El bombardero «de hélices» que dio origen al B-52

Boeing Modelo 462

Incluso antes del final de la Segunda Guerra Mundial, las Fuerzas Aéreas del Ejército de EE.UU. (USAAF) pensaban un bombardero estratégico de próxima generación para reemplazar al enorme Convair B-36, entonces en desarrollo.

A fines de 1945, la USAAF comenzó a evaluar los requisitos para un nuevo bombardero de este tipo, y el 13 de febrero de 1946 emitió una especificación formal para él: una velocidad mayor que la del B-36 y un radio operativo de 8.050 kilómetros (5.000 millas).

La compañía Boeing respondió con un diseño, designado internamente como «Modelo 462«, que se parecía a un B-29 Superfortress escalado con seis motores turbohélice Wright T35 Typhoon, de 5500 HP cada uno. Los motores turbohélice se eligieron por motivos de consumo: los turborreactores puros de la época eran motores muy sedientos, y con el turbohélice se esperaba tener un mayor alcance.

Modelo 462

El Modelo 462 utilizaría los últimos avances tecnológicos disponibles en la época. Sin embargo, la forma exterior debería haber sido muy similar a los B-17 y B-29 existentes, pero de mayor tamaño. Se suponía que el avión tendría una longitud de unos 50 m y una envergadura de unos 63-65 m. Según los cálculos, el peso de un avión vacío podría superar las 75 t, y el peso máximo al despegue alcanzó las 160 t. Sin embargo, el peso de la carga útil excedía cinco veces los requisitos iniciales: más de 22,5 toneladas de bombas. Como en el B-29, la tripulación de diez hombres viajaría en una cabina presurizada en el morro, desde donde controlarían de forma remota tanto la bodega de bombas como las armas defensivas. Estas armas defensivas serían torretas con cañones de 20mm, y un montaje cuádruple de cañones de 20mm en la cola.

Disposición del armamento en el Modelo 462
Bodega de bombas con distintas configuraciones de armamento

El gran peso al despegue no permitió conservar el clásico tren de aterrizaje de Boeing, como el montado en el B-29 o el B-50. Se cambió a un tren biciclo, con dos trenes principales en el fuselaje, y trenes auxiliares bajo la góndola de un motor en cada semi-ala.

Modelo 462

A la USAAF le gustó la idea, y el 5 de junio de 1946 el servicio otorgó a Boeing un contrato de estudio para la máquina, que poco después recibió la designación militar «XB-52«. El contrato especificaba una maqueta a gran escala, pero no un prototipo funcional.

B-17 con XT35

El primer prototipo del motor XT35 se instaló en el morro de un bombardero Boeing B-17 para comenzar las pruebas de vuelo en septiembre de 1947. Pero la USAAF había decidido que el diseño del Modelo 462 no podía cumplir con las especificaciones de alcance y canceló el contrato en octubre de 1946.

Con la cancelación del Modelo 462, el equipo de diseño del proyecto, dirigido por el ingeniero jefe de Boeing, Ed Wells, volvió a la mesa de dibujo y produjo un conjunto de conceptos del «Modelo 464«, que al principio eran básicamente Modelos 462 a escala reducida y con cuatro turbohélices, en lugar de seis.

El «464-16» fue diseñado para transportar una gran carga de bombas en un alcance relativamente corto, mientras que el «464-17» fue diseñado para transportar una pequeña carga de bombas en un alcance largo.

La Fuerza Aérea (USAF), como se renombró la USAAF en 1947, estaba interesada en el concepto 464-17, pero concluyó que aún no era lo que se necesitaba, ya que no representaba un gran avance respecto al B-36.

En este punto, algunos jefes de la Fuerza Aérea querían acabar con el proyecto por completo. Pero a los diseñadores se les permitió explorar conceptos mejorados. Para agosto de 1947, habían pasado por varias iteraciones más.

El «Modelo 464-29«, ya contaba con un ala en flecha de 20 grados, cuatro turbohélices Pratt & Whitney XT57 y mantenía el tren biciclo en el fuselaje y armamento defensivo únicamente en una torreta de cola.

El modelo 464-29 tampoco contentó realmente a la USAF.

La Fuerza Aérea quería mejores prestaciones y también estaba muy interesada en las alas volantes de Northrop, que parecían ser el futuro. El proyecto XB-52 estuvo al borde de la cancelación.

Los ingenieros de Boeing sostuvieron el pulso lo mejor que pudieron, llegando a otra iteración más, el «Modelo 464-35«. El desarrollo del reabastecimiento en vuelo y su adopción por parte de la Fuerza Aérea significó que el 464-35 no tenía que ser tan grande como los anteriores. También tenía alas con una flecha mucho mayor, pero conservaba los cuatro grandes motores turbohélice, aunque equipados con hélices contra-rotatorias.

Mientras tanto, la coyuntura mundial situa al XB-52 en terreno más firme. En junio de 1948, el dictador soviético Josef Stalin impuso un bloqueo a Berlín, haciendo ver que la Guerra Fría iba en serio. La Fuerza Aérea volvió a poner inmediatamente en primer plano el proyecto XB-52, otorgando un contrato para una maqueta y dos prototipos voladores, y el primer prototipo estuvo listo a principios de 1951. La financiación del gobierno comenzó a aumentar.

Un equipo de diseño de Boeing, que incluía a George Schairer, Vaughn Blumenthal y Art Carlsen, fue a la Base Aérea de Wright-Patterson en Ohio y presentó el diseño 464-35 al representante de la Fuerza Aérea, el Coronel Pete Warden, el jueves 21 de octubre de 1948. Warden respondió que la USAF ya no estaba interesada en los turbohélices, la Fuerza Aérea quería un avión a reacción. Eso debió exasperar al equipo de Boeing, ya que la compañía había propuesto versiones del bombardero propulsadas por turborreactores en los meses anteriores y otros altos funcionarios de la Fuerza Aérea les dijeron sin rodeos que lo olvidaran. Sin embargo, Warden se había convertido en un creyente y defensor de los motores turborreactores, y había estado alentando a Pratt & Whitney a desarrollar un turborreactor avanzado, el JT3, que se haría famoso como el J57. Warden sintió que el motor JT3 sería el motor elegido para el nuevo bombardero.

Después de una lluvia de ideas en el hotel, los ingenieros de Boeing llamaron a Warden el viernes por la mañana y le dijeron que tendrían una nueva propuesta que se ajustaría a sus requisitos el lunes por la mañana.

El equipo presentó un bombardero mediano que usaría cuatro turborreactores Westinghouse J-40, y eso parecía un buen punto de partida para actualizar el diseño del 464-35. Al equipo se unieron Ed Wells, H.W. Withington y Maynard Pennell. El grupo de ingenieros trabajó desde su habitación de hotel en Dayton para ampliar la propuesta de bombardero mediano al doble de tamaño, con ocho motores JT3 montados en pares sobre pilones, instalados bajo un ala en flecha de 35 grados.

La propuesta de 35 páginas para el «464-49» estuvo lista para el coronel Warden el lunes por la mañana, junto con un modelo de madera de balsa que Wells había construido con materiales obtenidos en una tienda de aeromodelos de Dayton.

La Fuerza Aérea estaba muy interesada en esta propuesta, y el equipo de diseño siguió modificándola para llegar a un concepto de diseño definitivo, el «464-67«, en noviembre de 1949. La empresa comenzó la construcción de los dos prototipos sobre esa base, pero la USAF continuó dando vueltas, considerando alternativas para el requisito de bombardero estratégico del servicio, como mejorar el bombardero Boeing B-47 Stratojet, entonces en desarrollo avanzado, en una versión mejorada denominada «B-47Z«; y una del B-36 con ala en flecha y motores a reacción, el Convair YB-60.

Afortunadamente para Boeing, el general Curtis LeMay, a partir de octubre de 1948 comandante del Comando Aéreo Estratégico (SAC) de la Fuerza Aérea, se mantuvo entusiasmado con el XB-52. Aun así, todavía llevó más de un año comprometerse con Boeing y su bombardero. Finalmente se adjudicó un contrato por 13 B-52A el 14 de febrero de 1951. El programa ahora avanzó a toda velocidad.

Incluso después de este hito, persistieron las ambigüedades. El cuartel general de la USAF decidió que el servicio no necesitaba un bombardero de largo alcance como el B-52 y quería que todos se construyeran como aviones de reconocimiento.

El SAC, por el contrario, quería construir la máquina para operar como bombardero y como plataforma de reconocimiento, con un equipo de reconocimiento transportado en la bodega de bombas para tales misiones.

En octubre de 1951, el cuartel general de la USAF emitió una orden de que las nuevas máquinas se construirían como máquinas de reconocimiento RB-52. Sobre el papel, el SAC había perdido. En la práctica, LeMay se había salido con la suya.

El desarrollo de los dos prototipos había avanzado mientras tanto. El primer prototipo recibió la designación XB-52 y el segundo la designación YB-52. Al segundo prototipo se le dio un código «Y», que normalmente indicaría una máquina de pre-producción y no un código «X» como prototipo, porque la Fuerza Aérea había obtenido fondos para él de su Comando de Logística, al que no se le permitía formalmente financiar aviones experimentales

El XB-52 se presentó el 29 de noviembre de 1951. El roll-out se realizó a altas horas de la noche y con el avión tapado con lonas para ayudar a mantener el secreto.

Desafortunadamente, el XB-52 sufrió un fallo catastrófico durante las pruebas de carreteo que causó un gran daño en el borde de fuga del ala. Tuvo que ser enviado a la fábrica para reparaciones prolongadas antes de que pudiera realizar un vuelo.

Imagen creada y procedente de la web Air Vectors

El YB-52 se presentó el 15 de marzo de 1952 y realizó el primer vuelo el 15 de abril de 1952, con «Tex» Johnson a los mandos y el teniente coronel de la Fuerza Aérea Guy M. Townsend como copiloto.

Cabina en tandem del YB-52

El vuelo duró poco menos de tres horas. Despegó de Boeing Field en Seattle y aterrizó en Moses Lake, al este, al otro lado de las montañas en el centro del estado de Washington.

El vuelo salió bien, con algunos problemas técnicos menores como era de esperar para una máquina tan grande y complicada. Johnson se quejó de que la fuerza a aplicar sobre los controles eran demasiado altas, lo que hacía que la máquina fuera agotadora de volar. Lo curioso es que se habían establecido altas deliberadamente, por lo que era fácil de arreglar. Aparte de eso, Johnson informó que el YB-52 era «un muy buen avión».

YB-52 junto con un B-17 y un B-29

El resto, ya es historia.

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Fuentes

Patente española de un simulador de vuelo ¡en los años 40!

Como última entrada de este año 2022, vamos a traer un invento español. ¡Esperamos que la disfrutéis!

En el blog hemos ido presentando distintos simuladores o protosimuladores de vuelo fabricados en casi todo el mundo. Y, como no, en España también se diseñó al menos uno.

Lo hemos re-descubierto a través del blog de Alejandro Polanco, Tecnología Obsoleta. La solicitud, de mayo de 1942, es de Carlos Ferrándiz Arjonilla, piloto al mando de la Tercera Escuadrilla Azul.

No sabemos si estaría al tanto de los desarrollos realizados en otros países, o si tan solo es fruto del desarrollo concurrente, misma necesidad nacida en distintos lugares que llevan a mismas soluciones o, al menos, similares. Y la necesidad era clara: formar pilotos de forma económica y sin riesgo.

La enseñanza del pilotaje de aviones, tal y como se da actualmente, volando desde el primer día en un avión de escuela, tiene como inconvenientes principales que el alumno ha de realizar sus primeros pasos dentro de un medio, el aire, nuevo totalmente para él, lo que le excita y perturba, y además no resulta económica por cuanto desde el primer día hay consumo de gasolina, desgaste de material, etc. A evitar estos inconvenientes tiende el procedimiento que es objeto de esta patente, dando tranquilidad al alumno, economía en la enseñanza y una difusión ilimitada al deporte de volar.

Carlos Ferrándiz Arjonilla en la introducción de la patente

Por esta fecha se estaba utilizando el Link Trainer profusamente en Estados Unidos. Pero el simulador estaba más orientado al vuelo instrumental. El simulador de Carlos Ferrándiz Arjonilla estaba orientado al vuelo visual, en dos de sus variantes, y al vuelo a ciegas (o instrumental) en la tercera.

El simulador contaba con una o varias barquillas articuladas en tres ejes de libertad, para dotarles de movimiento de cabeceo, alabeo y guiñada. Lo novedoso respecto a otros sistemas de la época, o algo anteriores, que hemos presentado aquí es que ya cuenta con la proyección sintética de un entorno simulado, ¡y además de manera estereoscópica! Además contaría con una plataforma de aterrizaje con un grado de libertad, arriba abajo, y una cinta sin fin, para simular desplazamientos en tierra.

…dotado el alumno de un dispositivo óptico estereoscópico por el que se le hace mirar, se le aparece simultáneamente el avión que se supone que pilota, el terreno imaginario que se mueve, y el cielo y horizonte imaginarios que le sirven de referencia, con la combinación de cuyos elementos se pone al alumno, aunque ilusoriamente, en las mismas condiciones en que se halla al despegar, pilotar y aterrizar con un aparato real.

Carlos Ferrándiz Arjonilla en la patente

Además distinguía tres tipos de distintas instalaciones, por ejemplo al aire libre, donde no hacía falta proyectar un horizonte, pues se disponía del natural, otra en una habitación, diseñada como parte del simulador, y una tercera con una capota cerrada equipada con todos los instrumentos necesarios para volar a ciegas, para practicar el vuelo instrumental, similar entonces al diseño de Ed Link.

Junto con el diseño del sistema estereoscópico para ver el avión propio en 3 dimensiones, contemplaba el diseño de los mecanismos de actuación de las cabinas, para que respondieran a las entradas de los alumnos. Así pues el alumno contaría con los mandos de vuelo clásicos (gases, palanca o volante, pedales, etc), que actuarían enviando señales a los motores eléctricos que debían cambiar la actitud de la cabina, actuando sobre los tres ejes de giro de la misma.

Para complementar la sensación de movimiento de la barquilla articulada, se planteaba que el tapiz en el que se encontraba el horizonte, el cielo y la tierra, pudieran a su vez desplazarse, simulando así los distintos puntos de vista en función de si el avión está en tierra con el patín de cola en el suelo, en carreteo, en ascenso o en descenso.

Otro tapiz móvil en el suelo, tipo cinta sin fin, se encargaría de simular el movimiento del avión en tierra. Además la cabina estaría dotada de unas ruedas y un patín de cola para simular el contacto con la plataforma de aterrizaje.

Esta plataforma de aterrizaje contaría con una cinta sin fin, como hemos descrito anteriormente, y un grado de libertad, desplazamiento vertical. El choque de la plataforma de aterrizaje con las ruedas, más las vibraciones introducidas en el sistema óptico, darían la sensación de haber tomado tierra.

Para despegar las ruedas de la plataforma de aterrizaje habría que alcanzar la velocidad mínima de despegue. ¡Incluso contemplaba la simulación de la entrada en pérdida! Una vez el alumno llegara a la velocidad de pérdida, la cabina y demás dispositivos se moverían de tal modo que darían la sensación de que el avión se encontraba en actitud de descenso, y los mandos dejarían de responder.

No tenemos constancia, sin embargo, de que se realizara ningún prototipo.

Fuente: la patente

P-51 Mustang con motor Griffon instalado a lo P39

Perfil del Mustang FTB, vía Wikipedia

Siempre creímos que no había Mustang feo. Un caza que sufrió numerosas modificaciones, para convertirlo en avión naval, de reconocimiento, de ataque a tierra, banco de ensayos de cañones de 40mm, avión de ataque con cañones sin retroceso de 106mm… Incluso el Mustang con estatorreactores o con alas en flecha invertida tenía un aire futurista y elegante muy atractivo. Hasta que descubrimos esta versión.

Alzado, planta y perfil del Mustang FTB

Se trata de un Mustang Mark I británico, número de serie AL960 de la RAF, muy modificado.

Del Mustang X, el P-51 experimental que supuso el cambio de motorización Allison a motorización Rolls Royce, había nacido el magnífico P51-D, posiblemente el caza más conocido de la Segunda Guerra Mundial, junto con el Spitfire.

Teniendo en cuenta este éxito, Rolls Royce propuso utilizar la célula del Mustang junto con su Griffon 65, de 2000hp, y un par de hélices contrarrotatorias.

El modelo nunca recibió designación oficial, por eso se le conoce como Mustang FTB (Flying Test Bed). Esto es, Mustang banco de pruebas en vuelo.

El Ministerio de Producción Aérea proporcionó tres fuselajes Mustang Mark I, de excedentes, a Rolls Royce, que los canibalizó para construir la maqueta demostradora de su avión.

La maqueta vista frontalmente

Dado que del AL960 (un NA-83) se utilizaron fuselaje y empenaje, el Mustang FTB conservó el número de serie de éste.

Vista trasera izquierda de la maqueta

La maqueta de FTB se completó sin el motor Griffon 65 y, temporalmente, se instaló un Merlin 61, hasta que el Griffon estuvo disponible. Se mostró esta primera maqueta, con alas de madera, y tras ello el Ministerio de Producción Aérea dio el visto bueno a una segunda maqueta, más completa y desarrollada.

Dos Griffon 71 se prestaron al proyecto, y al menos uno de ellos llegó a estar instalado.

También se había obtenido el empenaje de un Tempest, posiblemente tras los resultados obtenidos en el túnel de viento, que sugerían que una mayor superficie de cola era necesaria.

El FTB fue examinado por representantes del Ministerio del Aire a principios de 1944 con muy poco entusiasmo y no se le dio prioridad al proyecto, ya había otros aviones en producción o en desarrollo que alcanzaban las prestaciones que se esperaban tener con este prototipo.

Visión artística de cómo hubiera quedado el avión en vuelo

La instalación del motor y el amplio fuselaje hubieran permitido en un futuro haber actualizado la planta motriz de motor de pistón a turbohélice. Su posición, cerca del centro de gravedad, era favorable a una mejor maniobrabilidad, actualizaciones de motor más sencillas (por no cambiar el centro de gravedad con el cambio de motor), y permitía una mejor visibilidad al piloto al situarlo cerca del morro y por delante del ala.

El avión nunca se completó. El contrato de desarrollo se dió por terminado. La maqueta fue desguazada.

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Fuentes

¡Feliz Navidad!

Como cada año, me gusta seleccionar una postal de Navidad aerotrastornada y clásica para felicitaros las fiestas. Y puesto que este enero que entra será el primer centenario del vuelo del autogiro… no quedaba más elección posible. La postal de este año, por cierto, es una de las diseñadas y enviadas a sus amigos por Amelia Earhart (AE) y George Palmer Putnam (GPP).

Así que, Feliz Navidad, Felices Vuelos, ¡Y Felices aterrizajes!

Postal vía Kansaspedia

NASA prueba rotores del octocóptero que volará en Titán

La NASA ha probado en el túnel de viento de Langley una pareja de rotores del helicóptero multirrotor que mandará a Titán, la luna de Saturno, con la misión Dragonfly.

Los investigadores simularon las condiciones previstas para el vuelo estacionario, el descenso y el ascenso, y evaluaron las cargas aerodinámicas de cada rotor con una variedad de velocidades del viento, ángulos del eje de giro y velocidades de rotación. También realizaron pruebas con un rotor en funcionamiento y el otro inmóvil para evaluar los modos de seguridad ante el fallo.

Los sensores y acelerómetros en el especimen de prueba midieron las cargas y aceleraciones en cada rotor. El análisis preliminar de los datos indica que las predicciones de CFD (computación de fluidos por ordenador) sobre el rendimiento del rotor y los requisitos de potencia son válidas, y predicciones similares para la operación en Titán están dentro de las tolerancias esperadas de la misión.

Las pruebas en esta instalación única en su tipo fueron un primer paso crucial para hacer realidad esta emocionante misión. Los datos que recopilamos en el tunel de viento nos darán una imagen mucho más clara de cómo podemos esperar que funcionen los rotores de Dragonfly en la atmósfera alienígena de Titán.

Richard Heisler, líder de ensayos en túnel de viento para Dragonfly

Se trata del helicóptero de la misión Dragon Fly. El helicóptero será un octorrotor, de 450kg, cuyo fuselaje medirá unos 2m de largo (del morro a la cola) y otros dos de ancho (del punto más externo del diámetro descrito por las palas del rotor al otro).

El lanzamiento de Dragonfly está programado para 2027, y la llegada a Titán para 2034, cuando comenzará lo que se espera sea una misión de 3 años para explorar y arrojar luz sobre la compleja química en el exótico satélite. Fue seleccionado en junio de 2019 como parte del programa New Frontiers de la NASA, que incluye la misión New Horizons a Plutón y el Cinturón de Kuiper, Juno a Júpiter y OSIRIS-REx al asteroide Bennu. Dragonfly está dirigido por la investigadora principal Elizabeth Turtle en APL, que se encuentra en Laurel, Maryland.

Se convertiría así en el segundo helicóptero en volar en una atmósfera distinta de la de la Tierra, habiendo sido el primero el Ingenuity (~2kg de masa al despegue y 1.2m de diámetro de rotor).

Las condiciones que se va a encontrar el Drafonfly en Titán son justo las contrarias que el Ingenuity en Marte. Si en Marte había que volar en una atmósfera mucho menos densa que la terrestre y con mucha menos presión, en Titán el octorrotor deberá volar en una atmósfera que se encuentra a unos -177ºC, 1.6 atmósferas de presión y que tiene una densidad de 5.9kg/m³, y 1.35m/s² de aceleración de la gravedad frente a los 15ºC, 1 atmósfera, 1.225kg/m³ y 9.81m/s² de la Tierra.

Por comparar, la gravedad de Marte es entorno a un tercio de la de la Tierra (3.72m/s² frente a los 9.81m/s²). Sin embargo ¡la densidad de la atmósfera es de un 1% la de nuestro planeta (~0.01kg /m3 frente a los 1.225kg/m3).

Así pues el diseño tiene que afrontar los problemas opuestos a los que os contamos que tenía que superar el Ingenuity: muchísima densidad y poca aceleración de la gravedad.

La sustentación depende proporcionalmente de la densidad del aire y de la velocidad de rotación de los rotores de los rotores. La sustentación ha de vencer al peso para que Dragonfly pueda volar. Al tener mucha más densidad que en Marte, no será necesario que roten tan rápido como las del Ingenuity. Así pues, como en el caso del helicóptero marciano, aunque las leyes de la aerodinámica son conocidas, tendrán que rediseñar todo, posiblemente incluso los perfiles aerodinámicos, para adaptarlos a la atmósfera de Titán.

Otros retos de la ingeniería será la elección de los materiales, puesto que sus propiedades mecánicas se degradan mucho con temperaturas tan bajas, el diseño de la electrónica, así como la navegación: como en el caso de Marte no se cuenta con una red de satélites para dotar de navegación GPS al helicóptero.

Fuentes

NASA [ -1-] y [-2-], las fotos se las he robado a Daniel Marín.