Boeing-Vertol XCH-62, Parte Primera - La "H" de "Heavy"

Impresión artística del concepto de HLH de Boeing-Vertol, transportando un SAM. Fuente: Boeing. 

Mientras la Unión Soviética construía helicópteros pesados como el Mi-6, Mi-10 y el impresionante Mi-12 (Código OTAN "Homer"); al otro lado del telón de acero, el Ejército de los E.E.U.U. ponía en movimiento su propio programa de desarrollo, conocido como Heavy Lift Helicopter (HLH), para una aeronave similar.

Este programa será el inicio del Boeing-Vertol  XCH-62 una aeronave muy singular la cuál tendrá una historia complicada y, como veremos en esta saga de dos posteos, terminó en controversia.  

La historia del HLH empieza con una caja, para ser más precisos un contenedor de 8' x 8' x 20' de norma MILVAN, siendo el estándar del Departamento de Defensa (DoD). El uso de contenedores para el transporte de mercancías se había extendido rápidamente desde mediados de los años 50 y para finales de los 60, se estimaba que el 90% de la carga comercial en los E.E.U.U. sería transportada por este medio para 1983. 

El DoD fue un defensor temprano de su uso, promoviendo el estándar MILVAN y solicitando a las distintas fuerzas armadas que intensificaran su adopción. Para el Ejército de E.E.U.U. esto representaba una oportunidad y un problema.

Según las estimaciones de la propia arma, el transporte de municiones representaba el 60% (por peso) del total de carga transportada en situación de combate. Transportar municiones, a travez de los E.E.U.U. implicaba una serie de riesgos y limitaciones legales que frenaban el uso de contenedores comerciales para este cometido. Pero mientras el Ejército llegaba a cuerdos con las agencias civiles, el DoD exigía que para 1975, el 75% de los suministros fueran transportados por este medio.

Al tema de los contenedores, se debe sumar una necesidad táctica. El helicóptero más grande operativo en los E.E.U.U. era el CH-47 Chinook, que se encontraba en servicio desde inicios de los 60; con una capacidad de carga de 28,000 lb (13,000 kg). Sin embargo, al otro lado del mundo la U.R.S.S. desplegaba aeronaves como el Mil Mi-26 con una capacidad de 44,000 lb (20,000 kg) o el experimental Mi-12 capaz de transportar entre 55,000 a 88,000 lb (25,000 a 40,000 kg); dejando en vergüenza al CH-47.

Esto llevó a que en 1969 el Ejército redactara sus requerimientos para el desarrollo del Heavy Lift Helicopter (o HLH), teniendo como objetivo desarrollar una aeronave de alas rotativas con capacidad para transportar 23 tn (46,000 lb o 20,865 kg) a una altitud de 4,000 ft (1,219 m) con 95º F (35º C) de temperatura y a una distancia de 100 nmi (185 km); la taza de ascenso en vuelo estacionario bajo efecto suelo (Hover IGE) debía ser de 500 ft/min (2.54 m/s). 

La principal carga del HLH serían un contenedor MILVAN de 20' totalmente cargado (pesando 22,4 tn, 44,800 lb o 20,320 kg), o una diversidad de equipo que podía ir desde un vehículo de combate de infantería, una pieza de artillería autopropulsada, secciones de puentes, un bulldozer o artillería antiaérea.

Un Sikorsky CH-54 Tarhe perteneciente al 335th Aviation Company transporta un contenedor MILVAN de 20' en 1973. Para esta época el Ejército era dueño de 6,700 de estos contenedores.
Fuente: Vertilife, Marzo/Abril 1974

Para la Armada el concepto de HLH no era nuevo. En 1967 el arma había formalizado un requisito operacional apuntado a ampliar la movilidad táctica y la logística durante las operaciones de desembarco. Desde su punto de vista, el HLH ideal debía ser capaz de operara desde barcos, contar con una capacidad de carga de 18 tn (36,000 lb o 16,329 kg) al nivel del mar con 90º F (32º C) como mínimo.

Más tarde, se recomendó perseguir una aeronave más pesada con capacidad de 25 tn (50,000 lb o 22,679 kg), siendo posible utilizarla para transportar contenedores totalmente cargados y otro equipo militar; especialmente en puertos con poca infraestructura. En agosto de 1969, la Armada solicitó autorización al DoD para la redacción de la solicitud de propuestas (RFP) a los fabricantes para el HLH.

Para el Congreso, ambas solicitudes eran similares y podían ser satisfechas con un diseño común. El DoD fue instruido a realizar un estudio exhaustivo sobre este asunto y concluyó que no había manera de diseñar una aeronave que satisficiera el requisito mínimo del Ejército mientras operase desde un buque.
El problema radicaba en que un HLH del tamaño y peso necesario para transportar ese tonelaje resultaría muy grande para operar desde los buques de asalto anfibios de la Armada.

Trabajado juntos

A principios de los 70, se formó un comité de trabajo conjunto entre la Armada y el Ejército para estudiar la factibilidad de un diseño de HLH en conjunto. Este comité llegó a la misma conclusión que el DoD; lo que era bueno para el Ejército, no servía ni a la Armada, ni al USMC. 

El Congreso insistió con la propuesta de un diseño conjunto y finalmente el DoD, en septiembre de 1970, aprobó un programa de desarrollo para el desarrollo conjunto del HLH. La aeronave debía ser un compromiso entre ambos requerimientos y se decidió comenzar con el desarrollo de los componentes cruciales de manera individual antes de integrarlos todos en un solo diseño. Muy a pesar de los marinos, el Ejército fue seleccionado como el administrador del programa, designando al General de Brigada Jerry B. Laurel como máximo responsable.

Debido a las presiones políticas, el Ejército acepto la propuesta del DoD de reducir sus requerimientos y conformarse con un helicóptero que pudiese llevar 22.5 tn al nivel del mar y con 95º F, buscando de esta manera un diseño que cupiese en los buques de la Armada.

A pesar de esto, las estimaciones daban por resultado una aeronave que seguía siendo muy grande y simplemente no entraba en los hangares de los buques clase LHA y LPH; viendo el vaso medio lleno, la aeronave podía operar desde las bases de la Armada sin problemas.

Siguiendo el viejo refrán de "No pongas todos los huevos en una canasta", la Armada tenía una aeronave que cumplía con todos sus requerimientos y que se encontraba en fase de estudio, incluso antes del programa HLH, y era el Sikorsky CH-53E Super Stallion, el cual cumplía con los requerimientos y su tamaño le permitía operar sin problemas desde los buques.

Uno de los primeros diseños presentados por Boeing-Vertol sobre el HLH, publicada en la revista Flight International, sin embargo se pueden ver ciertos elementos que serán conservados en el diseño definitivo como la disposición de los motores, las barquillas para el tres de aterrizaje y la cabina para el piloto auxiliar. Fuente: Flight International, Julio 13, 1972.

Sin dar el brazo a torcer, la Armada insistió con que el diseño conjunto no tenía ninguna razón de ser y que los obligaba a invertir su presupuesto en una aeronave que no podían utilizar. El DoD les aseguró que el diseño seleccionado cumpliría con los requerimientos mínimos de ambas fuerzas y se considerarían otras versiones en el futuro.

Noviembre de 1970 marcó un punto de inflexión en el programa HLH, cuando el Ejército hizo público el RFP a todos los fabricantes, haciendo hincapié que los fabricantes se tenían que ceñir a ciertas limitaciones en cuanto a pesos y dimensiones para poder operar desde los LHA.

En febrero de 1971, el Ejército recibió propuestas de cinco fabricantes. La Junta de Evaluación de Ofertas (la cual presidía) determinó que los diseños de Boeing-Vertol y Sikorsky cumplían con las limitaciones de peso y dimensiones establecidos en el RFP. Sin embargo, el Consejo Asesor de este órgano estuvo totalmente en desacuerdo y argumentó que ninguno de los diseños propuestos era totalmente compatible con el LHA desde un punto de vista operativo. Aunque dejó la puerta entreabierta al afirmar que el diseño de Boeing-Vertol era el que más se acercaba.

Tomando una decisión salomónica el DoD otorgó, en junio de 1971, un contrato para desarrollar los componentes críticos del HLH a Boeing-Vertol bajo el paraguas del programa Advance Technology Component (o ATC) y al mismo tiempo autorizó a la Armada proseguir con el desarrollo del CH-53E, como una aeronave de transición. Notificando al Congreso de su decisión.

Otra ilustración artística del HLH realizada por Boeing-Vertol, comparada con la de más arriba esta es más refinada. Se pueden ver dos detalles interesantes, el contenedor de 40' con combustible y el Boeing-Vertol YUH-61 reapostando en la esquina inferior derecha. Fuente: Boeing.

Si bien esto no fue bien recibido por el Congreso, la Armada insistió y finalmente en noviembre de ese año recibió la autorización formal para desarrollar el CH-53E, limitando a dos la cantidad de prototipos a construir. 

Nuevamente, el Congreso no estaba para nada de acuerdo e instruyó al DoD a que revisara el diseño del HLH seleccionado por el Ejército para hacerlo más adecuado a las operaciones navales. La realidad es que el DoD nunca estuvo de acuerdo con unificar ambos requerimientos en un diseño único y para 1973 no había hecho nada de lo indicado por el Congreso. Es más, ciertos componentes como las palas del rotor principal plegables, y que eran indispensables para operar una aeronave desde los buques fueron completamente eliminados del ATC. 

El CH-53E seguirá su desarrollo y volando por primera vez en 1974; ingresando al servicio activo en 1984. La Armada y los Marines adquirieron en total 177 unidades. Actualmente, el USMC los está reemplazando con una versión mejorada llamada CH-53K King Stallion.

Nada más definitivo que una solución transitoria. El primer YCH-53E (BuNo 159121) durante su primer vuelo el 1 de marzo de 1974. Fuente: US Navy vía Wikimedia Commons.

Paso a paso...

En la superficie, la propuesta de Boeing-Vertol era bastante convencional con dos rotores de cuatro palas en tandem, un fuselaje esbelto de "grúa aérea" que contenía la cabina de pilotaje con una tripulación de cinco (piloto, copiloto, mecánico de vuelo, jefe de carga y un operador). Bajo la cabina, se encontraba una pequeña cabina desde donde el operador de carga podía pilotar la aeronave viendo la eslinga, de la misma manera que en el Sikorsky S-64/CH-54. Detrás del cockpit, se encontraba un cabina de pasajeros que podía llevar hasta 12 soldados equipados.

El fuselaje de 27.2 m de largo, se encontraba a 4.3 m del suelo. Suficiente espacio para rodar por encima de un contenedor para ser izado. Y estaba firmemente apoyado en un tren de aterrizaje triciclo con ruedas duales. El fuselaje también contenía los tres motores que moverían a este titán.

La miríada de nuevas tecnologías y componentes que Boeing-Vertol tenía que desarrollar para el XCH-62 era un esfuerzo tan grande como el aparato en sí. Como se mencionó anteriormente, dicho desarrollo estaba enmarcado dentro del contrato ATC; que incluía el conjunto dinámico, un sistema de control fly-by-wire, el sistema para manejo de la carga y el motor para la bancada de pruebas del conjunto dinámico (o DSTR por sus siglas en inglés), siendo Allison la empresa elegida para este cometido. Este motor sería la base para desarrollar el que equiparía al XCH-62 de serie.

Para el Ejército el desarrollo de los componentes críticos por separados para luego integrarlos en un prototipo funcional; disminuía los riesgos de desarrollo, reducía los retrasos en el desarrollo, se ganaba experiencia en la producción de estos componentes y por sobre todas las cosas, se obtenía una perspectiva de costos realista.

Lo primero fue desarrollar una célula de experimentación y ensayos en vuelo. Boeing-Vertol tomo un CH-47A (s/n B-164, registro US Army 65-07992) y lo modificó extensivamente hasta convertirlo en el BV-347. 

Modificado a partir del CH-47A, registro 65-07992, el BV-347 sería crucial para evaluar componentes críticos para el HLH como el sistema fly-by-wire.
Fuente: San Diego Air and Space Museum Archive vía Flckr.

Entre las modificaciones realizadas, se puede mencionar: Una extensión del fuselaje de 2.79 m,  tren de aterrizaje retráctil, rotores de cuatro palas las cuales eran 76 cm más largas que las del CH-47D; y el pilón de cola era 76 cm más alto que en el helicóptero de serie.

Una de las modificaciones más inusuales aplicadas al BV-347 fue la instalación de un ala, operada hidráulicamente, provista de flaps que actuaban de acuerdo a la carga aerodinámica, lo que permitía controlar el ángulo de ataque durante toda la envolvente de vuelo. Esta ala era desmontable y estaba instalada en la parte superior y al centro del fuselaje para aumentar la sustentación generada por los rotores.

Otra de las modificaciones inusuales era la instalación de una góndola retráctil, detrás de la cabina que contaba con todos los controles de vuelo y permitía volar la aeronave mirando directamente la carga en la eslinga.

Sin embargo, la modificación más importante llevada a cabo en el BV-347 era la instalación de un sistema de control fly-by-wire sin respaldo mecánico; siendo la primer aeronave de alas rotativas con esta característica. 

Corte transversal del XCH-62 donde se puede ver los componentes principales evaluados en el contrato ATC. Fuente: Heavy Lift Helicopter - Prototype Technical Summary.

Con respecto a la motorización, el BV-347 utilizaba los Lycoming T55-L-11 que le daban una velocidad máxima superior a los 180 kn (333 km/h). La aeronave realizó su primer vuelo el 27 de mayo de 1970 en las instalaciones de prueba de Vertol cerca de Eddystone, Pensilvania.

El Comando de Sistemas Aeronáuticos del Ejército se encargó de evaluar la aeronave en un programa que se extendió desde el 3 al 11 de abril de 1972. Durante estas evaluaciones se llegaron a varias conclusiones.

Para empezar, la presencia de las alas no afectaban el rendimiento en vuelo estacionario fuera del efecto suelo (Hover OGE) y que el BV-347 requería menos potencia que un CH-47C de serie para realizar esta maniobra. De la misma manera, se encontró que las alas mejoraron el rendimiento en vuelo nivelado con un peso bruto de 54,000 libras (24,494 kg).

Con respecto al manejo, las alas no tenían ninguna incidencia. Lo que si representó una ventaja fue el sistema de comando fly-by-wire, manteniendo la estabilidad horizontal de la aeronave estando plenamente cargada. De esta manera, el piloto no necesitaba compensar continuamente para mantener la velocidad ni la actitud de la aeronave, solo requiriendo pequeños ajustes al transicionar de vuelo vertical a horizonal.

Tras terminar su evaluación, el BV-347 fue reservado, mientras que Boeing-Vertol se dedicó a los componentes comprendidos por el contrato ATC. 

...y parte por parte

Tras ser elegida como proveedora del motor para el DSTR, Allison (Nota del autor: En esa época, la empresa se conocía como Detroit Diesel Allison Division de General Motors o DDAD) se puso a trabajar en el motor tomando como base el turboeje 501-M62B, siendo a su vez un derivado del turbohélice T56 (utilizado en el C-130 Hercules y P-3 Orion). Este nuevo motor paso a denominarse XT701-AD-700 y era capaz de desarrollar 8,079 shp (6,025 kW)  nivel del mar en condiciones normales. 

Tres de estas unidades estarían instaladas en el XCH-62, esta configuración era un compromiso entre los requerimientos de potencia previstos en el diseño ante la falla de un motor, el costo operativo y la disponibilidad de motores en el tamaño requerido. 

Los tres motores estaban engranados a una caja reductora combinada la cual distribuía la potencia hacia los dos rotores. Para disminuir el peso, tanto de los motores como de los ejes, se optó por una velocidad de giro relativamente alta de 11,500 rpm.

Una de las palas desarrolladas para el HLH, en el inserto se puede ver un corte transversal.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Tan importante como el motor, era el sistema dinámico del rotor. Boeing-Vertol fue capaz de desarrollar un sistema que garantizaba 3,000 horas MTBR (Mean Time Between Repairs), incorporaba un sistema dual de lubricación y refrigeración (reduciendo la necesidad de tuberías y radiadores de aceite), un carter autosellante y un sistema secundario que aseguraba un grado de lubricación mínimo en caso de perdida total de aceite.

Utilizando una nueva aleación de acero, llamada Vasco X-2, los engranajes de dicho sistema aseguraban una gran resistencia al desgaste, incluso con poca lubricación. Otro punto a destacar era el perfil de los dientes de los engranajes que reducían el ruido y las vibraciones.

Claro que sin palas, el rotor no funcionaba y los ingenieros lograron algo extraordinario al desarrollar las palas de rotor de material compuesto, construido en fibras de vidrio y de carbono, más largas hasta ese momento con un largo de 13 m, una cuerda de 1 m y un peso de 750 lb (340 kg). 

Cada pala estaba construida partiendo de un larguero de perfil "D" realizado en fibra de vidrio, con un sistema neumático que servía para detectar potenciales fallas. El borde de ataque estaba revestido en titanio y tenía un perfil de nickel sacrificable y como protección ante impacto de rayos siendo fácilmente reemplazable. El interior de la misma era conformado por un panal de abejas de nomex.

La unión con el mástil era por medio de juntas elastoméricas, reduciendo el mantenimiento, ruidos y vibraciones. 

Debido a que ambos rotores eran iguales, Boeing-Vertol, construyó un set completo con sus palas para ser instalado y probado en el DSTR, el cual fue construido en Fort Dix, Nueva Jersey.
Tras cumplir con 400 horas de ensayo en banco, Allison entregó cuatro ejemplares del XT701, para ser evaluados junto con los otros componentes.

Tomando como referencia el hombre de la foto, uno puede ver las dimensiones del XCH-62. La foto fue tomada en las instalaciones de Boeing-Vertol cerca de Filadelfia. Fuente: Vertical Flight Society

Crucial para el éxito del XCH-62 en el rol de HLH era el sistema para izar la carga, La aeronave sería construida alrededor de un sistema neumático que permitía mover las cargas a alta velocidad. El uso de aire comprimido, en lugar de fluido hidráulico se debía a los riesgos de incendio asociados con este último.

Aire sangrado de los motores serían utilizados para mover dos turbinas que a su vez, moverían los dos guinches del sistema. El uso de dos puntos de suspensión mejoraba la estabilidad longitudinal de la aeronave al mismo tiempo que aumentaba su productividad.

Los guinches estaban ubicados sobre unos rieles lo que permitía variar su separación de acuerdo al largo de la carga a izar. Si bien se hacía hincapié en el contenedor MILVAN, el XCH-62 sería compatible con los contenedores comerciales de 20' y 40'. 

Se construyó un banco de pruebas especial para probarlo, denominado Cargo Handling Rig o CHR el cual consistía en una torre de 21 m de altura en las instalaciones de Vertol, terminada en 1973. El CHR integraba los guinches, el sistema neumático y los controles para operarlo.

Vienen los problemas

La confianza en los avances del programa era tal que en enero de 1973 se firmaron dos contratos. Uno con Boeing-Vertol para la construcción de un prototipo, y otro con Allison para el desarrollo del motor que sería utilizado en las pruebas de vuelo, a su vez derivado de la planta motriz utilizada en el DSTR.  

Básicamente, este primer ejemplar tenía como fin probar en el aire todos los componentes que habían sido construidos y ensayados por separado, demostrar que se podía izar y transportar una carga de 22.5 tn, permitir una evaluación temprana (y a bajo costo) del prototipo por parte del gobierno, validar las soluciones implementadas y su costo como etapa previa al programa de producción.

Otro de los aspectos que iban a ser evaluados era el mantenimiento y una impresión general de la aeronave desde el punto de vista del usuario final.

Boeing-Vertol incluyó componentes adicionales que no habían sido evaluados en un principio, por un lado era el nuevo material de la célula, construida en un panal de abejas de aluminio, el tren de aterrizaje y otros subsistemas que no estaban encuadrados en el ATC original.

El prototipo del XCH-62 junto a un CH-47D Chinook, la diferencia de tamaños es impresionantes. La foto fue tomada antes de que el XCH-62 fuese trasladado al US Army Aviation Museum.
Fuente: Eric Hunt vía Vertical Flight Society

En octubre de 1974, el Ejército se vio obligado a hacer una nueva estimación de la fecha del primer vuelo, considerando que las pruebas relacionadas con el ATC iban a estar terminadas en abril de 1975, realizando el primer vuelo entre marzo y octubre de 1976; casi un año más tarde de lo estimado originalmente.

A pesar del progreso, la realidad es que el programa acumulaba retrasos y sobrecostos por lo que en agosto de 1975 se dió por terminado el programa de desarrollo y se canceló el programa de producción; efectivamente cancelando el proyecto XCH-62. Boeing-Vertol argumentó que el prototipo (que ya había recibido el registro 73-22012) se encontraba construido en un 95% y que necesitaba solo tres meses más para terminarlo, hacer los últimos chequeos y dejarlo listo para el primer vuelo. 

Paralelamente a la construcción del prototipo, hubo un traspié en el DSTR. La transmisión fallaba estrepitosamente cuando eran sometidas al 100% de la potencia. Tras detenerse un minuto a analizar cual era el problema, se determinó que no se había tenido en cuenta la deformación de los engranajes durante los cálculos predictivos, producto de las vibraciones y de la carga recibida por cada diente. 

Se decidió cambiar el método de cálculo utilizando el método de elemento finito. Gracias a esto se pudieron aplicar cambios en la producción de estos elementos. Lamentablemente, los engranajes mejorados no estaban disponibles inmediatamente, por lo que se decidió continuar con la evaluación limitando la potencia entre el 60 y 70% de lo requerido; solo se pudo probar la transmisión al 100% de potencia poco tiempo antes de que el Congreso cortara la financiación del proyecto.

Finalmente, el único XCH-62 fue preservado y almacenado; quedando así hasta 1983, cuando en un esfuerzo conjunto entre el Ejército, la NASA y DARPA intentaron resucitar el programa con intenciones de terminar la aeronave y someterla a una serie de pruebas de vuelo; solicitando una partida presupuestaria de U$S 71 millones (más de U$S 167 millones actualmente) hasta el año fiscal de 1989. 

No hubo caso, los fondos nunca fueron asignados y la aeronave permaneció almacenada hasta su donación al US Army Aviation Museum localizado en Fort Rucker, Alabama en 1987. Allí sería donde la historia de esta increíble aeronave terminó en controversia, pero esa será la historia del siguiente posteo.

Tres vistas del XCH-62, medidas expresadas en pies.
Fuente: Heavy Lift Helicopter - Prototype Technical Summary.