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NASA - Hoja Del Hecho de la NASA Dryden - Cuerpos Generadores de Sustentación
August 20, 2007
 
 

Cuerpos Generadores de Sustentación

Una flota de cuerpos generadores de sustentación voló al Centro de Investigaciones de Vuelo (FRC) de la NASA, en la Base Edwards de la Fuerza Aérea, desde 1963 hasta 1975, y demostró la capacidad de los pilotos para maniobrar y aterrizar sin riesgos un vehículo sin alas. Estos cuerpos generadores de sustentación estaban diseñados para validar el concepto de volar un vehículo sin alas desde el espacio de regreso a la Tierra, y hacerlo aterrizar igual que una aeronave en un lugar predeterminado.

X-24A, M2-F3 and HL-10 on parked on lakebed Estos vehículos únicos de investigación, con sus formas aerodinámicas no convencionales, eran el M2-F1, el M2-F2, el M2-F3, el HL-10, el X-24A y el X-24B. La información que generó el programa de cuerpos de sustentación contribuyó a construir la base de datos que se tradujo en el desarrollo del programa del transbordador espacial.

La sustentación aerodinámica, esencial para volar en la atmósfera, se obtuvo de la forma de los vehículos en lugar de tomarla de las alas, como ocurre con las aeronaves comunes. El agregado de aletas y de superficies de control permitió que los pilotos estabilizaran y controlaran los vehículos y regularan sus trayectorias de vuelo.

Todos los vehículos, con excepción del M2-F1, estaban propulsados por el mismo tipo de motor-cohete XLR-11 utilizado en el X-1 de Bell, que fue la primera aeronave que voló más rápido que la velocidad del sonido. El M2-F1, un prototipo liviano, no tenía propulsor.

M2-F1 lifting body in flight

Antecedentes

La idea original de los cuerpos generadores de sustentación fue concebida alrededor de 1957 por el Dr. Alfred J. Eggers Jr., entonces Director Adjunto de Planeamiento y Análisis de Desarrollo e Investigación (Research and Development Analysis and Planning) del Laboratorio Ames de Aeronáutica (Ames Aeonautical Laboratory), ahora Centro de Investigaciones Ames (Ames Research Center) de la NASA, en Moffet Field, California.

El predecesor de la NASA, el Comité de Asesoría Nacional de Aeronáutica (National Advisory Committee for Aeronautics), ya se había ocupado de la investigación de los problemas asociados con la reentrada de los conos de ojiva de los misiles. Otro ingeniero de Ames, H. Julian Allen, determinó que era conveniente un cono de ojiva romo para sobrevivir al calor atmosférico asociado a la reentrada desde el espacio. Eggers descubrió que si se modificaba ligeramente un cono de ojiva simétrico, se podía producir la sustentación aerodinámica. Esta sustentación permitiría que la forma modificada volara de regreso desde el espacio, en lugar de precipitarse a tierra en una trayectoria balística.

Estos estudios llevados a cabo por Eggers, Allen y sus colegas condujeron al diseño conocido como M-2, un semicono modificado, redondeado en la base y plano en la parte superior, con una nariz roma redondeada y dos estabilizadores verticales. Esta configuración y las de los últimos cuerpos generadores de sustentación permitieron que sean maniobrados tanto en dirección lateral como longitudinal, de modo que podían aterrizar en una pista en vez de tener que descender en paracaídas sobre el océano, como ocurría con las cápsulas balísticas contemporáneas utilizadas en los programas Mercury, Gemini y Apollo.

M2-F1 towed in flight by C-47

El Pionero M2-F1

En 1962 el director del FRC (Centro de Investigaciones de Vuelo), Paul Bikle, aprobó un programa para construir un cuerpo generador de sustentación liviano y sin propulsión, como prototipo para probar en vuelo el concepto "sin alas". Tendría la apariencia de una "bañera voladora" y se lo denominó el M2-F1. Construido por el diseñador de planeadores Gus Briegleb, poseía un revestimiento de madera contrachapada colocada sobre un armazón tubular de metal, fabricado en el FRC. La construcción finalizó en 1963.

Las primeras pruebas de vuelo vieron cómo el M2-F1 era remolcado en el aire por un Pontiac convertible, que era conducido a los saltos a velocidades superiores a 120 mph (193 km/h) por el lago seco Rogers. Estas pruebas iniciales produjeron datos de vuelo suficientes sobre el M2-F1 para poder continuar con los vuelos detrás de un avión de remolque R4D de la NASA a grandes altitudes. El R4D (la denominación de la Armada para el C-47 o para el DC-3 civil), remolcó la aeronave hasta una altitud de 12.000 pies (3600 m), donde se lo soltó para que vuele libremente de regreso al lago seco Rogers. El piloto de investigaciones de la NASA, Milt Thompson, voló el M2-F1 durante la primera serie de pruebas.

Los vuelos de planeo típicos con el M2-F1 duraban varios minutos, a velocidades de 110 a 120 mph (177 a 193 km/h).

Se llevaron a cabo más de 400 remolques en tierra y 77 vuelos remolcados con el M2-F1 antes de que fuera retirado. Por tratarse de un artefacto histórico, ahora propiedad del Museo Nacional de Aeronáutica y el Espacio, del Instituto Smithsoniano, se encuentra en préstamo a largo plazo en el Centro Dryden de la NASA, donde se están restableciendo sus condiciones de vuelo.
 

Los Pesos Pesados

El éxito del programa M2-F1 del Centro Dryden derivó en el desarrollo y construcción por parte de la NASA de dos cuerpos generadores de sustentación pesados, sobre la base de los estudios de los centros de investigación de Ames y Langley. Ellos fueron el M2-F2 y el HL-10, ambos construidos por Northrop Corporation. La "M" significa "tripulado" y la "F" se refiere a "vuelo" (por sus iniciales en inglés). Las letras "HL" provienen de "aterrizaje horizontal" (por sus iniciales en inglés) y "10" es por el décimo diseño de cuerpos de sustentación, que fue investigado en Langley.

Más tarde, la Fuerza Aérea se interesó en la investigación sobre cuerpos de sustentación y contaba con un tercer concepto de diseño, el X-24A, construido por Martin Company. Más tarde fue modificado para convertirse en el X-24B y ambas configuraciones fueron llevadas en el programa conjunto de cuerpos de sustentación de la Fuerza Aérea y la NASA en el centro Dryden.

El perfil básico de vuelo de los cuerpos generadores de sustentación pesados implicaba ser lanzados en el aire por la "nave nodriza" NB-52B, modificada por la NASA, a una altitud de alrededor de 45.000 pies (13.700 m). Entonces se encendía el motor-cohete XLR-11 y el vehículo aceleraba hasta velocidades de hasta 1100 mph (1770 km/h) y a altitudes de 60.000 a 70.000 pies (18.000 a 21.000 m). Luego de apagar el motor-cohete, los pilotos comenzaban vuelos de planeo en picada hacia la pista de la base Edwards. A medida que los pilotos entraban en el tramo final de aproximación, aumentaban la tasa de descenso para acrecentar la velocidad y utilizaban esta energía para llevar a cabo una maniobra de "enderezamiento para el aterrizaje" y disminuían la velocidad de aterrizaje a alrededor de 200 mph (322 km/h), el mismo patrón básico de acercamiento y de velocidad de aterrizaje que los transbordadores espaciales actuales.
 

El M2-F2

El primer vuelo del M2-F2, que era muy parecido al M2-F1, se produjo el 12 de julio de 1966, también tripulado por Thompson. En ese entonces, el mismo B-52 utilizado para lanzar desde el aire la aeronave de investigación con el cohete X-15 había sido modificado para transportar los cuerpos generadores de sustentación. El M2-F2 fue soltado desde el pilón del ala del B-52 a una altitud de 45.000 pies (13.700 m) en ese vuelo de planeo inaugural.

M2-F2 with F-104 chase El M2-F2 pesaba 4620 libras (2096 kg) sin lastre, medía aproximadamente 22 pies de largo (6,7 m) y tenía un ancho de aproximadamente 10 pies (3 m).

El 10 de mayo de 1967, durante el décimo sexto vuelo de planeo, un accidente en el aterrizaje dañó seriamente el vehículo y lesionó de gravedad al piloto de la NASA, Bruce Peterson. (La imagen fílmica del accidente se utilizó luego en la secuencia de apertura de la popular serie de televisión de la década de 1970 "El hombre biónico")
 

El M2-F3

Los pilotos de la NASA afirmaron que el M2-F2 tenía problemas de control lateral que ocasionaron el accidente, a pesar de que contaba con un sistema de control de aumento de la estabilidad. Cuando se reconstruyó el M2-F2 y se rediseñó el M2-F3, se modificó con una aleta vertical adicional, centrada entre las aletas de los extremos, para mejorar las características de control.

M2-F3 drop from a B-52 El primer vuelo del M2-F3, a cargo del piloto de la NASA Bill Dana, tuvo lugar el 2 de junio de 1970. Era un vuelo de planeo con el objeto de evaluar cambios en el desempeño del vehículo como producto de las modificaciones. El vehículo modificado presentaba mucha mejor estabilidad lateral y características de control que las del M2-F2.

Durante las 26 misiones siguientes, el M2-F3 alcanzó una velocidad máxima de 1064 mph (1712 km/h) (Mach 1,6). Dana piloteó esa misión de alta velocidad, que tuvo lugar el 13 de diciembre de 1972. La mayor altitud alcanzada por el M2-F3 fue de 71.500 pies (21.800 m) el 20 de diciembre de 1972, la fecha de su último vuelo, a cargo del piloto de la NASA John Manke.

Un sistema de control de reacción a chorro, similar a los impulsores utilizados en las aeronaves espaciales en órbita, se instaló también en el M2-F3 para obtener datos de investigación sobre su eficacia para controlar el vehículo. A medida que la porción correspondiente al M2-F3 del programa de cuerpos generadores de sustentación llegaba a su fin, se evaluó un sistema de control de aumento del comando de velocidad y una palanca de control "side-arm" (que se acciona sin levantar el brazo por encima del hombro), similar a los controladores side-arm que se utilizan en la actualidad en muchas aeronaves modernas.

El M2-F3 se encuentra ahora en exhibición en el Museo Nacional del Aire y el Espacio (National Air and Space Museum), en Washington, D.C.
 

El HL-10

Northrop entregó el HL-10 al FRC en enero de 1966, que voló por primera vez unos 11 meses más tarde, el 22 de diciembre de ese mismo año. El piloto fue Bruce Peterson, antes de que se lesionara en el accidente del M2-F2.

HL-10 lifting body landing El HL-10 voló 37 veces y estableció varios récords del programa. El 18 de febrero de 1970, el piloto de pruebas de la Fuerza Aérea, Mayor Peter Hoag, voló el HL-10 a 1228 mph (1976 km/h) (Mach 1,86), la velocidad más alta alcanzada por un cuerpo generador de sustentación. Nueve días más tarde Bill Dana, de la NASA, voló el HL-10 a 90.303 pies (27.500 m), la mayor altitud alcanzada por un cuerpo generador de sustentación. El HL-10 también fue el primer cuerpo generador de sustentación que voló a una velocidad supersónica, el 9 de mayo de 1969, piloteado por Manke.

El HL-10 presentaba una base curvada longitudinalmente, un extremo superior redondeado lateralmente y poseía una plataforma delta. En su configuración final, tres aletas verticales, dos de ellas inclinadas hacia fuera del cuerpo, y una aleta central alta otorgaban control direccional a la aeronave. Una cabina que no sobresalía armonizaba con la nariz lisa y redondeada. Medía alrededor de 21 pies de largo (6,4 m), con una envergadura de 13,6 pies (3,9 m). Su peso en vuelo de planeo era de 6.473 libras, y el peso bruto máximo era superior a 10.000 libras.

Los vuelos del HL-10 contribuyeron sustancialmente a la decisión de diseñar los transbordadores espaciales sin motores de combustión atmosférica, que podían haber sido utilizados para aterrizajes propulsados. El HL-10 voló por última vez el 17 de Julio de 1970, y la aeronave se encuentra ahora en exhibición al público en la entrada del Centro Dryden de la NASA.
 

El X-24A

Construido por Martin para la Fuerza Aérea, el X-24A era una aeronave de forma protuberante, con tres aletas verticales en la parte posterior para control direccional. Pesaba 6270 libras (2844 kg) sin propulsores, medía un poco más de 24 pies de largo (7,3 m) y casi 14 pies de ancho (4,2 m).

X-24A parked El primer vuelo de planeo no propulsado del X-24A tuvo lugar el 17 de abril de 1969, piloteado por el Mayor de la Fuerza Aérea Jerauld Gentry. Gentry también piloteó el vehículo en el primer vuelo propulsado, el 19 de marzo de 1970.

El X-24A voló 28 veces como parte de un programa que, tal como ocurrió con el HL-10, ayudó a validar el concepto de que un vehículo sin alas puede aterrizar sin propulsión. Alrededor de tres décadas más tarde, los directores del programa del X-38 eligieron utilizar el diseño del X-24A para ahorrar dinero, debido a que la base de datos aerodinámica del X-24A estaba completa. Este hecho limitó el número de pruebas en túneles de viento que habrían sido necesarias para un diseño totalmente nuevo.

La mayor velocidad registrada por el X-24A fue de 1036 mph (1667 km/h) (Mach 1,6), y la altitud máxima alcanzada por la aeronave fue de 71.400 pies (21.800 m). Ambos vuelos fueron piloteados por el piloto de investigaciones de la NASA John Manke, quien fue también el piloto del vuelo final el 4 de junio de 1971.
 

El X-24B

El diseño del X-24B evolucionó desde una familia de formas potenciales de reentradas propuestas por el Laboratorio de Dinámica de Vuelo (Flight Dynamics Laboratory) de la Fuerza Aérea, cada una con mayor relación de sustentación con respecto a la resistencia al avance.

X-24B in flight Para reducir los costos de construcción del vehículo de investigación, la Fuerza Aérea regresó el X-24A a Martin para que lo modificara, cambiando su forma protuberante a otra que semejaba una "plancha plana voladora", con el extremo superior redondeado, base plana y una plataforma en doble delta que terminaba en una nariz afilada.

Manke fue el primero en volar el X-24B, en un vuelo de planeo el 1º de agosto de 1973. También fue el piloto de la primera misión propulsada, el 15 de noviembre de 1973.

Entre los vuelos finales con el X-24B, hubo dos aterrizajes precisos en la pista principal de concreto de la Base Edwards que demostraron que era operativamente factible efectuar aterrizajes de reentrada no propulsados. Estas misiones, tripuladas por Manke y el Mayor Mike Love de la Fuerza Aérea, representaron el hito final en un programa que ayudó a escribir el plan de vuelos para todos los aterrizajes de transbordadores espaciales en la actualidad.

El vuelo propulsado final con el X-24B tuvo lugar el 23 de septiembre de 1975, tripulado por Bill Dana. También fue el último cuerpo de sustentación propulsado por cohete que voló en Dryden. Irónicamente, alrededor de siete años antes, fue también Dana quien voló la última misión propulsada por cohete del X-15.

La velocidad máxima alcanzada por el X-24B fue de 1164 mph (1873 km/h) (Mach 1,74) el 25 de octubre de 1974, tripulado por Love. La mayor altitud fue alcanzada por Manke, 74.100 pies (22.600 m), el 22 de mayo de 1975.

El X-24B se encuentra ahora en exhibición al público en el Museo de la Fuerza Aérea, Wright-Patterson AFB, Ohio.
 

The X-24B is now on public display at the Air Force Museum, Wright-Patterson AFB,Ohio.

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Page Last Updated: August 21st, 2013
Page Editor: NASA Administrator