Nuevos materiales para helicópteros - El programa ACAP, Parte II

El D-292 durante su primer vuelo de prueba. En esta instancia los tripulantes no contaban con puertas.
Fuente: US Army Archives via Wikimedia Commons.

Siguiendo con esta saga dedicada al programa ACAP, esta segunda trata sobre la historia del Bell D-292. Está aeronave fue diseñada siguiendo los mismos requerimientos establecidos por la Aviación del Ejército pero con algunas diferencias frente a la propuesta de Sikorsky.

Al igual que el S-75, el D-292 era una proeza de la ingeniería marcando el camino a las futuras generaciones de helicópteros.

Tras examinar los cinco oferentes, ARTL seleccionó dos diseños para que avanzaran a la siguiente etapa. Uno fue Sikorsky con su S-75, y el otro fue Bell con su diseño D-292.

El proyecto fue separado en tres fases. La fase I dedicada a la definición del diseño y las técnicas de manufactura fue completada a finales de 1982, seguida rápidamente por la construcción de los tres ejemplares (TPA, STA y FTV).

Para la construcción del D-292, Bell tomó un camino similar al de Sikorsky partiendo de una aeronave en producción. En este caso el Bell 222, del cual primero se diseñó una versión "militarizada" en el papel para tener una referencia sobre costos y pesos tomando en cuenta su construcción convencional

A partir de este punto se diseño la aeronave ACAP, conservando el conjunto dinámico, mástil del rotor, rotores, botalón de cola, estabilizador vertical y los motores  Avco Lycoming LTS 101-750C-1 de 684 hp (510 kW) de potencia del Bell 222; integrándolo todo en un nuevo fuselaje construido en materiales compuestos.

Principalmente, se utilizó grafito y una combinación de resina epoxi con fibras de grafito para la célula, mientras que el revestimiento se utilizó Kevlar y fibra de vidrio con epoxi (esta última se utilizó también para las cubiertas de los motores); de manera similar a lo realizado en el S-75. 

Sin embargo, la mayor diferencia estaba en el método de construcción. Bell optó por fabricar el fuselaje en dos mitades de manera longitudinales, siendo moldeadas en moldes de grafito para mantener constantes los indices de contracción durante el curado de las piezas en el autoclave. Una vez listas, ambas mitades del fuselaje fueron unidas utilizando pegamento, creando en la parte trasera un mamparo sobre el que se instalaba el botalón de cola. Un proceso similar al utilizado para armar un modelo en escala.

La ventaja era muy clara, las uniones y el uso de tornillería se reducía al mínimo aligerando la aeronave y reduciendo el costo de fabricación; pero también era mucho más complejo desde un punto de vista técnico lo que provocó que el progreso se ralentizara.

Ilustración artística del Bell D-292, el legado del Bell 222 es bastante evidente.
Fuente: Bell Helicopter.

Originalmente, se preveía que el FTV realizara su primer vuelo en el verano de 1984; pero debido a los retrasos, la fecha fue pospuesta a mayo de 1985. Finalmente, el 30 de agosto de 1985 y con el registro militar 85-24371, el D-292 realizó su primer vuelo desde las instalaciones de Bell en Arlington, Texas; un año más tarde de lo previsto.

El D-292 era baste similar al 222 en su forma, teniendo un peso bruto de 7,525 lb (3,413 kg). La principal diferencia era la configuración del tren de aterrizaje triciclo con dos ruedas principales y una de cola. En su interior, la aeronave contaba con espacio para la tripulación y dos soldados todos sentados en asientos construidos en fibra de carbono y resistentes al impacto.

Los tres ejemplares de D-292 fueron sometidos a las mismas pruebas que los del S-75 demostrando la factibilidad técnica y práctica del uso de los materiales compuestos en un helicóptero. Para julio de 1986, la célula FTV del D-292 había alcanzado las 25 horas de vuelo.

En septiembre de ese mismo año, Bell recibió un contrato complementario para la instalación de una suite de aviónica similar a la del UH-60 en el D-292 para comprobar la resistencia a las interferencias electromagnéticas de la célula.

La célula de ensayos estáticos (STA) fue sometida a descargas de rayos simuladas realizadas por Boeing en sus instalaciones de Seattle.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Rompiendo helicópteros

Parece contradictorio considerar exitoso un programa de desarrollo en donde todos las aeronaves construidas terminaron siendo destruidas, pero el programa ACAP si que lo fue. Ambos fabricantes probaron que el uso de materiales compuestos para construir integralmente la célula de un helicóptero era posible.

La Aviación del Ejército solicitó a ambos oferentes que realizaran una estimación de costos basada en una producción de 1,000 aeronaves a un ritmo de 14 aeronaves por mes y la reducción fue dentro de los parámetros del 17%, con el consiguiente ahorro en el peso del 22%; cumpliendo con las expectativas.

ACAP además trajo la aplicación de muchas tecnologías nuevas que nunca se habían utilizado en una aeronave del Ejército, como el uso de Diseño Asistido por Computadora (o CAD por sus siglas en inglés). Mediante el uso de este software, se diseñaban los diferentes componentes y luego se extraían sus medidas (tomando en cuenta los factores de contracción de las resinas) para cortar los tejidos que luego eran impregnados en la resina.

El uso de las computadoras no se limitó al diseño de la aeronave. A partir del archivo CAD, y usando el programa CADAM se definió todo el proceso de manufactura de los diferentes componentes y el ensamblaje final de las aeronaves. 

Esta secuencia de fotos muestra al D-292 siendo sometido a un crash test en el IDRF de la NASA.
Ambas aeronaves debieron superar un impacto a una velocidad de 42 fps (12,8 m/s), el equivalente a una caída libre desde un tercer piso.
Fuente: Bell tomado de Bell Aircraft since 1935.

Sikorsky, por su cuenta, generó a partir de los datos de manufactura un modelo matemático del S-75 que sería alimentado al software apropiadamente llamado KRASH, que simulaba el comportamiento de la aeronave a diferentes impactos. Otro software, HELISCAT, permitió calcular la sección de radar del helicóptero.

Otra de las innovaciones experimentadas en el ACAP fue el uso de extensivo de la automatización y la robótica en la construcción. Sin embargo, muchas de estas tecnologías no estaban maduras por lo que sus costos no fueron tenidos en cuenta.

Una de las principales preocupaciones del Ejército era la tolerancia a los rayos de estos materiales y ambas aeronaves recibieron impactos de rayos simulados, por ejemplo el D-292 que recibió una descarga de 200 kA y 1.6 MV sin inmutarse.

Con toda la información técnica y de vuelo obtenida, el Ejército continuó con el desarrollo del LHX. Este programa dio origen al Boeing/Sikorsky RAH-66 Comanche, pero su desarrollo se vio envuelto en una de las mayores controversias y escándalos que la industria aeronáutica ha visto hasta ahora; suficiente como para llenar un blog entero.

Tres vistas del D-292. Fuente: Bell Helicopter.

Características técnicas

• Tripulación: 2 
• Longitud (total): 12.32 m
• Altura: 3.40 m
• Diámetro rotor principal: 12.8 m
• Peso vacío: 5,765 lb (2,615 kg)
• Peso máximo al despegue: 7,485 lb (3,395 kg)
• Capacidad: 2 pasajeros
• Planta motriz : 2x turboejes Avco Lycoming LTS 101-750C-1 de 684 shp (510 kW) de potencia al despegue

Fuentes (de toda la saga):

• (Enero 12, 1985). Bell admits ACAP delays. Flight International Vol.127(3942). p.2.
  
• (Septiembre 21, 1985). Bell ACAP takes off. Flight International Vol.128(3978). p.9.
• Good, D. E. y Mazza, L. T. (Marzo 17 - 19, 1988). Advanced composite airframe program: Today's technology. [Conferencia]. 1987 NASA/ARMY Rotorcraft Technology Conference, Moffett Field, California, EEUU.
  Disponible en: https://archive.org/details/NASA_NTRS_Archive_19880007253/mode/1up?q=%22%22Bell+D-292%22%22
• Harding, S. US Army aircraft since 1947. RU: Airlife, 1990.
• Pelletier, A. J. Bell Aircraft since 1935. Londres, Reino Unido: Putnam, 1992.
• Bruce, K. F. Sikorsky S-75. Sikorsky Archives. 
  Disponible en: https://sikorskyarchives.com/home/sikorsky-product-history/helicopter-innovation-era/sikorsky-s-75-advanced-composite-airframe-program-acap/