jueves, 28 de diciembre de 2017

El Caza Experimental X-29 con alas barridas hacia delante






La Corporación Grumman fue elegida en diciembre de 1.981 para recibir un contrato de 87 millones de dolares para construir dos aviones X-29. Debían convertirse en el nuevo primer avión de la serie X en más de una década. El primer vuelo del primer X-29 fue el 14 de diciembre de 1.984, mientras que el segundo avión voló por primera vez el 23 de mayo de 1.989.






El X-29 exploró el uso de compuestos avanzados en la construcción de aviones, como superficies variables de inclinación del ala, única ala arrida hacia delante y su delgada superficie de sustentación supercrítica, aletas de estrangulación, y un sistema computerizado de control de vuelo para mantener el control de la aeronave que de otro modo sería inestable.






Los resultados de investigación mostraron que la configuración de las alas barridas hacia delante, junto con las canards móviles, les dio a los pilotos una excelente respuesta de control con un ángulo de ataque de hasta 45º, más alta que un avión de combate comparable. Durante su historia de vuelo, los X-29 fueron volados en 422 misiones de investigación.






La primera aeronave voló 242 en la primera fase del programa, y 120 vuelos fueron desarrollados por el segundo en la segunda fase. Otros 60 vuelo se completaron en una fase posterior de control de vórtices.






Sin embargo, el concepto del avión no tuvo éxito, porque la tecnología y los materiales no existían para construir el ala lo suficientemente rígida como para superar las fuerzas de flexión y torsión sin hacer que el avión sea demasiado pesado.







La introducción de materiales compuestos en la década de 1.970 abrió un nuevo campo de la construcción de aviones, lo que hace posible diseñar estructuras de aeronaves resistentes y estructuras más fuertes que las hechas de materiales convencionales, pero livianas y capaces de soportar tremendas fuerzas aerodinámicas. La delgada ala del X-29 era de construcción compuesta, y sus compuestos permitían que el ala se doblara pero limitaba la torsión y eliminaba la divergencia estructural dentro de la envolvente de vuelo.






Las alas barridas hacia delante de la aeronave estaban montadas en la parte trasera del fuselaje, mientras que sus defensas (estabilizadores horizontales para controlar el paso) estaban en frente de las alas en lugar de en la cola. Las geometrías complejas de las alas y los canards se combinaron para proporcionar una maniobrabilidad excepcional, rendimiento supersónico y una estructura ligera. El aire que se movía sobre las alas barridas hacia delante tendía a fluir hacia adentro, hacia la raíz del ala en lugar de hacia afuera, hacia la punta del ala, como ocurre en un ala barrida en popa. Este flujo de aire inverso evitó que las puntas de las alas y sus alerones se estancaran en ángulos de ataque altos (dirección del fuselaje en relación con el flujo de aire).






Las superficies de control de vuelo en el X-29 eran los canards montados hacia delante, que compartían la carga de elevación con las alas y proporcionaban control de paso primario. Los flaperones laterales (aletas combinadas y alerones) se usaron para cambiar la inclinación del ala y funcionar como alerones para el control del balanceo cuando se usan asimétricamente. Además, las aletas del strake en cada lado el timón aumentaron los canards con control de tono. Las superficies de control se vincularon electrónicamente a un sistema de control de vuelo digital fly-by-wire triple redundante que proporcionaba una estabilidad artificial.






El diseño particular de paleta de ala cerrada barrida hacia delante usada en el X-29 era muy inestable. El sistema de control de vuelo del X-29 compensó esta inestabilidad detectando las condiciones de vuelo, como la actitud y la velocidad, y mediante el procesamiento informático, ajustó continuamente las superficies de control con hasta 40 comandos por segundo. Las aeronaves configuradas convencionalmente logran estabilidad al equilibrar las cargas de elevación en el ala con cargas opuestas hacia abajo en la cola a costa de la resistencia. El X-29 evitó esta penalización de arrastre a través de su estabilidad estática relajada.





Cada una de las tres computadores de control de vuelo digitales tenía una copia de seguridad analógica. Si una de las computadoras digitales fallaba, las dos restantes se hacían cargo. Si dos de las computadoras digitales fallaban, el sistema de control de vuelo cambiaba a modo analógico. Si una de las computadoras analógicas fallaba, las otras dos computadoras restantes tomaban el control. El riesgo de fallo total del sistema en el X-29 fue equivalente al riesgo de fallo mecánico en un sistema convencional.





Primera fase de vuelos: Los vuelos de investigación de la primera aeronave demostraron que, debido a que el aire que e movía sobre el ala barrida hacia adelante fluía hacia adentro en lugar de hacia afuera, las puntas de las alas permanecían intactas en los ángulos de ataque moderados. En esta fase también se demostró que el ala adaptada aeroelasticamente, de hecho, evitó la divergencia estructural del ala dentro de la envolvente de vuelo, y que el control y efectividad de superficie de control fueron adecuadas para proporcionar estabilidad artificial a este avión extremadamente inestable y proporcionando buenas cualidades de manejo para los pilotos.





La superficie aerodinámica del X-29 también mejoró las capacidades de maniobra y crucero en el régimen transónico. En esta fase, los vuelos también demostraron que el X-29 podía volar de manera segura y fiable, incluso en giros cerrados.








Segunda fase de vuelos: El segundo X-29 investigó las caracteristicas de ángulo de ataque alto de la eronave y la utilidad militar de su configuración y barrido hacia adelante. Volando a un ángulo de ataque de hasta 67 grados, el X-29 demostró muchas mejores cualidades de control y maniobra que los métodos computacionales  modelos de simulación prefijados. El primer avión estaba limitado a 21 grados de maniobra de ángulo de ataque.






Durante los vuelos de la segunda fase, los pilotos informaron que el X-29 tenía una excelente respuesta de control a un ángulo de ataque de 45 grados y aún tenía capacidad de control limitada aun ángulo de ataque de 67 grados. Esta capacidad de control a altos ángulos de ataque se puede atribuir al diseño único de alerones y alabeo hacia adelante del avión.












Control del flujo de Vórtice: En el año 1.992, la Fuerza Aérea inició un programa para estudiar el uso del control de flujo de vórtice como un medio para proporcionar un mayor control de la aeronave con altos ángulos de ataque cuando los sistemas de control de vuelo normales son ineficaces. El segundo X-29 se modificó con la instalación de dos tanques de nitrógeno de alta presión y válvulas de control con dos chorros de boquilla pequeños, ubicados en la parte superior delantera de la nariz. Se pretendía inyectar aire en los vórtices que fluyen de la nariz del avión con alto ángulos de ataque.





Las pruebas del túnel de viento mostraron que la inyección de aire en los vórtices cambiaría la dirección del flujo de vórtice y crearía las fuerzas correspondientes en la proa del avión para cambiar o controlar el rumbo de la nariz. De mayo a agosto de 1.992, 60 vuelos demostraron con éxito el control de flujo vorticial (VFC). 






El X-29 tenía 48.1 pies de largo (14.66 m), su ala barrida hacia adelante tiene una envergadura de 27.2 pies (8.3m). Un motor que producía 16.000 libras de empuje, en un avión con un peso en vacío de 13.600 libras, mientras que el peso de despegue era de 17.600 libras. El X-29 tenía una altitud de funcionamiento máxima de 50.000 pies, una velocidad máxima de Mach 1.6 y un tiempo de resistencia de vuelo de aproximadamente una hora.






La única diferencia significativa entre los dos X-29 fue un sistema de despliegue de emergencia en la base del timón en el segundo avión. La estructura externa del ala era principalmente de materiales compuestos incorporados en patrones precisos para desarrollar fuerza y evitar la divergencia estructural. La subestructura del ala y el fuselaje básico en sí son de aluminio y titanio. Los actuadores de borde posterior del ala que controlan la inclinación se montan externamente en carenados aerodinámicos debido a la delgadez de la superficie aerodinámica supercrítica.






El primer X-29 está expuesto en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea en Dayton, Ohio. Y el segundo X-29 está en el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA.












Fuente: NASA/Dryden

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