Posiblemente la conversión más famosa de un Wilga a motor de turbina es el Draco, de Mike Patey, un avión STOL de impresionantes prestaciones y triste final.
Pero el protagonista de nuestra entrada es mucho mayor que el Draco, y ahora reside en Kazajistán.
El Wilga es un desarrollo de avión de aterrizaje y despegue corto polaco, desarrollado para sustituir al PZL-101, que era a su vez un Yak-12 fabricado bajo licencia en Polonia. Heredero de la filosofía de diseño iniciada, entre otros, por la Fieseler Storch, contaba con un ala alta arriostrada, con slat fijo y un robusto tren de aterrizaje, lo que hacía que pudiera entrar en casi cualquier campo, preparado o no (también conocidos en lenguaje técnico como patatales).
Y, como Patey, los que modificaron este Wilga pensaron que un turbohélice podía mejorar aún más las características del avión. La modificación, además, añade un metro más de longitud al fuselaje, para dar cabida a un total de seis personas, 5 pasajeros y un piloto. Y parece ser que se vendió no hace mucho por 80k$ negociables.
El motor escogido fue un turbohélice Walter M601. El fuselaje, como se puede trazar visualmente en la foto superior, se tomó de un avión PZL 104. La aeronave fue construida por un equipo de profesionales con varias décadas de experiencia en diversos campos como mantenimiento de aeronaves, análisis estructural, reparaciones, restauraciones, ensayos en vuelo, ingeniería eléctrica… Y la conversión se llevó a cabo en 1986.
Características
Velocidad de ascenso (Vy): 35,8 mph al 99 % de empuje
Velocidad de crucero : de 112 mph a 137 mph (
Velocidad de despegue: ~56 mph
Longitud de la pista para el despegue: ~230 pies.
Velocidad de aterrizaje: 54 nudos
Longitud de la pista para el aterrizaje: ~330 pies (~80 pies usando la reversa)
Motor: Walter M601-B8 (modificado y personalizado para este diseño)
Diámetro de las ruedas: 23,6 pulgadas
Consumo de combustible: 22 galones/h (a 120 mph o 104 nudos)
Hélices de tres palas Avia V508
Longitud: 1675 mm
Diámetro: 590 mm
Peso en seco: 197 kg
Potencia máxima: ~600 hp continuo
La mayoría de la aviónica y los instrumentos se mantienen de fábrica. Se reemplazó el altímetro por uno más nuevo. Se agregó un panel de control personalizado que contiene interruptores maestros para conexión a tierra/batería, motor, interruptores APU, etc.
La imagen procede de esta web, donde un modelista explica paso a paso cómo crear la maqueta a partir de la de un B-29 y un Tu-91, hay más imágenes del mismo maquetista en Britmodeller
El Tupolev Tu-4LL, ya sabéis que el Tu-4 es una copia sin licencia del B-29, era un bombardero que se estaba usando como banco de ensayos de motores. En él probaron los soviéticos motores como el reactor Mikulin AM-3, los turbohélice Ivchenko AI-20, Kuznetsov NK-4 y Kuznetsov 2TV-2F.
Y también probaron el motor y el fuselaje del Tupolev Tu-91. El Tu-91 es el equivalente a los Bréguet Alizée, Fairey Gannet o Short Seamew, un avión de lucha antisubmarina embarcado, concebido en la época en la que los aviones a pistón habían cantado ya su canto del cisne, pero las hélices eran necesarias para despegar desde los portaaviones.
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.
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.
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-63King 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.
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
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
Parámetros
Avión no modificado
Turbo Wing
Peso al despegue (libras)
3570
3570
Potencia al eje de los rotores (HP)
—
15
Velocidad de despegue (mph)
75
35
Tasa de ascenso (fpm)
810
1600
Distancia de despegue, obstáculo de 50ft (ft)
1’900
400
Velocidad de aproximación (mph)
80
35
Distancia de aterrizaje, obstáculo de 50ft (ft)
1’500
300
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
Parámetros
Avión no modificado
Turbo wing
Peso máximo al despegue – MTOW (libras)
4630
5300
Potencia por rotor (HP)
—
25
Velocidad de despegue (mph)
76
35
Tasa de ascenso (fpm)
1100
2200
Distancia de despegue, obstáculo de 50ft (ft)
1675
330
Velocidad mínima de vuelo (mph)
85
30
Alcance, a velocidad máxima de crucero (millas)
1100 miles
1800 miles
Velocidad de aterrizaje (mph)
78
35
Distancia de aterrizaje, obstáculo de 50ft (ft)
1’650
300
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-130Hércules!
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.
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.
