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De onde veio o X-30 Conquest do G.I.Joe?

Aviões com asas de enflechamento negativou ou asas enflechadas para frente foram uma febre experimental na década de 1980, embora o conceito tenha surgido nas pranchetas dos engenheiros na década anterior. Fora o SU-37/47 Berkut russo que é bem posterior, somente o X-29 voou, Por isso vamos falar dele.

X-29 Aeronave de Demonstração de Tecnologia Avançada

A Aeronave Demonstradora de Tecnologia Avançada X-29 sobrevoa terreno deserto próximo a NASA Dryden.

Duas aeronaves X-29, apresentando um dos mais inusitados designs na história da aviação até então, surpreenderam quando voaram para a Instalação de Pesquisa de Voo da NASA Ames-Dryden (NASA Ames-Dryden Flight Research Facility, hoje o Dryden Flight Research Center – Centro de Pesquisa de Voo Dryden), em Edwards, Califórnia, como demonstradores de tecnologia para pesquisar conceitos e tecnologias avançados. O programa multifaseado foi conduzido de 1984 a 1992 e proveu um banco de dados de engenharia disponível para o design e desenvolvimento de futuras aeronaves.

O X-29 quase parecia que ia voar para trás.Suas asas foram removidas e montadas bem na parte de trás da fuselagem, enquanto os canards, os estabilizadores horizontais para controlar o arrasto, foram parar na frente das asas em vez de na cauda. A complexa geometria das asas combinada com os canards provia uma manobrabilidade excepcional, performance supersônica e uma estrutura leve. O ar se movendo nas asas enflechadas para frente tende a fluir para raíz da asa em vez de para suas pontas como ocorre com asas de enflechamento padrão. Este fluxo de ar reverso não permitia que as pontas das asas e seus ailerons estolassem (perdessem elevação) a altos ângulos de ataque (direção da fuselagem em relação ao fluxo de ar).

Os conceitos e tecnologias explorados pelo caça X-29 vão do uso de materiais compostos na construção da aeronave, superfícies da asa de cambagem variável, o modelo único de asas de enflechamento negative e o seu fino aerofólio supercrítico; strike flaps, canards monobloco, e o Sistema de voo computadorizado fly-by-wire para manter o controle da aeronave em caso de instabilidade de voo.

Os resultados da pesquisa mostraram que a configuração de asas de delta negativo, completadas por canards móveis, dava aos pilotos excelente resposta de controle até um ângulo de ataque de 45º. Durante seu histórico de voo, os X-29s voaram em 422 missões de pesquisa – 242 pela aeronave nº 1 na Fase 1 do programa; 120 voos pela aeronave nº 2, na Fase 2; e 60 voos de acompanhamento na Fase “Controle de Vórtex”. Um adicional de 12 voos de não pesquisa com o X-29 nº 1 e 2 voos de não pesquisa com o X-29 nº 2 elevam o número total de voos com as duas aeronaves para 436.

História do Programa

Antes da Segunda Guerra Mundial, existiram alguns planadores com asas de enflechamento negativo, e a NACA Langley Memorial Aeronautical Laboratory, Hampton, VA, fez alguns testes do conceito em túnel de vento em 1931. A Alemanha desenvolveu uma aeronave de enflechamento negativo motorizada durante a guerra, que ficou conhecido como o Ju-287. O conceito, entretanto, não foi bem sucedido porque a tecnologia e os materiais não existiam para construir asas rígidas o suficiente para suportar as forças de flexão e torção sem fazer uma aeronave pesada demais.

Ju-287

Ju-287 - Perfis

A introdução de materiais compostos na década de 1970 abriu um novo campos de construção de aeronaves, tornando possível desenhar fuselagens mais robustas e estruturas mais fortes do que as feitas de materiais convencionais e, ainda, mais leves e capazes de suportar tremendas forças aerodinâmicas.

Todo protótipo é um trabalho artesanal. Aqui, o engenheiro prepara a caixa da asa principal para testes de fixação após a montagem, sendo os revestimentos de grafite-epóxi fixados a uma estrutura interior de titânio e liga de alumínio. As linhas de giz indicam a localização dessas juntas.

A construção dos X-29’s e sua asa supercrítica e fina só foi possível pelo uso de compósitos. O estado da arte em compósitos permite entrelaçamento aeroelástico, que permite que à asa alguma curvatura, mas limita a torção e elimina a divergência estrutural dentro do envelope de voo (isto é, deformação da asa ou quebrar em voo).

Fase de montagem final em fins de 1983. Embora estruturalmente completo, o avião está ainda sem quase a metade das peças, incluindo motor, os sistemas de controle e toda a instrumentação.

Um dos primeiros modelos no túnel de vento, ainda o modelo inicial.

Em 1977, o Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA, Agência de Pesquisa de Projetos Avançados e Defesa) e o Air Force Flight Dynamics Laboratory (Laboratório de Dinâmica de Voo da Força Aérea, agora Wright Laboratory), na Base da Força Aérea de Wright-Patterson, Ohio, emitiu propostas para a pesquisa de aeronaves desenhadas para explorar o conceito de asas de enflechamento negativo. A aeronave também pretendia validar estudos que poderiam prover melhores controles e qualidades de elevação em manobras extremas e possibilitar a diminuição do arrasto aerodinâmico assim como voos mais eficientes em velocidades de cruzeiro.

O X-29 dentro da Grumman era denominado G-712.

Dentre muitas propostas, a Grumman Aircraft Corporation foi escolhida em dezembro de 1981 para receber um contrato de construção no valor de US$ 87 milhões, para construir duas aeronaves X-29. Eles deveriam ser os primeiros novos aviões da Série X em mais de uma década. O primeiro voo do X-29 no. 1 aconteceu em 14 de dezembro de 1984, enquanto que o do no. 2 ocorreu em 23 de maio de 1989. Ambos os primeiros voos decolaram da Ames-Dryden FLight Research Facility, da NASA, posteriormente renomeada Dryden Flight Research Center.

O SFW/F16 da General Dynamics, que foi rejeitado

O X-31, maquete da Rockwell, outro projeto que foi rejeitado

Sistema de controle de voo

As superfícies de controle de voo no X-29 eram canards montados para frente, cada um dividindo a carga de ascensão com as asas e provendo o passo primário de controle; os flaperons das asas (uma combinação de flaps e ailerons), usados para alterar a curvatura da asa e funcionavam como ailerons para controle de rolagem, quando utilizado de forma assimétrica; e os strake flaps em cada lado do leme, que aumentou os canards com controle de passo. As superfícies de controle foram ligadas eletronicamente a um sistema triplo redundante digital de fly-by-wire de controle de vôo (com um back up analógico) que proporcionou estabilidade artificial.

O design particular do canard monobloco, especial para as asas enflechadas para a frente usado no X-29 era instável. O sistema de controle de voo do X-29 compensou essa instabilidade detectando condições de vôo, tais como atitude e velocidade, e através de processamento do computador, ajustado continuamente as superfícies de controle com até 40 comandos por segundo. Este arranjo foi feito para reduzir o arrasto. Aeronaves de configuração convencional alcançam a estabilidade, equilibrando levantamento de cargas na asa com cargas opostas para baixo na cauda com um custo de arrasto. O X-29 evitou esta perda de desempenho em arrasto por meio de sua estabilidade estática relaxada.

Cada um dos três computadores de controle de vôo digitais tinham um backup analógico. Se um dos computadores digitais falhasse, os dois restantes assumiriam. Se dois dos computadores digitais falhassem, o sistema de controle de voo era comutado para o modo analógico. Se um dos computadores analógicos falhasse, os dois computadores analógicos restantes assumiriam. O risco de falha total dos sistemas foi equivalente no plano X-29 com o risco de falha mecânica em um sistema convencional.

Fase 1 dos Voos

A aeronave No. 1 demonstrou em 242 voos de pesquisa que o ar que se move sobre a asa enflechada para frente fluía para dentro, e não para fora como faz em uma asa convencional. Dessa forma as pontas das asas permanecem instaladas nos ângulos moderados de ataque voadas pelo X-29 No. 1. A Fase 1 de voos também demonstrou que a asa aeroelástica sob medida, de fato, impediu a divergência estrutural da asa dentro do envelope de vôo, e que a normas de controle e eficácia da superfície de controle eram adequadas para proporcionar estabilidade artificial para esta aeronave que, de outra forma, seria extremamente instável e forneceu boa qualidades de manobra para os pilotos.

O aerofólio supercrítico da aeronave também aumentou capacidades de manobra e de cruzeiro no regime transônico. Desenvolvido pela NASA e originalmente testado em um F-8 em Dryden na década de 1970, aerofólios supercríticos – mais planos na superfície superior da asa do que aerofólios convencionais – atrasou e suavizou o aparecimento de ondas de choque na superfície superior da asa, reduzindo o arrasto. A Fase 1 de voos também demonstrou que o avião poderia voar com segurança e confiabilidade, mesmo em curvas fechadas.

Fase 2 de Voos

O X-29 No. 2 foi usado para pesquisar o alto ângulo da aeronave e as características de ataque e a utilidade militar de sua configuração alar/canard voltado para frente durante 120 vôos de pesquisa. Na Fase 2, voando a até 67 graus de ângulo de ataque (também chamado de alta alfa), a aeronave demonstrou um controle muito melhor e qualidades de manobra do que os métodos computacionais e modelos de simulação haviam previsto. O X-29 No. 1 foi limitado a 21 graus de ângulo de manobra de ataque.

Durante a Fase 2 de voos, NASA, Força Aérea e os pilotos do projeto Grumman informaram que a aeronave X-29 teve excelente resposta de controle a 45 graus de ângulo de ataque e controlabilidade ainda limitada a 67 graus de ângulo de ataque. Esta controlabilidade em altas ângulos de ataque pode ser atribuída ao design único do canard da aeronave de asas de enflechamento negativo. As normas de controle de vôo de alto ganho concebidas pela NASA /Força Aérea também contribuíram para as boas qualidades de vôo.

Os conceitos de normas de controle de vôo utilizados no programa foram desenvolvidos a partir de testes de vôo rádio controlado de um modelo X-29 em queda de 22% em Langley Research Center da NASA, Hampton, VA.

O design detalhe foi realizado por engenheiros em Dryden e Air Force Flight Test Centera na Base Aérea de Edwards. O X-29 alcançou a sua alta capacidade de controle alfa sem aumentar os flaps de borda sobre as asas para elevação adicional, e sem palhetas móveis no bocal de escape do motor para mudar ou "vetorizar" o sentido do impulso, tais como aqueles usados no X-31 e o F-18 Veículo de Pesquisa para Grande ângulo de Ataque. Os pesquisadores documentaram as características aerodinâmicas do avião em ângulos de ataque elevados durante esta fase usando uma combinação de medições de pressão e visualização do fluxo. Os dados do teste de vôo da fase de alto ângulo de ataque/utilidade militar do programa X-29 satisfaria o objetivo principal do programa X-29 em sua avaliação de capacidade – desenvolver tecnologias para melhorar o desempenho da missão de futuras aeronaves de combate.

Painel do X-29, típico de sua época.

Controle de Fluxo de Vórtice

Em 1992, a Força Aérea EUA iniciou um programa para estudar o uso de controle de fluxo de vórtice como um meio de proporcionar maior controle de aeronaves em ângulos de ataque elevados, quando os sistemas de controlo de voo normais são ineficazes.

O X-29 N ° 2 foi modificado com a instalação de dois tanques de nitrogênio de alta pressão e válvulas de controle com dois pequenos jatos de tubeiras situadas na parte superior para a frente do nariz. O efeito das modificações consiste em injetar o ar para os vórtices que fluem fora do nariz da aeronave em ângulos de ataque elevados.

Em testes em túnel de vento do Air Force's Wright Laboratory e da Grumman Corporation mostrou que a injeção de ar para os vórtices mudaria a direção do fluxo de vórtice e criar forças correspondentes no nariz da aeronave para mudar ou controlar o cabeceamento nariz.

De maio a agosto de 1992, 60 vôos demonstraram com sucesso o controle de fluxo de vórtice (VFC). VFC foi mais eficaz do que o esperado em forças geradas em guinada (da esquerda para a direita), especialmente em ângulos maiores de ataque onde o leme perde eficácia. VFC foi menos bem sucedido em fornecer controle quando o sideslip (vento relativo empurrando na lateral da aeronave) estava presente, e fez pouco para diminuir balanço de oscilação da aeronave.

Sumário

No geral, VFC, como as asas enflechadas para frente, mostrou uma promessa para o futuro do design de aeronaves. O X-29 não demonstrou a redução global no arrasto aerodinâmico que estudos anteriores haviam sugerido, mas esta descoberta não deve ser interpretada como significando que um design mais otimizado com asas para frente não poderia proporcionar uma redução no arrasto. No geral, o programa X-29 demonstrou várias novas tecnologias, bem como novos usos de tecnologias comprovadas. Estes incluíram: alfaiataria aeroelástica para controlar a divergência estrutural; usar de um relativamente grande canard, próximo e acoplado para o controle longitudinal; controle de uma aeronave com extrema instabilidade enquanto continua a fornecer boas capacidades de manobra; usar do controle longitudinal de superfície tripla; uso de um flaperon com dupla dobradiça para altas velocidades supersônicas; controlar a eficácia de alto ângulo de ataque; controle vórtice; e utilidade militar da concepção global.
A Aeronave

Tipo - Aeronave Experimental de demonstração de combate aéreo.

Motor - Um turbofan com pós-combustor General Eletric F4O4-400, na faixa dos 7.258 kg de empuxo

Dimensões - Envergadura: 8,29 m; comprimento (incluindo a sonda): 16,44 m; altura: 4,36 m; área alar: 17,54 m².

Peso - Vazio: 6.054 kg; máximo: 7.848 kg.

Desempenho - Velocidade máxima nivelado: aproximadamente Mach 1.9 ou 2.019 km/h.

E o X-30?

Vários outros projetos de aeronaves com asas em enflechamento negativo foram projetadas. A única a voar depois do X-29 foi o SU-37/47 Berkut da Rússia, uma aeronave muito bela, diga-se de passagem. Mas é uma aeronave nova, dos anos 2000. Seu primeiro voo foi em 1997 e a fase de testes concluída em 2001. Berkut significa "águia dourada". Foram produzidas, também duas aeronaves e, ao contrário do X-29, estas foram armadas e testadas como vetores de armamento.

SU-47, anteriormente, SU-37, o Berkut, Äguia Dourada

Concepção artística do SU-47

Mas o X-30 Conquest, o nosso Míssil Supersônico da Estrela, é de 1986. Logo, apesar de ser um biturbina com dois lemes, não é baseado exatamente no X-29, um monoturbina de um único leme, fora que os canards são enflechados para trás, e não estruturas monobloco que juntas seriam hexagonais. Então, de onde vem? Se você ofr procurar mais, vai ver que muitos dos conceitos do X-30 foram aplicados na maquete do X-31 da Rockwell, o avião que nunca foi construído.

Design do X-31 da Rockwell

A maquete do X-31 deixa bem clara uma linha compartilhada de projeto com o X-30 Conquest do G.I. Joe

Mas ainda assim, faltam conceitos aí. Então, se procurarmos mais projetos de FSW da Grumman, encontramos mais dois desings e um deles á claramente quase o X-30, excetuando as tomadas de ar do motor e os lemes, que no conceito, também estão voltados para frente.

Neste conceito, temos muito do X-30, incluindo a cabine, a estrutura alar e os lemes duplos.

Esta outra arte mostra um caça mais pesado, provavelmente um bombardeiro

Analisando os conceitos, podemos ver claramente que o X-30 é uma mescla tanto do X-30 quanto dos projetos da Grumman, apresentado a tomada de ar do motor no ventre da aeronave, como no X-31, além dos canards voltados convencionalmente para trás, assim como os lemes. O formato das asas e lemes duplos, vem do projeto da Grumman. A ausência de cabides de armas nas pontas das asas vem do projeto do Rockwell, já que o projeto da Grumman previa armas nas pontas das asas. Os estabilizadores traseiros são um adição da Hasbro, mesmo, talvez para compensar os canards muito pequenos da aeronave, mas também para dar uma silhueta mais ameaçadora para o brinquedo.

O Blueprint do X-30. Perceba os detalhes da silhueta da aeronave que a toram muito prática como uma aeronave de ataque e não um caça.

O sistema de armas é evidentemente baseado em mísseis fictícios, mas tal aeronave seria armada com uma enorme gama de armas tanto para defesa quanto para ataque e creio que seria uma bem sucedida aeronave leve de combate, mas também uma excelente aeronave que apoio aéreo aproximado e ataque ao solo, inclusive pelas sugeridas duas metralhadoras no nariz da aeronave na parte superior, logo à frente do cockpit, como nas aeronaves mais antigas, das Grandes Guerras. Outro indício disso é a boca de tubarão desenhada, mais usada em aeronaves de ataque do que em caças.

Recentemente reformei e customizei um X-30 e corrigi a falta de armamento nas pontas das asas e em breve devo substituir os míssies fictícios por armamento mais próximo do real que, talvez, eu acabe tendo que fabricar. Por hora, o resultado me pareceu bom.

O piloto tem um ar antiquado, mesmo com um traje pressurizado mais adequado para os voos em força G que os giros dessa aeronave de proporcionar. O formato do capacete, principalmente, lembra mais os capacetes de couro dos ases da Primeira Guerra Mundial do que um capacete moderno e sem aparente preparo para receber máscara de ar. Isso é uma falha importante, pois um piloto de caça precisa da máscara tanto quanto do uniforme de voo que faz pressão nos membros inferiores e abdômen para evitar que o sangue pare de circular corretamente e cause inconsciência por falta de oxigenação do cérebro, entre outros problemas. Nesse caso, a figura tem mais um ar romântico do que prático, embora o esquema de cores seja agradável, é incorreto, já que o uniforme creme é mais usados pro alguns grupos de pilotos britânicos, e náo estadunidenses e o marrom do capacete volta, claramente, a questão de capacetes de couro clássicos.

O X-30 Conquest foi lançado nos EUA em 1986, vendido em 1987 e descontinuado em 1988. A forma foi usada para relançamentos e repaints, em 1989, a versão "naja" ou "pythonized", 1998, camuflada verde, 2003, em camuflado cinza e branco, 2008 para a coleção de 25th e 2009 o Python 25th.

Como estamos falando de aeronaves de asas invertidas. ainda nos anos 80, Katsuhiro Otomo mostrou esse conceito em uma aeronave embarcada estadunidense para o seu mangá Akira. Eu considero uma das mais belas aeronaves já desenhadas e levo em conta estar 15 anos à frente do Berkut. O mangá não trás o nome ou designação da aeronave, mas o desenho é ótimo e me inspira em transformar uma velha carcaça do F-14 do G.I. Joe em algo assim. Qualquer hora dessas, quem saber. Então acrescente essa série de páginas do mangá como referência.