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Aeronaves VTOL |
Os estudos de aeronaves VTOL (Vertical take-off and landing – decolagem e pouso verticais) data de estudos dos anos 1930. Já foram estudadas várias formas de fazer uma máquina que decole e pouse verticalmente. Os conceitos foram inúmeros, além da asa rotativa (helicópteros): tail-sitter com e sem carenagem ou com turbinas, tilt-rotor, tilt-prop, tilt-duct, tilt-jet, orientação de jato, X-wing, reator de sustentação e mistos. Destes, além dos helicópteros, apenas o Harrier e YAK-36 tiveram sucesso (orientação de jato) e agora parece que os tiltrotor irão entrar em operação na forma do V-22 e Bell 609. A grande maioria não passou da fase de conceito e poucos chegaram a voar na forma de protótipo.
Até o
início dos
anos 70, quando a Bell Helicopter TEXTRON projetou o XV-15, que
originou a
versão atual. O modelo 300 da Bell foi
proposto em 1968. Quando a NASA e o
US Army passaram a financiar pesquisas de aeronaves tiltrotor
(convertiplano) em 1972, o modelo
301 ou XV-15 foi financiado. Dois protótipos foram terminados em
1979. Em mais de 200 realizou mais de 5 mil conversões com mais
de 300 pilotos. O primeiro tiltrotor da Bell
foi o XV-3 que vou em agosto de 1955 e caiu dois meses depois, mas o
segundo
voou em dezembro de 1958 e realizou 110 conversões antes de se
aposentar em
1965.
Até década
70, EUA projetou o Fairey Rotodyne, o XFY-1 Convair Tailsitter,
o XV-3 Bell Tiltrotor, o VZ-2 Boeing Tiltwing / Rotor, o XC-142
LTV-Hiller –
Ryan Tiltwing / Rotor e o X-22 Bell Ducted Tiltrotor (foto). Os
conceitos tipo
tilt-wing, ou tiltrotor não são tão eficientes
como os helicópteros para
sustentação. São difíceis de controle e
levam menos carga com a mesma potência.
Também são menos seguros pois não fazem
autorotação.
O
BA-609 é um tiltrotor civil da Bell e Agusta. O BA-609
terá uma velocidade de
cruzeiro de 495km/h e um alcance de 1.350km. Poderá conduzir
até nove
passageiros e suas dimensões são bem menores, comparadas
com o V-22.
Comprimento de 13,3m, largura total de 18,3m com os rotores em
posição de
decolagem. Será propulsado por duas Pratt & Whitney
PT6C-67A. O teto
operacional será de 25000 pés e terá cabina
pressurizada. A conversibilidade de
VTOL para a velocidade de cruzeiro será realizada em cerca de 20
segundos. Seu
peso máximo de decolagem está previsto para 16.000 lbs com
uma carga útil de
5.500 lbs. O custo operacional informado está em torno de US$850
por hora de
vôo.
O Eagle Eye
(Olhos de águia) é uma aeronave não pilotada para
preencher requisitos de aeronave
de reconhecimento embarcado da US Navy. Tem 15,2 pés de largura
entre asas e
17,9 pés de comprimento, velocidade máxima nivelado de
200 nós com uma carga
útil de 200Lbs e teto de 14. O protótipo já
está em testes há mais de 10 anos. O Eagle Eye foi
projetado para participar do programa Vertical Take Off and Landing
Tactical Unmanned Aerial Vehicle (VTUAV) da US Navy e USMC.
Os projetos de Tiltrotor Italianos iniciaram com o EUROFAR europeu cancelado na década de 90. O programa terminou com a Eurocopter lançando o Eurotilt com rotação da asa/motor/rotor e a Agusta e Westland lançando o programa Enhanced Rotorcraft Innovative Concept Achievement (ERICA) tipo Tiltwing (foto) parcial de segunda geração. Levaria 19 passageiros com decolagem vertical e atingiria 650km/h.
V-22 Osprey
O Vietnã mostrou a grande vantagem da mobilidade e tempo resposta do assalto de helicóptero com as principais batalhas vencidas devido ao helicópteros. Na Guerra do Yom Kippur foram realizados vários assaltos de helicópteros, incluindo uma emboscada audaciosa contra um comboio bem dentro Egito feita pelos Israelenses.
As defesas antiaéreas eram a fraqueza da tecnologia da época. As escoltas de helicóptero mostraram que podia diminuir as baixas nos helicópteros de transporte durante o conflito do Vietnã, mas não funcionava contra defesas pesadas. Neste conflito, 5-7 gunships podiam escoltar 20-25 UH-1 slick. A fase de ingresso era voada bem alto e desciam antes do pouso. As aeronaves tinham que descarregar as tropas rápido para se expor por pouco tempo. Depois do Vietnã o assalto aéreo foi realizado com mais freqüência para infiltração e exfiltração de forças especiais e CSAR. No Iraque, depois de três anos de operações foram 40 helicópteros perdidos sendo metade para fogo inimigo. Uma aeronave derrubada significa CSAR a caminho. Os inimigos costumam fazer emboscada para os helicópteros e não se interessam apenas no piloto derrubado.
O V-22 deveria resolver alguns problemas do CH-46 como a grande área para pouso, os motores muito próximos podiam ser destruído com tiro único, as armas de supressão laterais eram pouco potentes, o rotor era barulhento, a velocidade de pouso era restrita assim como a velocidade máxima. O USMC preferia usar o CH-53 que tinha desempenho melhor, mas o resgate no Irã mostrou que o CH-53 também era limitado.
Foi o Shilka que determinou o requerimento do JVX que junto com os mísseis portáteis SA-7 evitaram que os helicópteros de assalto aéreo voassem acima de 500 metros onde as armas leves eram menos efetivas. Os russos também desenvolveram o helicóptero Mi-24 que tinha velocidade e armas para ameaçar os helicópteros de transporte. Depois apareceram radares "Look Down/Shoot Down" nos caças que podiam detectar e atacar aeronaves voando baixo. Os mísseis anti-navios como o Exocet começaram a ser vendidos para paises do Terceiro Mundo.
A aeronave que deveria substituir os helicópteros do USMC deveria ter grande carga versus alcance, grande velocidade de penetração e com alguma capacidade furtiva. O requerimento do USMC acabou dominando o programa JVX.
Em 1981 o USMC já tinha lançado o requerimento para o projeto HMA para uma aeronave capaz de levar 24 tropas a 200 milhas em uma velocidade de 250 milhas por hora. Obviamente não poderia ser um helicóptero. O programa HXM se juntou ao programa HX para uma aeronave CSAR para a USAF, ao VSX para uma aeronave de CSAR da US Navy e ao SEMA-X para uma aeronave de guerra eletrônica do US Army. Todos foram unidos no programa Joint services advanced Vertical lift (eXperimental) - JVX. O US Army também queria que o JVX participasse do programa AAH, AHIP e LHX. O conceito Tiltrotor passou a ser preferido aos conceitos de helicóptero Advancing Blade Concept (ABC) e aeronave Tiltfan em 1982. No fim da década de 1980 os russos estudaram uma cópia do V-22 para substituir o Mi-8 mas não passou da fase de conceito.
Outros requerimentos do V-22
Osprey
surgiram após
o fracasso do resgate dos reféns americanos no Irã em
abril de 1980. Análises
posteriores a operação Eagle Claw mostraram que a
missão tinha poucas chances
de sucesso pois o RH-53D não tinha alcance para voar até
o interior do Irã,
forçando o estabelecimento de base no deserto. A baixa
velocidade evitava que a
missão fosse feita em uma noite. A equipe de resgate deveriam
ficar escondida próximo
de Teerã e retornariam na noite seguinte com equipe e
reféns.
Eram tantos ciclos de vôo que falhas mecânicas poderiam resultar em poucos helicópteros para resgate disponíveis. O resultado foi o requisito de uma aeronave de infiltração e extração de longo alcance. O resgate fracassado no Irã virou o padrão de grande operação de longo alcance. O CV-22 simplificaria a operação e iria direto no alvo com retorno na mesma noite.
A principal limitação dos helicóptero é que o rotor se torna menos eficiente a grandes velocidades. A velocidade econômica gira em torno de 270km/h e um helicóptero usa muita potencia para atingir esta velocidade. Esta limitação limita seu alcance devido ao grande consumo de combustível e a velocidade devido ao grande arrasto das pás.O V-22 evita estes problemas convertendo de helicóptero para aeronave convencional com o giro das hélices. Isto leva a alguns problemas. No peso máximo de decolagem a carga do disco do V-22 é de 102kg/m2 ou 30% a mais de um CH-53E ou o dobro do CH-47. As hélices também giram muito mais rápido que o de um helicóptero comum o que afeta sua eficiencia em vôo pairado. O resultado é a necessidade de mais potência para pairar em comparação com um helicóptero do mesmo peso.
Comparado com um
turbohélice, o rotor do V-22 é eficiente
em baixas velocidades
o que o torna menos eficiente em vôo convencional e limita a
velocidade apesar
da grande potência. O Merlin leva a mesma carga do V-22, mas tem
uma
relação
peso/potência um terço menor. A relação
peso/potência do CH-53E é um pouco
maior, mas leva o dobro da carga. Por outro lado, o V-22 cruza 50% mais
rápido
que estes helicópteros. Um C-27J tem a mesma
relação peso/potência do V-22 e com
motor similar, mas leva o dobro de carga e é 80km mais
rápido.
O resultado final é uma
maior eficiência
operacional comparado com um helicóptero. Em assalto
anfíbio, o V-22 mostrou um
raio de ação sem reabastecimento de 360km comparado com
150-180km de um helicóptero
comum. Isto permitiria penetrar praias defendidas, atacar a área
de retaguarda
inimiga, bloquear reforços e melhora a possibilidade de obter
surpresa e
despistamento. O V-22 permite lançar um assalto anfíbio
um dia antes em relação
a outros helicópteros ou permanecer longe no mar e fora do
alcance das ameaças
no litoral.
Velocidade e alcance são
importantes em
outros aspectos. Para o USMC, o V-22 pode realizar mais saídas
em uma certa
distância que um helicóptero no mesmo período de
tempo. A
força embarcada será levada para terra em menos tempo e
se torna menos vulnerável a
contra-ataque.
Em operações
especiais, o CV-22 da USAF mostrou
ser capaz de realizar uma missão a 700km contra 250km do MH-53
que precisa ser
reabastecido por um MC-130 para missões de longo alcance. O
resultado é que com
o VC-22 será possível aposentar alguns MC-130. As
experiências de forças
especiais no Afeganistão mostraram a necessidade de uma aeronave
de longo
alcance para apoiar os MC-130 e MH-60 da USAF.
O MH-53J Pave Low III estão no fim da
vida útil e devem ser aposentados. Os 50 CV-22 da USAF
encomendados para
substituí-los devem ser adquiridos por US$ 65,8 milhões cada. O
CV-22
tem tanques nas asas e dobra o alcance em relação ao
MV-22 do USMC. As duas aeronaves tem 85% em comum. O CV-22
leva 1800kg mais combustível em tanques nas asas. Tem
equipamentos mais sofisticados
como um radar APQ-108 multimodo para acompanhamento do terreno e
sistemas
sofisticados de defesa como o ALQ-211 Suite of Integrated Radio-
Frequency
Countermeasures (SIRFC) e o Directed Infrared Countermeasures (DIRCM).
A velocidade é crucial para
CSAR e
evacuação. Em 1996, 2000 cidadãos americanos foram
evacuados na Libéria. Com um
numero igual de V-22, a operação iria durar 4 dias ao
invés de 10 com metade
das saídas.
Outra vantagem do V-22 em
relação aos helicópteros
é a capacidade de deslocamento com alcance de 3.892km com tanques internos. Um helicóptero precisa ser
desmontado e
levado em uma aeronave de carga enquanto o V-22 pode voar por si
só em
reabastecimento em vôo. O CH-46 precisa de quatro saídas
de C-5 e um C-141 para
deslocar equipamento e pessoal. O MV-22 precisa apenas de dois C-141. O
MH-53 é
muito lento e é deslocado dentro de um C-5. Leva 18 horas para
desmontar e
preparar e mais 12 horas para remontar, seguido de um vôo de
teste.
Com decolagem curta o peso
máximo sobe para
25 toneladas podendo decolar em 365 metros no solo ou 40 metros em um
navio.
Devido a alta potência e
diferença de
arrasto, o V-22 pode acelerar e desacelerar mais rápido. Vai de
zero a 400km/h em
18 segundos e pára no mesmo tempo. A exposição ao
fogo
inimigo é menor. Com
acompanhamento do terreno se torna menos vulnerável e pode
usar rotas mais
longe de ameaças.
O V-22 vem sofrendo atrasos no
desenvolvimento devido a vários acidentes. O acidente em 2000
foi atribuído
primariamente a fatores humanos. A aeronave estava em modo
helicóptero, movendo
para frente a menos de 70km/h e descendo a 600m/min, ou 2,5 vezes o
limite
estabelecido no manual. Então rolou para o lado direito e
não recuperou. O
acidente parece ter sido causado pelo fenômeno de vortex em anel
(
vortex-ring).
Todos helicópteros
são susceptíveis a vortex
em anel a baixa velocidade e alta razão de descida, quando o
helicóptero começa
a afundar no próprio sopro das hélices. Se a velocidade
do sopro das hélices se
iguala a velocidade de descida, o ar para de recircular ao redor das
pontas das
hélices e perde sustentação. Se o piloto abre a
potência e aumenta o angulo de
ataque o problema piora. Este problema raramente causa problemas pois
os pilotos
são treinados para reconhecer o problema e resolver aumentando a
velocidade
para frente e os helicópteros modernos tem excesso de
potência para diminuir a
razão de descida.
Com o V-22 é diferente pois a configuração lado-a-lado com rotores girando em direção opostas permite que um rotor entre em vortex em anel fazendo a aeronave girar. A tentativa de controlar piora ainda mais o problema.
V-22 leva 9.000kg de carga
internamento, ou o dobro do pedido pelo USMC, ou
6400 kg externo (4500 kg da especificação original).
Está apto a puxar 3.9g a
470km/h e atinge uma velocidade máxima de 510km/h.
A US Navy tinha
planos para
adquirir 48 HV-22B para salvamento de combate, mas deverá usar o
MH-60S. O SV-22
anti-submarino para a
US Navy foi estudado em 1986, mas mostrou ser pesado para operar de
pequenos
navios e reabastecer. O US Army participou do programa e queria comprar
mais de
231 V-22 para apoio logístico, mas acabou saindo do programa. O
USMC é o
principal interessado pela aeronave e teve que reduzir o número
de aeronaves
pretendidas de 552 para 360. A USAF planejava comprar 80 CV-22, depois
reduzido para 50.
A USAF planeja substituir sua frota de
helicópteros de
resgate de combate. Inicialmente serão adquiridos 61 aeronaves
com velocidade
entre 250 a 340km/h para entrar em serviço em 2011. Em uma
segunda fase serão
adquiridos 71 aeronaves com velocidade entre 370 a 555kmh e raio de
ação sem
reabastecimento em vôo de 325 a 450km. O V-22 e aeronaves
compostas poderão
participar desta segunda fase. A primeira fase foi vencida pelo
helicóptero Merlin.
Peso Peso Velocid. Potência Area Carga Peso/ Carga
Vazio máximo vertical (kW) rotor Disco Potência (m2) (kW/kg)
V-22 15.032 21.545 210 9.170 102 0.42 0.70 5.300/24
CH-47 10.615 24.494 525 5.600 49 0.23 0.43 10.300/55
CH-53E 15.072 33.340 455 9.798 73 0.29 0.45 13.600/55
Merlin 7.350 14.600 271 5.172 54 0.35 0.64 5.400/24
S-92 6.900 14.000 231 3.046 60 0.22 0.49 4.500/22
C-27J 14.965 28.117 - 6.260 - - 0.53 9.000/46
(kg/m2) (kg)/tropas Vantagens do Tiltrotor
Os estudos
britânicos para
usar o V-22 no programa Future Amphibious Support Helicopter (FASH)
feitos pela
DERA avaliou capacidade operacional comparado com outros
helicópteros em três cenários.
Os atributos estudados foram a velocidade, alcance e capacidade de
sobrevivência.
A velocidade melhora a quantidade de tropas e suprimentos entregues em
um dado
espaço de tempo, diminui a exposição as defesas
aéreas e um raio de ação maior
permite decolar de navio longe das ameaça na costa, ou operar em
maior
profundidade no território inimigo, ou permite desviar mais
facilmente das
defesas inimigas.
Uma aeronave tiltrotor pode
realizar oito
missões normalmente não executadas por
helicópteros como alerta antecipado,
reabastecimento em vôo de outras aeronaves e auto-deslocamento.
Dos cenários estudados, o
primeiro era de
assalto anfíbio de uma força de coalizão junto com
forças EUA no Golfo Pérsico.
Compara com um helicóptero médio, foi concluindo que nas
primeiras seis horas
do assalto, o V-22 entregou 41% a mais de carga na zona de
lançamento no cenário
de curto alcance. A longa distância, completou o desembarque 15,7
horas mais rápido,
ou 50% de vantagem.
O segundo cenário era um
conflito regional
no teatro da OTAN, comparando uma força de helicópteros
mista de 40 aeronaves
(16 pesados, 8 médios e 16 leves) contra uma força de 27
V-22. A força de V-22
realizava a missão 45% mais rápido que a de
helicópteros. Em uma incursão contra o
quartel general de uma divisão blindada, a velocidade permitiu
completar a
missão em 39%-47% menos exposição às
defesas. A força de helicóptero teria o
dobro de perdas com menos helicópteros para continuar outras
operações.
O terceiro cenário era com
os britânicos
liderando um força multinacional em uma missão de
evacuação na África.
Foi comparado uma força de três V-22 com outra de
três helicópteros. O Osprey
evacuava mais rápido, superando a capacidade dos
helicópteros de carga pesada.
Um helicóptero médio e leve levaria quase dois dias para
completar a missão
feita em 20 horas pelo V-22. Em todos os cenários o V-22 era
mais rápido, mais
efetivo e sofreria menos perdas.
O DERA concluiu que uma frota de
42 a 62
V-22 seria necessária para o programa FASH. Não foram
considerados custos e
apenas capacidades operacionais. O MV-22
deve custar US$ 47-51,4 milhões em 2001 contra US$ 37
milhões do CH-53E ou o
dobro de um S-92.
Outro estudo do DERA de 1997
comparou o HH-60
e o V-22 em missões de salvamento de combate (CSAR). Foram
usados modelos de
computador de saídas simuladas na guerra no Golfo de 1991. As
ameaças foram
pioradas pois as perdas neste conflito foram muito baixas. As aeronaves
eram
equipadas com radar de acompanhamento do terreno e sistemas defensivos
sofisticados.
As conclusões foram:
- O V-22 era bem mais efetivo nas
condições
de estudo. Podia salvar três vezes mais aviadoras ou 4-7 vezes
mais
considerando capacidades únicas do tiltorotor.
- Piorando a demanda, maior a
vantagem do
V-22 como longa distância ou pior ameaça.
- O V-22 usava muito pouco o apoio
de
reabastecimento em vôo. Nas missões seriam 107
reabastecimentos a menos sendo
36 atrás das linhas inimigas.
- O V-22 era
mais eficiente
em termos de recursos, com menos saídas para deslocar e menos
pessoal.
O estudo considerou custo e vida
útil,
vulnerabilidade, penetração em mal tempo, raio combate,
consciência
situacional, espaço de carga e tempo reação.
Um estudo da USAF mostrou que apenas 6% dos resgates eram a mais de 350km, com no máximo duas pessoas em 88% dos casos.
Estudos do USMC mostraram que o MV-22 era duas vezes mais rápido, voava quatro vezes mais longe e tinha capacidade de sobrevivência 3,5 vezes maior que um helicóptero com a mesma capacidade de carga.
O V-22 leva 20
segundos para acelerar até a a velocidade máxima. Entre
as críticas do V-22 estava
a cabine pequena feita
para operar embarcado. A USAF quer uma cabine mais larga para levar
veículos.
O conceito Quad
Tiltrotor (QTR) da Bell é usar o
investimento no V-22 para desenvolver uma aeronave V/STOVL de alta
velocidade e
grande capacidade de carga. O QTR irá usar os sistema de
propulsão e suporte do
V-22 com motores, rotores, transmissão, hidráulicos, eletrônicos
e geradores. A
fuselagem será do tamanho do C-130-30 e pode transporte 90
passageiros e cargas
grandes com um AH-64. A capacidade de carga será de 13,5
toneladas externa ou
18 toneladas interna. O volume da cabina será 6-8 vezes maior
que a do
V-22. O peso
máximo será de 63 toneladas ou 45 toneladas em vôo
pairado. O alcance máximo será
de 3.700km e a velocidade máxima de 520km/h. Um demonstrador
poderá usar a
fuselagem do C-130. O programa ainda está sendo avaliado pelo
USMC e interessa
as outras forças.
Como o V-22
não tem uma aeronave para escoltá-lo com a
mesma velocidade foi
estudado uma versão artilhada chamada de AV-22. O AV-8B Harrier
é muito rápido
e o AH-1W muito lento. Outras opções poderão ser
aeronaves tiltirotor de ataque dedicadas como a da foto.
Próxima Parte: Aeronaves Composta
Atualizado em 28 de julho de 2006
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