¿Cómo nacieron los «hidroaviones apagafuegos»?

Canadair del 43 Grupo

A finales de agosto os contábamos cómo habían nacido los aviones terrestres apagafuegos. Pero en España conocemos más los hidroaviones, esos aviones amarillos que cargan agua en los lagos, embalses o cerca de las playas, para ayudar a las brigadas de tierra a apagar los fuegos.

Si el origen de los aviones cisterna terrestres es estadounidense, el origen de los hidroaviones bomberos es canadiense.

La idea nación en 1944, de una conversación entre Pete Marchildon y Carl Crossley [pdf], dos pilotos que volaban para el OPAS (Ontario Provincial Air Service), y habían volado anteriormente en la RCAF. Marchildon comentaba a Crossley que si los grandes bombarderos podían transportar muchas toneladas de bombas para destruir puentes y fábricas, tal vez podrían llevar las mismas toneladas de agua para atacar pequeños fuegos y contribuir a su extinción. Crossley pensó en ese momento que la idea de utilizar un bombardero para apagar fuegos en lugar de para causarlos era una locura. Pero la idea ya bullía en su cabeza.

Fairchild KR-34, vía Wikipedia

Mientras volaba un pequeño Fairchild FR-34 equipado con flotadores sobre un lago divisó un pequeño incendio, y fue cuando se le ocurrió la idea que ensayaría: instalaría un bidón de 45 galones en el asiento delantero del biplano, y unas tomas dinámicas en la parte trasera de los flotadores, de tal modo que con la presión generada durante el carreteo por el agua podría llenar el depósito.

Antes de probarlo en vuelo lo probó en una embarcación, y el sistema funcionó correctamente. Sin embargo, al instalar el bidón en el avión, no logró llenarlo por completo, puesto que la presión generada al carretear era insuficiente para subir el agua a través de un recorrido de tuberías tan largo y con el depósito tan alto.

Phil Hoffman, jefe de los rangers de Timagami en ese momento, le sugirió olvidarse de la toma dinámica para llenar el depósito alojado en el fuselaje, y usar una bomba normal y corriente conectada a un tubo que se sumergiría en el agua. Crossley se decidió a probarlo en su KR-34, e hizo historia en el mundo de los aviones apagafuegos al atacar por primera vez en la historia un pequeño fuego de pruebas desde un avión que había recogido previamente el agua mientras navegaba sobre ella. Las pruebas fueron un éxito, aunque no llegara a apagar el fuego del todo, sí había logrado reducir su potencia, y empapar a Hoffman y a otro observador terrestre, que le indicaban cuándo lanzar el agua.

Comentando los ensayos en una reunión posterior con el supervisor de protección de bosques, éste sugirió que podían cargar más agua si utilizaban los propios flotadores como depósitos.

Crossley pensó que la mejor aeronave para esto sería el Noordyun Norseman, un avión con un motor radial de 600HP que conocía bien por haber hecho numerosos vuelos de entrega con él.

Hizo modificar los flotadores con unas tomas de agua y unas compuertas para liberarla.

A finales de agosto de 1945 recibió el avión con los flotadores modificados instalados. Podía cargar 54 o 55 galones de agua en apenas 9 segundos.

Al poco de llegar con el avión a Timagami se produjo un incendio en un área inaccesible. Crossley decidió probar su invento, y realizó tres descargas sobre el mismo. Para cuando llegaron los rangers el fuego había reducido de su intensidad y pudieron terminar de apagarlo.

A pesar de que el invento había funcionado bastante bien, el OPAS no apoyó el desarrollo de la idea. Sería ya en 1950 cuando se decidió probar una idea un tanto peregrina, quedando abandonado el sistema de Crossley.

Bombardeo con sacos de agua

El OPAS había decidido bombardear, literalmente, el fuego, con bolsas cargadas de 35 libras de agua. El método resultó ser peligroso para las brigadas de tierra. Y, en al menos uno de los casos, el impacto directo de la bolsa de agua contra un foco de fuego, en vez de apagarlo, lo dispersó aún más.

Instalación de los depósitos sobre los flotadores

Tom Cook, futuro director del OPAS, decidió recoger las ideas de Crossley y continuar su desarrollo, ya en los años 50. Primero pensó en continuar desarrollando la idea de cargar los flotadores, pero finalmente él y George Gill montaron en un De Havilland Otter dos depósitos de agua, situados entre la parte superior de los flotadores y la inferior del fuselaje, cuyos centros de gravedad quedaban alineados con el del propio Otter.

Beaver descargando agua desde los tanques sobre los flotadores

En 1957 hicieron las primeras descargas exitosas sobre un fuego forestal con este sistema. Aunque el sistema funcionaba bien, tenía algunos pequeños problemas con la descarga de agua debido a su posición sobre los flotadores. Por ello se ideó un sistema basado en una única cisterna ventral. Esta disposición tenía menos resistencia aerodinámica y mejoraba el patrón de distribución de agua. ¡Y este sistema fue adoptado en los Estados Unidos!

Depósito ventral bajo un Beaver

Sería Knox Hawkshaw, de Field Aviation, quien crearía los sistemas que aún hoy se usan. Inventó dos tomas retráctiles, en vez de fijas como las de Cook, y las instaló en un CANSO Catalina, para llegar unos depósitos situados dentro del casco de la hidrocanoa. El avión podía cargar así 1000-1400 libras de agua. Field convertiría 18 CANSO Catalina.

CANSO Catalina

Liston Aircraft introduciría los Catalina apagafuegos en el Estado de Washington en 1963.

A partir de 1965 Field Aviation trabajó con OPAS, que se convertiría en OMNR para producir nuevos aviones apagafuegos basados en los Turbo Beaver, Otter, y Twin Otter.

Martin Mars apagafuegos siguiendo a su helicóptero guía

En 1957 se retiraron del servicio los Martin Mars, hidroaviones nacidos como bombarderos. Cuatro de ellos fueron comprados por Dan McIvor para convertirlos en apagafuegos, y dos de ellos han estado volando con Coulson hasta hace relativamente poco.

Y en los 60 llegó el primer avión diseñado ex profeso como avión apagafuegos: el Canadair 215. Basado en el éxito del Catalina, su diseño comenzó en 1963, y fue puesto en producción en 1968. Desde entonces no ha dejado de volar, primero con motores radiales de pistón, luego con turbohélices (215T si es un pistón reconvertido o 415 si es un turbina de fábrica), y hasta la fecha, que sigue en desarrollo por Viking Air, que ha comprado también la marca De Havilland, siendo su último modelo el CL-515.

Viking 515

Fuentes

[Podcast] Hanna Reistch, la pionera de la aviación que voló todo lo volable… de la Luftwaffe del III Reich

Seguimos con la serie de podcast dedicados a las pioneras de la aviación con la polémica Hanna Reitsch. Piloto sin igual, se inició con el vuelo a vela, como muchos de los jóvenes alemanes contemporáneos suyos, y voló todo tipo de aeronaves, incluso uno de los primeros helicópteros, ¡dentro de un pabellón deportivo cubierto! Acompañadnos en esta aventura que nos presenta nuestra invitada la historiadora Diana Cabello.

El podcast se puede encontrar en Amazon Music, Apple Podcast, Google Podcast, Ivoox, Spotify

pd: Si la intro y la despedida os son familiares, que no os sorprenda. En un ejercicio de nostalgia podcasteril he hablado con Javier Lago para pedirle permiso y utlizar la introducción que hizo para el que, si no recuerdo mal, fue el primer podcast español sobre aviación: Remove Before Flight RBF podcast

Tupolev Tu 155: el avión a hidrógeno ruso de los años 80

Si los estadounidenses hacían volar su avión de hidrógeno en los 50, el Bee Project, los rusos lo hacían en los 80. Y como veis ya se planteaban soluciones de diseño de almacenaje de hidrógeno similares a las que se plantean hoy en día.

Tu 155

A mediados de la década de 1970, la estrategia energética dominante en la URSS suponía que la energía atómica sería la predominante, mientras que el petróleo y el gas deberían considerarse de menor importancia en vista de su escasez, pues se creía que se acabarían muy pronto.

Se inició Programa de Energía de Hidrógeno. Los especialistas de Tupolev participaron en el programa. Alexey Tupolev tomó una decisión valiente: construiría aviones a hidrógeno.

Y se diseñó un avión, el Tu-155, que fue construido y probado con éxito, sin incidentes. Fue precedido por un programa de ensayos en banco en tierra, destinado a probar el funcionamiento de nuevos sistemas (¡más de 30 en la aeronave!) y verificar que su operación era segura.

Finalmente, la estrategia energética mencionada anteriormente no fue la que triunfó. La energía atómica no dominó el panorama. Fue el gas natural. El contenido de gas natural

Es por eso que Tupolev apostó finalmente por no usar no solo hidrógeno líquido sino también gas natural licuado (GNL). Así se construyó la primera Aeronave Criogénica del mundo.

Las notables propiedades del hidrógeno líquido como combustible de aviación y su alta limpieza ecológica, atrajeron la atención de los especialistas en aviación hacia este tipo de combustible. El hidrógeno líquido permite mejorar significativamente el rendimiento de las aeronaves, para construir aeronaves incluso que operen a velocidades de M>6.

Sin embargo, el precio extremadamente alto del hidrógeno líquido ha hecho que su uso comercial sea imposible durante mucho tiempo.

El «Programa de desarrollo de la aviación civil rusa para el período de 2002 a 2010 y hasta 2015» concluía que, en un primer paso, habría que introducir el GNL como combustible. Posteriormente llegaría el hidrógeno..

El gas natural se suministraría a cada aeródromo a través de tuberías. Su alta capacidad energética haría posible construir aeronaves con un rendimiento significativamente alto en comparación con las aeronaves que utilizan queroseno.

La reducción de emisiones utilizando el GNL se reduciría de la siguiente manera: monóxido de carbono: 1 a 10 veces, hidrocarburos: 2,5 a 3 veces, óxidos de nitrógeno: 1,5 a 2 veces, hidrocarburos aromáticos policíclicos, incluido el benzapireno, 10 veces.

El TU-155 fue construido sobre un TU-154B de serie. Para utilizar combustible criogénico, se modificaron el fuselaje y algunos sistemas estándar. Se instalaron sistemas de carga, almacenamiento y alimentación de combustible criogénico que garantizaban la seguridad contra incendios/explosiones, y también el sistema de adquisición y registro de datos.

Por motivos de seguridad, el sistema de combustible criogénico experimental se colocó dentro de un compartimento especial aislado de los compartimentos del fuselaje adyacentes mediante áreas de amortiguamiento provistas de un sistema de ventilación.

El motor experimental NK-88 impulsado por GNL o hidrógeno estba ubicado en la góndola derecha.

El combustible criogénico se mantenía en un tanque de combustible de 17,5 m3 de capacidad instalado en la parte trasera de la cabina de pasajeros. Para cargar la aeronave con combustibles criogénicos, se hizo un sistema de carga especial que, por seguridad, se ubicó en un lugar aislado, en el que también se alojó aire acondicionado.

Se ensayaron en tierra todos los sistemas nuevos del Tu-155 en busca de los problemas que pudieran surgir en el aire o, mejor dicho, para que no surgieran problemas en el aire. El 15 de abril de 1988, la aeronave realizó su vuelo inaugural utilizando hidrógeno líquido. El 18 de enero de 1989, el TU-155 realizó su primer vuelo con gas natural licuado. Se cumplió un gran programa de pruebas de vuelo, se realizaron varias demostraciones de vuelo internacionales, incluidas las de Bratislava, Niza, Berlín y Hanover.

El motor empleado fue el NK-88, un derivado del turbofan Kuznetsov NK-8-2, con un empuje 20945 Ib (9500 kg), el mismo que el del motor original.

El tanque principal, de 3,1 m de diámetro y 5,4 m de largo, era de aleación de aluminio AMG6 (en designación americana es similar al 5182), y tenía un revestimiento aislante de 50 mm de espuma de poliuretano. El motor NK-88 tiene una bomba centrífuga de dos etapas dedicada impulsada por una turbina de aire sangrado del motor. El GNL llegaba a -152°C pasaba a través de un intercambiador de calor para convertirlo en gas. La cámara de combustión del motor podía aceptar este suministro de GNL, hidrógeno o queroseno, que normalmente se usa para los otros motores.

Esquema logística en tierra

El desarrollo del TU-155 no sólo sirvió para entender cómo había que diseñar un avión a hidrñogeno, sino que se aprendió qué nuevas especialidades en ingeniería serían necesarias dentro de una compañía fabricante de aviones, que infraestructura terrestre criogénica era necesaria, cómo sería la logística para suministrar el combustible al avión, las medidas a tomar para garantizar la seguridad contra incendios/explosiones de aeronaves criogénicas y los equipos de soporte en tierra…

Era capaz de transportar 14 t de carga útil para una distancia de 2600 km con GNL y una distancia de 3300 km con GNL y queroseno.

Las empresas que participaron en el programa fueron, además de Tupolev: Kuznetsov, UKBM, OKB Crysta, GUP AKB, KKB Armaturproekt, AO tekhpribor, EPO Signa, KPKB Kriogenmash, NPO Khimavtomatika, TsIAM ( Instituto central científico de investigación de motores de aviación) , TsAGI ( Instituto central de aerohidrodinámica), VIAM (Unión científica para la investigación de materiales de aviación), GIPKh (Instituto estatal de química), VNIIPO, GosNIIGA ( Instituto estatal de investigaciones científicas para la aviación civil) , J.I.N.R., KHFTINT, KBOM, Gazprom, MGPZ y otras.

Los resultados fueron tan prometedores que se iniciaron los desarrollos de otros cuatro aviones con este sistema criogénico que permitía volar con hidrógeno o gas natural licuado, los Tupolev Tu 204K, 330K, elregional Tu-136 y el Tu 334.

Tu-204K
Tu-330K
Tu-334K
Tu-136
Tu-136

Fuentes

El AFRL invierte 15 millones de dólares en el NF-16 (ahora X-62) VISTA para desarrollar la autonomía táctica de los UAV

El General Dynamics X-62 VISTA es la última actualización de uno de los modelos de aviones experimentales más exclusivos del mundo, con tecnologías innovadoras que lo hacen capaz de realizar acrobacias que ningún otro avión de su tipo puede lograr.

Derivado del F-16 Fighting Falcon, su acrónimo VISTA proviene de Variable Stability In-flight Simulator Test Aircraft o Variable In-flight Stability Test Aircraft.

Aunque eso de simulador y en vuelo parezca contradictorio, tiene una fácil explicación: este avión es capaz de simular el comportamiento de casi cualquier otro avión en vuelo, del pesado B-52 al ágil caza ligero HAL Tejas. Algo así como aquél avión que era capaz de simularlos a todos… pero versión ultra moderna.

Lo que hace que el avión experimental sea aún más revolucionario es su reciente inclusión en el programa Skyborg de la USAF, que busca explorar posibles aplicaciones militares de sofisticados sistemas de inteligencia artificial para dotar de autonomía táctica a los aviones de combate no tripulados (UCAV).

El Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL) ha invertido 15 millones de dólares en la actualización de un viejo caza para convertirlo en el prototipo de uno de los caballos de batalla del futuro de la USAF.

Skyborg es un proyecto de la USAF que estudia el uso de aeronaves de combate autónomas de bajo coste para su uso en enjambres . Estos vehículos ayudarán a las aeronaves pilotadas por humanos a realizar misiones críticas. Desde marzo de 2021, el equipo de Experimentación de Aeronaves Autónomas ejecutó 16 ensayos enfocados en evaluar el Sistema de Control de Autonomía Skyborg en los vehículos aéreos no tripulados Kratos XQ-58 Valkyrie, UTAP-22 Mako y General Atomics MQ-20 Avenger.

Matthew Niemiec, que lidera la cartera de aviones experimentales autónomos, dijo que «Los datos generados durante estas pruebas, junto con los comentarios proporcionados por nuestra comunidad de usuarios, muestran que para desarrollar rápidamente y madurar la autonomía táctica en un cronograma apropiado, se requiere inversión y utilización de una plataforma madura y tácticamente relevante…Las pruebas en tierra y en vuelo del X-62 son uno de varios pasos que estamos tomando para construir redes de información críticas e infraestructura de almacenamiento físico necesarios para permitir un rápido desarrollo de la autonomía… El objetivo para el otoño de 2022 es que vuele junto a una plataforma no tripulada, y ambos usen sensores tácticamente relevantes mientras vuelan de forma autónoma. También estamos construyendo un entorno de simulación robusto para capturar los comentarios de los operadores e integrar sus aportes en nuestro proceso de desarrollo de autonomía».

El Dr. M. Christopher Cotting, director de investigación de la Escuela de Pilotos de Prueba de la USAF, dijo «La Escuela de Pilotos de Pruebas de la USAF ha sido el hogar de NF-16D VISTA desde 2001… Se ha utilizado para exponer a los estudiantes a una amplia gama de dinámicas de aeronaves, lo que les permite experimentar de primera mano aeronaves ‘amigas’ y ‘peligrosas’ después de haber sido discutidas y analizadas en el aula… pero después de un largo historial de apoyo a la Escuela de Pilotos de Prueba [USAF] y la Fuerza Aérea, los sistemas de investigación en la aeronave se estaban volviendo anticuados».

Como parte de la transformación del X-62 VISTA, Lockheed Martin Skunk Works diseñó el sistema para el Control Autónomo de la Simulación. Esta arquitectura informática altamente flexible permite a VISTA probar una amplia gama de sistemas autónomos.

Otra parte integral de la transformación fue el nuevo sistema de simulación, diseñado e instalado por Calspan Corporation. Lockheed Martin Skunk Works contribuyó con el algoritmo de seguimiento del modelo, una capacidad de marco de modelado mejorada para el sistema de simulación. Las mejoras permiten que VISTA admita una gama más amplia de simulación de aeronaves y múltiples leyes de control de investigación.

«Una vez que los investigadores han integrado sus modelos de simulación, el nuevo sistema de VISTA puede tomar esos modelos e implementarlos fácilmente en el X-62… Normalmente, un nuevo sistema de control para un avión puede tardar años en implementarse… Con VISTA, se puede instalar y volar un nuevo sistema de control en solo unos meses. Una vez instalado, se pueden realizar cambios durante la noche para modificar el sistema de control en función de la información aprendida durante la prueba de vuelo de ese día» dijo Cotting.

El X-62 VISTA está diseñado para ser un demostrador de tecnología y una plataforma de reducción de riesgos. Por ejemplo, las leyes de control utilizadas para volar el Joint Strike Fighter se usaron por primera vez en VISTA, lo que reduce los riesgos técnicos y de seguridad significativos.

«El marco de simulación de VISTA es lo suficientemente flexible como para permitir que los diseñadores de aeronaves vuelen sus aeronaves antes de que despeguen del suelo… Si bien los laboratorios de simulación modernos están mejorando mucho en la simulación de aeronaves, todavía no pueden replicar algunas de las incógnitas de operar una aeronave en un entorno de vuelo relevante. VISTA y su sistema de simulación permiten que los diseños de aeronaves digitales sean «probados en vuelo» antes de que se construya la aeronave», dijo Cotting.

Niemiec dijo que AFRL está trabajando con múltiples socios de la industria para integrar diseños avanzados de vehículos junto con capacidades autónomas de vanguardia en el X-62 y «VISTA nos permitirá paralelizar el desarrollo y la prueba de técnicas de inteligencia artificial de vanguardia con nuevos diseños de vehículos no tripulados… Este enfoque, combinado con pruebas orientadas a los nuevos sistemas de vehículos a medida que se producen, madurará rápidamente la autonomía de las plataformas no tripuladas y nos permitirá brindar una capacidad tácticamente relevante a nuestro combatiente”.

Fuente: nota de prensa de la USAF