2021. La certificación para una separación más corta se habilita mediante ADS-B en el espacio aéreo oceánico, y la única modificación necesaria sería el software de los sistemas de control de vuelo . La comodidad no se vería afectada y las pruebas se limitan a dos aeronaves para reducir la complejidad, pero el concepto podría ampliarse para incluir más. Las operaciones comerciales podrían comenzar en 2025 con ajustes en los horarios de las aerolíneas , y podrían incluirse aeronaves de otros fabricantes. ^{[ 17 ]}  

El 9 de noviembre de 2021, Airbus realizó una demostración de 7  h 40  min en la ruta Toulouse-Montreal con un A350-900 y un A350-1000 separados por 3 km (1,6 nmi) , ahorrando más de 6 t (13 000 lb) de dióxido de carbono: un potencial de ahorro de combustible de más del 5 %. ^{[ 18 ]} Financiada en parte por la investigación de gestión del tráfico aéreo SESAR de la UE, la iniciativa Geese de Airbus incluirá a los A350 Bee de Air France y French para pruebas de vuelo entre 2025 y 2026, e incluirá a Boeing para la interoperabilidad. ^{[ 19 ]}