Por Guy Norris | Aerospace Daily & Defense Report
ORLANDO, Florida – En medio de continuas señales de un aumento significativo en la investigación y desarrollo hipersónico de EE. UU., Boeing ha revelado los primeros detalles de un diseño de vehículo demostrador reutilizable capaz de volar a mas de Mach 5 que podría allanar el camino para un futuro avión de ataque y reconocimiento de alta velocidad, un genuino heredero del Blackbird.
La configuración de la aeronave presenta un ala delta de gran flecha y se basa en dos décadas de experiencia de Boeing con los programas demostradores hipersónicos X-43 y X-51A. Pero también incorpora características de diseño de otros proyectos de alta velocidad de las compañías absorvidas por Boeing, incluido el bombardero experimental de Mach 3 North American XB-70. Al igual que el aparentemente similar concepto SR-72 evelado en 2013 por Lockheed Martin, el diseño de Boeing también apunta a un sucesor hipersónico para finales de la década de 2020 para el avión SR-71 Blackbird de reconocimiento estrategico, retiradodel servicio activo en los años 90.
“Preguntamos: ‘¿Cuál es la forma más económica de hacer un vehículo demostrador hipersónico reutilizable?’ Y realizamos nuestra propia investigación independiente al analizar esta cuestión”, dice Kevin Bowcutt, científico en jefe de Boeing para vehiculos hipersónicos. Si el concepto se selecciona para el desarrollo a escala completa, Boeing visualiza un proceso de dos pasos que comienza con las pruebas de vuelo de un vehículo monomotor del tamaño de un F-16 para probar el concepto, seguido de una aeronave bimotora de escala completa totalmente operativa con aproximadamente las mismas dimensiones que el SR-71 de 107 pies de largo, unos 36,62 mts.
El modelo de concepto fue presentado en el foro SciTech del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. En declaraciones a Aerospace DAILY al margen del programa, Bowcutt dice que la configuración waverider de doble cola continúa evolucionando, pero que ya es representativa de un diseño hipersónico factible. “Es un problema realmente difícil desarrollar un avión que despega y acelera a través de Mach 1 hasta Mach 5 y más allá. El impulso específico de un motor que respira aire disminuye con el aumento de la velocidad, por lo que debe hacer que el motor sea más grande para llegar a Mach 5. Pero hacerlo significa una entrada de aire más grande y una tobera de mayor tamaño, y tratar de hacerlo a través de Mach 1 es más difícil ”
Pero Bowcutt dice que la cuidadosa integración del sistema de propulsión y del fuselaje a través de la optimización del diseño multidisciplinar (MDO), un proceso en el que los diseñadores incorporan todas las disciplinas relevantes simultáneamente, ha permitido a Boeing desarrollar una configuración funcional. El MDO fue utilizado para finalizar el diseño del X-51A
Cabe recordar que el Waverider fue el primer vehículo en demostrar un vuelo hipersónico con propulsion con aspiración de aire sostenida.
Aunque inicialmente fue financiado independientemente por Boeing, el desarrollo del concepto de vehículo hipersónico continúa bajo la iniciativa Advanced Full Range Engine (AFRE) de la DARPA y un estudio de concepto de demostración de vuelo del turbine-based combined cycle (TBCC) del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. . El socio de Boeing en el apartado motor para el concepto es Orbital ATK, que en septiembre de 2017 recibió un contrato de US$ 21,4 millones para el programa AFRE. Boeing comenzó a trabajar en el estudio de concepto del demostrador de vuelo AFRE TBCC, con Orbital ATK como subcontratista, en 2016.
La configuración del vehículo está dominada por el sistema de propulsión TBCC, que combina motores de turbina convencionales con ramjets / scramjets de modo dual (DMRJ: dual-mode ramjets/scramjets). Los motores de turbina operan con un número de Mach suficientemente alto para permitir la transición al DMRJ. Los motores compartirán la toma de aire y la tobera de escape, con la turbina cerrada después de la transición y luego se reiniciará una vez que el vehículo hipersónico reduzca la velocidad para regresar a su aeropuerto y aterrizar en la pista. Las tomas de aire están divididas por un tabique prominente derivado del XB-70, dice Bowcutt, y agrega que el TBCC es solo una de las diversas opciones de propulsión posibles. Las toberas también están separadas por un prominente divisor del tipo “cola de barco”.
“El sistema de propulsión determina la longitud del vehículo”, dice Tom Smith, diseñador jefe de aviones hipersónicos de Boeing Research and Technology. Aunque Boeing se niega a discutir aspectos específicos del diseño, las anchas entradas y la góndola montada en el fuselaje inferior sugieren que la turbina y el DMRJ en cada motor TBCC se encuentran uno al lado del otro en lugar de dispuestos en una configuración superpuesta.
Las tomas de aire curvadas hacia adentro están posicionadas para capturar la onda de choque inicial desde la nariz del vehículo, mientras que las pronunciadas aristas de la parte delantera del bastón estan contorneadas en el ala delta de relativa gran envergadura para proporcionar capacidad de movimiento a velocidad hipersónica y suficiente sustentación para aterrizar y despegar a velocidad subsónica. El término waverider se refiere a un diseño en el cual el vehículo monta la onda de choque unida al borde delantero, beneficiándose así de una menor resistencia inducida. “A medida que la estrecha aristas hace su trancisión al ala, se produce un buen vórtice, que te importa a baja velocidad”, dice Smith.
