Demostrador tecnológico: Grumman X-29 FSW

Grumman X-29 FSW

El Grumman X-29 fue un avión de caza experimental que sirvió de base para investigar un conjunto de nuevas tecnologías, para aplicarlas en el futuro en otros aviones de combate de Quinta generación de cazas de reacción; las más destacadas fueron el ala en flecha invertida y las superficies de vuelo tipo canard.

Historia

Siguiendo el programa de pruebas de los aviones X, se construyó este moderno avión para preparar el diseño, la tecnología y la posible producción en serie en el futuro, de un avión de combate de Quinta generación de cazas de reacción. El X-29 realizó su primer vuelo en 1984 y durante los siguientes diez años, los dos X-29 construidos fueron usados por la DARPA para realizar pruebas de vuelo.

Diseño

Grumman X-29, 24 de julio de 1987.

El avión de pruebas de vuelo y laboratorio de nuevas tecnologías, de diseño monomotor, con alas invertidas y alerones delanteros canard's, para alta maniobrabilidad. La inestabilidad aerodinámica inherente de esta configuración, requirió el uso de modernos controles fly-by-wire computarizados, y fue necesario, el uso de avanzados materiales compuestos, para fabricar el ala, lo suficientemente rígida, pero sin que resultara demasiado pesada, diseño que luego se aplicó con éxito en los nuevos aviones de Quinta generación de cazas de reacción, con alas que tienen materiales compuestos y una forma convencional, tipo romboidal, como el Lockheed Martin F-22 Raptor que si se fabricó en serie, y el más moderno Lockheed Martin F-35 Lightning II, que está en etapa de pruebas.




La cabina es monoplaza y tiene pequeños difusores de ingreso de aire a los motores, instalados a los costados de la cabina, donde se conectan los alerones delanteros, en forma similar al caza Saab 39 Gripen, aunque nunca se consideró su fabricación en serie, sirvió de base de pruebas para desarrollar nuevas tecnologías de control de vuelo, en posteriores diseños de naves inestables, que no hubieran podido pasar su fase de pruebas de vuelo, sin la contribución de este avión laboratorio de pruebas de nuevas tecnologías.

Diseño de tres superficies e inestabilidad inherente.

El X-29 se describe como un avión de tres superficies, con mazas, alas barridas hacia adelante y superficies de control de popa de popa, utilizando un control longitudinal de tres superficies. Las bandas y las alas tienen como resultado un menor arrastre de recorte y un menor arrastre de onda, mientras que el uso de los trazos para recortar en situaciones en las que el centro de gravedad está desactivado proporciona menos arrastre de recorte que depender del canardo para compensar.

La configuración, combinada con un centro de gravedad bien situado detrás del centro aerodinámico, hizo que la nave fuera inherentemente inestable. La estabilidad fue proporcionada por el sistema de control de vuelo computarizado haciendo 40 correcciones por segundo. El sistema de control de vuelo estaba formado por tres computadoras digitales redundantes respaldadas por tres computadoras analógicas redundantes; cualquiera de los tres podría volar por su cuenta, pero la redundancia les permitió verificar errores. Cada uno de los tres "votaría" en sus medidas, de modo que si alguno fallara, podría detectarse. Se estimó que una falla total del sistema era tan improbable como una falla mecánica en un avión con un arreglo convencional.



La alta inestabilidad del paso del fuselaje condujo a amplias predicciones de maniobrabilidad extrema. Esta percepción se ha mantenido en los años posteriores al final de las pruebas de vuelo. Las pruebas de la Fuerza Aérea no apoyaron esta expectativa. Para que el sistema de control de vuelo mantenga todo el sistema estable, la capacidad de iniciar una maniobra fácilmente necesita ser moderada. Esto se programó en el sistema de control de vuelo para preservar la capacidad de detener la rotación de lanzamiento y evitar que la aeronave se salga de control. Como resultado, todo el sistema volado (con el sistema de control de vuelo en el circuito también) no podría caracterizarse por tener una mayor agilidad especial. Se concluyó que el X-29 podría haber aumentado la agilidad si tuviera actuadores de superficie de control más rápidos y / o superficies de control más grandes.

Consideraciones aeroelásticas

En una configuración de ala barrida hacia adelante, la elevación aerodinámica produce una fuerza de torsión que gira el borde delantero del ala hacia arriba. Esto da como resultado un mayor ángulo de ataque, lo que aumenta la elevación y retuerce el ala. Esta divergencia aeroelástica puede conducir rápidamente a una falla estructural. Con una construcción metálica convencional, se requeriría un ala muy rígida a la torsión para resistir la torsión; la rigidez del ala agrega peso, lo que puede hacer que el diseño sea inviable.

El diseño X-29 hizo uso del acoplamiento elástico anisotrópico entre la flexión y la torsión del material compuesto de fibra de carbono para abordar este efecto aeroelástico. En lugar de usar un ala muy rígida, que acarrearía una penalización de peso incluso con el compuesto relativamente ligero, el X-29 usó un laminado que producía un acoplamiento entre la flexión y la torsión. A medida que aumenta la elevación, las cargas de flexión obligan a las puntas de las alas a doblarse hacia arriba. Las cargas de torsión intentan torcer el ala hacia ángulos de ataque más altos, pero el acoplamiento resiste las cargas, torciendo el borde delantero hacia abajo, lo que reduce el ángulo del ala y el ataque. Con la elevación reducida, se reducen las cargas y se evita la divergencia.

Especificaciones (X-29)

Referencia datos: 1​

Características generales

Tripulación: 1 piloto
Carga: 1.810 kg
Longitud: 14,7 m
Envergadura: 8,29 m
Altura: 4,26 m
Superficie alar: 17,54 m²
Perfil alar: Ala en flecha invertida
Peso vacío: 6.260 kg
Peso máximo al despegue: 8.070 kg
Planta motriz: 1× Turbofán General Electric F404.
Empuje normal: 71,2 kN 16.000 lbf de empuje.
Archivo:X-29 flight maneuvers.ogv
X-29 realizando varias maniobras en vuelo.

Rendimiento

Velocidad máxima operativa (Vno): 1.770 km/h (Mach 1,8) a 10.000 m
Alcance: 560 km
Radio de acción: km
Alcance en combate: km
Alcance en ferry: km
Techo de vuelo: 16.800 m