Ingeniería aeronáutica 5.0: Descripción del modelo 137 (2ªParte: Versiones E y F)

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Figura 1

Madrid, SP, 8 de marzo de 2016.- No recuerdo exactamente si la versión ” E” surgió como una evolución de las anteriores versiones o como un concepto totalmente nuevo que simplemente utilizó algunos componentes ya diseñados de las mencionadas versiones precedentes. Como generalmente un diseño lo comienzo con trazos de bolígrafo sobre un papel, esta última posibilidad es bastante más probable.

En cualquier caso, la versión “E” que nos ocupa es diferente de las precedentes en los elementos principales: ya no es una aeronave de ala rotatoria; prescinde totalmente de los rotores de las versiones anteriores, ya no tiene la cabina enrasada con el fuselaje, si no que se proyecta en un abultamiento singular por encima de él.

No obstante, conserva algunas similitudes con sus predecesoras: es también una aeronave con la posibilidad de despegar y aterrizar verticalmente (V/STOL), tiene una hélice doble contrarrotatoria impulsora en el cono de cola, y tiene estabilizadores caudales en “V” (figura 1 arriba).

El concepto es más bien el de un misil o un torpedo volador; una aeronave con un fuselaje en forma de puro con cierta capacidad de sustentación y provisto de alas de corta envergadura para reducir la resistencia y alcanzar más fácilmente velocidades mayores. El hándicap principal de este tipo de ala se da sobre todo a bajas velocidades, ya que no crea mucha sustentación; en este modelo ese efecto se contrarresta con la sustentación vertical activa.

La planta motriz de la versión “E” es compleja, y consiste en un poderoso turboeje montado en el morro, tomando aire a través de una gran abertura frontal de forma circular. Ese turboeje descarga sus gases de escape a través de una tobera orientada hacia abajo justo detrás del tren de morro, pudiendo el piloto controlar el ángulo de salida del chorro entre -45º y -90º, así como el flujo de gas del mismo mediante una válvula de purga que puede abrirse en caso de necesitar reducir bruscamente el empuje proporcionado por esa tobera.

El eje de la turbina sale por detrás de ésta y posee un largo eje con juntas homocinéticas que conecta con el reductor de las hélices traseras mediante un embrague. Justo detrás del centro de gravedad de la aeronave se encuentra un ventilador de tres etapas igualmente acoplado al eje de la turbina mediante el mismo embrague. El concepto de funcionamiento es que el eje motriz que recorre el avión de morro a cola, puede dirigir desde el 100% de su potencia para mover el ventilador para obtener sustentación durante el vuelo vertical hasta el 100% de su potencia para mover las hélices impulsoras durante el vuelo a alta velocidad horizontal, más una serie de relaciones o proporciones intermedias para la fase de transición entre los vuelos vertical y horizontal.

Figura 2

Como la tarea de control para el piloto es ingente, un complejo sistema de control mecánico hace los cambios por él, pudiendo controlar la potencia del turboeje, el empuje de los gases de escape bajo el morro y el ángulo de la tobera, el empuje del ventilador y la impulsión de las hélices caudales, incluyendo como parámetros las revoluciones del eje libre de la turbina, la velocidad de vuelo, la actitud del avión en los tres ejes, el paso de las hélices caudales y hasta la altitud relativa medida con radioaltímetro.

Parte del gas comprimido es purgado del compresor del turboeje y dirigido a los cuatro puntos extremos del avión, y expulsado por válvulas para producir empuje y controlar la actitud del avión en vuelo vertical o en estacionario.

Figura 3

Para el despegue en vertical, el piloto coloca el mando automático en la posición correspondiente y la tobera de escape de gases de la turbina queda orientada hacia abajo 90º, mientras que el ventilador queda acoplado al eje libre de la turbina para absorber hasta el 100% de la potencia del mismo. Las compuertas superiores e inferiores del ventilador están abiertas totalmente. La potencia motriz aumenta hasta el 110% y el flujo de gas por la tobera de morro es máximo, así como el flujo de aire del ventilador, que supone el 75% del empuje, siendo la tobera de morro el 25% restante. El empuje total al despegue es de unos 5.500 Kg, mientras que el peso máximo para despegue vertical lo calculo en 4.600 Kg. Conforme la aeronave va cogiendo altitud, el piloto mueve el mando combinado para comenzar a tomar impulso hacia adelante, si bien este movimiento puede automatizarse siguiendo una secuencia preestablecida. En esas circunstancias, el embrague comienza a entregar potencia a las hélices impulsoras de cola, restándosela al ventilador central; al mismo tiempo, la tobera de gases de la turbina cambia de ángulo para producir un componente de empuje en la dirección del vuelo, con lo que el avión comienza a moverse hacia adelante a costa de reducir el empuje de sustentación. El efecto de esto último es que la velocidad ascensional (vertical) se reduce, llegando a desaparecer en el momento en que el empuje combinado se equilibra con el peso, que a su vez ha disminuido como consecuencia de la elevada tasa de consumo de combustible durante el despegue vertical, con el turboeje a toda potencia (unos 9.800 shp al eje).

Conforme la aeronave coge velocidad hacia adelante, las alas y el propio fuselaje, con una actitud de morro ligeramente levantado, comienzan a generar sustentación aerodinámica, lo que alivia la necesidad de empuje del ventilador central y del chorro hacia abajo de la tobera de gases de escape. Con todos estos datos, el controlador mecánico establece una nueva relación de potencia entregada por el eje libre de turbina entre el ventilador y las hélices traseras, así como reduce el ángulo de la tobera de gases hasta su mínimo de 45º (lo que significa que, incluso en el vuelo a alta velocidad, existe un componente vertical de sustentación que se suma a la sustentación aerodinámica de las pequeñas alas y del fuselaje, complementándola.

Finalmente, cuando la sustentación procedente del ventilador ya no es significativa, y se han superado los 290 Km/h, se retira la potencia transmitida al ventilador y se cierran las compuertas, quedando toda la potencia disponible para las hélices contrarrotatorias traseras. Entonces, la potencia de la turbina puede ser reducida hasta unos todavía generosos 3.300 shp para un vuelo de crucero a alta velocidad (unos 710 Km/h), con una economía de combustible acorde con una misión de intercepción de alcance medio. (Esto sería además necesario, porque las hélices traseras no pueden absorber más de 5.000 shp por su propia seguridad).

La peculiaridad del diseño me hizo pensar enseguida en que quedaría bien como proyecto alemán de finales de la Segunda Guerra Mundial (figuras 1 y 4). A pesar de su complejidad, resulta perfectamente creíble dada la excelencia técnica alcanzada por los expertos germanos en aquéllos decisivos años que sentaron las bases de la tecnología aeroespacial hasta hoy. Además de presentarlo como un imaginario “If…” para una Luftwaffe alternativa de 1947, también lo he presentado como avión embarcado de la U.S. Navy, tal vez adoptado o copiado tras la guerra, en 1950. En muchos aspectos, la Navy norteamericana de aquéllos años tenía la mente mucho más abierta a las innovaciones que pudieran serle útiles para mantener su supremacía en material (figura 3).

Figura 4

Sin embargo, resulta evidente que las alas originales son demasiado pequeñas para aportar una sustentación razonable a velocidades medias-bajas. Ser suplementada por la reacción del escape no parece suficiente. Como consecuencia, derivé de éste una subversión con cuatro alas (figura 5) y, finalmente, una con un único par alas de mayor superficie (figura 6).

Figura 5

Figura 6

Con ésta última versión maduró un proyecto para comercializar una maqueta en Kit de inyección de plástico denominada LT-103, que no ha llegado a ver la luz por falta de recursos.

De este último impulso surgieron también unas subvariantes cuya propulsión por cohete más estatorreactores, una tecnología madurada en Alemania durante los años 1941-1945, dio lugar a los modelos que se ven en las figuras 7 y 8.

Figura 7

Estas variantes ya no son de despegue / aterrizaje verticales, sino convencionales, y su armamento, además de cañones automáticos, incluye cohetes en salva para derribar a bombarderos volando en formaciones cerradas en la estratosfera.

Figura 8

La versión “F” (figuras 9, 10 y 11), supone un regreso a la fórmula de la aeronave de alas giratorias, y es el “canto del cisne” de la saga, porque con ella se cierra este capítulo. No descarto que, en el futuro, retome la fórmula para añadir nuevas variantes, pero lo cierto es que desde 2012 no ha vuelto a aparecer ninguna.

La versión “F” es una actualización de la fórmula de la versión “D”, en la que se prescinde del tren de rodaje “en tándem” con patas principales retráctiles en morro y en cola más pequeñas patas equilibradoras que se ocultan en carenados a ambos lados, y se opta por un tren triciclo con pequeña rueda orientable de cola y patas principales semiocultas a ambos lados del fuselaje, con las ruedas visibles.

Las alas embrionarias ya no tienen una función estructural, al no tener que soportar las patas equilibradoras, reduciéndose a meras superficies aerodinámicas.

Figura 9

Figura 10

Figura 11

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