lunes, 20 de enero de 2020

Sikorsky S-76 Shadow


Sikorsky S-76 Shadow
Sikorsky S-76 SHADOW durante un vuelo de prueba, se utilizó la quinta aeronave S-76 producida como base para la modificación. Fuente: Wikimedia Commons

Durante 1982, la aviación del Ejército estadounidense comenzó el programa LHX (Light Helicopter Experimental) orientado a reemplazar las aeronaves AH-1 Cobra, OH-58 Kiowa y el OH-6 Cayuse en sus roles de ataque, observación y reconocimiento.

Uno de los requerimientos del programa LHX es que la aeronave tuviera un solo tripulante, pero volar una aeronave a muy baja altura, en territorio enemigo mientras se esquiva fuego antiaéreo puede resultar demasiado trabajo para un solo tripulante.

La entrada de hoy está dedicada a la aeronave que busco sanear esta cuestión, el Sikorsky S-76 SHADOW (Nota del autor: En las fuentes consultadas se refieren a la aeronave como Shadow, pero se prefirió la utilización del uso de mayusculas para aclarar que el nombre se trata de un acrónimo).



Integración de Factores Humanos (O HFI por sus siglas en ingles) es una disciplina que, como indica su nombre, busca la integración del ser ser humano dentro de la operación de un sistema complejo y se utiliza en muchas industrias (principalmente aquellas de alto riesgo como la del petróleo o la aviación) para reducir la posibilidad de daños al usuario o a terceros.

Definir al LHX como un sistema complejo, sería una simplificación. Repasemos sus requerimientos:

  • Se producirían dos versiones, SCAT (SCout/ATtack es decir reconocimiento y ataque) y una utilitaria.
  • La variante SCAT debería ser monoplaza, la mayoría de sus misiones serian con un perfil de vuelo nap-of-the-earth, y portando misiles antitanque Hellfire, misiles aire-aire y un cañón.
  • Por su parte el utilitario, transportaría un pequeño destacamento de tropas complementando a los UH-60 Blackhawks.
  • El LHX haría uso de tecnologías Stealth (baja firma de radar e infraroja).
  • SCAT sería monoplaza, mientras que la variante utilitaria tendría dos tripulantes.
Boeing/Sikorsky LHX
Concepción artística del LHX según Boeing/Sikorsky. Créditos a quien corresponda

Como se puede ver, la versión SCAT debería hacer un gran uso de la automatización para reducir la carga de trabajo en el piloto, ya que este debería hacer el trabajo de dos personas. Uno puede pensar que hacer multi-tasking es sencillo, pero imagine querido lector, estar apuntando un misíl Hellfire a un blanco, mientras se desplaza a 300 km/h ya 100 metros del suelo; todo esto esquivando fuego antiaéreo.

Por este motivo, la aviación del Ejército estaba preguntándose si no sería demasiado para un solo tripulante y quería verificarlo mediante la realización de un estudio MANPRINT que es la manera en que el U.S. Army aplica HFI.

Evaluando nuevas tecnologias


La automatización en la cabina para reducir de la carga de trabajo del piloto era una de las tecnologías revolucionarias y, no probadas, que iban a ser introducidas en el LHX. El Ejército tomo una aproximación conservadora y otorgó contratos para el desarrollo de prototipos o testbeds que exploraran cada una de ellas. Los beneficiarios de estos contratos fueron: Bell Helicopter Textron, Sikorsky Aircraft, Boeing Vertol, Hughes Helicopter e IBM.

Sikorsky, se asoció con Boeing y recibieron dos contratos importantes; el primero fue para evaluar el uso intensivo de materiales compuestos en la construcción de la aeronave (que se materializará en el S-75 ACAP) y el otro era el estudio MANPRINT de una cabina monoplaza.

Construyendo el demostrador tecnológico


Encuadrado dentro del programa ARTI (Advanced Rotorcraft Technology Integrator), Sikorsky encabezaría el esfuerzo para la producción del testbed, subcontratando los diversos subsistemas a otros fabricantes.
Finalmente a mediados de 1985 se presentaría el S-76 SHADOW (Sikorsky Helicopter Advance Demonstrator of Operators Workload); basado en el helicóptero utilitario S-76 Spirit (número de serie 76005 y con el registro civil N765SA) con el agregado de una cabina monoplaza en la nariz.

Sikorsky S-76 Shadow
Representación artistica del S-76 SHADOW. Fuente: Flight International

Hamilton Standard contribuyó con el sistema de vuelo automático y digital, los mandos de vuelo y el sistema de comandos por voz (que servia para reconocer los comandos del pilot y emitir alarmas); Norden Systems estaba encargada del sistema C3I (Comando, Control, Comunicación e Inteligencia) y el bus de datos de alta velocidad. Martin-Marietta trabajo en los sistemas y sensores para adquisición de blancos, apuntado de las armas y el radar; junto con la integración de un FLIR (Forward Looking Infrared). Finalmente, Collins proveería las pantallas multifunción de la cabina y definiría toda la arquitectura de los sistemas del mismo.
Northrop, por su parte facilitó el simulador de vuelo del F-20 para evaluar la capacidad aire-aire de la aeronave, junto con una torreta FLIR.

Volando el SHADOW


Sentado en la pequeña cabina, el piloto de prueba contaba con un campo de visión privilegiado, detrás suyo en la cabina volaban dos pilotos de seguridad, junto con dos ingenieros de vuelo.

La información de los instrumentos de vuelo y el FLIR se presentaban por tres medios, el primero era un visor monocular Honeywell montado en el casco, y mediante el uso de dos pantallas multifuncionales entre sus rodillas. Los mandos de vuelo era un joystick (o sidestick) sensible a la presión y el sistema de mandos por voz de Hamilton Standard.

Tradicionalmente un helicóptero tiene tres formas de control: el cíclico da empuje para adelante, atrás o lateralmente, el colectivo que controla la ascensión y finalmente los pedales que controlan la guiñada. Pero el sidestick controlaba los 4 ejes (rolido, alabeo, cabeceo y guiñada).

La palanca del colectivo altera el paso de todas las palas del rotor, incrementando la cantidad de aire succionado a través del rotor.

El SHADOW era una aeronave fly-by-wire (FBW), aunque conservaba los mandos mecánicos originales del S-76 como respaldo, el sistema de vuelo digital estaba basado en uno diseñado originalmente para el Sikorsky CH-53E Stallion; consistía en dos computadoras de vuelo que operaban en paralelo que comparaban sus resultados antes de alimentarlos a los actuadores del sistema FBW. Si las computadoras encontraban discrepancias en sus resultados después de una serie de ciclos, devolvían automáticamente el control al piloto de seguridad, el cual podía desconectar el sistema de vuelo FBW en cualquier momento.

S-76 Shadow cockpit
A la izquierda, se puede observar la consola de los ingenieros de vuelo y a la derecha la cabina del piloto de prueba. Notar el sidestick a la derecha y las dos pantallas multifunción en la consola central. Fuente: Flight International

La aviónica especifica del SHADOW estaba separada en sistemas de representación, sistemas de vuelo, sistemas de evaluación y controles de vuelo. Estos subsistimos se interconectaban mediante un bus de datos 1553B y permanecían aislados de la aviónica del S-76 por seguridad.

Proyectando la información de los instrumentos de vuelo en el monocular, el piloto podía volar la aeronave mirando siempre hacia fuera pendiente a lo que ocurría a su alrededor (head up and eyes out, como lo definía la propia Sikorsky). En la consola central la pantalla superior representaba la información táctica, mientras que la de abajo los sistemas de la aeronave, cada una tenía 24 botones (6 por lado) y pantalla táctil.

Como parte del sistema de representación, el FLIR tenía un campo de visión de 30º por 40º y podía ser controlado manualmente, o por el movimiento de la cabeza del piloto o poner en un modo automático de búsqueda y seguimiento de blancos. Un sistema Bendix de lectura de mapas permitía tener un mapa que se desplazaba en tiempo real en la pantalla.

Aviso publicitario de Sikorsky en donde podemos ver al S-76 Shadow con la torreta FLIR instalada.
Créditos a quien corresponda.

Los sistemas de navegación eran tres, empezando por un navegador inercial Litton LN-39, un navegador Doppler Singer-Kearfott y el compas magnético estándar del S-76; aunque solo uno de los sistemas podía estar activo en cualquier momento. Es interesante notar que la instalación de un GPS fue descartada debido a la poca cobertura que tenía el sistema en esa época.

Innovador para su época, el sistema de control por voz era activado por un switch en el joystick derecho, capaz de reconocer comandos verbales y transmitir mensajes y alarmas le daba al piloto la capacidad transmitir ciertos comandos y pedir información sin necesidad de utilizar las manos.

Los ingenieros de vuelo, ubicados en la parte de atrás, tenían dos funciones principales: recolectar datos y controlar el vuelo de prueba. La consola en su puesto estaba conectada directamente con el sistema de prueba lo que le permitía simular diferentes escenarios. De la misma manera, se podían simular diferentes tipos de armas como misiles Hellfire o Stinger y la recepción de información táctica vía datalink.

¿Mono o biplaza? el veredicto final


Luego de acumular 85 horas de vuelo en pruebas en noviembre de 1986, el SHADOW realizó un tour  de demostración que abarco el Pentágono, Fuerte Eustace y Fuerte Belvoir; la idea del tour era demostrar que el helicóptero de ataque monoplaza era factible; especialmente por que el Ejército no estaba convencido. Terminado el tour, el helicóptero recibiría un tanque de combustible resistente a impactos y otras modificaciones para poder evaluar el vuelo nap-of-the-earth. Las evaluaciones continuaron durante el año fiscal de 1989, hasta que se dieron por terminadas.

En un curioso experimento, Sikorsky descubrió que los pilotos más viejos tuvieron serios problemas para adaptarse al nuevo tipo de control, por lo que decidieron probarlo con personas que no fueran pilotos y descubrió que estos últimos se adaptaban mucho más fácil al control de la aeronave con el sidestick. La conclusión a la que llegó el fabricante es que las generaciones de pilotos del Ejército más jóvenes, las cuales estuvieron más expuestas a los video juegos y el uso de joysticks se adaptarían sin problema.

Sikorsky S-76 Shadow
La vista que gozaba el piloto de prueba en la pequeña cabina era envidiable. Créditos a quien corresponda.

Sikorsky/Boeing Vertol, después de más de 100 horas de prueba y un costo total de U$S 30 millones (U$S 71 millones actualmente), estaban plenamente convencidos de que la operación monoplaza de un helicóptero de ataque era posible, y que tenía el agregado de reducir drásticamente los costos de operación de la aeronave. Pero el Ejército no estaba de acuerdo y determino que, la combinación de vuelo a baja altitud, alta velocidad en un ambiente de combate era demasiado y como dice el dicho "dos cabezas piensan mejor que una", el futuro LHX sería biplaza y ese fue el final del S-76 SHADOW.

La aeronave de prueba sería desguazada y el binomio Sikorsky/Boeing ganaría el contrato por el LHX con su avanzado RAH-66 Commanche; programa que ocuparía las primeras planas por varios motivos: su avanzada tecnología, el uso de materiales compuestos, su capacidad stealth, su costo U$S 6.9 billones (U$S 16.4 billones actualmente) y la controversial cancelación en 2004.
Pero esa es una historia para otro día.

Fuentes

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