Bisnovat 5
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Bisnovat “5” – Avión experimental desarrollado en 1948 con el objetivo de probar la influencia del ala en flecha de 45º en el alcance de velocidades de vuelo supersónicas. Se construyeron dos prototipos que fueron probados en configuración de planeador por las dificultades en la puesta a punto de la planta motriz seleccionada.
Basado en el concepto del DFS 346, el Bisnovat “5” presentó una configuración general similar a la del Bell X-1, que sería el primer avión tripulado en romper la barrera sónica.
Sumario
Historia
La efectividad del aflechamiento alar en el logro de altas velocidades de vuelo quedó demostrada a fines de los años 40. Los resultados obtenidos permitieron el desarrollo de cazas con nuevas prestaciones entre los que se destacaron el MiG-15 y el La-15, producidos en seri desde fines de 1948.
No obstante ante los diseñadores aeronáuticos se presentaba un gran problema: el ala en flecha de 35º no permitía superar la barrera sónica, pues generaba demasiada resistencia. Los cálculos mostraban la necesidad de probar una nueva ala con aflechamiento a 45º y aumentar la potencia motriz.
En el TsAGI desarrollaron un ala con estas características, pero el túnel aerodinámico T-106 no permitía probarla a velocidades superiores a Mach 0.9. En estas circunstancias el TsAGI no se atrevía a permitir a los constructores aeronáuticos su uso. El único método posible para demostrar la efectividad de esta configuración era la construcción de aviones experimentales.
Esto ocurría a fines de 1946, cuando en las antiguas instalaciones del constructor principal Boljovitinov, en la Fábrica No. 293 del MAP fue creado un nuevo OKB a la cabeza del que fue situado M. R. Bisnovat.
Este nuevo OKB recibió la tarea de desarrollar un avión experimental supersónico con un nuevo esquema aerodinámico con el fin de probar en vuelo sus características y definir las condiciones de pilotaje a velocidades de Mach 1.1.
El avión recibió la denominación “5” y debía construirse según una composición aerodinámica basada en el ala en flecha de 45º y perfiles TsAGI 12045bis y P2 (2M). Su desarrollo se efectuó en paralelo con las pruebas en el OKB-2 del avión alemán DFS 346, capturado como trofeo.
La planta motriz seleccionada fue el motor reactivo líquido Dushkin RD-2MZVF con cámara de forzaje y capaz de desarrollar 2000 kg de empuje y estuvo condicionada a que un motor de mayor potencia no existía en la URSS.
Debido a la escasa capacidad del trabajo del motor el ascenso hasta una altura de 10000 metros debía realizarse mediante un avión nodriza. Una vez alcanzada esta altura el avión se desprendía y se arrancaba el motor cohete.
Los cálculos arrojaban que, además de una velocidad de Mach 1.1 el “5” alcanzaría los 15000 metros (desde de los 10000 m) en sólo 68 segundos. La duración del vuelo con potencia máxima sería sólo de 2.5 minutos.
La tarea de desarrollo del “5” fue aprobada de manera oficial en el nuevo plan de construcción experimental que fue firmado el 11 de marzo de 1947.
Descripción
El “5” fue concebido como un monoplano totalmente metálico con ala de implantación media de doble larguero y aflechamiento de 45º por la línea de 25% de la cuerda. Los perfiles alares fueron sugeridos por el TsAGI: TsAGI 12045bis en la raiz alar y P2 (2M) en los extermos. La envergadura alar alcanzaba los 6.4 m. En la superficie superior alar se instalaron dos quillas aerodinámicas en cada consola destinadas a romper el flujo. Para poder estudiar la distribución de la presión por toda el ala a grandes velocidades, en el ala derecha se realizaron drenajes en tres secciones.
El fuselaje de tipo monocoque, presentaba sección ovalada y una longitud de 9.92 metros. La parte anterior estaba compuesta por una cabina hermetizada. El vuelo en un avión a grandes velocidad implicaba un alto riesgo, por lo que la cabina se diseñó de tal forma, que en emergencias se separaba del resto del avión. La cubierta transparente se insertaba aerodinámicamente en el fuslaje. Detrás del ala, a ambos lados del fuselaje se adicionaron frenos aerodinámicos.
En la sección de cola se ubicó un motor reactivo de doble cámara RD-2M-3F, diseñado por L. S. Dushkin con una potencia de 2000 kg a 8000 metros y 1610 kg de empuje a nivel del mar. Los componentes químicos (keroseno y ácido nítrico) y el peróxido de hidrógeno (para alimentación del turbocompresor) se calcularon para un tiempo de vuelo de unos dos minutos a potencia total.
Como el avión “5” se concibió para ser lanzado desde un avión nodriza, el tren de aterrizaje se concibió de una manera sencilla y ligera. Estaba conformado por un esquí ubicado en la parte inferior del fuselaje, dos soportes de estabilización en las alas y un pequeño patín en la sección de cola.
La cola presentaba aflechamiento e implementación alta en el empenaje, con esquema en cruz. El estabilizador presentaba una envergadura de 2.4 metros. El sistema de control presentaba varias novedades: en caso de pérdida de efectividad de los timones de profundidad en el vuelo a grandes velocidades, se podía realizar el control de la aeronave utilizando los estabilizadores, que se conectaban a la palanca de vuelo. En caso de necesidad podían conectarse boosters para disminuir la presión sobre la palanca.
Modelo a escala “6”
Con el fin de garantizar la necesaria seguridad se decidió realizar primeramente las pruebas utilizando un modelo a escala que fue denominado “6” y concebido con capacidad total de vuelo. En corto tiempo el “6” fue construido en la fábrica 293, de conjunto con el OEZ TsAGI dirigido por Kuznietsov. Este modelo se construyó a escala 1:2.75, estaba dotado de un motor reactivo líquido U-400-10 de 400 kg de empuje fabricado por Isayev y contaba con un sistema de autopiloto AP-14.
El modelo “6” debía ser remolcado por un bombardero Túpolev Tu-2 hasta una altura de 9000 metros y luego de desprenderse debía conectar el motor reactivo para alcanzar una velocidad supersónica de Mach 1.225 en vuelo recto. Para registrar los datos del vuelo el “6” se incluyó en el modelo un sistema de grabación de los datos.
La recuperación del “6” se desatollaba mediante un complicado sistema de paracaídas operados en secuencia. Inicialmente se abrían los paracaídas de frenado ubicados en las alas, con una superficie de 1 m2. Más tarde se abría el paracaídas de frenado principal ubicado en el área de cola y con una superficie de 100 m2.
En total se construyeron 4 ejemplares del Modelo “6” que fueron probados en septiembre – noviembre de 1947, en el aeródromo Gumpak, cerca de Stalingrado.
El primer modelo (No.61) luego del desprendimiento se alejó rápidamente del Túpolev Tu-2, alcanzando gran velocidad. El La-7 de seguimiento pronto perdió el modelo de vista y nunca fue hallado.
El segundo modelo (No.62) luego de desprenderse comenzó a presentar grandes oscilaciones alrededor de los ejes y esto trajo como resultado que se apagase el motor con sólo 8 segundos de trabajo. El modelo abrió sus paracaídas y pudo ser recuperado sin problemas. La velocidad registrado fue de sólo 230 – 240 metros por segundo.
El tercer modelo (No.63) trabajó sin problemas, pero luego de 44 – 45 segundos de vuelo, entró en picado y los paracaídas de frenado fueron arrancados. El modelo se lanzó hacia la tierra, enterrándose a una profundidad superior a los 3 metros. Durante el impacto los equipos de registro resultaron muy dañados y algunos ni siquiera pudieron ser encontrados en el amasijo de metal. Según las mediciones rescatadas de un equipo MS-7 y presuponiendo que ellas fueron tomadas durante el vuelo en línea recta a 8300 metros de altura se pudo calcular una velocidad de 1405 km/h (Mach 1.28).
El cuarto modelo (No.64) realizó un vuelo sin problemas durante 51 – 52 segundo, presentando sólo algunas oscilaciones en relación al eje transversal. Luego de terminar de trabajar el motor el paracaídas principal no se abrió, por lo que sólo con los de frenado el modelo comenzó a descender, enterrándose unos 80 centímetros en la tierra. En este caso se pudo recuperar el resultado de las mediciones de los equipos de grabación, que arrojaron una velocidad del modelo de 1230 km/h (Mach 1.11)
Las cifras obtenidas permitieron al MAP considerar que la velocidad de los modelos se correspondía con la calculada y considerar las pruebas como exitosas, pero la dirección de las VVS se mostró en desacuerdo. Bershinin escribió en enero de 1948 al ministro de las fuerzas armadas N. A. Bulganin:
“en relación a las pruebas con ayuda de los modelos del constructor Bisnovat podemos deducir que como resultado de su falta de terminación como modelos aerodinámicos y la falta de objetividad de los datos de vuelo, no se pueden realizar conclusiones objetivas y sólo pueden ser considerados como un primer paso de uso de modelos voladores en la investigación de grandes velocidades de vuelo.”
Se discutió con fuerza la necesidad de desarrollar una docena de modelos “6” y repetir las pruebas garantizando la conservación de las grabaciones de los instrumentos de medición. Esto nunca tuvo lugar debido a que muy pronto estuvo listo el primer prototipo del avión “5” que fue conocido como “5-1”.
Prototipo “5-1”
El primer prototipo con capacidad total de vuelo fue denominado “5-1”. El sistema de remolque fue sustituido por la fijación bajo el ala de un avión nodriza, en este caso un Petlyakov Pe-8 (No. 4291) con motores Ash-82FN, que fue especialmente preparado para este cometido. Bajo el ala derecha, entre el fuselaje y la consola del motor interior e instaló un soporte especial del cual se colgaba el “5”. El lanzamiento se efectuaba a alturas de 7000 – 7500 metros. El peso del avión en configuración de planeador alcanzaba los 1565 kg.
La entrega del motor sufrió retrasos, por lo que el primer ejemplar "5-1" se comenzó a probar en julio de 1948 en configuración de planeador, a fin de comprobar el comportamiento de la aeronave a bajas velocidades. El avión “5” fue pilotado por el coronel Pajomov y el avión nodriza Pe-8 por el piloto probador M. A. Samusiev y Ziemskov.
El plan de vuelos incluía un picado luego del desprendimiento, con salida al vuelo horizontal con sobrecarga de 2 -3g, aumento de la velocidad y desarrollo de las evoluciones hasta que el avión alcanzaba los 1500 – 2000 metros de altura, cuando cesaban las tareas y el avión se preparaba para el aterrizaje. Durante la toma de tierra se estudiaba el comportamiento del avión a bajas velocidades.
Nuevamente no todo fue fácil. En el primer vuelo, el 14 de julio de 1948, se produjo un desgarramiento del recubrimiento alar en el momento del desprendimiento del avión nodriza, lo que afectó la estabilidad direccional. El piloto logró controlar y aterrizar el avión, pero fuera de la pista. El "5-1" resultó dañado y fue enviado a la fábrica para su reparación.
Durante este proceso se realizaron algunas modificaciones. Para evitar que el avión golpease nuevamente al avión nodriza en el momento del desprendimiento se modificó el sistema de fijación. Se modificó el sistema de control de vuelo.
El segundo vuelo del 3 de septiembre fue bastante positivo, pero mostró falta de estabilidad transversal y la falta de efectividad de los alerones para corregirla. Se decidió estudiar este fenómeno a profundidad en el tercer vuelo del 5 de septiembre, pero durante el aterrizaje ocurrió otro accidente. Al tocar tierra el avión golpeó el suelo con un ala, luego con la otra. El piloto fue incapaz de controlar el aterrizaje y terminó enterrando la nariz, lo que causó la destrucción del avión. El piloto resultó ileso pero el avión no pudo ser reconstruido.
La comisión creada para analizar el accidente fue dirigida por el sustituto del jefe del laboratorio del TsAGI, V. N. Matvieyev. Se constató que la causa del accidente fue la falta de estabilidad lateral del avión a escasas velocidades luego de extender el patín de aterrizaje y el aumento de la resistencia en el sistema de control de los alerones; así como la incorrecta toma de tierra y el empeoramiento de la visibilidad debido a la condensación de vapor de agua aparecida en la cubierta de la cabina. Se recomendó construir un segundo ejemplar teniendo en cuenta las recomendaciones registradas y modificar y probar en el TsAGI el sistema de aterrizaje.
Estos accidentes retrasaban la obtención de los resultados esperados en el “5”. En el año 1947 a solicitud de las VVS y con el apoyo del comité moscovita del PCUS se orientó al MAP realizar las acciones necesarias para dotar al TsAGI de túneles aerodinámicos capaces de probar los nuevos entornos de velocidades. En la segunda mitad de ese año comenzó a funcionar en el TsAGI el nuevo túnel T-112.
Las dimensiones de la zona de trabajo de este túnel no era grande, pues medían sólo 0.7x0.6 metros, pero la velocidad del flujo alcanzaba los Mach 2. Este túnel carecía aún de la instrumentación necesaria para efectuar las mediciones, pero se consideraba que era suficiente para determinar la efectividad del ala a 45º.
Ya para ese momento el OKB de Semión Lavochkin había instalado un ala con ese aflechamiento en su La-176, propulsado inicialmente por un turborreactor NIN y más tarde por un VK-1. En este avión el piloto probador de la Fábrica No.301, capitán O. V. Sokolovski, el 26 de diciembre de 1948 por primera vez en la URSS alcanzó la velocidad Mach 1.0 en descenso y en enero de 1949 logró Mach 1.016.
En vuelo horizontal se logró alcanzar Mach 0.99. A pesar de que el La-176 terminó siendo destruido por un error humano, el ala con aflechamiento de 45º demostró su potencial y recibió el derecho a ser utilizada en los nuevos cazas.
Prototipo “5-2”
Se construyó un segundo prototipo “5-2” que estuvo listo para enero de 1949. Prácticamente no se diferenciaba del primer prototipo, pero para mejorar la estabilidad direcccional se alargó e incrementó el aflechamiento de la aleta vertical, lo que trajo aparejado un incremento de la longitud del avión a 11.2 metros. Los soportes alares de estabilización para el aterrizaje fueron sustituidos por patines amortizados capaces de absorber la energía durante el impacto con la tierra.
Se decidió primeramente continuar las pruebas en configuración de planeador. Como piloto del modelo se seleccionó al piloto probador del LII G. M. Shiyanov. El Pe-8 nodriza fue pilotado por Gintsie y Chistyakov.
Como resultado el “5-2” realizó entre el 26 de enero y el 9 de junio de 1949 un total de nueve vuelos en configuración de planeador, en octubre – noviembre otros cuatro y finalmente no realizó ninguno con el motor, a pesar de que éste había sido instalado en el modelo y probado en tierra.
Durante las pruebas el peso del avión alcanzó los 1710 kg, la velocidad máxima obtenida en los vuelos en picado llegó a Mach 0.775. El avión mostró buen comportamiento. El control del vuelo con ayuda de boosters hidráulicos prácticamente no se diferenciaba del convencional.
A pesar de los prometedores resultados todos comprendían que el “5” había perdido su “momento”. Los motores reactivos, caracterizados por su peligrosidad, escaso tiempo de trabajo y comportamiento caprichoso, ahora cedían espacio a los cada vez más capaces turborreactores, que ya habían demostrado su capacidad de alcanzar las velocidades sónicas. La dirección del MAP, en esta situación, decidió dar la espalda al proyecto y, sin muchas explicaciones, dejó de financiarlo.
Bisnovat, que comprendía perfectamente la situación, no protestó y comenzó el desarrollo de nuevas tareas vinculadas al desarrollo de misiles.
Durante las pruebas del “5” por primera vez en la URSS se probó el sistema de pruebas de lanzamiento de aviones cohetes desde el ala de un avión nodriza y la experiencia acumulada fue de gran utilidad para el desarrollo de nuevos tipos de aviones y misiles.
Sobre la base del avión “5” Bisnovat e Isayev desarrollaron el misil aire – superficie R-1.
Especificaciones Técnicas
- Tipo: "5"
- Función: Avión experimental supersónico
- Año: 1948
- Planta motriz: 1 motor reactivo líguido RD-2M-3VF de 1610 kg de empuje.
- Acomodación: 1
- DIMENSIONES
- Envergadura: 6.40 m
- Longitud: 9.92 m
- Superficie alar: 11.18 m²
- PESOS Y CARGAS
- Peso vacío: 883 kg
- Peso máximo de despegue: 3184 kg
- Carga alar: 95.6 kg/m²
- PRESTACIONES
- Velocidad máxima: 1200 km/h
Fuentes
- Шавров, В. Б. История конструкций самолётов в СССР. — М.: Машиностроение, 1988. Vol.2, Cap. 12
- Prototypes.com. Les avions-fusee Russes. Le Bisnovat 5 * АС 1991-01 / К.Косминков - Несостоявшиеся "Скайрокеты"
- Rusian Aviation Museum
- Avia Déjà vu
- Уголок неба
- Test Pilot
