Desde que llegó en los
años cincuenta, el helicóptero cambió la forma en que se desarrolla la
guerra. Sin embargo, desde entonces su diseño ha evolucionado muy poco,
aunque esto va a cambiar, ya que está a punto de llegar una nueva
generación de aeronaves de despegue vertical que revolucionará el
panorama actual.
El diseño convencional de un helicóptero
se basa en el empleo de un rotor principal para la sustentación y un
timón de cola, sobre el que funciona un rotor antipar que evita que gire
sobre sí mismo. Aunque las ventajas del despegue y aterrizaje vertical
son obvias, este diseño limita la velocidad máxima, ya que por encima de
los 160-170 nudos se vuelven inestables y entran en pérdida.
Esto se
debe a la diferencia de sustentación de la pala que avanza frente a la
que retrocede y por la elevada velocidad que se alcanza en la punta de
la pala. Hace años, diferentes empresas comenzaron a experimentar con
diversos diseños y tecnologías para superar esta barrera y lograr mayor
estabilidad y maniobrabilidad. Surgieron diseños como el de los rotores
coaxiales, empleados hace años por la empresa rusa Kamov, o los
entrelazados, como los que usa Kaman Aircraft, que prescinden del rotor
antipar, porque los dobles principales generan su propio par de fuerzas.
Otra
aproximación para alcanzar gran velocidad es dotar al helicóptero de un
rotor posterior que haga de propulsor para lograr una mayor.
Los
primeros diseños de este tipo, denominados helicóptero compuesto
(compound helicopter), giroplano o híbrido, mantenían el antipar, como
el Lockheed AH-6 Cheyenne, pero empleaban ese otro rotor empujador
(thruster o propeller en inglés) para aumentar la velocidad, que puede
ser introducido en un conducto (ducted).
Además, en algunos diseños,
como veremos, cuando se instalan por parejas pueden ser empleados para
aumentar la maniobrabilidad o la sustentación durante determinados
movimientos. Una característica de estos helicópteros compuestos es que a
altas velocidades el rotor principal se desacopla de la propulsión y
gira libremente sin perder sustentación y posibilitando alcanzar altas
velocidades sin entrar en pérdida.
Parecidos a estos son los diseños que la
empresa estadounidense Piasecki comenzó en los sesenta, basados en su
tecnología Vectored Thrust Ducted Propeller (VTDP), que consiste en la
adopción de una hélice propulsora orientable insertada en un conducto
que aumentaba el empuje y sustituía al rotor antipar, acompañándolo de
unas superficies fijas de vuelo o pequeñas alas. +
Este diseño permitía
alcanzar gran velocidad, aumentar el alcance y maniobrabilidad y se ha
ofrecido como modificación para helicópteros en servicio, como el AH-64
Apache o el UH-60 Black Hawk, existiendo un demostrador de este último
denominado X-49A Speedhawk, que, sin embargo, en las pruebas realizadas
por el US Army no superó los 180 nudos.
Salvo
contadas excepciones, la mayoría de los diseños anteriores no se han
materializado en aeronaves que hayan entrado en servicio y durante los
últimos treinta años los helicópteros mantuvieron el mismo diseño.
Una
excepción es la del convertiplano V-22 Osprey desarrollado por Bell y
Boeing, que es el ejemplo perfecto de la combinación de helicóptero y
avión que buscan los militares.
Ofrece la capacidad de aterrizaje y
despegue vertical de uno y la alta velocidad del otro, siendo su
característica principal que las alas de que dispone albergan en los
extremos dos motores que basculan junto con los rotores, que en vertical
permiten despegar y aterrizar como un helicóptero, pero que en
horizontal actúan como los de un avión convencional.
Los programas en Estados Unidos
El
Departamento de Defensa de Estados Unidos lleva años estudiando los
posibles sustitutos para los helicópteros con que cuenta. Entre las
cuatro ramas de sus fuerzas armadas (Army, Air Force, Navy y Marines)
tiene más de dos docenas de helicópteros o convertiplanos diferentes
para transporte, exploración o ataque.
US Army posee aproximadamente
4.000 unidades, entre el UH-60 Black Hawk de transporte y el AH-64
Apache de ataque, cada uno con versiones diferentes. Pero su
envejecimiento y la imposibilidad de seguir modernizándolos
permanentemente han motivado al Pentágono a buscar un sustituto para
dentro de diez años. El objetivo es contar con cuatro diseños básicos,
que compartirían gran número de semejanzas o estarían basados en una
única concepción.
Se trata del programa Future Vertical Lift (FVL),
que más que un programa concreto es un conjunto de estudios y proyectos
destinado a crear nuevas plataformas de despegue y aterrizaje vertical.
La fase de adquisición del programa comenzará en 2019 y se contempla la
compra de aeronaves por un importe de hasta 100.000 millones de dólares,
que deberán entrar en servicio a partir de 2025, reemplazando al Black
Hawk y al Apache en misiones de transporte y ataque, respectivamente.
Sin embargo, no parece el mejor momento para un plan tan ambicioso,
debido a los recortes presupuestarios. 
Los
objetivos principales son aumentar la velocidad, el alcance, la
eficiencia energética, la capacidad de transporte de personas o carga y
de ascenso vertical o una menor firma logística. La eficiencia a alta
velocidad significa usar estructuras optimizadas en términos de
aerodinámica, pero aparecen vibraciones, otro de los problemas sufridos
por los helicópteros, por lo que se estudiarán métodos para reducirlas.
Se quieren recortar las líneas de suministros de repuestos y
mantenimiento, para bajar los costes operativos. Sin embargo, la
introducción de diseños no convencionales podría suponer riesgos
tecnológicos y aumento de costes.
Como fase previa del programa
FVL, tenemos el Joint Multi-Rol Technology Demonstrator (JMR-TD). Se
trata de una iniciativa compleja que aún no se sabe en cuantos programas
o aeronaves se va a materializar. Podrían ser cuatro aparatos distintos
para cada uno de los servicios o concretarse en diferentes tecnologías o
sistemas aplicables a los helicópteros actualmente en servicio o en
aeronaves específicas para cada necesidad.
Por ahora se ha separado el
trabajo entre dos partes, centradas en el diseño de aeronaves y los
sistemas de misión, que serán comunes e intercambiables y que también
podrán ser instalados a los helicópteros actuales. La experiencia de los
Marines con su programa UH-1Y/AH-1Z demuestra que un helicóptero de
transporte y uno de ataque pueden compartir gran número de componentes. 
Hasta
ahora se conocen al menos tres aeronaves dentro del programa JMR,
habiéndose publicado en 2011 algunos de los requisitos y características
precisas de cada uno.
El JMR-Medium sería una aeronave utilitaria y de
ataque de alta velocidad, capaz de insertar un pelotón a una distancia
de 424 km. o lanzar un ataque en profundidad contra una columna de
carros tras las líneas enemigas. Su velocidad de crucero alcanzaría 230
nudos, el techo de servicio 6.000 pies y operaría con elevadas
temperaturas.
Debe ser capaz de transportar la carga del helicóptero al
que sustituye (UH-60) siendo su fecha de entrada en servicio entre 2027 y
2028. El JMR-Light será el helicóptero de reconocimiento que deberá
entrar en servicio en 2030 en el lugar del OH-58, pudiendo llevar 2.500
kg., igual que este. Por último, el JMR-Heavy será el sustituto del
Boeing CH-47 Chinook y entraría en servicio en 2035.
El programa
JMR se divide a su vez en dos fases. En la primera los cuatro
candidatos se centran en la versión utilitaria (JMR-Medium) y se espera
que después de julio se elija a uno o dos. Los cuatro participantes
enviaron en junio sus propuestas al US Army para su evaluación durante
el tercer trimestre de este año.
Se fabricarán dos demostradores para
las pruebas que tendrán lugar el último trimestre de 2017, para lo que
recibirán 200 millones de dólares. En esta fase se han establecido
requerimientos, como volar a 230 nudos, nada menos que 170 más que el
límite actual de los helicópteros.
Sin embargo, el programa avanza
lentamente y en 2017 habrá demostradores que no llevarán motores ni
sistemas de misión o comunicaciones definitivos. La Fase 2 comenzará en
2017 y se centrará en el desarrollo de los sistemas de misión comunes
para las versiones utilitaria y de ataque y se decidirá si se elige un
diseño común para las dos o uno para cada una.
No es necesario que los
prototipos sean a tamaño real, ya que se centrarán en la tecnología. Sin
embargo, en junio se contemplaba la posibilidad de demorar la fase de
fabricación de los aparatos resultantes del JMR. 
Entre
los cuatro candidatos seleccionados en la Fase 1 encontramos dos que
apuestan por la tecnología de los convertiplanos (el V-280 Valor de Bell
y el TR36-TD de Karem Aircraft) y otros dos basados en el helicóptero
compuesto (el S-97 Skyrider de Sikorsky-Boeing y el JMR-AT/UT de AVX).
El desarrollo de AVX es un diseño sin timón de cola, con una superficie
de vuelo frontal mínima y dos propulsores del tipo ducted a cada lado
del fuselaje. El V-280 Valor se basa en la experiencia acumulada con el
V-22 Osprey, aunque los motores no basculan y la potencia es transmitida
a los rotores mediante transmisiones.
El de Karem Aircraft está basado
en su tecnología Optimun Speed Rotor (OSD), según la cual los dos
rotores con que cuenta este convertiplano varían su velocidad
dependiendo de las necesidades de la aeronave en cada momento. Por
último, el S-97 Skyrider es un helicóptero compuesto con rotores
coaxiales y uno propulsor posterior, que será el primero en el que nos
detengamos, por ser el que a priori parece tener más opciones de
llevarse el gato al agua, dado que está más avanzado.
Según las
últimas noticias, el US Army debía realizar la elección entre los
competidores a finales de julio o comienzos de agosto. El elegido
recibirá una cantidad de fondos que aún está por determinar. El Ejército
querría financiar los cuatro demostradores, pero asume que no tiene
fondos para ello, por lo que los fabricantes han sugerido que podrían al
menos pagar un diseño de cada tecnología (un helicóptero compuesto y un
convertiplano).
Sin embargo, esta decisión podría favorecer a dos
candidatos que son fabricantes (Bell y Sikorsky-Boeing), mientras que
los otros dos son centros de diseño, sin capacidad productiva (AVX y
Karem Aircraft). El 1 de julio tuvo lugar un panel de estudio sobre el
programa JMR-TD/FVL en el Centro para la Estrategia y los Estudios
Internacionales (CSIS) en Washington. En él, Dan Bailey, director del
programa en el Centro de Investigación, Desarrollo e Ingeniería de
Aviación y Misiles del Army (AMRDEC) dio unas claves sobre su evolución.
En
primer lugar mencionó un requerimiento poco conocido, y es que las
aeronaves del programa FVL deberán ser capaces de desplegarse por sus
propios medios, haciendo la ruta de 2.100 millas náuticas que une
California y Hawái.
Esto significa que deben llegar por sus propios
medios (con depósitos auxiliares) sin ser embarcados en aviones de
transporte pesados ni buques. Esta demanda habla a las claras de la
importancia que cobra la zona de Asia-Pacífico para los planificadores
estadounidenses.
Otra característica es que deberán poder operar como
vehículos aéreos no tripulados de forma autónoma o semiautónoma, algo
que ya ofrecen fabricantes como Kaman, Boeing o Sikorsky en versiones de
sus K-Max, AH-6 o UH-60, respectivamente. Confirmó que la decisión
sobre los candidatos se tomaría a finales de julio o principios de
agosto, determinando que la correspondiente a materiales se hará a
finales de 2016, el análisis de diseños alternativos se realizará en
2017 y los vuelos de prueba tendrán lugar a finales de ese año.
El S-97 “Skyrider”
En
2010 Sikorsky lanzó el desarrollo de un prototipo de helicóptero
táctico, denominado S-97 Raider. Es compuesto, con rotor propulsor
trasero derivado del prototipo X2, que consiguió alcanzar los 250 nudos
(287 km/h.) en 2010. En marzo de ese año lo presentó al programa de
helicóptero de reconocimiento armado Armed Aerial Scout (AAS), del que
nos ocupamos en un artículo (FDS435-436), y en octubre de ese año, en el
evento AUSA, Sikorsky mostró una maqueta a escala real.
Consiste en una
combinación de tecnologías de vanguardia, ya que emplea un fuselaje de
una pieza hecho en materiales compuestos, sistema de mando fly-by-wire
(desarrollado para el RAH-66 Comanche) y sistemas activos de reducción
de la vibración. La configuración es de cabina con dos asientos lado a
lado y puestos de mando idénticos y un compartimento para acomodar hasta
seis soldados, aunque la versión para el programa AAS estaba optimizada
para portar armamento y más combustible. 
Sus
prestaciones son una velocidad de crucero de 405 km/h., máxima de 440 y
un techo de servicio de 3.000 m. Además de mayor velocidad, la
configuración de rotor compuesto aporta mayor maniobrabilidad y
autonomía y permite reducir el radio de giro, además de ofrecer una
menor firma acústica.
Una característica particular es que el propulsor
de cola puede ser empleado para frenar el aparato, al generar empuje en
sentido contrario al de la marcha, lo que lo hará más maniobrable. Bajo
el morro se aprecia un carenado para el sistema de adquisición de
objetivos, que aún no ha sido instalado.
Su peso (10.000 libras) hace
que esté a medias entre los JMR-Light y JMR-Medium. El Raider tiene un
coste estimado de 15 millones de dólares por aparato (era uno de los
requisitos del programa), pero en 2013 el US Army congeló el AAS y desde
entonces Sikorsky lo ha ofrecido también como aeronave civil, por
ejemplo para vuelos a plataformas offshore.
El Mando de Operaciones Especiales de
Estados Unidos (USSOCOM) expresó pronto interés en el Raider como
sustituto de los MH-6 Litte Bird y, dada la edad de estas aeronaves,
quizás sea el primer cliente del aparato.
Podría reemplazar a los
aproximadamente 50 helicópteros que emplea el 160th SOAR, hueco que iba a
cubrir el cancelado ARH-70 Arapaho de Bell. Sikorsky lo está
desarrollando con fondos propios y ha creado un grupo de 50 socios
industriales, de los que 38 han invertido dinero. Además, se comprometió
a construirlo independientemente de lo que sucediera con el programa
AAS.
Boeing y Sikorsky Aircraft (fabricantes de la mayoría de
helicópteros que emplean actualmente Estados Unidos) anunciaron en enero
del año pasado la formación de un equipo para participar en la Fase 1
del programa JMR TD con el denominado SB-1, derivado del S-97 Raider.
La
alianza fue bautizada en octubre del año pasado durante el evento AUSA
como Team Defiant y en ella Sikorsky se encargará de la Fase 1, centrada
en la aeronave, y Boeing de la 2, de los sistemas de misión. 
El
equipo está construyendo dos unidades del S-97, una para pruebas de
vuelo y la otra como demostrador. El montaje del primero se inició en
octubre de 2012 y la fase final comenzó en septiembre del año pasado,
después de que Aurora Flight Sciences entregara la pieza de materiales
compuestos que forma el fuselaje completo, desde cabina a cono de cola.
Durante una visita a las instalaciones de la empresa en Florida en mayo,
coincidiendo con la presentación del CH-53K, los medios vieron el
primer prototipo, al que le faltaban por instalar el motor General
Electric CT7 y la transmisión. Entonces se anunció que el primer vuelo
estaba previsto para el 1 de diciembre de 2014, aunque comunicados más
recientes hablan ya de 2015. El 28 de ese mes se presentó a la prensa
con el cableado y los sistemas eléctricos instalados y funcionando.
Viendo
las imágenes del S-97 Raider, el autor no puede más que recordar a los
helicópteros stealth que participaron en la misión contra Osama Bin
Laden y de cuya existencia supimos por el accidente de uno de ellos. Sus
características fueron descritas en los artículos
El misterioso
helicóptero de Abbottabad (1ª y 2ª parte), correspondientes a los
números FDS400 y FDS401. Los restos del aparato siniestrado dejaban ver
algunas características que ahora encontramos en el Raider, por ejemplo
el diseño de la cabina, el tren de aterrizaje retráctil o la baja firma
sonora. Aunque se trata de modelos diferentes, baste citar que el Black
Hawk en que estaría basada esa aeronave avanzada es fabricado por
Sikorsky, igual que el Raider, por lo que es posible pensar que el
diseño de este último habría aprovechado lo experimentado con el
helicóptero secreto del 160th SOAR.
+
la segunda parte de este trabajo analizaremos los tres candidatos
restantes del programa JMR TD/FVL, así como los diseños que ha
seleccionado la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de
Defensa (DARPA) para el programa VTOL X-Plane, cuyas expectativas
superan lo descrito en esta primera. También relataremos otras
concepciones avanzadas, como la ARES de Lockheed Martin, derivada del
programa Transformer o TX, también de DARPA, o el helicóptero híbrido X3
de la empresa europea Airbus Helicopters.
Un motor para el futuro
Un
programa paralelo del US Army es el denominado Advanced Concept Engine
(ACE) o Advanced Affordable Turbine Engine (AATE), según el cual se
evalúan las opciones para desarrollar un nuevo motor de altas
prestaciones, que pueda instalarse tanto en los helicópteros actuales
como en los surgidos del programa FVL.
Reemplazaría principalmente a los
propulsores de 2.000 CV de potencia al eje, como la familia T700 de GE,
empleada en los UH-60 o AH-64, pero con un 50 por ciento más de
potencia. Entre los requisitos se incluye un sistema de bombeo de aceite
que puede funcionar en horizontal y vertical, por lo que podrá ser
empleado en otros diseños, como convertiplanos.
El programa ACE no sigue
el mismo calendario que el FVL, sino que estará listo para cuando estos
comiencen a ser empleados, en torno a 2035. Participan las empresas GE
Aviation y la joint venture Advanced Turbine Engine Company (ATEC),
formada por Honeywell y Pratt & Whitney.
Por José María Navarro
defensa.com
Fotografías:
·El S-97 “Skyrider” (foto Sikorsky).
·El demostrador tecnológico "Speedhawk" de Piasecki.
·Configuración propuesta por Piasecki para modernizar el "Apache" con su tecnología VTDP (foto Piasecki).
·El V-22 "Osprey" es el único diseño de aeronave de despegue vertical realmente moderno en muchos años (foto Boeing).
·El veterano helicóptero OH-58 podría modernizarse con tecnología de rotores compuestos (foto AVX).
·La tecnología del programa FVL podrá ser empleada para modernizar aeronaves en servicio (foto AVX).
·Características de la versión utilitaria del JMR de AVX (foto AVX).
·Concepto de diseño de una aeronave compuesta con doble rotor empujador (foto AVX).
·Maqueta a escala real del V-280 “Valor” (foto Bell).
·Versión de ataque del diseño de AVX para el programa JMR (foto AVX).
·El “K-Max” tiene una particular silueta por sus rotores entrelazados y la ausencia del de cola (foto US Navy).
·Un
“marine” estadounidense pilota un helicóptero “Little Bird” mediante un
interfaz instalado en su “Smartphone” (foto US Navy).
·La tecnología del S-97 está derivada del prototipo X2 (foto Sikorsky).
·El S-97 "Raider" es un compendio de nuevas tecnologías (foto Sikorsky).
·El helicóptero híbrido X3 (foto Airbus Helicopters).
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