Lockheed Flatbed, el futuro del transporte aéreo que nunca llegó.

Modelo publicitario del Flatbed, se puede ver la configuración básica para el transporte de vehículos militares y en el inserto, transportando contenedores. Los carenados detrás de la cabina además de mejorar la aerodinámica, reducían la formación de hielo en la carga.
Fuente: New-Technology Monster Transports Will Dwarf Today's Jumbo Jets.

"¿Qué se puede cargar en un avión?" Seguramente, esta es una pregunta a la que cualquier entusiasta aviateril fue sometido y la cual siempre es respondida por la siguiente pregunta: "¿Qué tan grande y pesado es lo que hay que transportar?" Esta respuesta contiene los principales factores que limitan las cargas aéreas.

Ahora bien, si quisiéramos diseñar el avión de carga perfecto dónde estos parámetros no fuesen un factor determinante, ¿Cómo se vería? Y esa es la respuesta que motivó a un grupo de ingenieros de la Lockheed y que los llevará a desarrollar el diseño de la entrada de hoy, simplemente conocido como "Flatbed".

La literatura aeronáutica define que albergar en su interior la bodega de carga es una de las funciones principales del fuselaje de una aeronave, junto con la cabina de pasajeros, el cockpit y los diferentes sistemas funcionales.

En los aviones de carga convencionales por lo general, completan su capacidad de carga ("mass out" en inglés) antes de ocupar todo el volumen disponible en la bodega ("bulk out", en inglés) lo que resulta en aviones cargados, pero que vuelan casi vacíos en su interior. 

Esto a su vez genera otro problema desde el punto de vista aerodinámico, la célula de la aeronave se ve obligada a llevar un fuselaje grande sin ninguna razón aparente, agregando peso y resistencia aerodinámica que impacta negativamente en el rendimiento. Sin embargo, no se puede prescindir de una bodega de carga de gran tamaño, es más es un requisito en muchos diseños, ya que son cruciales para el transporte de cargas voluminosas, por más que no sean muy frecuentes.

Configuración general del Flatbed, tal como se presentó en la patente.
Fuente: US Patent Office #4379533A.

¿Qué tal si fuese posible diseñar una aeronave donde su bodega de carga fuese adaptable? Es decir, una célula común pero con una cabina modular del tipo "quita y pon" adaptada al tipo de carga. O en las palabras de los propios ingenieros de Lockheed: Edward W. Caldwell y Rollo G. Smethers quienes plasmaron sus ideas en la patente US4379533A: "Históricamente, los aviones de transporte han sido diseñados específicamente para transportar: o bien carga, pasajeros o cargas de gran tamaño. (...) Los aviones de carga militares, como el C-130 y el C-141, están diseñados para transportar carga y algunos vehículos, pero no carga de gran tamaño como tanques o lanza puentes. El C-5A puede transportar toda la carga de gran tamaño definida militarmente y grandes vehículos comerciales.
Algunos aviones de carga militar más recientes pueden transportar algunos vehículos/equipos de gran tamaño, pero el precio se paga en términos de transportar un fuselaje grande para las pocas veces que se transporta dicha carga de gran tamaño. (...) Por lo tanto, se considera que un avión de transporte ideal es aquel que está diseñado para utilizar un solo fuselaje común para transportar pasajeros, carga y equipos de gran tamaño".

El avión de transporte descrito en esta patente, que será comúnmente conocido como "Flatbed", presenta un diseño modular y adaptable, con una sección delantera compuesta por la cabina de vuelo y una sección posterior, denominada "columna vertebral" (los ingenieros utilizan el termino "backbone" en la patente), diseñada para transportar de forma segura y práctica cargas de diferentes tamaños y formas, incluso aquellas con dimensiones no convencionales o no paletizadas.

Diagrama estructural de la llamada "columna vertebral" o "backbone" del Flatbed.
Fuente: Study of an Advanced Transport Airplane Design Concept Known as FLATBED.

Dicha "columna vertebral" es básicamente una plataforma plana que se extiende desde la parte trasera de la cabina hasta la cola del avión, paralela al suelo en todo momento; resultando en una aeronave que esta a solo 2.13 m de la plataforma.

La cabina de vuelo estaba abisagrada, como la del Guppy, lo que permitía que los camiones con carga u otros vehículos subieran directamente a la aeronave y descargasen. Operación que se facilitaba por la presencia de rodillos retráctiles a todo lo largo de esta plataforma.

A cada lado de esta plataforma de carga se encontraban las alas de implantación baja y perfil supercrítico, a juzgar por los dibujos de la patente, ubicadas a media distancia entre la cabina y los planos de cola, lo que garantiza que el centro de gravedad del avión esté alineado verticalmente con el centro de gravedad de la carga. 

La instalación de los módulos se hacía de manera muy sencilla gracias a la poca altura con respecto al piso que tenía la plataforma de carga, como se puede ver en esta ilustración mientras se carga el módulo de transporte de pasajeros.
Fuente: US Patent Office #4379533A.

En los extrados alares, se ubicaban cuatro motores turbofan CF-56 como los utilizados  en los Airbus A320, Boeing 737 y Boeing KC-135R Stratotanker. También se puede ver en las ilustraciones de la patente que las alas contarían con varias superficies de hipersustentación como flaps y slats.

Parece que se estudiaron dos posibles configuraciones para los planos de cola. En la patente, se puede ver derivas dobles unidas por los planos de profundidad de implantación baja; mientras que en las ilustraciones artísticas distribuidas por Lockheed se ve una cola en "V" o mariposa.

En cuanto a dimensiones, el equipo aspiraba a que sean similares a los del L-1011, del cual también tomaba la cabina de vuelo. Sobre pesos, se estimaba un peso en vacío de 123,429 lb (57,209 kg), optimizado para una velocidad crucero de M 0.82 a 35,000 ft (10,688 m) con un alcance de 2,600 nmi (4,815 km).

Al momento de cargar la aeronave, el operador podía configurarla según sus necesidades pudiendo escoger entre un carenado que se instalaba detrás de la cabina de vuelo permitiendo llevar carga sobredimensionada sobre la plataforma, o bien una cubierta que convertía a la superficie de carga en una bodega cerrada tradicional, y finalmente; una cabina cerrada y presurizada para el transporte de pasajeros.

¿Funcionará?

Los dibujos y los cálculos indicaban que el concepto tenía validez, pero había que realizar un estudio de mayor profundidad. Por este motivo, Lockheed contrató a la NASA para que realizara un estudio más detallado utilizando el túnel de viento de sus instalaciones del Langley Research Center en Virginia.

Se simularon las condiciones operativas en las cuales el avión sería utilizado y para ello se evaluaron diferentes módulos, tanto presurizados como no, así como carga voluminosa transportada directamente sobre el dorso de la aeronave. Esto sería de particular interés para vender la aeronave a la milicia por lo que se tomaron de base dos vehículos militares: el tanque de combate XM-1 (futuro M1 Abrams) y el lanzapuentes M60 AVLB, los cuales pesaban 115,000 lb y120,000 lb (52,163 kg y 54,431 kg) respectivamente.

Antes de comenzar este estudio, el equipo de Lockheed era consiente de que llevar carga externa sin ningún tipo de carenado tendría un impacto negativo en la aerodinámica de la aeronave aumentando el consumo de combustible y el estudio les dio una imagen más clara. 

Con los módulos de carga y pasajeros, el Flatbed demostró ser tan eficiente como los aviones comerciales existentes, consumiendo aproximadamente un 11% más de combustible que un diseño convencional al volar a una velocidad de crucero de M 0.82 en estas configuraciones. 
Se vía que el principal beneficio estaba en el aumento sustancial de la eficiencia de las operaciones de carga y descarga que presentaba este diseño, particularmente en la configuración de pasajeros donde Lockheed incluso proponía revolucionar los viajes.

Tabla comparativa con los diferentes coeficientes de resistencia aerodinámica entre las distintas configuraciones del Flatbed comparadas contra el módulo de carga/pasajeros (segunda fila) la cual se toma de referencia.
Fuente: Study of an Advanced Transport Airplane Design Concept Known as FLATBED.

Al utilizar varios módulos de 180 asientos, los pasajeros podrían abordarlo en el centro de una ciudad a cierta distancia del aeropuerto de salida. Estos podían ser cargados en una formación ferroviaria de corta distancia, al igual que un contenedor, y transportado hasta el aeropuerto donde se cargaría rápidamente en el avión que lo esperaba. Reduciendo significativamente el tiempo que la aeronave permanecía en tierra, aumentando su utilización.

Comparándolo con el modulo de pasajeros, que se consideraba el más aerodinámico, el consumo de combustible aumentaba un 20% a grandes altitudes, mientras que por debajo de los 18,000 ft (5,486 m) aumentaba al 55% al mismo tiempo que reducía la velocidad crucero a M 0.5 o 0.6. 

Los ingenieros propusieron diferentes soluciones posibles para reducir el consumo de combustible. En el momento del estudio, los fabricantes de motores estaban considerando la tecnología de motores “Propfan” que prometían una eficiencia de combustible superior, por lo que se sugirió su uso. También se exploró la posibilidad de implementar el “control de vórtices”, un sistema que introduce succión en el extremo delantero de la plataforma de carga para suavizar el flujo de aire alrededor de la parte trasera de la cabina, reduciendo así la resistencia. 

En líneas generales, es viable...

Más allá de lo poco convencional del diseño, el estudio demostró que era sorprendentemente factible. Esto quedó plasmado en las conclusiones finales del informe de la NASA: "Los resultados del estudio preliminar contemplado en este documento indican que el concepto Flatbed es una configuración de transporte viable. Es técnica y, lo que es más importante, económicamente factible. No se identifican áreas problemáticas sin soluciones".

El informe también destaca que este diseño presenta grandes ventajas como la versatilidad al poder transportar diferentes tipos de carga, la facilidad para carga/descarga, no estar limitados por las dimensiones de las cargas a transportar y: "(...) potencial para la apertura de nuevos mercados (transporte de equipos/vehículos de construcción grandes) (...)".

Desde un punto de vista militar, el informe también llena de halagos al Flatbed, destacando que su adopción masiva por parte de los operadores civiles dotaría a la Civil Reserve Air Fleet (Flota Aérea de de Reserva Civil o CRAF) con la capacidad para transportar absolutamente, cualquier vehículo en inventario en las FFAA estadounidenses, destacando: "(...) la USAF podría transportar todos los vehículos del inventario de una división mecanizada en aviones Flatbed, aproximadamente un 50% más pequeños que un avión convencional diseñado específicamente para transportar la misma carga en términos de peso y dimensiones. Esto significa costos de adquisición considerablemente más bajos y, como se mostró anteriormente, costos operativos más bajos".

La NASA concluye su informe de la siguiente manera: "Se opina que el concepto Flatbed es digno de un estudio adicional, un estudio que podría conducir a un plan lógico para una célula experimental. Por lo tanto, se recomienda específicamente que se implementen los estudios adicionales presentados en este reporte para definir aún más la viabilidad y la capacidad".

Sin embargo y a pesar del espaldarazo dado por la NASA al proyecto, Lockheed no logró materializar al Flatbed, siendo archivado poco tiempo después de la publicación del estudio.

Tres vistas del Lockheed Flatbed, medidas indicadas en metros y pies.
Fuente: Flatbed – The Universal Transport Airplane (#1343).

Fuentes

• Smethers, R. G; Caldwell, E. W; y otros. (Octubre, 1980). Study of an Advanced Transport Airplane Design Concept Known as FLATBED. NASA Contractor Report 159337. National Aeronautics and Space Administration.
  Disponible en: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19800023869/downloads/19800023869.pdf
• Taylor, M. Jane's 1981-82 Aviation Annual. Londres, RU: Jane's Publishing Company Ltd; 1981.
• Smethers, R. G. y Caldwell, E. W. (Abril 12, 1983). Transport Airplane. (US Patent No. 4,379,533A). U.S. Patent and Trademark Office.
  Disponible en: https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/026732819/publication/US4379533A?q=pn%3DUS4379533
• McDowell, J. (Septiembre 19, 2003). The Fizzled-Out Promise of the Lockheed ‘Flatbed’. Flying.
  Disponible en: https://www.flyingmag.com/the-fizzled-out-promise-of-the-lockheed-flatbed/