Los primos del Este - Ultima parte, el Tupolev Tu-85

Tu-85/1 en la plataforma en esta foto publicitaria. Podemos ver ciertos rasgos de diseño que se conservarían en los futuros bombarderos de Tupolev. Créditos a quien corresponda.

La introducción del Convair B-36 en el inventario de la USAF en 1948, dotó a los E.E.U.U. de un poder disuasivo impresionante. Su carga bélica de 66,138 lb (30,000 kg) le permitía llevar cualquier tipo de bomba del arsenal norteamericano, incluyendo las armas atómicas.

Para la URSS, quedaba claro que ni el Tu-4, ni su mejora el Tu-80; tenían una capacidad similar y si querían mantener la paridad, se necesitaba llevar el diseño del Tu-80 más allá. En este último posteo dedicado a los desarrollos del Tupolev Tu-4, vamos a dedicarla a su última evolución, el Tu-85.

  

Como vimos en el anterior posteo, el Tu-80, no lograba cumplir con las expectativas en cuanto a carga bélica y alcance. Resultó claro para el OKB Tupolev que sería mejor concentrarse en un diseño más avanzado, que tuviera la autonomía suficiente para realizar misiones sobre norteamerica y regresar. 

Esto quedó confirmado el 16 de septiembre de 1949, cuando el fabricante recibe una nueva directiva del Consejo de Ministros, solicitando la construcción de un bombardero estratégico cuatrimotor, con la denominación Tu-85, el cual debería tener un alcance de entre 5,939 a 7,019 nmi (11,000 a 13,000 km). 
Asimismo, se especificaba que el prototipo debía estar disponible para las pruebas de aceptación en diciembre de 1950, estimando que las mismas se extenderían hasta el 1 de agosto de 1951.

Tupolev había comenzado a trabajar en este concepto en agosto, antes de recibir la directiva; por lo que los requerimientos estaban dentro de sus posibilidades. El problema que enfrentaban los ingenieros era que simplemente no había manera de modificar la aerodinámica de las alas del Tu-80, derivadas del Tu-4; o la planta motriz (ASh-73TK o ASh-73TKFN) para que cumplieran con los requerimientos.
Por lo tanto, se decidió conservar la disposición general del Tu-80 junto con algunas de sus innovaciones técnicas, pero a los fines prácticos; la nueva aeronave sería totalmente nueva. 

La atención estuvo centrada en dos objetivos. El primero, un ala nueva y el segundo una nueva planta motriz. El desarrollo del ala, contó con la estrecha colaboración del Instituto Central de Aerohidrodinámica N. Y. Zhukovski, TsAGI por sus siglas en ruso, siendo el mayor centro de investigaciones científicas en aeronáutica y aeroespacial de la Unión Soviética ( y de la actual Rusia).

El mismo avión de la foto de arriba, pero visto de atrás. Las marcas en la deriva son para la calibración de las cámaras que registraron los vuelos de prueba. Créditos a quien corresponda.

Con una relación de aspecto de 11.75, las nuevas alas utilizaban los perfiles laminares TsAGI S-3 y S-5, lo que dio por resultado un ala mucho más eficiente y aerodinámica, incluso a velocidades equivalentes a Mach 0.6. 

Los ingenieros de Tupolev, mejoraron el diseño de los flaps simples de las alas consiguiendo mayores coeficientes de sustentación a menores ángulos de despliegue. Esto redundó en mejores prestaciones al despegue, al punto tal que el Tu-85 generaba la misma sustentación al despegue, que el Tu-4 durante el aterrizaje.

El fuselaje, cabina, junto con el armamento defensivo y los equipos permanecieron sin cambios con respecto al Tu-80; siendo la única excepción las bodegas de armas que fueron ampliadas para que cupiesen en ellas las bombas FAB-9000. Se consideraba también la adopción del sistema de reabastecimiento en vuelo, Shelest/Vasyanin de ala a ala, el cuál se encontraba en desarrollo.

Desarrollando un nuevo tipo de motor

Encontrar un nuevo motor, más eficiente y potente para el Tu-85 fue un verdadero problema. A principios de 1950, se consideraba que las novedosas turbinas a gas, incluso como turbohélices; eran menos eficientes que los motores a pistón. Por lo que no se las consideraba como una solución para un bombardero de largo alcance.

Teniendo esto en cuenta, se requería un motor capaz de proveer entre 4,300 a 4,500 hp durante el despegue con y un consumo especifico de combustible (SFC) de entre 0.352 a 0.396 lb/hp-hr (160 a 180 g/hp-hr). De esta manera, el Tu-85 podría cumplir con los parámetros de alcance especificados en su diseño.

Ilustración del motor Dobrynin VD-4K, con la turbina de recuperación, los múltiples de admisión y escape y el intercambiador de calor. Fuente: METOPower vía Wikimedia Commons

Tras consultarlo con el TsAGI, el Instituto Central de Desarrollo de Motores de Aviación P. I. Baranov (o TsIAM, por sus siglas en ruso) y la oficina de diseño de motores; los ingenieros se decidieron por una planta motriz del tipo turbo-compound. Es decir, un motor a pistón asociado con una turbina (llamada turbina de recuperación), que permitía por un lado comprimir aire frío para inyectarlo en la admisión del motor y por otro utilizar los gases de escape, comprimirlos y expulsarlos por una tobera para obtener empuje adicional. 

Esta tecnología permitía, según estimaciones, obtener un SFC de entre 0.342 a 0.375 lb/hp-hr (155-170 g/hp-hr); considerando el empuje adicional obtenido por la turbina. Mientras que un motor de pistón daba un SFC de 0.530 a 0.595 lb/hp-hr (140-270 g/hp-hr) en el mejor de los casos.
Resulta curioso que esta misma solución adoptará Boeing, en su propio desarrollo del B-29, el B-54, el cual era equiparable al Tu-85 y estaba impulsado por el Pratt & Whitney R-4360 VDT (Variable Discharge Turbine).

Las investigaciones realizadas por TsAGI, dieron por resultado dos motores de este tipo: El Dobrynin M-253K (su denominación fue cambiada a VD-4K más tarde), radial de 24 cilindros en 6 bancadas, refrigerado por líquido y el Shvetsov ASh-2K de 28 cilindros en cuatro estrellas, refrigerado por aire. Estos motores serían los primero de su tipo en la URSS, donde se los conocería como "turbopistones". El primer prototipo del VD-4K estuvo listo en enero de 1950, y en febrero del año siguiente superó la prueba de 100 horas.

El ASh-2K, fue el elegido al prometer unos 4,800 hp; siendo el motor a pistón más potente en la URSS. Aunque es importante notar que en una etapa temprana del desarrollo, se propuso como alternativa combinar los cuatro ASh-2K con dos turborreactores auxiliares VK-1, los cuales estaban instalados detrás de los motores de intrados alares, con las tomas de aire en el borde de ataque del ala. Esta versión, denominada "85A" prometía elevar el peso al despegue en 259,043 lb (117,500 kg), aumentar la velocidad máxima en un 23% y elevar ligeramente el techo de servicio. Sin embargo esta idea fue descartada por dos razones, la primera es que la prioridad era aumentar el alcance de la aeronave y no su velocidad final, y la segunda es que aumentaba la complejidad y el peso en vacío del avión, al requerir dos sistemas de combustible independientes para cada tipo de motor.

Diferencias entre el 85/1 a la izquierda y el 85A con los turborreactores VK-1 auxiliares detrás de los motores de intrados. Créditos a quien corresponda.

Construyendo los prototipos

Mientras el fabricante preparaba los planos de producción, durante la primera parte de 1949, llegó la solicitud de fabricar dos prototipos, los cuales serían denominados 85/1 y 85/2; este último también se lo conoció como 85D (la "D" corresponde al ruso: "дублер" que se traduce como "duplicado" o "backup"). Estas células tenían pequeñas diferencias en su estructura y equipamiento, siendo el primer prototipo completado el 15 de septiembre de 1950.

La primer prueba de rodaje se realizó en las nuevas instalaciones de Tupolev en Zhukovskiy el 14 de noviembre de 1950; pero la segunda recién tuvo lugar el 10 de diciembre. Este lapso de tiempo de casi un mes entre una prueba y otra no tiene mucha explicación; algunas fuentes citan que el problema estuvo en los motores ASh-2K con los cuales estaba equipado, debiendo ser reemplazados por los VD-4K.
Las barquillas de los motores estaban diseñadas para aceptar ambos, por lo que suena razonable que el trabajo de remotorización tomase un mes.

Sea cual fuere la razón, el primer vuelo tuvo lugar el 9 de enero de 1951, con una duración de 31 minutos y fue realizado con el tren de aterrizaje abajo. Tres días más tarde, se realizó el segundo vuelo que duró una hora y 51 minutos, donde se evaluó la estabilidad de la aeronave y el rendimiento de los motores a una altitud de 9,843 ft (3,000 m). 

En esta vista frontal, podemos decir que el Tu-85 se ve amenazante. La aeronave recibió el código de identificación de la OTAN "Barge". Créditos a quien corresponda.

Durante una puesta en marcha en tierra, previa al vuelo del día siguiente, uno de los motores tuvo una avería y debió ser reemplazado. Sin embargo, el vuelo se llevó a cabo sin ninguna novedad. Las pruebas del fabricante realizadas sobre el 85/1 totalizaron las 142 horas y 16 minutos en 59 vuelos y las mismas se extendieron hasta el 20 de octubre de 1951.

A pesar de haber reemplazado los ASh-2K, los cuales fueron una desilusión, los VD-4K no estuvieron exentos de problemas, siendo los blancos de todas las críticas. En el curso de diez meses, los cuatro motores fueron reemplazados por fallas mecánicas.
Otra fuente de críticas era el nuevo radar Rubidiy M-85, el cual dio más de un dolor de cabeza a los ingenieros. Pero a pesar de todos los defectos, la aeronave parecía prometedora, por lo que se decidió seguir adelante con su desarrollo.

Entre el 12 al 13 de septiembre el Tu-85 tuvo su momento de gloria, al realizar un vuelo a una altitud de 26,247 ft (8,000 m) cubriendo una distancia de 6,489 nmi (12,018 km) en 20 horas y 38 minutos llevando una carga bélica de 11,000 lb  (5,000 kg) que fue lanzada sobre un polígono de tiro. El peso al despegue durante esta misión fue de 236,390 lb (107,225 kg), siendo el primer avión soviético en tener un peso al despegue superior a las 220,460 lb (100,000 kg).

Ilustración que muestra la configuración interna del Tupolev Tu-85.
Fuente: Tupolev tomado de: Tupolev Tu-4, Soviet Superfortress.

Paralelamente a las pruebas del 85/1, el segundo prototipo 85/2 o 85D comenzaba a tomar forma. Su construcción había comenzado el 15 de julio de 1950 y para junio del año siguiente estaba listo. El 26 de junio estaba listo para recibir el equipamiento interior y la aviónica.

A grandes rasgos, el 85D, era idéntico al primer prototipo salvo por algunas modificaciones realizadas a partir de las lecciones aprendidas en el 85/1.  En la parte exterior del fuselaje se realizaron las siguientes: Una ventana corrediza había sido instalada en la posición del navegante entre las cuadernas 1 y 1a, las ventanas de un solo paño de la cabina habían sido reemplazadas por otras de doble paño, la bodega de bombas había sido alargada en 50 mm; y finalmente, se agregaron nuevas escotillas, las cuales contenían bengalas luminosas y un malacate para carga de bombas, en la parte del fuselaje entre las cuadernas 26 a 33.

Otras modificaciones incluyeron la ampliación de la superficie vidriada en la posición del artillero de cola, mejorando su campo de visión y de tiro. En la parte superior de esta posición se instaló un pequeño radomo para el radar telemétrico PRS-1 Argon; sin embargo el radar no estaba listo al momento de iniciarse las pruebas de vuelo en el 85D por lo que nunca fue instalado.

La superficie alar fue reducida en 4.5 m², su estructura fue revisada y se eliminaron ciertos elementos para hacerla más liviana. Los flaps fueron rediseñados y el carenado de las barquillas de los motores de intrados fue retocado. El área del timón quedo ligeramente reducida por la instalación del radomo del radar Argon. 

Los motores también recibieron modificaciones, específicamente, su sistema de refrigeración líquida que ahora podía mantener de manera automática la temperatura adecuada del refrigerante. Un tanque de combustible adicional fue instalado debajo del piso del fuselaje; al igual que el sistema de oxigeno gaseoso fue reemplazado por uno de líquido más liviano.
Finalmente, el radar Rubidiy M-85 fue reemplazado por uno más moderno Rubidiy-MM al igual que los generadores eléctricos.

Con todas estas modificaciones, 85D realizó su primer vuelo el 28 de junio de 1951, el cual duró una hora. El programa de vuelos de prueba del fabricante acumuló 55 horas y 14 minutos en 25 vuelos, e incluyó la carga de una bomba FAB-9000.

Todo parecía ir bien

Ambas aeronaves cumplieron con sus programas de vuelo sin ningún inconveniente resultando claro que, con el Tu-85, Tupolev había sido capaz de desarrollar y construir un bombardero estratégico capaz de alcanzar los Estados Unidos. 

Tanto es así, que sin esperar la conclusión de las pruebas, ya se habían comenzado los planes para la producción del avión en las mismas factorías desde donde se ensamblaban los Tu-4. Es decir la Nº22 en Kazan, la Nº23 en Moscú y la Nº18 en Kuibyshev. Pero, el estallido de la Guerra de Corea en julio de 1950 y la posterior participación soviética mediante el envío de escuadrones de MIG-15 y MIG-15bis; arrojó lecciones que serían determinantes en el futuro del Tu-85. 

Desde mediados de 1951, los B-29 de la USAF estaba totalmente a merced de los MIG-15; al punto total que llegaron a ser derribados 12 en un solo día. A partir de ese momento los B-29 fueron relegados a misiones nocturnas exclusivamente.

Para la USAF, resultó más que evidente, que el apogeo de los bombarderos a pistón estaba terminado. Todos los diseños que estaban en desarrollo en ese momento fueron cancelados y el énfasis se puso en los bombarderos a reacción, dando por resultado el Boeing B-52 Stratofortress.
Los mismo ocurrió del otro lado de la cortina de hierro, en la URSS se dio prioridad a aquellos diseños de bombarderos con motor turbohélice o a reacción con un alcance de entre 6,479 a 8,100 nmi (12,000 a 15,000 km) con una velocidad de entre 485 a 540 kn (900 a 1,000 km/h).

Tupolev comenzó a trabajar en lo que más tarde se convertirá en el Tu-95 Bear, propulsado por cuatro turbohélices Kuznetsov NK-12. Mientras que su rival, el OKB Myasishchev trabajaba en el VM-25 (el futuro M-4) impulsado por cuatro turborreactores AM-3.

Al igual que como comenzó la historia del Tu-85, terminó con una directiva del Consejo de Ministros con fecha del 15 de noviembre de 1951 donde se ordenó la cancelación de las pruebas de vuelo y de los preparativos para su entrada en producción. 

Sin embargo, no todo fue en vano. Muchas innovaciones técnicas como ciertos equipos y componentes, la disposición interna de la cabina y las estaciones de los tripulantes, junto con el armamento defensivo fueron conservadas en el futuro Tu-95.

Conocido simplemente como "Proyecto 504", el mismo era un hidroavión basado en el Tu-85.
Créditos a quien corresponda.

En un último esfuerzo por mantener el proyecto a flote, Tupolev, experimentó con la posibilidad de instalar el turbohélice TV-2F (antecesor al NK-12) en el Tu-85; consiguiendo un alcance estimado de 8,639 a 9,179 nmi (16,000 a 17,000 km) con una velocidad máxima de entre 378 a 400 kn (700 a 740 km/h). Pero los resultados preliminares fueron desalentadores y la idea fue abandonada.

Otra idea que exploró el OKB era una versión anfibia basada en el Tu-85, conocida simplemente como "504". El objetivo era obtener un bombardero con capacidad intercontinental que pudiese ser reabastecido por la flota de submarinos soviéticos. El trabajo en el Tu-95 y el progreso de los misiles balísticos terminó archivando la idea.

El Tu-85 será recordado como el último bombardero estratégico  con motores a pistón de la URSS, llegando al final de esta saga donde pudimos ver lo prolífico que resultó el B-29, o más precisamente su copia el Tu-4, del otro lado de la cortina de hierro.

Tres vistas del Tu-85. En la parte superior derecha podemos ver las sutiles diferencias entre el "85/1" y el "85/2", como el radomo del radar Argon sobre el puesto del artillero de cola.
Créditos a quien corresponda.

Características técnicas (Tu-85/1 con motores VD-4K)

• Tripulación: 11 o 12
• Longitud: 39.30 m
• Envergadura: 55.96 m
• Altura: 11.35 m
• Superficie alar: 273.6 m²
• Peso vacío: 120,617 lb (54,711 kg)
• Peso operativo: 167,551 lb (76,000 kg)
• Peso máximo al despegue: 236,538 lb (107,292 kg)
• Planta motriz : 4x Dobrynin VD-4K turbo-compound, refrigerados por líquido de 24 cilindros radiales en 6 bancadas de 4,300 hp (3,200 kW) cada uno al despegue, accionando hélices cuatripalas AV-48.

Rendimiento

• Velocidad máxima: 344 kn (638 km/h) a 33,000 ft (10,000 m)
• Techo de servicio: 38,400 ft (11,700 m)
• Alcance: 6,489 nmi (12,018 km) con un peso al despegue de 236,391 lb (107,225 kg)
• Tasa de ascenso: 3,300 ft/min (17 m/s)

Armamento

• 10x Cañones Nudelman NR-23 de 23 mm
• Carga bélica: 40,000 lb (18,000 kg)

Fuentes de toda la saga "Los primos del Este":

• Gordon, Y. y Rigamant, V. OKB Tupolev: A History of the Design Bureau and its Aircraft.
  Hinckley, RU: Midland Publishing, 2005. 
• Gordon, Y. y Rigamant, V. Tupolev Tu-4: Soviet Superfortress. Hinckley, RU: Midland Publishing, 2002. 
• Gunston, B. Tupolev Aircraft since 1922. Annapolis, Maryland: Naval Institute Press, 1995.