El transporte de cargas de gran tamaño y/o muy pesadas ha hecho que muchos diseñadores, inventores e ingenieros se estrujen los cerebros en busca de la mejor forma posible de hacerlo. De ahí nacen aviones como el Guppy o la idea de llevar fuselajes colgando debajo de otro.
De hecho los proyectos para transportar el transbordador espacial colgando de aviones de fuselaje gemelo son relativamente conocidos. Así como la solución definitiva de llevarlo a lomos del 747.
Sin embargo el proyecto para transporte de cargas grandes en un pod ventral es menos conocido.
Definición del proyecto
En 1978 NASA contrató a Vought un estudio para instalar un gran contenedor ventral no presurizado bajo un 747-200 para transportar cargas militares de gran tamaño, siendo un vehículo M60 AVLB lanzapuentes o un tanque M60 los límites de tamaño superiores.
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La idea es que el contenedor no fuera fijo, para minimizar al máximo las modificaciones a realizar a la aeronave. Y para poder convertir cualquier jumbo en carguero. Los requisitos era ser capaz de transportar 543 kN (122 000 lbf) de carga, correspndientes a uno de los dos vehículos nombrados arriba. Para que el vehículo cupiera dejando cierto margen de seguridad con las paredes del contenedor desmontable, se requería una cavidad de 4.11 m 03.5 ft) de alto,4.27 m (14.0 ft) de anchoi, y 9.30 m (30.5 ft) de largo. Además tenía que ser capaz de volar desde la costa oeste de Estados Unidos a Europa a 18000ft, por ser un contenedor sin presurizar, sin repostar.
Tren de aterrizaje
Debido al tamaño del contenedor, el avión no podía apoyarse sobre su propio tren. Por ello el contenedor debía ser capaz no solo de transportar la carga, sino de soportar el peso de toda la aeronave mientras esta tuviera en tierra, gracias a un tren integrado en el mismo.
Aerodinámica
Se probaron tres configuraciones. Para ello Vought preparó tres modelos distintos, para correrlos en un programa de cálculo aerodinámico propio. Los fenómenos de compresibilidad no se tuvieron en cuenta, pues por debajo de Mach 0.72 los efectos de compresibilidad eran despreciables en el Jumbo, y se esperaban velocidades de crucero inferiores, como se confirmaría más adelante.
- Tren totalmente retráctil
- Tren fijo parcialmente carenado (al estilo del C-295)
- Tren fijo sin carenar
La configuración de tren fijo sin carenar era la más sencilla y menos pesada de todas. Sin embargo ofrecía tal resistencia aerodinámica que el empuje instalado disponible no era suficiente como para vencer toda la resistencia generada.
El tren semi carenado era una solución entre las dos anteriores, ofreciendo muy poco peso pero un aumento significativo de consumo de combustible respecto a la solución retráctil.
El tren retráctil ofrecía un consumo mucho menos reducido en crucero que el tren semicarenado. A cambio, la resistencia durante las fases en las que el tren estaba desplegado era considerablemente mayor, aunque la potencia instalada sí permitía operar con esta configuración.
El incremento de resistencia parásita para la configuración con el tren semicarenado era de un 37%, mientras que para el tren retráctil, en crucero con él retraído, era de tan solo un 23%. La fineza máxima (relación entre la sustentación y la resistencia), respecto al 747 en configuración limpia y volando a Mach 0.74 se reducía un 17% para el tren semi carenado y un 11% para el retráctil.
Con las polares obtenidas y la potencia instalada disponible se determinó que la velocidad de crucero con el tren semicarenado sería de Mach 0.66 y de 0.68 para el tren retráctil.
Puntos de amarre, cargas y materiales.
El fuselaje debía modificarse en cinco puntos, para recibir la misma cantidad de puntos duros de anclaje. El primero sería en la estación 400, el mamparo del tren de morro. El segundo la estación 1000, en la caja de torsión, en el larguero frontal. El tercero sería en la estación 1241, también en la caja de torsión, en el larguero trasero. Los otros dos puntos se correspondçian con las cuadernas delantera y trasera del tren de aterrizaje principal, en las estaciones 1350 y 1480.
Para analizar el contenedor se utilizaron cargas inerciales cuasi-estáticas correspondientes a distintas maniobras. Así se establecían aceleraciones límite de 2.5G verticales y hacia abajo, 2G verticales y hacia arriba, 1G laterales y 6G hacia adelante, correspondiente a un caso de carga de aporrizaje. Para las cargas últimas aplicaban un factor de 1.5 a las anteriores, como suele ser habitual en aviación.
El tren de morro debió desplazarse desde debajo de la cabina de los pilotos, estación 390, hasta casi la vertical del encastre, estación 770, para mantenerla razonablemente corta y evitar que fuera demasiado larga y pesada. En cambio esto hizo que las cargas sobre el tren de morro se dispararan al doble que las cargas máximas en un 747 estándar.
Las elevadas cargas del nuevo tren delantero del contenedor debían repartirse entre la cuaderna del tren de morro y el larguero frontal, gracias a una estructura triangular.
Los herrajes de los puntos duros se fabricarían de forja, aluminio 2014-T6. El revestimiento, las cuadernas y las vigas del suelo del contenedor serían de aluminio 7075-T6. Los carenados serían igualmente de 7075-T6, pero de tan solo 0.64mm de espesor.
Pesos
La ligereza del tren de aterrizaje fijo y parcialmente carenado hacía que fuera posible utilizar el avión con su carga máxima de combustible.
Por contrario, el peso adicional del tren retractil hacía que el avión tuviera que despegar con menos carga de combustible, haciendo imprescindible desmontar el tren de aterrizaje original del avión si era necesario despegar con todos los depósitos de combustible totalmente llenos.
Alcance
A partir de los datos de resistencia obtenidos y las tablas de consumo, carga de pago y alcance, se determinaría el alcance del avión con el contenedor ventral. Los datos presentados abajo se obtendrían considerando una carga útil de 543kN, el avión a MTOW, y las reservas legales habituales para poder desviarse a cualquier alternativo.
Ampliación del proyecto para llevar también un laboratorio espacial
Los resutlados, lejos de desanimar a la NASA, fueron considerados suficientemente buenos y prometedores como para ampliar el estudio y pensar en que el contenedor externo pudiera llevar no solo cargas militares sino también laboratorios .
En este segundo informe se basaban en el primero. El tamaño del contenedor debía ser ligeramente aumentado (91cm más alto y 23cm más ancho), y se contemplaba el poder utilizar contenedores presurizados sólo para las cargas científicas. Las militares seguirían viajando en contenedores sin presurizar.
Aunque no se realizarían estudios de estabilidad, sí se realizarían estudios de tunel de viento.
Con el contenedor militar se esperaba un alcance de 7240km a 18000ft. Con el laboratorio, más ligero, se podía llegar a los 7990km, a 18000ft. Si se utilizaba el contenedor presurizado se podía subir hasta los 35000ft y entonces el alcance quedaba en 10750km.
El diseño del contenedor fue algo más detallado que en la iteración anterior, empleando CAD. El análisis de las cargas se realizó también por ordenador, con un programa de elementos finitos llamado SPAR Structural Analysis System [pdf].
Los resultados indicaban que las cargas del tren de aterrizaje, incluidas las del morro, que eran más elevadas que en el avión sin modificar, se repartían de forma adecuada por la propia estructura del contenedor. Al 747 no le llegaban a través de los cinco puntos de amarre cargas más altas que las que podía soportar.
Los cálculos de masas y resistencia también se actualizaron, teiendo en cuenta el aumento del tamaño del contenedor. Y, por tanto, también se actualizaron las tablas con las características de alcance y velocidad.
FInalmente, y pese a que parecía técnicamente viable, no se fabricó ningún contenedor ventral ni se modificó ningún 747 para añadirle los cinco puntos duros necesarios para transportar el contenedor. Los motivos no figuran en los informes ni han trascendido de forma pública, al menos que tengamos constancia. Sin embargo no es difícil imaginar que habiendo disponibles transportes como el C-5 Galaxy y el C-141, en la época en la que se desarrolló el informe, y más recientemente la disponibilidad incluso de los Antonov 124 y 225, bueno ya no, esta modificación se hizo innecesaria. Aunque vistos los problemas logísticos y bloqueo de puertos de estos últimos años, ¡cuántas compañías de carga no hubieran dado buen uso de este contenedor!
Fuentes
Boeing 747 Aircraft with External Cargo Pod. NASA CR-158932, 1978
BOEING 747 aircraft with large external pod for transporting outsize cargo NASA-CR-159067, 1979