No Barrel Rolls: Las viejas ideas siempre vuelven

S-97 Raider durante un vuelo de prueba. Fuente Lockheed Martin vía Lockheed-Martin vía Wikimedia Commons

El pasado 8 de octubre, Sikorsky anuncio que su demostrador, el S-97 Raider, había superado la barrera de los 200 nudos (unos 370 km/h) marcando un récord de velocidad para los helicópteros.

Si bien el S-97 cuenta con la última tecnología tal como: materiales compuestos, fly-by-wire y enlace a drones; su configuración, conocida como helicóptero compuesto o compound helicopter en ingles no es nueva y tampoco sería la primera vez que el US Army muestra interés en este tipo de aeronaves.

Sikorsky desarrollo el Raider en respuesta al requerimiento del ejército estadounidense encuadrado en el programa Future Attack Reconnaissance Aircraft (FARA); dicho programa forma parte de un esfuerzo mayor llamado FVL o Future Vertical Lift, el cual busca reemplazar los AH-64 Apache, UH-60 Black Hawk. CH-47 Chinook y el OH-58 Kiowa.

Durante el vuelo horizontal, la hélice tractora mantiene la sustentación del S-97 descargando aerodinámicamente al rotor principal. Fuente Lockheed Martin vía Flickr

Con el programa FARA se busca reemplazar a este último. El cronograma manejado por el ejército es tener de cuatro a seis diseños preseleccionados para Junio de 2019, para luego seleccionar dos ganadores para construir prototipos en el año fiscal de 2021 y comenzar las evaluaciones en vuelo en la primera parte del año fiscal de 2023.

Los requerimientos completos del programa FARA no se han echo públicos, pero se sabe que la aeronave debe tener las siguientes capacidades:

Capacidad para llevar 6 pasajeros.
Capaz de operar en entornos urbanos y marítimos.
Capacidad estar en vuelo estacionario a 1.828 metros (6.000 pies) con una temperatura ambiente de 36º C.
Capacidad para volar siguiendo el terreno a velocidades superiores a 370 km/h (200 nudos) a una distancia mínima de 424 km (229 millas náuticas).
Tiempo en estación (TOS) de por lo menos 2 horas a 314 km (170 millas náuticas) en una misión de ataque/reconocimiento y 30 minutos a 424 km (229 millas náuticas) en misión de asalto. Sin re abastecer en ambos casos.

¿Qué es un “compound helicopter”?

Por la configuración del S-97 que a su vez deriva de el X-2, un demostrador desarrollado y financiado por Sikorsky, podemos especular que el programa FARA hace hincapié en la velocidad. Sin embargo la velocidad de los helicópteros, por diseño, esta limitada en unos 400 km/h (215 nudos), este efecto se lo conoce como sustentación asimetríca.

En un helicóptero convencional, la sustentación esta generada por el giro de las aspas del rotor principal. Esta configuración le permite al helicóptero tener capacidades que una aeronave de ala fija no tiene, como por ejemplo la capacidad de vuelo vertical. Sin embargo, el rotor también es la fuente de la principal limitación que tiene un helicóptero y esta es su velocidad.

Supongamos que tenemos una aeronave que se desplaza a unos 100 km/h y la velocidad de rotación de su rotor principal es equivalente a unos 700 km/h. Las palas que se mueven en la misma dirección que la aeronave suman su velocidad relativa, mientras que las palas que van en sentido contrario de la dirección de vuelo la velocidad de la aeronave se resta a la de las palas.

Diagrama explicando el concepto de sustentación asimétrica. Fuente: Wikipedia Commons

Siguiendo nuestro ejemplo, tenemos que unas palas tienen una velocidad de 800 km/h mientras que las otras tienen una velocidad de 600 km/h, esta diferencia de velocidad provoca que el rotor genere diferentes cantidades de sustentación en diferentes sectores.

Como resultado de la asimetría de sustentación, uno de los cuadrantes del rotor pierde sustentación y todo el helicóptero entra en perdida. Para evitar esto, las palas están diseñadas para que puedan cambiar su ángulo de ataque, permitiendo que la pala que avanza genere menos sustentación y la pala que retrocede genere más equilibrando el sistema.

Sin embargo, este equilibrio funciona hasta ciertas velocidades, es por ese motivo que los helicópteros, tienen limitada su velocidad final a unos 400 km/h (215 nudos). Pero hay una manera de saltar esta limitación y es “descargando” al rotor de su carga aerodinámica a altas velocidades.

Sikorsky no es ajena a los compound helicopters, esta imagen muestra al S-69 queformo parte del programa Advancing Blade Concept (ABC) financiado por el ejército estadounidense y la NASA a principios de los años 70.
.Fuente: Wikipedia Commons

Hay dos maneras de hacer esto, la primera es dotando al helicóptero de alas, las cuales a alta velocidad generan la sustentación necesaria para mantener la aeronave en el aire. La segunda es mediante el uso de potencia adicional que pueda reemplazar al rotor; a este tipo de aeronaves se las llama “compund helicopters” o helicópteros compuestos.

Las lecciones del AH-56 Cheyenne

En post anteriores sobre el H-2 Tomahawk y el S-67 Blackhawk se hizo mención del ambicioso programa AAFSS (Advanced Aerial Fire Support System) de 1964, el cual buscaba un helicóptero de ataque capaz de proveer apoyo aéreo cercano a las tropas de tierra.

AAFSS solicitaba que la aeronave debería ser un helicóptero, con una velocidad máxima de 400 km/h (220 nudos), capaz de estar en vuelo estacionario a 1.828 metros (6.000 pies) con una temperatura ambiente de 36º C y una autonomía máxima de 3900 kilómetros; suficiente para volar desde California a Hawaii.

AH-56 Cheyenne durante sus pruebas de vuelo. Fuente: Wikipedia Commons

Lockheed seria considerada la ganadora de este programa con su AH-56 Cheyenne, un helicóptero compuesto capaz de volar a más de 370 km/h (200 nudos) con una pesada carga bélica compuesta de misiles TOW, cohetes y tanques de combustible suplementarios.

Los continuos retrasos, sobre precios, la perdida de una de los prototipos en un accidente y la férrea oposición de la fuerza aérea, quien veía al Cheyenne como una intervención directa del ejercito en una de sus misiones; confabularon para que el programa fuera cancelado en 1972.
Después del Cheyenne, el ejército continuo buscando un helicóptero de ataque y sus esfuerzos se vieron materializados en el AH-64 Apache.

El futuro del S-97 Raider

A pesar de haber tenido un accidente a finales del 2017, sus pruebas de vuelo continúan y los resultados son prometedores. Sikorsky ya está pensando en una familia de aeronaves basadas en este diseño, que incluyen una versión SAR destinada a reemplazar a los HH-65 Dolphin de la Guardia Costera.

Sikorsky propuso una familia de aeronaves a partir del S-97, incluida una versión autónoma.
Autor Sikorsky, tomado del sitio thedrive.com

El programa FARA es muy ambicioso, pero la necesidad de reemplazar a los OH-58 Kiowa es prioridad para el ejército estadounidense. Resta esperar y ver si efectivamente el S-97 Raider se vuelve el primer helicóptero compuesto en entrar en servicio con una fuerza armada o si seguirá los mismos pasos del Cheyenne no pasando nunca de la etapa de prototipo.