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 projeto V-22 apareceu devido a uma serie de fatores operacionais, alguns bem aparentes no conflito do Vietnã. O USMC queria substituir seus helicópteros CH-46 e CH-53A.

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.

Um total de 30 militares já morreram desde primeiro vôo em 1989. Os problemas foram resolvidos e avaliação operacional deve ser feita em 2005 e decisão de colocar em serviço em 2006. O USMC esperava colocar em operação em 1999. A entrada em serviço do CV-22 deve ser em 2009.

       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


Voltar ao Sistemas de Armas


2005-2006 ©Sistemas de Armas
Site criado e mantido por Fabio Castro


     Opinião

  FórumDê a sua opinião sobre os assuntos mostrados no Sistemas de Armas
  Assine a lista para receber informações sobre atualizações e participar das discussões enviando um email
  em branco para sistemasarmas-subscribe@yahoogrupos.com.br