P-63 Kingcobra con empenaje en V o de mariposa

P-63 Kingcobra con empenaje en V o de mariposa

Sabéis que en este blog somos muy de versiones raras, como aquel P-39 con «alas de Sabre», o el Mustang con alas de felcha negativa y el embarcado. Y hoy vamos a engrosar la lista con el P-39 con la cola en V, como la Bonanza primitiva.

Durante la Segunda Guerra Mundial se completó un Kingcobra con cola en V, para ensayarlo. Los resultados no fueron muy prometedores, y el diseño no progresó más allá de algunas pruebas.

Robert Stanley, el primer piloto estadounidense que voló un reactor (XP-59 en 1942), creyó que esta configuración sería óptima para las altas velocidades de los cazas a reacción que se estaban desarrollando y que iban a volar en un futuro próximo muy cercano. Por ello se puso de acuerdo con los militares para presionar a Bell, ensayarlo de nuevo y realizar nuevas investigaciones.

En 1948 un P-63 procedente de excentes militares fue rediseñado con una exótica cola en V o de mariposa, a 45º. En este tipo de cola los timones hacen doble función, como timones de profundidad (elevator) y de dirección (rudder), y reciben a veces en inglés el nombre de ruddervator (de combinar rudder y elevator en una sola palabra, algo así como nuestro juernes).

En este tipo de empenajes la deflexión de los timones es un tanto peculiar. Cuando se tira o empuja de la palanca, ambos timones se deflectan hacia el mismo sitio, bien arriba o bien abajo. Cuando se alabea, sin embargo, la deflexión es asimétrica.

Funcionamiento de un empenaje en V

El avión fue designado XF-63N (nótese que ya había cambiado el sistema de designación la P de Pursuit por la F de Fighter).

Los ensayos demostraron que la maniobrabilidad del avión mejoraba, pero el comportamiento con viento cruzado durante las tomas y los despegues empeoraba.

El proyecto fue terminado y el avión achatarrado.

P-63 Kingcobra con empenaje en V o de mariposa

Fuentes

Versiones biplazas del P-39 y del P-63

Aprender a volar puede ser complicado. Si se trata de aprender a volar un aparato complejo, con un motor situado detrás del piloto, y con un centro de gravedad en posición tal que lo hace propenso a las barrenas planas y difíciles de recuperar, puede ser misión imposible. Y para facilitar esa tarea, qué mejor que crear un aparato biplaza. Así, de manos de los mismos que pusieron al King Cobra alas de Sabre, nacieron los TP-39 y los P-39 UTI.

P-39 biplaza

Bell había diseñado este caza para ser muy maniobrable, con el motor cerca del centro de gravedad y con un compresor. Sin embargo tanto la Fuerza Aérea del Ejército (USAAF) como la NACA pensaron que eliminando la resistencia adicional que suponía la entrada del compresor el avión ganaría en prestaciones. Y no fue así. Lo que hizo que el avión sólo se portara bien a baja cota.

Sin embargo la posición del centro de gravedad hacía crítico el manejo del aparato. Y por eso se produjeron distintos aviones biplaza de entrenamiento, a los que se le añadía una cabina suplementaria por delante de la cabina convencional, mientras que todo el armamento era retirado. El instructor se situaba en la cabina delantera, con unos mandos básicos, y el alumno se situaba en la cabina convencional, que era idéntica a la de cualquier avión de serie. Además se les solía añadir una aleta ventral para mejorar la estabilidad del avión, deteriorada tras las modificaciones realizadas.

Mientras que la cabina de serie mantenía su puerta de estilo automóvil, la cabina adicional recibía una cúpula con un sistema de de bisagras simple.

La primera variante fue la F, en 1943, siendo convertidos uno o dos aviones, según las fuentes, en TP-39F. También parece ser que no hay imágenes de este avión, y que las que se suelen dar como fotografías del F suelen ser realmente fotos de algún TP-39Q o algún P-39 UTI ruso.

De la versión Q del P-39 se transformaron un puñado de ellos en entrenadores avanzados. Originalmente recibió la designación RP-39Q, que posteriormente sería cambiada a TP-39Q, a partir de 1944.

P-39 UTI

P-39 UTI

En 1944 una comisión formada por los mejores pilotos soviéticos visitó Bell para probar los TP-39. El resultado fue que se convirtieron también en la unión soviética algunos Airacobras a versión biplaza de entrenamiento avanzado, conocidos como UTI. Se pueden distinguir facilmente de las conversiones estadounidenses gracias a que la cabina lleva más marcos que la cabina estadounidense, como en general pasa con todos los cazas soviéticos, que no utilizaban grandes piezas de plexiglas curvado y recurrían a partir el diseño en piezas más simples.

Los aviones no fueron recibidos con gran entusiasmo por los instructores, puesto que la visibilidad frontal del alumno, como en la versión estadounidense, era muy limitada. Además la cabina era incómoda. Los instructores se quejaban de que la orientación espacial era muy dificil para el alumno.

P-39 UTI

Vornov, piloto del 6º regimiento de guardias de aviación, voló una de estas máquinas después de la guerra y dijo de él que «El híbrido cumplía su función, pero la cabina delantera era muy incómoda. Además la hélice giraba a escasos 40cm de nuestros ojos. Si tenías que abandonar el avión en paracaídas tenías muchas posibilidades de acabar en la hélice».

P-63

P-63 UTI

Tomando la idea del aparato anterior, Bell se decidió a convertir varios P-63 King Cobra en aviones biplaza. La instalación sería similar a la del Airacobra. Aunque planificado, no se llegaría a realizar ninguna conversión en fábrica. Los soviéticos sí transformarían los s/n 42-69304, 42-70503, y 43-11334 en biplaza.

TP-63

En la factoría de Bell sí se llegarían a transformar otros dos aviones como biplaza, aunque con un cometido muy distinto.

Bell modificaría dos P-63E, que llevarían las matrículas civiles de aviones experimentales NX41963 y NX41964, con una segunda cúpula instalada tras el motor, con motivo del proyecto Regulus.

Todo el armamento sería retirado, serían instalados equipos adicionales para ensayos, cámaras, radio… yendo el observador/ingeniero de ensayos en la cabina trasera.

TP-63 escoltado por un F-51 Mustang.

También se instalaría equipamiento de ensayos en las alas, como antenas sobre el extradós o cámaras en los soportes subalares, ambas visibles en la imagen de abajo. Mientras que el pod lleva un equipo de televisión, la antena transmitía sus imágenes.

Como es obvio, el misil Regulus, capaz de llevar ojivas nucleares, estaba diseñado para realizar viajes de sólo ida. Pero para los ensayos tuvo que ser dotado de un tren de aterrizaje sencillo.

Las conversiones realizadas a ambas aeronaves, aunque pudieran parecer muy agresivas para la célula de la aeronave, eran reversibles. De hecho uno de ellos fue convertido de nuevo a su configuración normal y vendido a Honduras como un caza normal.

Fuentes

Turbo Wing® o sustituir los flaps por rotores oscilantes

Turbo Wing instalado en un aeromodelo para probar el concepto

No es la primera vez que presentamos en este blog aeronaves que recurren a motores extra para reducir la velocidad de despegue y aumentar las características STOL gracias a que estos motores soplan la capa límite, como el Catalina cuatrimotor o el An-2 con nueve motores, ni los que juegan con la capa límite y aumentar la circulación entorno al ala, aunque sí es posiblemente el primero que reemlaza los flaps con unos rotores basculantes.

Con 30 años de experiencia a sus espaldas en la NASA, Lockheed Martin y Martin Marietta, Frank S. Malvestuto Jr. intentó revolucionar la aeronáutica con un nuevo sistema hipersustentador que prometía reducir el consumo y mejorar las características STOL

Cómo funciona

Este concepto fue patentado en los años 70 por su inventor, Frank S. Malvestuto Jr., y llevado a la práctica primero en aeromodelos, para probar el concepto, y posteriormente en tres prototipos.

El invento consiste en un nuevo tipo de hipersustentador que debería reemplazar los flaps.

Ventiladores instalados en el ala, reemplazando a los flaps tradicionales

Si recordamos por qué vuelan los aviones, y qué son los hipersustentadores, entenderemos fácilmente cómo funciona el Turbo-Wing.

Esquema del funcionamiento del Turbo-Wing
Esquema del funcionamiento del Turbo-Wing

Al estar situado en el borde de salida y tomar aire del extradós y soplarlo hacia abajo, logra varios efectos. Por un lado fuerza a que la capa límite del extradós no se desprenda, permitiendo grandes ángulos de ataque y velocidades de pérdida bajas. Por otro lado, fuerza la circulación del aire entorno al perfil alar (acelera el aire en la parte superior), aumentando la sustentación. Además de eso, cada rotor está proporcionando sustentación, lo que descarga al ala, y le permite volar con un ángulo de ataque menor, reduciendo la resistencia aerodinámica.

Comparación de un avión normal vs el mismo modelo retrofitado con dos rotores

Primer prototipo

Después de ensayarlo en tunel de viento y aeromodelo, llegó el momento de probarlo en un avión real. El primero fue el Rotor-Wing 1, un avión experimental construido en los 80.

Rotor Wing 1

El proyecto comenzó en Brown Field, en San Diego. Recibió la matrícula N25RW. Se diseñó y se construyó desde cero, para probar el concepto de instalación de un rotor basculante en el borde de salida del ala. El avión voló al menos 2 veces en 1984, antes de comenzar la construcción de un segundo prototipo, el Rotor-Wing 2, que utilizaba el ala de una Cessna 150, así como un plano canard y un empenaje distinto. Sin embargo este segundo prototipo no llegó a ser terminado, por lo que nunca llegó a abandonar el suelo ni recibió matrícula alguna.

Rotor Wing según la patente

Cessna 207

En lugar de terminar el segundo prototipo se procedió a modificar un avión ya existente: una Cessna 207 matrícula N1581U.

Cessna 207 con los rotores instalados
Detalle de la instalación del rotor en el ala de la Cessna 207

Este avión, así modificado, realizó cientos de vuelos, con unas prestaciones espectaculares

ParámetrosAvión
no modificado
Turbo Wing
Peso al despegue (libras)35703570
Potencia al eje de los rotores (HP)15
Velocidad de despegue (mph)7535
Tasa de ascenso (fpm)8101600
Distancia de despegue, obstáculo de 50ft (ft)1’900400
Velocidad de aproximación (mph)8035
Distancia de aterrizaje, obstáculo de 50ft (ft)1’500300
Resultados de los ensayos realizados con la Cessna 207
Resultados de los ensayos realizados con la Cessna 207

Cessna Skymaster

Tras el éxito con la Cessna 207, los ensayos continuaron en el aeropuerto de Ramona. Allí se modificó una Cessna 337 Skymaster, matrícula N2225X, convirtiéndose así en posiblemente la única pull-push examotor.

Esquema de instalación de los cuatro rotores en el borde de salida
Skymaster convertida en hexamotor

Con los cuatro rotores instalados en el lugar de los flaps y movidos por 4 motores de 25HP, una vez más, el avión tenía unas características STOL impresionantes. Y, como los modelos anteriores, resultaba casi imposible de meter en pérdida.

Vista frontal de la Skymaster modificada
Vista trasera de la Skymaster modificada
ParámetrosAvión
no modificado
Turbo wing
Peso máximo al despegue – MTOW (libras)46305300
Potencia por rotor (HP)25
Velocidad de despegue (mph)7635
Tasa de ascenso (fpm)11002200
Distancia de despegue, obstáculo de 50ft (ft)1675330
Velocidad mínima de vuelo (mph)8530
Alcance, a velocidad máxima de crucero (millas)1100 miles1800 miles
Velocidad de aterrizaje (mph)7835
Distancia de aterrizaje, obstáculo de 50ft (ft)1’650300
Resultados del ensayo con la Skymaster

Aplicaciones propuestas: retrofits y aviones nuevos

La propuesta del inventor era reemplazar los flaps por este sistema, tanto en diseños nuevos como en aeronaves antiguas a las que se les podría dotar de una nueva vida como aeronaves STOL.

Propuesta de anfibio STOL con sistema Turbo Wing
Concepto de super transporte empleando el sistema de rotores Turbo Wing

¡Incluso llegó a proponer una modificación del C-130 Hércules!

Maqueta de un Hércules modificadp
Estimación de prestaciones del Hércules modificado contra el la versión sin modificar

Las mejoras generales aplicadas a cualquier aeronave que esperaba el inventor obtener son:

  • Reducción hasta de un 50% de la velocidad mínima
  • Reducción hasta de un 75% de las distancias de despegue y aterrizaje
  • Aumento hasta de un 50% de la tasa de ascenso
  • Alcance aumentado de un 50 a un 70%
  • Consumo reducido entre un 25 y un 50%, ¡a pesar de llevar motores extra!
  • Reducción drástica de la velocidad de entrada en pérdida
  • Ala casi imposible de meter en pérdida, y con una pérdida muy benévola
  • Mejor comportamiento ante viento cruzado, rachas y turbulencia

Obviamente no todo son ventajas, puesto que en caso de fallo de uno de los motores se produciría un evento de sustentación asimétrica, o en caso de perder el sistema habría que realizar un aterrizaje a alta velocidad.

El inventor

Frank S. Malvestuto Jr.

Frank S. Malvestuto Jr. comenzó su carrera en 1943, en el Centro de investigación de Langley, ahora de la NASA. Sus primeras investigaciones fueron sobre el comportamiento de las aeronaves durante las barrenas, cálculo de sus momentos de inercia, y posteriormente pasó a la aerodinámica de las aeronaves supersónicas, comportamiento de las alas rectas de diseño subsónico en vuelo supersónico.

En 1956 comenzó a trabajar en Edwards, la base aérea de la Fuerza Aérea, en California, aplicando sus conocimientos teóricos a aviones experimentales construidos a escala real, en lugar de escala de túnel de viento o aeromodelos.

En 1959 se incorporó a la división de Ciencias del Vuelo de Lockheed, como jefe de división. Era el responsable de los desarrollos teóricos y cálculo de actuaciones de los aviones y vehículos espaciales.

En 1964 se unió a Martin Marietta como jefe de Tecnologías de Vuelo, y dirigió el departamento de aerodinámica, mecánica de vuelo y sistemas de control térmico. También inició los diseños conceptuales de Lockheed y Martin Marietta para los conocidos aviones experimentales X-24A y X-24B.

En 1972 fundó su propia compañía, y dedicó todos sus esfuerzos a desarrollar y ensayar la tecnología del Turbo Wing®, en la que reunió 30 años de experiencia en investigación y desarrollo, además de su experiencia en desarrollo de prototipos.

Fuentes

Spitfire soviético lanzado desde catapulta de un crucero

En apenas unos años los aviones pasaron de ser meras curiosidades que solo servían para asombrar al público y asustar a los caballos a ser auténticas armas de combate que inclinaban el resultado de una batalla de un lado o de otro. Tener un avión comunicado por radio implicaba tener unos ojos que veían a muy larga distancia, así que equipar a los barcos con aviones de reconocimiento era algo lógico. Incluso hubo aviones embarcados en submarinos, y alguna combinación más exótica, como este autogiro remolcado por submarino.

Tener una fuerza aérea potente, o al menos lograr la superioridad aérea local también podía inclinar la balanza del comabte a uno u otro lado. Y no iba a ser menos en el mar. Y por ello los grandes acorazados perdieron protagonismo frente a los portaaviones. Y los barcos empezaron, como las ciudades, a ser vulnerables desde el aire y poder ser víctimas en cualquier momento de ataques sorpresivos de aviones de patrulla de largo alcance, por ejemplo, o del arma aérea transportada por los portaaviones de la marina enemiga. Así pues en algunas ocasiones había barcos que contaban con escolta de portaaviones. ¿Y qué hacer cuando esto no era posible? Pues lanzar cazas desde los propios barcos, aunque los barcos no contaran con cubierta de aterrizaje y en caso de no estar cerca de tierra firme el piloto tendría que darse un chapuzón bien frío, amerizando cerca del barco y siendo recogido por este.

Posoblemente el caso más conocido es el de los británicos, con sus cargueros equipados con catapultas (CAMs) para lanzar Hurricanes conocidos como Hurricats.

Menos conocidos son los casos de los Regiane 2000 lanzados por los acorazados Vittorio Beneto, o el de la foto que encabeza esta entrada.

Cuando la URRS comenzó la Gran Guerra Patriótica, o Segunda Guerra Mundial, estaba equipada básicamente con los I-16 e I-15 (bis y ter) que habían participado en la Guerra Civil Española. Y tenía en desarrollo algunos otros cazas, pero en general necesitaban una modernización urgente de sus aviones. Fruto de esta necesidad y urgencia nació el Mig-1, y el acuerdo con el resto de aliados de recibir ayuda a través de la Ley de préstamo y arriendo. Y precisamente por esto recibieron 1338 Spitfires.

Ya tenemos la necesidad de tener aviones embarcados y lanzados por catapulta, la explicación de por qué había Spìtfires en la URRS. Nos queda el barco, y la foto.

El barco es el crucero Molotov, de la Clase Kirov, y no, no hablamos de esos equipados con misiles de crucero. La Clase Kirov es una serie de cruceros diseñados por los italianos para la marina soviética. La industria soviética no tenía experiencia ni ingenieros capacitados para desarrollar este tipo de barcos. Asi que en los años 20 modernizó algunos, y en los 30 contrataron a la compañía Ansaldo, que había creado la clase Condottieri, para desarrollar estos barcos.

Había que enfocarse en la velocidad y el armamento. Por ello se hizo un casco ligero, de apenas 7000 toneladas, y torretas de montaje triple para sus cañones principales, de 180mm. El casco demostró ser demasiado ligero y hubo que añadir blindaje, casi 1000 toneladas más, así que no se alcanzaba la velocidad proyectada de 37 nudos, quedándose en 34 el Voroshilov o 36 el Kirov. El montaje triple de cañones no permitía controlar su azimut de forma individual, y se movían de forma solidaria.

Y como era habitual en la época, y como hemos comentado arriba, iba equipado con catapultas para lanzar hidroaviones de reconocimiento. Originalmente las catapultas eran ¡alemanas! Heinkel 12. Estas catapultas podían lanzar aviones de hasta 2750kg a una velocidad de 125 km/h. Estas catapultas tenían que haber lanzado el Beriev KOR-1, que demostró tener malas características marineras, en especial si la mar estaba picada. El Gorky y el Molotov montaron ya catapultas ZK-1 soviéticas. Y fue precisamente la ZK-1 del Molotov la que en 1944 hizo pruebas satistactorias de lanzar el Spitfire como avión de protección.

Las catapultas serían finalmente desmontadas y los barcos seguirían en servicio hasta los años 60 y 70 con radares. No hemos encontrado constancia alguna de que el Spitfire lanzado por catapulta se utilizara de forma operacional por estos barcos.

La foto la vi en Twitter:

El resto de la historia la he sacado de: