viernes, 22 de mayo de 2009

La vulnerabilidad de la aviación de despegue horizontal convencional  (donde los aviones despegan una velocidad de sustentación suficiente que los eleve, de 320 km/h), ante la destrucción de las pistas de despegue y aterrizaje, (hechas de hormigón), al ser objetivos grandes, fijos  y de difícil protección; a motivado siempre la idea de crear aviones de despegue vertical, que hagan innecesarias las vulnerables y costosas pistas. Uno de los primeros aparatos que se estudiaron como avión de despegue vertical, fue el alemán Focke-Wulf Triebflügel

Focke-Wulf Triebflügel

El inventor estadounidense Thomas Alva Edison escribió: El aeroplano será siempre una máquina limitada hasta que no se consiga que actúe como un colibrí, que puede volar hacia arriba, hacia abajo, hacia atrás y hacia adelante…”. El aterrizaje es una maniobra potencialmente más peligrosa que requería que las pistas fuesen largas, para evitar accidentes por frenada.

Slo el helicóptero es un aparato VTOL (Vertical take-off and landing, de despegue y aterrizaje vertical), pero sus prestaciones de vuelo son muy limitadas. En vuelo ordinario (llamado crucero de traslación), es una máquina mucho menos eficiente que el aeroplano, que consume mucho más combustible para llevr una carga dada sobre una distancia equivalente. De manera que, la solución obvia radica en la consecución de un aeroplano de ala fija (el ala sigue siendo la superficie de sustentación más eficiente que existe) pero diseñado de manera que cuente con algún tipo de vuelo VTOL. Algunos diseñadores se enfrentaron al problema centrándose en los convertiplanos, que pueden despegar y aterrizar como un helicóptero, pero que vuelan como un aeroplano; esta solución es, empero, muy compleja, pero algunos ingenieros siguen trabajando en su desarrollo, creando aparatos como el Boeing V-22 Osprey.

Una aproximación diferente, fue posible gracias a la disposición de motores a turbohélice y turborreacción, compactos y ligeros en la relación a la potencia o empuje que generan. En 1951, la Us Navy y Ryan Aeronautical probaban un turborreactor Allison J33 volando verticalmente mediante deflectores de flujo mandados a distancia; el “piloto”, en tierra firme, conseguía que el motor subiese y bajase verticalmente y, dentro de ciertos límites, que se mantuviese estacionario en el aire. Dos años más tarde, el capitán R.T Shepherd, jefe de pilotos de pruebas de Rolls Royce, inició evaluaciones en vuelo estacionario con una estructura denominada TMR (Thrust measuring Rig, o instrumento de medida de empuje), que al poco tiempo recibió el apelativo de “Bancada Volante”. Sus dos reactores Nene tenían sus toberas orientadas una hacia la otra, pero inclinadas hacia abajo en un ángulo de 90 grados; estos reactores descargaban su flujo a través de cuatro toberas orientadas verticalmente hacia abajo. Estos dos reactores estaban montados en una bancada de tubos de acero y su único cometido era la evaluación del empuje de sustentación, consiguiéndose cierto grado de control mediante conductos de purga de gases.

El Thurust Measuring Rig de Rolls Royce, bautizado "Bancada Volante", voló en 1953.

Algún tiempo después, la sociedad francesa SNECMA construyó el Atar Volant, que era u motor Atar montado en una especie de  capó tubular, soportado en el suelo mediante cuatro ruedas y mandado a distancia.En una fase posterior se añadió un piloto en un asiento eyectable, naciendo así el Coléoptere. Fruto de la inventiva del conde Zborowski, presentaba un ala anular que encerraba un fuselaje embrionario y despegaba verticalmente hacia arriba.

SNECMA C450 Coleoptere

Dassault Balzac.

Este tipo de aviones VTOL, sentados sobre la unidad de cola, eran sin duda los de diseño y construcción más simples. Pero sus problemas de operación eran tremendos. Dos de los primeros VSTOL de vuelo libre fueron concebidos como prototipos de un posible caza para la US Navy, que pudiesen operar desde cubiertas de vuelo mínimas instaladas en unidades de guerra, incluso en mercantes. El Convair XFY-1 y el Locheed XFV-1 consistían en unas células de lo más pequeñas posible en las que se pudiese instalar el turbohélice XT40 de 5850 hp, que accionaba una hélice contrarrototativa de ocho palas, cuyo potente flujo conseguía que unas superficies de cola ordinarias  recibiesen el aire a la velocidad suficiente para resultar eficaces aerodinámicamente. El problema principal residía e el aterrizaje; el piloto, en un asiento basculante, debía regular el mando de gases hasta conseguir un aterrizaje suave, pero las inevitables correcciones de la potencia del motor daban como resultado un efecto yo-yo.

Convair XFY-1 Pogo

Locheed XFV-1

El primer aparato exitoso con asiento vertical, fue un a reacción. Cuando al Us navy se cansó de probar el J33 mandado a distancia, Ryan Aeronautical le instaló un asiento y controles de a bordo, llevando a cabo el primer vuelo estacionario el 24 de noviembre de 1953. De ahí derivó el chocante Ryan X-13 Vertijet de la US Air Force, puesto en vuelo como aparato convencional el 10de diciembre de 1955 (acelerando por la pista como si un cohete se tratase, debido  que su motor Rolls Royce Avon proporcionaba una relación de empuje peso próxima a 1.3) y en forma de VTOL, el 12 de abril de 1957. Lanzado desde una rampa hidráulica, despegaba, en efecto, verticalmente e iba modificando su posición hasta adoptar una postura horizontal, alcanzando unos  640 km/h en vuelo de traslación. Concluida la misión, el piloto (en este caso, Peer Girard) reducía la velocidad consiguiendo que la sustentación pasase gradualmente del ala delta al reactor, posándose de nuevo en la plataforma como si se tratase de un murciélago gigante.

En los años cincuenta se construyeron dos prototipos del Ryan X-13 vertijet. Este modelo estaba propulsado por un turboreactor Avon, y despegaba desde una plataforma hidráulica movil.

Otro pionero del VTOL, Bell, abordó el problema de manera bastante distinta, con aviones de asiento horizontal como transposición a los de asiento vertical. En 1953 construyó un extraño aparato a base de componentes de otros aviones, principalmente un Cessna. A cada extremo del ala, de implantación alta, se encontraba un turborreactor Fairchild J44 de 454 Kg de empuje, unidos mediante un eje que pasaba a través del fuselaje, el de un velero Schweizer, de manera que podían pivotar un sector de 90 grados, hacia abajo para la sustentación y hacia atrás para la propulsión. Este aparato fue el primero de una nueva era. Las superficies de control  ordinarias eran ineficaces a velocidad del aire cero, de modo que Bell añadió unos reactores de control en las puntas alares y la cola, alimentados con el aire de un compresor Turbomeca. El primer vuelo libre tuvo lugar el 16 de noviembre de 1954.

 

Con la experiencia  adquirida, Bell diseñó el X-14, probado intensamente por la USAAF y la NASA. Basado en el ala de un Beech Bonanza y en la cola de un Beech T-34, tenía un nuevo fuselaje con dos reactores Armstrong Siddeley Viper en el morro, con las toberas orientables en un sector de 90 grados para conseguir la translación de vuelo vertical al horizontal. El X-14 incorporaba un completo sistema de control a reacción, empleando aire purgado de los motores. El primer vuelo de sustentación tuvo lugar el 17 de febrero de 1957 y la primera transición completa el 24 de mayo de 1958. Los pilotos que llegaron a volar con él resaltaron la facilidad con que  se efectuaba la transición. Este aparato aportó la experimentación VTOL más que ningún otro, y en 1960 fue remotorizado con los General Electric J58, con los que se obtenía una mejor relación potencia peso.

Bell X-22A.

Bell prosiguió con sus intervenciones desarrollando dos extraños aparatos VTOL. Puesto en prueba en marzo de 1966, el X-22A fue una máquina financiada por los tres servicios aéreos estadounidenses, cuya sustentación y vuelo de translación se obtenían mediante cuatro gigantescas hélices entubadas, que descargaban su flujo sobre las superficies de control y que rotaban al unísono para obtener la sustentación de translación y transición. Cuatro turboejes T58 de 1250 hp unitarios, agrupados en el borde de ataque del ala, de implantación muy atrasada, proporcionaban la potencia. Modelo de ocho plazas, el X-22A voló a 520 Km/h. El otro diseño de Bell fue el LLRV (Lunar-Landing Resarch Vehicle, o vehiculó de investigación de alunizaje), con el que se conseguía simular la gravedad lunar para entrenar a los astronautas.

 

El primer avión VTOL practicable británico fue el Short SC.1, del que se construyeron dos ejemplares con la financiación oficial. Menudo monoplano delta, el SC.1 llevaba una batería de cuatro turborreactores Rolls Royce RB.108 montados en la mitad del fuselaje como medio de sustentación y un quinto emplazamiento en la cola para la propulsión. Un ejemplar voló como aeroplano convencional el 2 de abril de 1957, en tanto que el otro realizó su primer vuelo libre de sustentación el 25 de octubre de 1958. Mas tarde tuvieron lugar varias transiciones competas y se efectuaron investigaciones de prestaciones VTOL con mal tiempo y de noche utilizando sistemas especiales de guía electrónica. El SC.1 había sido concebido  como un primer paso hacia una nueva era de aviones supersónicos y de transportes comerciales que pudiesen despegar verticalmente con la ayuda de baterías de 10, 20 o más motores de sustentación, utilizables solamente en las fases de despegue y aterrizaje. El doctor Griffith de Rolls Royce, había concebido incluso el empleo de decenas de miles de motores de sustentación, cada uno de ellos extremadamente ligero y capaz de una respuesta instantánea. Este concepto persistió durante el decenio de los setenta y fue la base de importantes expectativas sobre aviones comerciales VTOL, como el Hawker Siddeley HS.141, con el que se quería obtener prestaciones de un reactor  que operase desde el centro de las ciudades, pero este concepto era impracticable. El pero muerto de los motores de sustentación, la necesidad de su duplicación por razones de seguridad (por si fallaba uno de los motores durante el despegue o aterrizaje) y su ruido fueron motivos de discusión.

Short SC.1

Pero a principios de los años sesenta seguían teniendo vigencia las ideas de Griffith que sirvieron de sustrato a la mayoría de las compañías que compitieron para satisfacer dos NATO Basic Military Requeriments, el NBMR-3 por un caza táctico y el NBMR-4 para un transporte de primera línea. Con el primero se quería un caza V/STOL (de despegue y a aterrizaje vertical  o corto) que no necesitaba pistas fijas y por tanto obviase la posibilidad de resultar destruido en su base. El transporte NBMR-4 era necesario para llevar  carburante y material de apoyo a las zonas de despliegue de los cazas NBMR-3. Aparecieron docenas de interesantes diseños, pero la totalidad del proyecto llegó a un punto de paralización debido a que la OTAN se quedó sin ninguna fuerza aérea dispuesta a adquirir esos aviones.

Hawker Siddeley HS.141

Solo dos propuestas para el caza NBRM-3 llegaron a progresar hasta alzar vuelo. Una fue el Dassault Mirage III-V francés, precedido por el único avión que ha matado sucesivamente a dos pilotos, el Balzac, que fue reconstruido después de cada accidente. Este aparato se basaba en el Mirage III, pero el III-V era en realidad un avión mucho mayor, al albergar su fuselaje un TF306 de 9072 kg de empuje para la propulsión. En 1962,  el III-V alcanzó Mach 2.2 (2170 Km/h) , convirtiéndose en le avión V/STOL mas rápido de la historia.

Hawker desarrolló el P.1127 en los Harrier y Sea Harrier, uno de cuyos primeros usuarios fue la armada española, primera también en emplear VSTOL  operacionalmente desde un porataviones, el Dédalo. Estos aparatos demostraban la validez del concepto de caza V/STOL durante el conflicto de las Malvinas, operando en las mas duras condiciones meteorológicas y contra cazas convencionales, casi siempre con la ventaja de su parte. Los modelos mas avanzados de estos aviones subsónicos, son los AV-8B Harrier II y el FRS. Mk2 Sea Harrier y el Harrier GR.7, a la espera que en los años venideros, sean sustituidos, seguramente, por el Lockheed Martin F-35 versión V/STOL.

Sea Harrier FRS.2 en el HMS Ilustrious, durante la guerra del Golfo.

Lockheed Martin F-35

Los aviones de investigación soviéticos Yak-36 y os de preserie Yak-36MP, bautizados Forger por la OTAN, utilizaron un sistema de propulsión y sustentación igual al del Bell X-14, pero mas potente,con dos reactores independientes de sustentación que consentían que el motor principal, el del crucero, resultase mas ligero. Estos primeros aparatos gozaban solo de prstaciones VTOL, lo que limitaba su capacidad operacional, pero los de la versión de serie Yak-38MP cuentan con la posibilida de despegue corto , logrando características similares a la de los Harrier. Actulmente los Yak-38 operan desde los cruceros portaeronaves rusos Minsk, Kiev y Novorossisk. El Yak-141 Freestyle, destinado a sucederle, fue cancelado en 1992.

Yak-36, fue un avión experimental.

El Yak-38, junto a los Harrier, fueron los dos tipos operacionales existentes, antes del F-35.

 

Uno de los inconvenientes de los reactores de sustentación, y también de los de empuje vectorizado, es su elevado consumo de combustible en el vuelo estacionario (solventando en cierta medida en los aviones V/STOL, en los que se reduce el consumo en despegue realizando aterrizajes y despegues cortos). Hubo quien abordó el problema empleando mayor flujo para incrementar la eficacia en sustentación, siendo una de las alternativas la admisión adicional de aire en el conducto de eyección. Este problema fue explorado en el Lockheed XV-4B Hummingbird (colibríGuiño del US Army, evaluado posteriormente por la USAF con motores J85 de sustentación. En el complejo Rockwell XFV-12A de la US Navy, un voluminoso motor Pratt and Whitney F401 incorporaba una válvula de desviación mediante la que se vertía el flujo a través de unas ranuras situadas en el ala y los estabilizadores canard.

Rockwell XFV-12A de la US Navy

Esta máquina supersónica, realmente avanzada, no estuvo a la altura de las expectativas. Otra respuesta, presumiblemente más eficiente, es la soplante de sustentación, que fue evaluada por la General Electric y Ryan en el XV-5 del US Army. Unas válvulas desviaban el flujo de os dos reactores J85 para que accionasen las turbinas de dos enormes situadas en el interior del ala, así como un soplante menor en el morro; la apertura de unos obturadores permitía la llegada del enorme flujo a los tres soplantes. Tras el despegue vertical, el flujo pasaba gradualmente a las toberas de crucero y los obturadores de los tres soplantes se cerraban.

Esa misma disposición presentaron algunas de las propuestas para el caza NBRMR-3, aunque con diferente número de rectores de sustentación. El Fiat G95/4 debía haber llevado dos motores de propulsión J85 en los costados del fuselaje y cuatro RB.162 de sustentación en la mitad de la célula. Este aparato no llegó a ser completado, pero si lo fue el transporte G222 de la misma compañía (para la especificación NBMR-4), con dos turbohélices Dart y ocho RB.162, si bien el G222 se materializó en una máquina convencional. Un transporte VTOL que si llegó a volar fue el Dornier Do 31E, con dos motores principales vectorizados Pegasus y ocho R.B.162 en contenedores marginales. Este avión es el mayor VTOL puesto en vuelo.

 

Otro prototipo alemán evaluado en vuelo fue el EWR-Sud VJ 101. El primer ejemplar presentaba alas embrionarias en cuyos bordes de ataque se hallaban contonedores motrices, cada uno con dos reactores R.B.145. Estos contenedores podían rotar en un sector más de 90 grados, y en el modo de vuelo VTOL otros de dos reactores, situados en la sección delantera del fuselaje, complementaban el flujo de sustentación. Un segundo VJ 101 llevaba motores principales con postcombustión y resultó supersónico, y estaba previsto que, a través de otros dos prototipos, condujese a un AVS (Advanced vertical Strike) diferente e innovador producido en colaboración con los Estados Unidos, con dos motores principales vectorizados RB.153 y cuatro RB.162 de sustentación situados en el fuselaje. Este aparato no fue completado, y el último VTOL alemán fue el VAK 191 B, mas simple y con un motor principal RB.193 y dos motores de sustentación RB.162-81 de 2494 Kg de empuje. Pero el programa se suspendió, al igual que la mayoría de los proyectos reactores V/STOL.

 

EWR-Sud VJ 101

 VAK 191 B

Fuente Enciclopedia Ilustrada de la Aviación."El despegue Vertical". Fascículo 159.


Publicado por Desconocido @ 2:32  | Aviación
Comentarios (0)  | Enviar
Comentarios