Solo por un giro ligeramente diferente en su pregunta (basado en la recopilación de excelentes respuestas ya proporcionadas), permítanme señalar que había tres límites distintos en la altitud máxima que podían alcanzar los aviones de esa época:
- Aerodinámica;
- Rendimiento del motor de pistón; y
- Límites fisiológicos de los pilotos versus la capacidad de los aviones para acomodarlos.
Para el primer punto, cuanto más alto vuela un avión, menor es el rango de velocidad dentro del cual puede volar. Un rango operativo más estrecho se traduce en una maniobrabilidad reducida, lo cual es apenas deseable para cualquier avión militar en el espacio aéreo donde esté sujeto a una pelea. Los diseños de superficie aerodinámica comenzaron a ser estudiados sistemáticamente por una serie de entidades en todo el mundo ya en la década de 1920, quizás el más conocido como el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA), el precursor de la NASA actual. Pronto descubrieron que a las diferentes alas les gusta volar a diferentes velocidades y ángulos de ataque, por lo que un ala que funciona bien a gran altitud tiende a tener un rendimiento inferior en el aire más denso, y viceversa. El truco se convierte en encontrar formas de refinar esos problemas (que es un problema complicado incluso sin el espectro de la guerra global que se avecina).
En resumen, la ciencia de la aerodinámica en sí aún estaba en su infancia, por lo que, en general, los aviones producidos en masa se construyeron siguiendo los mejores métodos de pensamiento: “Sabemos que esto funciona, y podemos construirlo rápidamente, por lo que no necesitamos ser demasiado elegante con el diseño “. Mientras más complejidad introduzcas tratando de exprimir el rendimiento adicional a través del barrido de ala, aletas, listones, reducción de arrastre, etc., más meticuloso es el producto final cuando se libera en la naturaleza (es decir, se pone en servicio regular y disparó mucho).
Entonces, si bien la aerodinámica en sí misma no era exactamente un factor limitante en la forma en que se construyeron los aviones de la Segunda Guerra Mundial y las altitudes a las que podían volar, solo había un poco de espacio para la innovación y la introducción de nuevas ideas y tecnología. Las superficies de sustentación más eficientes probablemente podrían haberse desarrollado y utilizado para aumentar las altitudes de operación seguras, pero no hubo un caso militar ni práctico para hacerlo. Además, había otros factores limitantes.
Por ejemplo, los motores de pistón dominaron las flotas de combate de todos los principales combatientes en la Segunda Guerra Mundial. A los motores de pistón no les gusta el aire que no es agradable y duro, por lo que no les gusta subir a gran altitud. Ray Panko, del Museo de Aviación del Pacífico, resume muy bien el desafío subyacente de la siguiente manera:
“A medida que aumenta la altitud, el aire se vuelve más delgado. A 18,000 pies, por ejemplo, la densidad del aire es la mitad de lo que es al nivel del mar. Una densidad de aire más baja no es del todo mala. Reduce la resistencia del aire, por lo que aumenta la velocidad de nivel para una potencia de motor dada a medida que un avión sube. Sin embargo, la disminución de la densidad del aire reduce el oxígeno que el motor necesita para quemar combustible. Hasta cierta altitud, la resistencia al aire reducida es más importante, y la velocidad de nivel de un avión aumenta a medida que aumenta la altitud. Sin embargo, más allá de esta altitud, la pérdida de potencia domina y la velocidad de nivel disminuye. Es comprensible que esta altitud se llame “altitud crítica”.
(El pasaje anterior proviene de una discusión más larga y realmente excelente de cómo se exprimió el máximo rendimiento de los motores de la Segunda Guerra Mundial en Superchargers y Turbochargers).
Por lo tanto, hay algunas formas basadas en la tecnología de entregar aire más denso a los motores a medida que los aviones suben, la mayoría de los cuales se perfeccionaron durante los años de la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, incluso con esa capacidad, se hace difícil empujar el avión demasiado alto. La idea era ir alto para derribar otros aviones o evitar ser derribado, por lo que no querrá estar operando en los bordes irregulares de mantenerse en el aire mientras se ocupa de luchar en una guerra. Como cuestión puramente práctica, superar mucho más de 40,000 pies más o menos con un motor de pistón realmente está comenzando a llevar el sistema a sus límites.
Finalmente, digamos que fueron capaces de improvisar un avión que era lo suficientemente estable y lo suficientemente potente como para sostener el vuelo a 40-45,000 pies. No había mucho que pudiera tocarte allí: era improbable que otros aviones pudieran atraparte, y los misiles antiaéreos aún no se habían inventado. Entonces, ¿por qué no todos fueron en esa dirección?
Bueno, lo intentaron. La lógica militar (no un oxímoron, por cierto) conduciría hacia el desarrollo de un avión de persecución (de combate) que podría alcanzar esas altitudes, tanto para poder atacar a los oponentes que vuelan alto como para permitirles posarse en alto y buscar otros aviones para disparar debajo de ellos. Desafortunadamente, fue bastante difícil construir sobrealimentadores que pudieran caber en un fuselaje del tamaño de un caza, y casi imposible encontrar un medio para presurizar la cabina de un caza hasta el punto en que el piloto pudiera permanecer consciente si el avión se volviera tan alto ya que el avión teóricamente podría ser conducido. (Poner a un piloto en la posición de potencialmente desmayarse en medio de una pelea es una especie de factor decisivo).
Aquí está el problema. Por encima de aproximadamente 35,000 a 39,000 pies, es fisiológicamente imposible para su cuerpo tomar suficiente oxígeno para mantenerse en funcionamiento, incluso si se le suministra O2 puro y sin adulterar directamente de un tanque. Si a uno se le suministra oxígeno al 100% bajo presión (lo que se conoce como “respiración a presión”), el Manual del Cirujano de Vuelo Naval de EE. UU. Indica que solo es posible subir unos 5.000 pies más antes de que incluso eso no sea suficiente para mantenerlo consciente.
(Un comentario aparte: aunque era piloto de helicóptero, la Fuerza Aérea me consideraba como cualquier otro piloto con fines de “entrenamiento fisiológico”. Entonces, uno cada tres años, me dirigí a la Cámara de Altitud para otra cita encantadora con respiración de presión , síntomas de hipoxia y cantidades increíbles de flatulencia de gases evolucionados. ¿Recuerdas mi observación ligeramente defensiva sobre la “lógica militar”? Olvídate de eso. Odiaba cada minuto, pero la respiración por presión era la peor. Es completamente antinatural tener que expulsar el aire de los pulmones y hacer que vuelva a entrar).
No creo que yo personalmente pueda volar un avión usando la respiración de presión para algo cercano a la duración de una misión completa. Pero, hacerlo habría sido obligatorio si fuera necesario llevar un avión no presurizado tan alto durante la Segunda Guerra Mundial por razones operativas … suponiendo que la tecnología existiera para suministrar oxígeno forzado bajo presión de manera confiable en ese momento, lo cual dudo.
Para hacer frente a este factor limitante, el Boeing B-29 Superfortress fue diseñado específicamente desde el principio para tener un compartimento presurizado de la tripulación para permitir la operación a grandes altitudes, con la reducción correspondiente de la amenaza aire-aire que tales operaciones conducirían. El británico DH 98 Mk. XVI Mosquito también tenía una cabina presurizada. En el lado alemán, los modelos presurizados Junkers Ju 86 “P” se desarrollaron como bombarderos de gran altitud y aviones de reconocimiento, y se consideraron variantes del Heinkel He 177 que incorporarían también la presurización. (Hay un interesante ensayo web sobre la tecnología de la Segunda Guerra Mundial que esboza brevemente la presurización de la cabina en los principales inventos e innovaciones técnicas de la Segunda Guerra Mundial si está interesado). Sin presurización, sin embargo, los warbirds y sus pilotos habrían tenido dificultades para operar mucho. por encima de 35,000 pies por cualquier cantidad de tiempo, por razones puramente anatómicas.
Para su información, una monografía larga (y enorme, incluso en formato PDF) sobre el desarrollo de aviones subsónicos fue escrita bajo el patrocinio de la NASA hace más de 30 años. Titulado Quest for Performance: the Evolution of Modern Aircraft , está disponible en el Servidor de Informes Técnicos de la NASA (NTRS). Si está realmente interesado en el final técnico de todo lo que toca su pregunta, probablemente lo disfrutará. Encuentre una conexión de alta velocidad y tome una copia. (Con más de 500 páginas, te mantendrá alejado de las calles por un tiempo).