El motor volante, la historia del SNECMA C.400 Atar Volant

Atar Volant C 400 P.2 en el hall de prototipos del Museé de l'air et l'Espace. Fuente: No Barrel Rolls. 

La "fiebre" por el VTOL de los años 50 y 60 produjo una aeronave muy singular en Francia, desarrollado por el fabricante de motores SNECMA (Société Nationale d'Étude et de Construction de Moteurs d'Aviation). Está aeronave con ala anular, y configuración "tail-sitter" sería conocida como Coléoptère. Su historia fue comentada en este posteo a principios de este año.

La reciente visita al Museé de l'air et l'Espace en Le Bourget, además de ser una visita muy interesante, resulto una inspiración para nuevas historias en este blog; entre ellas la del Atar Volant, una aeronave experimental que sería la base para el Coléoptère.

Nuestra historia comienza con Helmut von Zborowski, ingeniero austríaco quién durante la segunda guerra mundial estuvo a cargo de la división de motores cohete de BMW; tenía en su mente el diseño de una aeronave de despegue vertical y ala anular. Terminada la guerra y con Zborowski radicado en Francia, funda la empresa Bureau Technique Zborowski o BTZ en 1952 con el objetivo de construir la aeronave que más tarde conoceríamos como el Coléoptère. 

Zborowski encontró en SNECMA una oído atento a su propuesta, por lo que la empresa comenzó, como todos los fabricantes, con un modelo en escala que sería evaluado en un nuevo túnel de viento  vertical de 12 metros de altura. El modelo evaluado estaba equipado con un pulsoreactor Ecrevisse (en francés significa "Cangrejo de rio", nombre poco común para un motor aeronáutico) de 100 lb (0.44 kN) de empuje. La empresa estudió el compartimiento del empuje vectorial y el desarrollo de sistemas giroestabilizados para su control y estabilidad; teniendo su primer vuelo en marzo de 1954.

SNECMA no era ajena al empuje vectorial, pero lo que si resultaría novedoso sería el sistema de control. En un primer momento, el mismo se obtenía al redirigir el gas caliente que salía de la tobera, mediante unas superficies metálicas (podríamos llamarlos spoilers), para de esta manera orientar el empuje hacía donde era requerido. Este sistema tenía la desventaja de que las superficies eran frágiles y se desgastaban prematuramente. La innovación de la empresa fue desarrollar un nuevo sistema que utilizaría aire comprimido para dirigir el gas caliente, obteniendo el mismo resultado pero sin la intervención de ningún sistema mecánico.

El modelo en escala impulsado por un motor Ecrivesse en vuelo estacionario dentro del túnel de viento vertical. Fuente: Aviation Magazine n°241 del 15 de diciembre de 1957, tomado de https://maquettes-missiles.blogspot.com

Este programa de pruebas se extendió hasta junio de 1954. Satisfechos con los resultados, era el momento de pasar a un modelo más grande que sirviera como prueba de concepto, especialmente por que el Ecrevisse al ser un pulsoreactor no tenía manera de proveer el aire comprimido para direccionar el chorro de la tobera. Para esto, se pensó en utilizar motores más pequeños como los Palas o Marboré de Turboméca, pero los mismos no estaban disponibles; además que las modificaciones requeridas para que funcionaran en vertical habrían consumido demasiado tiempo.

Por lo tanto SNECMA, decidió saltarse este paso y pasar directamente a la aeronave completa utilizando un producto propio, el Atar 101D, que permitía gracias a su su relación peso/empuje de 0,3 kg/kgp (en teoría) que una aeronave como el Coléoptère despegara y aterrizara verticalmente.

Y un día el Atar voló

Bajo el nombre de C.400 P.1, el primer Atar Volant comenzó a ser construido en 1955. Esta aeronave era bastante simple en cuanto a su construcción; un turborreactor Atar 101D de 6,173 lb (2,900 kg) de empuje, montado verticalmente dentro de un fuselaje que estaba rodeado por un tanque de combustible anular. Para poder operar de manera vertical, el motor recibió varias modificaciones en su sistema de lubricación, junto con la nueva tobera vectorial por aire comprimido. Antes de ser instalado, el motor fue evaluado en un banco del tipo "gimball" que permitía evaluar al motor en cualquier posición con respecto al piso. El P.1 sería operado de manera remota, por lo que en el fuselaje se encontraba el sistema de guía y control junto con uno de estabilización giroscópica y una rejilla cubriendo la toma de aire del Atar.
El tren de aterrizaje era fijo, con cuatro patas tubulares terminadas con ruedas.

La aeronave voló por primera vez en 1956 estando asegurado por eslingas a un pórtico, con el objetivo principal de evaluar el sistema de estabilización y la influencia del viento. En total, el P.1 acumuló 250 horas de vuelo a los mandos de los pilotos de prueba Lucien Servanty y Auguste Morel quienes se enfocaron en la estabilidad de la aeronave y su manejo mientras se mantenía en vuelo estacionario cerca del suelo.

El programa de prueba de P.1 terminó cuando completó su vuelo de aceptación oficial realizado por el Ministerio del Aire francés en septiembre de 1956.

Considerado P.1 como un éxito, SNECMA decidió dar el siguiente paso en el desarrollo, construyendo una versión tripulada denominada C.400 P.2. La "cabina" consistía en un asiento eyectable, un panel de instrumentos y los controles para el piloto y nada más. Una rejilla, ubicada debajo del asiento, evitaba el ingreso de cuerpos extraños en el motor.

C.400 P.2 (a la izquierda) y el P.1 en una foto publicitaria. Fuente: SNECMA

P.1 había demostrado que la aeronave era estable en vuelo estacionario, pero el P.2 tenía que demostrar que la misma podía desplazarse horizontalmente. Para eso, cuatro boquillas (dos mirando hacia delante y dos hacia atrás) descargaban aire comprimido del compresor de la turbina de acuerdo a los comandos del piloto.

La capacidad de combustible de los depósitos anulares era de 1,102 lb (500 kg) lo que daba a la máquina una autonomía de 4 minutos, al nivel del mar. El peso al despegue del P.2 era de 5,730 lb (2,600 kg), 90% del empuje del Atar a plena potencia. 

Auguste Morel completó el 8 de abril de 1957 el primer vuelo cautivo del P.2 de manera exitosa y este mismo piloto tendría el privilegio de realizar el primer vuelo totalmente libre en Melún el 14 de mayo de 1957.

El Salón Aeronáutico de París en Le Brouget de 1957 sería el escenario donde SNECMA presentaría al publico el P.2. En esta primera presentación, Morel se acomodó en su asiento, encendió la turbina y se elevo en una espesa nube de polvo y ruido. Ahora en vuelo estacionario, la aeronave se desplazó a lo largo del eje de la pista principal, mientras estaba inclinada unos 20º hacia adelante y hacia atrás; para luego girar rápidamente sobre su eje vertical. Para finalizar, el P.2 ascendió hasta los 500 ft (152 m) terminando con descenso controlado para realizar un suave aterrizaje.

Junio de ese año marcó el récord de altitud para el Atar Volant, alcanzado los 1,500 ft (460 m) y para la primavera de 1958, 123 vuelos (tanto cautivos como libres) habían sido completados con éxito. Adicionalmente a todos estos logros, un piloto civil, y periodista en el diario Le Figaro, voló el P.2 el 13 de septiembre de 1957.

SNECMA estaba bastante satisfecha con la performance de sus Atar Volants, pero faltaba todavía un eslabón más en la cadena evolutiva que llevaría al diseño final del Coléoptère; ese eslabón sería el C.400 P.3

La cadena evolutiva del C.400, desde el P.1 (a la izquierda) hasta el C.450 Coléoptère (a la derecha). 

Fuente: Aviation Magazine n°241 del 15 de diciembre de 1957, tomado de https://maquettes-missiles.blogspot.com

El último paso

El C.400 P.3 era un desarrollo posterior del P.2, que estaba equipado con la última variante del Atar, el 101E de 7,700 lb (3,492 kg) de empuje. Otras de las modificaciones era la instalación de una cabina cerrada equipada con un asiento eyectable pivotante, en lo que simulaba ser la parte delantera del fuselaje de un aeronave, incluyendo dos tomas de aire para el motor.

El P.3 instalado en el vagón ferroviario. Fuente: SNECMA

Si bien tenía un asiento, el P.3 no era tripulado. Su función principal era evaluar el efecto de al corriente de aire sobre el chorro de aire caliente de la tobera, durante el descenso a alta velocidad previo al aterrizaje. 
Para simular este comportamiento, la aeronave fue instalada horizontalmente sobre un vagón playo de un convoy de la SNCF (Ferrocarriles franceses), que recorría un tramo de vía entre Pithiviers y Malesherbes a una velocidad de entre 40 y 80 km/h con la tobera apuntando hacia delante.

La información provista por los Atar Volants resultó crucial para SNECMA, especialmente por que probaba que el Coléoptère era un concepto técnicamente válido y sobretodo controlable por un piloto. Pero como dijimos a principio de este posteo, su historia fue completamente cubierta en este otro posteo.

La revista para adolescentes "Fripounet y Marisette" incluyó en su número de 20 del 10 de enero de 1960 una ilustración muy detallada del P.2 donde se pueden ver sus componentes internos junto con un diagrama del desplazamiento de la aeronave. Créditos de la imagen a quien corresponda.

Características técnicas (C.400 P.2): 

• Tripulación: 1
• Diámetro del fuselaje: 1.50 m
• Altura del fuselaje: 4.3 m
• Altura total: 8.34 m
• Carrera del tren de aterrizaje (en diagonal): 5.25 m
• Peso vacío: 4,409 lb (2,000 kg)
• Peso operativo: 5,730 lb (2,600 kg)
• Capacidad de combustible: 1,102 lb (500 kg) en un tanque anular en el fuselaje
• Planta motriz : 1x Atar 101D de 6,173 lb (2,900 kg)

Fuentes:

• Malafon. (Enero 20, 2015). Le SNECMA C-400 P-1/P-2/P-3 "Atar Volant". Découverte de maquettes.
  Disponible en: https://maquettes--missiles-blogspot-com.translate.goog/2015/01/le-snecma-c-400-p-1p-2-atar-volant.html?_x_tr_sl=auto&_x_tr_tl=es&_x_tr_hl=es&_x_tr_pto=nui,op
• Colliat, J. P. (Julio 22, 2003). La chasse verticale - VII. Les Atars volants. 
  Disponible en: http://jpcolliat.free.fr/xfv1/xfv1-7.htm
• Buttler, T. y Delezenne, J. L. VX-Planes of Europe Secret Research Aircraft from the Golden Age 1946-1974, Manchester, Reino Unido: Hikoki Publications, 2012