Kippflügelprojekt - El avión de transporte VTOL MBB Bo 140

Representación artística del Bo 140M (Militarishce, "Militar" en castellano) despegando desde una base avanzada.
Fuente: Messerschmitt-Bölkow-Blohm.

"Kippflügelprojekt", una palabra alemana que traducida significa, literalmente, "diseño de ala basculante". Como se puede inferir, se trata de un proyecto VTOL producto de una combinación de factores como la congestión de los aeropuertos locales, la necesidad de un transporte táctico militar y la introducción de la nueva tecnología de vuelo vertical.

Justamente, Alemania Federal fue uno de los países lideres en el desarrollo de esta tecnología producto de sus condiciones geográficas y operativas particulares. Esta necesidad fue la chispa que encendió una carrera entre los fabricantes aeronáuticos por satisfacerla. Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) era una de ellas, y el "Kippflügelprojekt" era su propuesta, conocida oficialmente como el avión de transporte Bo 140.

Con las heridas de la guerra casi cerradas, Alemania Federal había encontrado su lugar dentro de la nueva Europa de postguerra. El país vivía una época de prosperidad económica que solo podía describirse como un milagro.

La industria de aviación germana sufrió la misma devastación que el resto del país, permaneciendo en soporte vital hasta que se levantaron las restricciones para el desarrollo de aeronaves a mediados de los cincuenta. Recién ahí, los industriales comenzaron a imaginar cazas avanzados como el Heinkel He 031 Florett.

De todas las tecnologías innovadoras desarrolladas durante la contienda, el despegue y aterrizaje vertical (VTOL) era la que más emocionaba a todos, tanto el alto mando de la reciente renacida Luftwaffe, como a los ingenieros alemanes; especialmente por su aplicación militar en el contexto de la Guerra Fría.

El VTOL entusiasmaba a los ingenieros por sus posibles aplicaciones civiles. ¿Qué línea aérea no estaría interesada en un avión de pasajeros que pudiese despegar desde cualquier lado, incluso desde el centro de una ciudad? Este sueño parecía estar al alcance de la mano ya que los altos costes de desarrollo serían financiados directamente por los programas militares. 

Sin embargo, había algunos baches en el camino. El principal medio para obtener sustentación durante la fase vertical o estacionaria del vuelo era mediante el uso de motores de sustentación. Básicamente, turborreactores colocados perpendicular a la línea central de la aeronave que generaban el empuje suficiente para despegarla del suelo. Cruda, pero indudablemente efectiva, esta solución era ampliamente adoptada por varios constructores como en el FIAT G.95 o en el EWR / Fairchild Republic AVS. 

Sus detractores destacaban tres inconvenientes con este concepto. El primero era el enorme gasto de combustible, lo que impactaba el alcance de la aeronave. Segundo, el ruido ensordecedor que generaba una batería de por lo menos cuatro de estos funcionando a plena potencia junto con los motores principales de la aeronave y tercero; el hecho de que representaban un peso muerto durante toda la fase de vuelo horizontal, nuevamente impactando en el alcance y capacidad de carga.

Estas voces críticas eran rápidamente silenciadas, especialmente desde el ámbito castrense. Sacrificar alcance y carga bélica por la flexibilidad operativa de desplegar el caza desde cualquier lado en proximidad de la línea de frente, o incluso en contacto directo con el enemigo; bien valía la pena.

El consumo de combustible y la contaminación sonora eran temas que, a principio de los 60, no estaban en la mente, o agendas, de muchas personas. Especialmente, con el abundante petróleo barato proveniente principalmente de Medio Oriente, el posible agotamiento de los recursos simplemente no era una preocupación.

A pesar de que para los militares era irrelevante, los operadores civiles siempre consideraron al consumo y eficiencia de combustible un factor crítico para asegurar márgenes de ganancia tan finos que se podían medir en milímetros, en lugar de porcentajes.

Tanto la Vereinigte Flugtechnische Werke (VFW), como, Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB), eran conscientes de esta limitación y habían llegado a la conclusión de que para que un avión comercial VTOL resultara razonablemente económico y más silencioso debía estar equipado con turbohélices. La única manera de combinar estos motores con el vuelo VTOL era mediante el uso de alas basculantes, un concepto utilizado por primera vez en el Weserflug WP 1003 de 1938.

En mayo de 1969, el Ministerio de Defensa de Alemania Federal y la línea aérea Lufthansa lanzaron de manera conjunta una licitación para la adquisición de un nuevo avión VTOL de transporte con una capacidad de entre 80 a 100 pasajeros. Esto no respondía a una necesidad actual y apremiante, más bien su objetivo era inyectar nueva vida, y capitales, al programa VTOL alemán que tras participar en los fallidos Dornier Do 31, el VAK 191 B y el VJ 101 habían llegado a un punto muerto. ADemás, había un miedo real que la industria alemana perdiera la posición aventajada de la que gozaba en este campo frente al Reino Unido, EEUU y Francia.

Expandiendo los límites verticales

Los fabricantes recibieron una serie de requerimientos de diseño bastante generales. Para empezar, la aeronave debía entrar en servicio entre 1977 y 1978 pudiendo ser motorizada únicamente con motores que estuviesen en producción, o si se encontraban en desarrollo, listos para ser instalados en una célula prototipo en 1975.

Debían presentarse dos configuraciones de fuselaje. Una para uso netamente militar como transporte táctico con capacidad para transportar entre 80 a 100 paracaidistas o 22,046 lb (10,000 kg) de carga. Equipada con una rampa de carga de, por lo menos, 2.29 m de alto y 2.5 m de ancho.
La segunda, sería una versión comercial con una capacidad de entre 80 y 100 pasajeros (se estimaba cada uno con un peso de 165 lb o 75 kg), junto con 10 ft3 (170 cm3) de equipaje por pasajero.

En cuanto al alcance en vuelo VTOL, se esperaban al menos 434 nmi (805 km) para la versión militar con la mitad del trayecto realizado a baja cota; o bien dos tramos de 170 nmi (315 km) cada uno sin reabastecimiento volando a baja cota durante la mitad del tiempo. Adicionalmente, se esperaba que el 50% de las operaciones serían STOL para aumentar el alcance. La reserva de combustible debía ser del 10% o 30 minutos.

La versión civil, por su parte, tendría un alcance VTOL de 434 nmi o dos tramos de 170 nmi y no se esperaba que operase STOL. Nuevamente, se esperaba una reserva de por lo menos el 10%, más 30 minutos de espera a 1,500 ft (4,572 m).

Luciendo los colores de Lufthansa, aunque sin mencionarla, esta representación artística muestra al Bo 140Z atareado volando sobre una gran metrópoli. La idea de operar aeronaves VTOL desde los centros de las grandes ciudades estaba en boga durante la década de los 60.
Fuente: Messerschmitt-Bölkow-Blohm.

Sobre velocidades máximas, la licitación especificaba entre 295 a 304 kn (547 a 563 km/h) al nivel del suelo para la versión militar; mientras que la versión civil debía tener una velocidad operativa normal (Vno) superior o igual a 417 kn (772 km/h) TAS. 

En la versión militar, se esperaba que la cabina estuviese presurizada hasta los 30,000 ft (9,144 m) siendo este su techo de servicio; mientras que en la versión civil se especificaba uno de 15,000 ft (4,572 m) con un solo motor al 90% del peso de despegue vertical y en condiciones ISA +10º C.

Para finalizar, la licitación hacía un par de características distintivas para cada versión que los fabricantes debían cumplir. Para la versión civil, se esperaba una tripulación de cinco (piloto, copiloto y tres TCPs) junto con un costo por asiento ofrecido por milla (CASM en inglés) sobre un tramo de 200 nmi (230 mi o 370 km) que no podía exceder el 50% del de un Boeing 737-100. 
Mientras que para la versión militar se esperaba capacidad todo tiempo, adaptación para operar desde pistas de pasto y ayudas para la carga y descarga de equipo.

Cuatro empresas respondieron al llamado a licitación, Dornier con el Do 231, VFW con los VC 180 y VC 500; y finalmente, el grupo MBB que presentó dos ofertas: el HFB 600 de la recientemente adquirida Hamburger Flugzeugbau y por parte de la casa matriz, el Bo 140.

Especialistas en vuelo vertical

MBB aprovechó el proyecto para llevar a la práctica su tesis de que una aeronave de alas basculantes y turbohélices era la mejor manera de solucionar el problema. Para ello, dejaron el liderazgo del proyecto Bo 140 a su división de helicópteros quiénes venían estudiando la mejor manera de combinar rotores, conjuntos dinámicos y sistemas de control para una aeronave VTOL. En este campo, la firma alemana se había beneficiado de intercambios técnicos con la norteamericana Boeing-Vertol, por lo que tenía una buena base para comenzar el desarrollo.

La planta motriz sería el turbohélice General Electric GE1/S1A-1T de 11,400 hp (8,385 kW) cada uno; engranados a hélices tripalas de 8.23 m de diámetro. Solo para comparar, las hélices Hamilton Standard de un C-130H miden 4.1 m de diámetro. Un sistema de ejes que atravesaban el borde de ataque del ala distribuían la potencia generada por los cuatro motores entre todas las hélices, de esta manera si uno de los motores fallaba el mismo era desconectado por medio de un embrague automático sin detener el giro de las hélices.

Con una envergadura de 35 m las alas, de implantación alta y forma trapezoidal, estaban construidas con cinco tanques de combustible integrales a su estructura, con una capacidad total de 3,339 US Gal. (12,638 L). En la versión militar, esto podía ampliarse con la instalación de cuatro tanques suplementarios de 528 US Gal. (2,000 L) bajo las alas, hasta alcanzar un total de 5,099 US Gal. (20,638 L).  

El fuselaje del Bo 140 era bastante convencional, con una capacidad de 80 pasajeros en 3+3 con una separación entre asientos de 69 cm entre filas para la versión civil. Bajo el piso de la cabina se encontraban las bodegas de carga, la delantera de 4.39 m3 y la trasera de 10,05 m3.
Un aseo para los pasajeros estaba ubicado a la mitad del pasillo, mientras que en la cola había un galley para la preparación de refrigerios. 

La versión militar difería de la civil principalmente por la compuerta de carga en la parte trasera y la capacidad para llevar 90 paracaidistas sentados en los laterales del fuselaje en asientos plegables. Según las imágenes que fueron distribuidas en la prensa especializada, esta variante contaría con un tren de aterrizaje principal de dos bogies de cuatro ruedas, mientras que la versión civil contaría con un bogie de dos ruedas.

Durante el despegue y el aterrizaje vertical, las alas pivotaban hasta los 90º con respecto a la linea longitudinal de la aeronave. Esto se lograba gracias a dos actuadores hidráulicos que eran alimentados por uno de los dos sistemas principales de la aeronave. Un tercer sistema era alimentado por la APU ubicada en la cola y funcionaba en emergencias. Los actuadores estaban diseñados de manera tal que uno solo era capaz de pivotar el ala.

Esquema de operación de las superficies hipersustentadoras del Bo 140. (A) Flaps retraídos durante el vuelo horizontal. (B) Flaps y slats extendidos, con los primeros actuando como alerones durante el vuelo horizontal. (C) Flaps extendidos, posición neutral en VTOL. (D) Deflección de flaps para control de guiñada en vuelo VTOL. (E) Flaps extendidos, vuelo horizontal.
Fuente: New German V/STOL Projects.

Uno de los puntos clave del diseño del Bo 140 era su sistema de control. Las alas contaban con flaps de doble ranura a todo a lo largo del borde de salida, los cuales podían funcionar al unísono o de manera opuesta. En la sección externa de las semialas los flaps actuaban como los alerones, mientras que el borde de ataque contaba con slats. En la parte superior del ala, había un spoiler y en la inferior deflectores. Al igual que los flaps estos recorrían todo el borde de fuga.

A las superficies móviles de las alas, había que sumar las hélices que ofrecían control colectivo y cíclico durante el vuelo vertical, al igual que en un helicóptero. El Bo 140 contaba con planos de cola convencionales, con una amplia deriva y planos horizontales de implantación media los cuales se pivotaban junto con las alas pero a un menor ángulo.

Durante el vuelo estacionario y con el ala a 90º, los flaps eran extendidos hacia atrás permaneciendo paralelos a la cuerda del ala, totalmente expuestos a la corriente de aire de las hélices. El control de guiñada se realizaba mediante la deflacción opuesta de los flaps, asistidos por el spoilers y deflectores. El control de rolido se realizaba netamente con empuje asimétrico de los motores de las bandas de estribor y babor; mientras que el cabeceo era con el control cíclico de los motores al unísono.

La parte difícil era durante la transición del vuelo vertical al horizontal, donde a medida que el ala volvía a su posición natural el control de guiñada pasaba a los motores variando asimétricamente su empuje hasta que la velocidad horizontal aumentaba recobrando la autoridad del timón progresivamente. El control de rolido se recuperaba de manera opuesta a la guiñada dando más autoridad al timón primero. Mientras que los alerones asumían el control de cabeceo a medida que la velocidad de la corriente de aire los cargaba aerodinámicamente. Una vez en vuelo horizontal, el Bo 140 se controlaba como una aeronave convencional.

Una cuestión de números

Claramente, MBB tenía una ventaja. La absorción de Bolkow los había convertido en el líder indiscutible del vuelo vertical en territorio alemán, pero el problema vino al momento de presentar la factura.

Según sus estimaciones, el desarrollo del Do 140 costaría DM 580 millones, unos U$S 157.2 millones de esa época (más de U$S 1,300 millones actualmente) sin contar los motores que estaban en desarrollo. Este valor solo cubriría los costos de desarrollo hasta el primer vuelo de la aeronave, lo que requeriría del desembolso de DM 1,000 millones o U$S 274 millones (un poco más de U$S 2,400 millones actualmente) adicionales. 

Avanzar hacia la producción en serie, iba a requerir de otros DM 1,900 millones, o U$S 516 millones (U$S 4,555 millones actualmente), eso sin contar los costos de desarrollo del motor, para los cuales se deberían sumar otros DM 2,000 millones o U$S 543 millones (casi U$S 4,800 millones actualmente).

La factura de MBB no era la única abultada y mientras el comité de evaluación del gobierno alemán se reunió para evaluar las propuestas, el costo era un factor que pesaba sobre las cabezas de sus miembros junto con cuestiones más prácticas como la factibilidad de los sistemas de propulsión presentados por cada fabricante, la seguridad operativa y la estabilidad de cada diseño.

Tras bambalinas, el alto mando alemán empezaba a mostrar sus dudas sobre toda la tecnología VTOL, la economía del país se había recuperado y era próspera, pero no tanto como para financiarla. Casi al mismo tiempo que el Bo 140 y sus rivales eran evaluados, el interés de la Luftwaffe por el vuelo vertical comenzó a menguarse cancelando los programas de desarrollo que había en proceso y una decisión final sobre el futuro avión de transporte civil/militar VTOL se fue dilatando. 

Otro factor fue el cambio de actitud del público hacia los aeropuertos. La proliferación de los vuelos comerciales visto durante la década de los 60 hizo que mucha gente comenzara a preocuparse por la contaminación sonora y el impacto que tenía en la calidad de vida en las zonas cercanas a los aeropuertos. Ni hablar de la idea de un coleóptero de 105,821 lb (48,700 kg) como el Bo 140 despegando desde el centro de una zona urbana densamente poblada.

El golpe final vino desde Medio Oriente. La crisis del petroleo de 1973 dio por tierra la panacea del petróleo abundante y muy barato. De repente, tanto los operadores militares y civiles empezaban a prestar atención a los valores del combustible. Estos últimos fueron los más afectados, ya que la crisis afectó directamente sus operaciones. Simplemente, no había lugar para motores "sedientos" de combustible. 

Válidos desde un punto de vista técnico, el Bo 140 y sus competidores fallaron en la oportunidad; al igual que el Fokker-VFW P.301. Su tiempo, y el mercado, para el que estaban diseñado pasó sin que sus creadores pudiesen hacer nada para cambiarlo; por lo que hoy no son más que recuerdos o una entrada en este blog.

Tres vistas del Bo 140. En la vista lateral se pueden ver las diferencias entre la versión civil (Z) y la militar (M), principalmente en la ubicación de las ventas y la rampa de carga en la cola.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Características técnicas (Versión militar, "M" y civil, "Z"):

• Tripulación: 2 pilotos, navegante y jefe de carga (M); 2 pilotos, 3 TCPs (Z)
• Longitud: 27 m
• Envergadura: 35.4 m
• Alto: 10.2 m (M); 10.0 m (Z)
• Peso vacío: 74,291 lb (33,698 kg) (M); 75,303 lb (34,157 kg) (Z) 
• Peso máximo al despegue (STOL): 135,363 lb (61,400 kg) (M)
• Peso máximo al despegue (VTOL): 112,435 lb (51,000 kg) (M); 105,821 lb (48,700 kg) (Z) 
• Planta motriz: 4x turborhélices General Electric GE1/S1A-1T de 11,400 hp (8,385 kW) de potencia máxima.

Rendimiento

• Velocidad máxima: 425 kn (788 km/h) a 30,000 ft (9,144 m)
• Velocidad crucero: 370 kn (685 km/h)
• Tasa de ascenso máxima: 7,086 ft/min (36 m/s)
• Capacidad de combustible interna: 3,339 US Gal. (12,638 L)
• Alcance: 430 nmi (800 km)
• Capacidad de carga: 90 paracaidistas o 22,046 lb (10,000 kg) de carga (M); 80 pasajeros (Z)
• Carga a 430 nmi (VTOL): 24,251 lb (11,000 kg) (M); 19,290 lb (8,750 kg) (Z)

Fuentes:

• Redacción. (Septiembre, 1969). Project BO140 – V/STOL Transporter. Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH. Vol.53-243(9). p.69.
• Redacción. (1970). New German V/STOL Projects. Interavia. Vol?(?). p.?
• Hartung, G. (Noviembre 15, 2014). Historie: Zivile Senkrechtstart-Projekte – Senkrecht in den Himmel. Aero International.
  Disponible en: https://www.aerointernational.de/industrie-technik-nachrichten/historie-zivile-senkrechtstart-projekte-senkrecht-in-den-himmel.html
• Webmaster. Messerschmitt-Bölkow-Blohm V/STOL Rotorcraft. AIAA.
  Disponible en: https://web.archive.org/web/20101011101550/https://aiaa.org/tc/vstol/unbuilt/