Ryan X-13, un “Tail-Sitter” en los años 50

Ryan X-13, un “Tail-Sitter” en los años 50

El sábado, 10 de diciembre de 1955, Pete Girard, jefe de pilotos de prueba en Ryan Aeronautics, toma asiento en un rechoncho monoreactor, sujeto a un tren de aterrizaje provisional, y realiza el primer vuelo del Ryan X-13 Vertijet (Modelo 69 para Ryan). El despegue y aterrizaje se efectuaron de forma clásica, con el fin de evaluar el comportamiento del avión en actitudes de vuelo normales. Posteriormente siguieron transiciones a posición vertical y vuelta a vertical. Girard realiza el primer despegue y aterrizaje vertical el 28 de mayo de 1956, el mismo día en que el segundo X-13 realiza su primer vuelo.

Estas pruebas se producen dentro de un ambiente de euforia entre los distintos fabricantes, todos ellos empeñados en diseños diversos para lograr el VTOL que liberase a los militares de la dependencia de las grandes bases militares. Pero esto no sería de esta manera. A 65 años vista, seguimos dependiendo de las bases y las cesiones necesarias para un avión VTOL han sido más complejas de lo previsto.

Los ensayos de despegue y aterrizaje verticales, utilizaron otro sistema provisional, para evitar daños en la tobera.

Ryan Aeronautics comienza a interesarse por el despegue vertical inmediatamente después de la segunda guerra mundial. El Ryan FR-1 de propulsión mixta ofrecía un ratio de empuje superior a 1 con poca cantidad de combustible, y los ingenieros pensaron que podía ser capaz de despegar verticalmente. La Marina se interesó y otorgó un contrato para el estudio de un reactor lanzado verticalmente. Formaba además parte de un programa para producir submarinos equipados con aviones VTOL.

Banco de pruebas para todos los elementos de control

Ryan fabrico un banco de pruebas y un banco volante en 1951, pero terminó por cerrar el contrato. En 1953 la fuerza aérea contrata a Ryan para desarrollar un reactor de despegue vertical, que terminará siendo el X-13. El avión se asentaba en su cola y dependía de controles de chorro en la punta de las alas, y empuje del motor vectorizado para controlar el cabeceo del aparato. Las alas en delta también estaban equipadas con elevones y timón móvil para el control en vuelo horizontal.

El X-13 fue diseñado por equipo liderado por Curtiss Bates, y la Sección Técnica de Ryan se encargó de diseñar un trailer especial, con capacidad de inclinarse 90 grados, de forma que pudiese lanzar y recoger al X-13 en sus despegues y aterrizajes. El primer ciclo completo desde el trailer se realizó en la Base Edwards dela fuerza aérea el 11 de abril de 1957. A pesar de este logro, la operación era especialmente complicada, sobre todo a la hora de aterrizar. El piloto carecía de visión sobre la zona de aterrizaje, lo que hacía indispensable ayuda constante desde tierra.

A pesar de sus deficiencias, los dos X-13 construidos demostraron que las transiciones y la operación eran posibles, aunque el concepto de “Tail Sitter”, no era el más adecuado. El motor de empuje vectorial, luego utilizado con éxito por los Kestrel y Harrier, comenzó con este programa su desarrollo, al igual de los controles por chorro de aire en los extremos de las alas, luego utilizados por los VSTOL que entraron en servicio. Aunque Ryan presentó diversos proyectos derivados de la experiencia del X-13, ninguno de ellos vió la luz, más allá de propuestas en papel o maquetas.

Uno de los conceptos propuestos por Ryan, basados en la experiencia del X-13.

Bel XV-3, convertiplano experimental

Bel XV-3, convertiplano experimental

El 11 de Agosto de 1955 el jefe de pilotos de prueba de Bell, Floyd Carlson, se acomodaba en una pequeña cabina de un convertiplano y realizaba el primer vuelo estacionario, sin ayudas del XV-3. Las dificultades solo comenzaban, y solo una semana después, el 18 de agosto realiza un aterrizaje duro, por inestabilidad dinámica del rotor. El Bell 200, según nomenclatura de la compañía, fue diseñado por los ingenieros Bob Lichten y Kenneth Wernicke.

Las pruebas comenzaron de nuevo el 29 de marzo de 1956, teniendo que suspenderse por el mismo problema. Las pruebas reanudaron en septiembre, pero el 25 de octubre el piloto de pruebas Dick Stansbury resultó seriamente herido al estrellarse el primer XV-3 al desmayarse debido a las tremendas vibraciones de la cabina. El XV-3 resultó tan dañado que se decidió no repararlo.

El segundo XV-3 fue extensamente modificado con rotores de dos palas en vez de tres, y sus pruebas comenzaron el 18 de julio de 1957 en el túnel de viento de la NACA en el Laboratorio de Ames. El primer vuelo se produjo el 21 de enero de 1958, y se fue abriendo el dominio de vuelo hasta que de nuevo las vibraciones aparecieron. Nuevas reparaciones, refuerzo de lo pilones de los rotores, y reducción del diámetro de los mismos.

Los vuelos vuelven a efectuarse a partir de diciembre del 58, cuando se realizan las primeras transiciones completas de vuelo vertical a horizontal. El XV-3 fue volado por pilotos de la fuerza aérea, la NASA y el ejército, y los ingenieros de Bell siguieron perfeccionando los rotores para conseguir una máquina más fiable, eliminando la inestabilidad aeroelástica de los rotores, origen de la mayor parte de los problemas del XV-3.

El convertiplano fue probado en el túnel de viento 40 x 80 del Centro de Investigación de Ames, y en la última prueba se produjo un fallo en ambos rotores, produciendo daños importantes al aparato y en las instalaciones. El programa fue terminado el 14 de junio de 1966, después de 250 vuelo, 125 horas en el aire y 110 conversiones completas. Los datos conseguidos con el XV-3 sirvieron de base para el diseño del Bell XV-15 y posteriormente del V-22 Osprey, actualmente en servicio.

X-24A, una “patata caliente” supersónica

X-24A, una “patata caliente” supersónica

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19 de marzo de 1970 en la base de Edwards. El piloto de pruebas Jerauld Gentry respira dentro de su estrecha cabina. Enfundado en un traje presurizado, espera pacientemente el check list de sus compañeros en la cabina del NB-52B nodriza, en preparación del vuelo de este día. El bombardero empieza a moverse y despega sin problemas. La comunicación entre los dos aviones es perfecta. En un momento dado, el NB-52 suelta su extraña carga. Se trata de un Martin X-24A, un extraño engendro sin alas, que debe enseñar a los futuros astronautas como es una reentrada en la atmósfera y un aterrizaje sin motores. En la mañana de hoy el X24A realiza su primer vuelo propulsado, en el que alcanzará, sin problemas, Mach 0,87.

X 24A cutaway

El Martin X-24A es uno de los “lifting bodies” ensayados por la NASA entre los años 60 y 70, en preparación para definir el perfil de entrada en la atmósfera del Space Shuttle. Las tripulaciones y sus pilotos los llamaban “patatas calientes”, y aunque no eran fáciles de pilotar, demostraron la viabilidad de los aterrizajes sin propulsión con formas aerodinámicas que no precisaban superficies aladas, ayudándose sólo de la forma aerodinámica de su fuselaje.
Estas experiencias no estaban exentas de peligro. El 26 de agosto siguiente, Gentry tuvo que realizar un aterrizaje en emergencia debido a un fuego en la parte trasera del fuselaje. No hubo consecuencias, pero el X-24 necesitó reparación y un rediseño del circuito de purga de combustible.

299998main_lifting_body_pilots_full Jerry Gentry, Pete Hoag, John Manke and Bill Dana are lined up by the HL-10 lifting body aircraft. Pilotos de prueba de lifting body. Jerry Gentry, Pete Hoag, John Mank y Bill Dana, ante un HL-10.

Otros pilotos comenzaron a volar el X24A. El 14 de octubre, el Mayor Cecil Powell llevaba a su “patata caliente” hasta Mach 1,19 y 68.000 pies de altura. El 29 de marzo del año siguiente se alcanzaba Mach 1,6 y se alcanzaron los 71.400 pies de altura.

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Durante su programa de pruebas, que duró hasta el 4 de junio de 1971, el X-24A había estado en el aire 2 horas, 54 minutos y 28 segundos, y había cumplido todos los objetivos fijados en su programa de pruebas. Los pilotos lo consideraban relativamente fácil de manejar, aunque tenía un notable vicio a levantar el morro en cuanto se iniciaban sus propulsores cohete, lo que restringió la posibilidad de experimentar bajos ángulos de ataque.

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Cumplida su misión, el X-24A fue devuelto a Martin para reconvertirlo en el X-24B, con un cambio de aspecto más que evidente. Esto permitió aumentar el dominio de vuelo, con más velocidad y altura. Ambos X-24 fueron esenciales a la hora de diseñar el Space Shuttle.

39052380954_ed6f4fc711_b El X-24A y su reconversión a X-24B, en un documento de la NASA.

X-29, una maravilla con las “alas al revés”

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El 14 de diciembre de 1984, con Chuck Sewell, piloto de pruebas de Grumman realizaba su primer vuelo el X-29, un laboratorio volante para definir las ventajas de un ala en flecha invertida de 33 grados, aplicada a un avión de altas prestaciones. Era un avión muy especial, que utilizaba materiales compuestos avanzados, un ala supercrítica en flecha invertida, una superficie “canard” de incidencia variable, y un sistema de control FBW (Fly By Wire), gobernado por seis ordenadores, tres digitales y tres analógicos.

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El programa unió a la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), la fuerza aérea, la NASA, Grumman y muchas otras firmas, y e avió realizó un total de 437 vuelos entre 1984 y 1992. Un año después de su primer vuelo, el 13 de diciembre de 1985, el X-29 se convirtió en el primer avión con ala en flecha invertida en superar Mach 1. Este fue uno de los programas con mejores resultados en la serie X, ayudando no sólo a comprender el comportamiento del ala en flecha invertida, sino también de materiales compuestos, y ayudó enormemente al desarrollo de la tecnología FBW.

X-29

Lo seis ordenadores hacían correcciones a la actuación del avión 40 veces por segundo. Esto era absolutamente necesario ya que el X-29 era aerodinámicamente inestable, para facilitar al máximo su maniobrabilidad. Los ingenieros afirmaban que si los ordenadores fallaban, el avión se habría hecho pedazos mucho antes de que el piloto pudiese eyectarse.

EL Junkers 287 y en HFB 320, precedieron al X-29 en el uso del ala en flecha invertida.

El X-29 no fue el primer avión con ala en flecha invertida en volar. Los alemanes ya pusieron un vuelo 40 años antes el Junkers Ju 287, un prototipo de bombardero a reacción con alas en flecha invertida. Y 20 años antes, también la compañía alemana Hamburger Flugzeugbau hacía volar el Hansa Jet HFB 320, un birreactor corporativo, del que se fabricaron una docena de ejemplares. Parte del fuselaje de este avión se fabricaba en España, por CASA. Pero el X-29 si fue el primero en estudiar el vuelo supersónico con un avión en esta configuración, y el programa que más información ha generado sobre la aerodinámica de este tipo de alas.
Grumman fabricó dos aviones idénticos, y para reducir costes, utilizó la parte delantera del fuselaje del Northrop F-5 y buena parte de los actuadores de superficies aerodinámicas y el tren de aterrizaje principal del General Dynamics F-16.

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El programa buscaba aprender cómo sacar ventajas de la inestabilidad inherente del avión y de sus alas en flecha invertida para desarrollar un avión de combate de altas prestaciones y gran maniobrabilidad. Sin embargo, dos elementos redujeron estas posibles ventajas, la adopción de la filosofía “Stealth” para los aviones de combate, y el desarrollo de motores con toberas de empuje vectorial, que permitían un incremento notable de la maniobrabilidad, sin la utilización de configuraciones exóticas, como el ala en flecha invertida.

El Hiller X-18, avión experimental VTOL

El Hiller X-18, avión experimental VTOL

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El 24 de noviembre de 1959 realizó su primer vuelo “real” el Hiller X-18 en Moffet Field, un avión experimental capaz de realizar despegues y aterrizajes verticales, mediante el uso de un ala oscilante. Estaba propulsado por dos grandes turbopropulsores y un reactor cuya descarga ayudaba a controlar la actitud del avión a bajas velocidades. El X-18 fue el primer avión con ala basculante que voló de forma efectiva, abriendo paso a futuros desarrollos.

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Con el fin de ahorrar algo de dinero, el X-18 utilizaba de un YC-122C Avitruc, y los turbopropulsores procedían de los programas experimentales Lockheed XFV-1 y Convair XFY-1 (más información: https://shapingupfutures.net/2019/08/01/primer-vuelo-del-convair-pogo-un-avion-colgado-de-una-helice/), moviendo una hélice gigante de 4,8 metros de diámetro. Los relaciones públicas de Hiller se inventaron un nombre “Propelloplane”, que no cuajó.

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Solo se construyó un X-18, con número de serie 57-3078, solo realizó 20 vuelos, en su mayor parte con los pilotos de prueba de Hiller, George Bright y Bruce Jones. Los vuelos demostraron que el X-18 sufría mucho cuando había viento racheado, cuando sus alas estaban en posición vertical. Los turbopropulsores no estaban conectados, por lo que el fallo de uno, significaba la pérdida del avión, y el control de empuje era demasiado lento, para ser aceptable.5820613238db70cf8e8fcf950aa0535a

En su último vuelo, en julio de 1961, el X-18 tuvo un problema cuando intentaba hacer una maniobra de transición a vuelo estacionario a 3.000 metros. Aunque la tripulación retomó el control del aparato, el X-18 ya no volvió a volar más. Las pruebas continuaron en un banco de pruebas para el ala. El programa fue finalmente cancelado en enero de 1964.

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El X-18 sirvió para mejorar la tecnología de los aviones de alas oscilantes, que se aplicaron al XC-142A (Más información: https://shapingupfutures.net/2019/09/29/xc-142-un-vtol-para-cargas-de-hasta-4-toneladas/). Entre ellos, la conexión cruzada de los propulsores, o el control directo de la inclinación de las hélices para mejorar el control de actitud y lateral, durante el vuelo estacionario y los despegues y aterrizajes en vertical.