Bell XV-15

XV-15
El XV-15 despegando como un helicóptero desde el Dryden Flight Research Center de la NASA.
Tipo	Convertiplano experimental
Fabricante	Bell Helicopter
Primer vuelo	3 de mayo de 1977
Retirado	2003
Estado	Retirado
Usuario	NASA
N.º construidos	2
Desarrollo del	Bell XV-3
Desarrollado en	Bell-Boeing V-22 Osprey Bell-Agusta BA609

La estadounidense Bell XV-15 fue la segunda aeronave experimental del tipo convertiplano y la primera en demostrar la viabilidad práctica de un concepto que combina la ventaja del despegue vertical y del vuelo estacionario propias de un helicóptero con la mayor velocidad de los aviones de alas fijas.

Aeronaves de rotor VTOL anteriores al XV-15

La idea de desarrollar y construir una aeronave VTOL que usase rotores similares a los de los helicópteros en los extremos de sus alas ya se había originado a comienzos de la década de 1930. De hecho, el primer diseño que se parece a los modernos convertiplanos fue patentado por George Lehberger en mayo de 1930, aunque él sin embargo no avanzó más en el desarrollo de ese por entonces revolucionario concepto. En 1942, en medio de la Segunda Guerra Mundial, fue desarrollado un prototipo alemán denominado Focke-Achgelis FA-269, pero éste nunca llegó a volar.

Los dos prototipos que llagaron a ser probados en vuelo fueron el Transcendental Model 1-G (de un solo asiento) y el Transcendental Model 2 (biplaza), ambos propulsados por dos motores recíprocamente contrarrotatorios, los cuales, de esa manera compensaban el efecto torque (par motor) de los helicópteros convencionales. El desarrollo del modelo Model 1-G comenzó en 1947, aunque recién podría realizar su vuelo de bautismo en 1954. Las demostraciones con este modelo experimental duraron aproximadamente un año, hasta que el mismo se estrelló en la Bahía de Chesapeake el 20 de julio de 1955. Aunque el prototipo de aeronave resultó destruido, su piloto sólo sufrió lesiones menores. El Model 2 fue seguidamente desarrollado, pero la Fuerza Aérea de los Estados Unidos cambió su financiación en favor del Bell XV-3 y sólo se realizaron algunos vuelos estacionarios de prueba. El Transcendental 1-G fue la primera aeronave de rotor inclinado en haber volado y logrado casi la totalidad de la transición de “modo helicóptero” a “modo avión” (llegando a estar a sólo unos 10 grados de un vuelo horizontal propiamente dicho).

XV-3

El Bell XV-3 voló por primera vez en 1955. Al igual que sus predecesores, el XV-3 tenía sus motores ubicados sobre el fuselaje, junto a sendos ejes de transmisión que transferían energía a cada uno de los dos rotores inclinados o basculantes montados sobre las alas. Estaba equipado con dos asientos de eyección; si bien nunca fueron usados, de haberlo hecho, hubiesen arrojado a sus pilotos hacia abajo, lejos de ambos rotores.

Avances tecnológicos

El concepto de los motores inclinados

Uno de los mayores problemas que tenían los primeros diseños de aeronaves con rotores inclinados era que los ejes que transmitían potencia desde el fuselaje hacia los rotores de los extremos alares, y a las cajas de velocidades y mecanismos de inclinación allí ubicados. Estaban transfiriendo una gran cantidad de potencia y de torque (par motor) a lo largo de una gran distancia, demasiada para el sistema de transmisión de energía de una aeronave. Además debían soportar grandes cargas, además de ser pesados ellos mismos.

El XV-15 introdujo una importante innovación de diseño: En lugar de montar los motores directamente sobre el fuselaje, el XV-15 los tenía desplazados hacia los soportes de los extremos de cada una de las alas, acoplados a cada uno de los dos rotores. La forma estándar o normal de suministrar potencia era hacerlo directamente desde cada motor haca una caja de reducción de velocidades, y luego hacia cada rotor o hélice, sin necesitar de indeseables largos ejes de transmisión. No obstante, sí existía un eje de emergencia, que transferiría potencia al rotor opuesto en el caso de la falla de uno de los dos motores. Pero éste último era liviano, ya que no había sido concebido para soportar una carga constante de trabajo.

El concepto de rotor inclinado introdujo complejidades adicionales al diseño de los propios soportes de los motores y en el diseño de los motores para ser capaces de rotar desde la operación horizontal a la vertical. Estos problemas fueron enfrentados en una etapa relativamente temprana del programa XV-15 program, pero no obstante habrían de regresar en la década de 1980, durante el desarrollo del sucesor militar del mismo, el más grande V-22 Osprey.

Investigación en “aeroelasticidad”

A fines del decenio de 1960 y comienzos del de 1970, la NASA estaba trabajando junto a otros investigadores en diseños teóricos de soportes (pods) de rotores, algunos de los cuales serían llevados a la práctica y probados en el túnel de viento.

Dos eran las compañías involucradas en la investigación y en los diseños propuestos: Bell Helicopter y Boeing-Vertol. El foco estaba puesto en los soportes de los rotores inclinados y en la integración de éstos con las alas y el fuselaje de la aeronave, además de también enfocarse en los estudios preliminares sobre el flujo de aire alrededor de los mismos, mediante túneles de viento. Se investigaron diseños de rotores inclinados fijos y plegables.

Historia del proyecto que derivaría en el XV-15

El XV-15A volando como un avión, con sus dos rotores en posición totalmente horizontal, actuando como hélices convencionales.

Lo que finalmente sería conocido como el programa XV-15 fue inicialmente lanzado en 1971, en el Ames Research Center de la NASA. Luego de realizar algunos trabajos preliminares el respecto, el organismo aeroespacial estadounidense realizó una competencia que otorgaría dos contratos de investigación y desarrollo de 500.000 dólares cada uno, con el fin de diseñar prototipos. Algunas de la importantes empresas que respondieron a ese llamado incluían a Bell Helicopter, Boeing-Vertol, Grumman Aircraft y Sikorsky Aircraft Corporation. Finalmente serían las dos primeras las que finalmente obtendrían los sendos premios el 20 de octubre de 1972. Los diseños propuestos por ambas compañías fueron entregados el 22 de enero de 1973.

Diseño de Boeing-Vertol

Boeing propuso un modelo, denominado, Model 222 (el cual no debe ser confundido con el posterior estilizado helicóptero convencional Bell 222), en el cual los motores se encontraban ubicados en soportes fijos en los extremos de cada ala, y el pequeño soporte rotatorio -que contenía a cada hélice en sí- estaba situado un poco más cerca del fuselaje. Esta disposición contribuyó a simplificar el diseño de los motores, al mantenerlos siempre en posición horizontal, sin precisar de largos ejes de transmisión hacia los rotores basculantes.

Diseño de la Bell

El diseño propuesto por Bell, el Model 301, en el cual todo el soporte de cada rotor giraba entre las posiciones horizontal y vertical, es decir, tanto cada motor como la estructura del rotor montados conjuntamente en el mismo soporte (pod). Esto simplificaba la transmisión de potencia, pero exigía requerimientos más complejos para el diseño del motor y era tal vez un poco más pesada que la propuesto de la Boeing. Luego de haber revisado ambas propuestas, la NASA finalmente se decantó por la propuesta de Bell y seleccionó al modelo 301 para un desarrollo ulterior, firmando un contrato para I+D el 31 de julio de 1973.

Desarrollo y vuelo del XV-15

Durante los cuatro años siguientes, se realizaron extensas pruebas de ingeniería, para así completar definitivamente la etapa de desarrollo de la aeronave. El primero de dos Bell XV-15s, con el número de serie N702NA, voló por primera vez el 3 de mayo de 1977.

Después de haberse realizado unos pocos vuelos de pruebas en las propias instalaciones de la Bell, la aeronave fue transferida al Ames Research Center de la NASA, ubicado en la localidad de Mountain View (estado de California). Allí fue colocada en el gigantesco túnel de viento de ese centro de investigación aeronáutica, para ser probada en varios diferentes entornos de vuelo simulados. Luego fue trasladada al Dryden Flight Research Center (también del organismo aeroespacial estadounidense), el cual se halla unicado dentro de las instalaciones de la AFB Edwards, en el alto desierto californiano. Fue capaz de funcionar exitosamente tanto en el “modo helicóptero” como en el de “modo avión”, así como realizó suaves transiciones entre ambas configuraciones de los rotores o las hélices. Una vez que el convertiplano hubo sido suficientemente probado en Dryden, fue regresado a Ames... para seguir realizando aún más pruebas adicionales.

Para 1981 el XV-15 había sido los suficientemente probado como para llevarlo a la importante exhibición aérea parisina de Le Bourget, para realizar allí vuelos de demostración ante el público y la prensa especializada en aeronáutica. En la década de 1980, los XV-15 solían ser llevados a realizar demostraciones al espectáculo aéreo de verano anual que tenía lugar en la también californiana estación aeronaval de Moffett Field. Ambos XV-15 fueron activamente volados durante todos esos años, para probar extensivamente su aerodinámica, en particular lo referente a su comportamiento durante las etapas de transición entre ambos modos de operación. Además se estudiaron las eventuales aplicaciones de las aeronaves de rotores inclinados en los sectores civil y militar, caso éste último del programa que derivó en el desarrollo del V-22 Osprey.

Accidente del N702NA

El primer prototipo del convertiplano XV-15, de número de matrícula XV-15 N702NA, fue transferido de regreso a la Bell Helicopter para la realiza continuar con su prolongada etapa de desarrollo, así como para realizar vuelos de demostración.

El 20 de agosto de 1992, la aeronave se estrelló mientras estaba siendo volada por un piloto invitado. Esta ascendiendo para la realización de un vuelo estacionario, cuando se le desprendió un perno del sistema de control colectivo del soporte de uno de los dos rotores, haciendo que éste último se inclinase totalmente. La aeronave giró fuera de control y se estrelló en posición invertida. A pesar de haber resultado significativamente dañada, la aeronave estaba estructuralmente intacta en gran medida, y afortunadamente tanto el piloto como el copiloto lograron escapar con heridas menores del sitio del accidente. De hecho, la cabina de mando del convertiplano siniestrado logró ser salvada y reconvertida a simulador de vuelo.

Operaciones realizadas por el N703NA

El XV-15 de matrícula N703NA con los colores de los Guardacostas de los Estados Unidos (US Coast Guards), aterrizando verticalmente en las afueras del Pentágono en septiembre de 1999.

El segundo prototipo del XV-15 continuó principalmente realizando operaciones de prueba extendidas para la NASA hasta septiembre de 2003.El N703NA fue usado para realizar tests para el programa militar del V-22 Osprey (que finalmente sería el “hermano mayor” del XV-15) y para el trasporte civil mediano Bell/Agusta BA609, otra aeronave de rotores inclinados.

Después de haber sido retirado de sus operaciones de demostración en septiembre de 2003, el N703NA fue donado al Museo Nacional del Aire y el Espacio (National Air and Space Museum) del Instituto Smithsoniano en la ciudad de Washington. Éste realizó un vuelo final desde Fort Worth (estado de Texas) hasta la NASM, antes de ser definitivamente dado de baja. En la actualidad se encuentra en exhibición en el Steven F. Udvar-Hazy Center del Aeropuerto Internacional Dulles de Washigton D.C..

Especificaciones

Vista esquemática frontal, lateral y desde arriba del XV-15.

• Tripulación: Dos (Piloto y copiloto)
• Longitud: 12,83 m
• Envergadura: 17,42 m (un poco mayor con el área circular generada por el giro de ambos rotores)
• Altura: 3,86 m
• Diámetro de cada uno de los dos rotores: 7,62 m
• Peso vacío: 4.574 kg
• Peso máximo al despegue (MTOW): 6.009 kg
• Potencia: 2xAvco Lycoming LTC1K-4K (motores T53 modificados) de 940 kW (1.250 CV) cada uno
  • Normal al despegue: 1.156 kW (1.550 CV, 10 minutos como máximo)
  • De emergencia: 1.354 kW (1.802 CV, dos min. como máx.)
• Peso del combustible: 651 litros
• Peso del instrumental a bordo: 521 kg
• Velocidad máxima en vuelo horizontal: 300 nudos (557 km/h)
• Velocidad máxima como helicóptero: 100 nudos (185 km/h)
• Autonomía o alcance: 445 millas náuticas (825 km)
• Techo máximo de servicio: 8.840 m
• Altura de vuelo estacionario (Hovering): 2.635 metros (sin efecto suelo o tierra)

Véase también

• Convertiplano
• V-22 Osprey
• BA609

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Bell XV-15. Commons
• (PDF) The History of the XV-15 tilt rotor research aircraft: From concept to flight ("La historia del la aeronave de investigación de rotor inclinado XV-15: Desde el concepto hasta el vuelo"), NASA SP-2000-4517, 2000.
• The revolucionary tilt rotor XV-15 ("El revolucionario convertiplano XV-15"), en el sitio web www.space.com.