Una memorable plataforma de pruebas de Boeing
Por Barry J. Schiff
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El primer avión jet de transporte de los de Estados Unidos cruzando los cielos del noroeste.
La evolución de un nuevo avión tiene algo del concepto del “iceberg”. Solo el resultado final es visible para el pasajero o el piloto. Debajo de la superficie hay miles y miles de horas dedicadas a pruebas de laboratorio de cada componente en una amplia variedad de entornos. El programa de pruebas del 707 ciertamente no fue una excepción a esta filosofía. Antes de que el primer modelo de producción fuera expuesto a los rigores de su propia prueba de vuelo, el Dash Eighty había pasado por un agónico período de iniciación de más de tres agotadores años. Pero el uso del Dash Eighty como un banco de prueba no se detuvo allí. Continuó, permitiéndo ser utilizada como sujeto de experimentación para más programas de modificación que cualquier otro avión en la historia. Así, el futuro de un solo avión, el prototipo Boeing 707, estaba predeterminado: nada más que trabajo, maltrato constante y complicado; una quebrantada y magullada existencia con cada quejido meticulosamente medido, cada sacudida grabada, cada componente y dispositivo exigido al extremo, y con frecuencia exediendo el límite máximo de diseño.
Hoy (1967), con algo más de una década bajo sus alas, el prototipo ha hecho precisamente lo que se suponía que debía hacer. En más de 1.200 pruebas de vuelo, comprobando todo, desde la vida útil de la pintura hasta la temperatura de los motores, desde la fortaleza del tren de aterrizaje hasta la velocidad de stall, alcance, razón de ascenso, fortaleza de las vigas de alas, y analizando si un diseño de galley realmente satisfacería a una azafata de 1,5 mt de estatura, este avión ha dado una respuesta afirmativa a las preguntas básicas. Si los diseños y cálculos básicos eran correctos, los grandes jets responderían positvamente.
La prueba más espectacular de todas, por supuesto, fue el vuelo inaugural del Dash Eighty en 1954, cuando ascendió con gracia sobre el lago Washington procediendo a demostrar las verdades básicas sobre el avión.
Tex Johnston a los mandos de Dash Eighty durante una de los numerosos vuelos de pruebas.
Naturalmente, no todo pasó según lo planeado. Si tal perfección hubiese podido garantizarse, las pruebas habrían sido innecesarias. En el caso de Dash Eighty, su primer encuentro con los peligros propios del destino ocurrió menos de un mes después de su dramático primer vuelo.
El 5 de agosto de 1954 sucedió lo inesperado. Después de un aterrizaje normal, el piloto de pruebas Johnston pisó los frenos, pero fue en vano. La falla del sistema hidráulico también desactivó los frenos del copiloto. Se operó de inmediato el sistema de frenos de emergencia – por su efecto, mas bien estuvo ausente… En un intento por desacelerar la nave antes de llegar al final, Johnston viró deliberadamente el Dash Eighty hacia el césped contiguo. Esto pareció ayudar. Cuando las ruedas se hundieron un poco en la superficie blanda, la aeronave desaceleró lo suficiente como para permitir que Johnston ejecutara un giro cerrado de radio mínimo (giro de 180º – “un carrusel”) y mantuviera el avión dentro de los límites del aeropuerto. Sin embargo, sin saberlo, el personal del aeropuerto había arrojado una gran variedad de bloques de concreto en el área del aeropuerto clasificada como restringida. Unos segundos antes de detenerse, la rueda de nariz del prototipo del 707 hizo contacto con uno de esos bloques, deteniéndose en una posición muy embarazosa, – en su nariz, pero sin su tren de aterrizaje…
Es cierto que este incidente fue un revés; pero reveló una debilidad interesante en el sistema hidráulico que se corrigió de inmediato. Antes del malhadado vuelo se había llevado a cabo una extensa serie de pruebas de frenos. En el proceso, la temperatura del fluido hidráulico aumentaba apreciablemente. Durante el vuelo subsiguiente, el fluido fue enfriado contrayendose considerablemente. Esta condición fue interpretada por los fusibles hidráulicos como una ruptura de línea, evitando que el fluido hidráulico se dosifique a los frenos.
Hubo otros incidentes que resultaron en modificaciones y mejoras. Asi fueron los inicos del Dash Eighty.
De hecho, la firma Douglas en Santa Mónica debe haber tenido una gran fe en su modelo DC-8 para decidir entrar directamente a la producción sin el útil paso previo por un prototipo. Este fue el resultado de sentirse presionado. Douglas estaba atrasado en la carrera de los jets de transporte y tuvo poco tiempo para experimentar. Muchos expertos creen que el DC-8 podría haber sido, inicialmente al menos, un avión mejor si hubiera tenido las ventajas de un modelo prototipo.
Otros dos incidentes dramatizaron la ventaja que la gente de Boeing, con su Dash Eighty, tenía sobre sus competidores.
Johnston estaba sometiendo a su avión a pruebas de alta velocidad para determinar exactamente cómo reaccionaría el avión a medida que el machmeter bordeaba la velocidad del sonido. Se estaban investigando las vibraciones de alta velocidad. En un vuelo, Johnston superó su velocidad máxima de mach en exactamente .001 (menos de 1 mph). Declaró más tarde que se produjo la vibracion del timón de direccion. La advertencia vino en forma de (como lo describió Johnston) “una apreciable vibración “. Algo de británico tenia este piloto. La verdad es que el panel del ingeniero de vuelo se desprendió de sus broches haciendo de la descripción de Johnston la subestimación del año. La violenta vibración fue causada por una aleta estabilizadora mecánica. Después de identificar y corregir el problema, los vuelos posteriores demostraron que se había encontrado la solución. Se efectuaron numerosas picadas excediendo la velocidad a la que se había encontrado la dificultad, sin vibraciones. Se comprobó que hasta la velocidad de Mach .97, el 707 estaba libre de todos los problemas. En el servicio normal de línea aérea, el vuelo de crucero se realiza a M.82 o a M.87, dependiendo del modelo 707 y del operador involucrado.
En los siguientes dias, el Dash Eighty se mantenía ocupado en su maratón de pruebas. Todos los parámetros posibles de vuelo se examinaban: el movimiento de cada componente era registrado para su estudio.
Cuando se acercó el momento en que los ingenieros de Boeing dieron luz verde al inicio de la producción del 707, Johnston volvió a encontrarse con problemas de frenos. Después de una serie de pruebas de frenado, el personal de tierra le aseguró a Johnston que los frenos no estaban excesivamente calientes. Se hizo un despegue normal y se inició un ascenso a 35.000 pies. A 22,000 pies, el vuelo rutinario hasta el momento, fue interrumpido por una “tremenda explosión, – un sonido similar al del disparo de los dos cañones de una escopeta de calibre doce en la cabina del piloto “. Johnston supo de inmediato que los frenos, de hecho, se habían sobrecalentado. El comentario del avión de caza F-86 Sabre Jet, en cuanto al humo negro que estaba saliendo de las compuertas del pozo del tren de aterrizaje, era toda la confirmación que Johnston necesitaba.
“Se extendió de inmediato el tren y efectivamente, algunas de las llantas se habian incendiado y, obviamente, reventado. Cuando se aumentó la velocidad, el fuego se extinguió y el avión regresó al aeropuerto”. A pesar del estado de los neumáticos, se ejecutó un aterrizaje de rutina.
La investigación reveló que este tipo particular de freno era un muy buen retenedor de calor, que almacenaba el calor al interior del freno y luego lo irradiaba hacia la pestaña del neumático.
El Boeing 707 fue el avión más probado antes de ser operado por una línea aérea. Aunque podría parecer que la vida de Johnston estuvo, al menos durante las etapas de prueba, llena de momentos de horror, en realidad no fue asi. La mayoría de los vuelos eran de naturaleza rutinaria. En ocasiones, se gozaba, incluso, de diversión.
Durante la celebracion de la “Gold Cup Hydroplane Boat Races” en Seattle se dio una oportunidad particular. Johnston debía hacer un vuelo a baja altura para lucir la majestuosa estampa del prototipo del Boeing 707. Bill Allen, Presidente de Boeing, estaba a bordo de un yate en el Lago Washington, atendiendo a varios miembros de la Asociación de Industrias Aeronáuticas. Lo que siguió fue, para decirlo engañosamente, una sorpresa. El vuelo comenzó de manera normal. Allen señaló a sus invitados con evidente orgullo el reluciente prototipo de colores amarillo y marrón. La estridencia de los cuatro motores a reacción llamó la atención a todos. ¡Cuando el avión cruzó sobre sus cabezas, Johnston ejecutó un perfecto “roll volado” con su Dash Eighty! Solo cabe suponer que el Presidente Allen estuvo abrumado por emociones muy encontradas. Se rumorea que intercambió mas tarde unas pocas palabras con Johnston…
El 707 prototipo provisto de la “máquina de hielo.”
En la fase temprana de pruebas del 367-80, Boeing quería conocer el efecto de las peores condiciones posibles de formación de hielo en las barquillas de los motores. Las pruebas se concibieron no solo para tener respuestas a esta inquietud sino también para satisfacer los requisitos de certificación de la C.A.A. (ahora la F.A.A.). Sería difícil encontrar el entorno adecuado para volar este jet gigante, ya que “esas condiciones naturales son tan raras como el paseo de un oso polar por Baton Rouge”… Asi se dio inicio al proyecto “máquina de hielo”.
El departamento de ingeniería de Boeing inventó ingeniosamente una rejilla de tubos y la montó seis pies por delante del motor número tres (derecha). Luego, se bombeó agua a través de los tubos y se esparció a través de las 109 boquillas de pulverización directamente a la boca de entrada del motor. Esto era equivalente a volar debajo del agua a una temperatura 50° inferior al punto de congelación.
La primera prueba probó la efectividad de la máquina de hacer hielo, pero hizo poco para responder a las preguntas básicas. Cuando el agua salía de las boquillas, las gotas se congelaban instantáneamente y rebotaban o en la góndola del motor o eran ingeridas inmediatamente por el motor, condenadas al horno de fuego de sus “cámaras de combustion”. El problema ahora era evitar la formación de hielo antes de llegar a la góndola del motor.
La solución fue imaginativa y efectiva. Los ingenieros de Boeing purgaron parte del aire del compresor del motor y lo conectaron a la máquina de hielo. El aire caliente mantiene el agua en estado líquido hasta que entra en contacto con la superficie helada del capó del motor. El hielo se formaría en la góndola del motor, precisamente donde los ingenieros querían que se formara.
El hielo que se formaria en el exterior del motor no planteaba ningún problema grave. La fuerza de la corriente de aire lo arrancó tan pronto como se hizo visible. El sistema anti-hielo del 707 demostró ser eficaz para derretir cualquier formación de hielo en la boca admisión del motor. La operación “máquina de hielo” disipó todas las inquietudes sobre la reacción del Dash Eighty a la formación de hielo durante el vuelo.
Cuando todos finalmente se sintieron satisfechos de que todos los posibles errores o fallas habían sido encontrados y exterminados, se puso en marcha la línea de producción del 707. Pero esto no fue el final de las pruebas del Dash Eighty. Estaba destinado a una vida de experimentación. No solo se utilizaría el prototipo para implementar las futuras innovaciones útiles para el Boeing 707, sino también se usó como portador de equipos de investigación que permitiría a Boeing probar elementos que se aplicarían solo a viajes espaciales. No hay un final a la vista para el Dash Eighty, el avión más modificado jamás construido.
El KC-135 con su sistema de reabastecimiento probado inicialmente en el -80
Un Stratotanker reabasteciendo a otro similar
Antes de terminar el primer modelo de producción del KC-135 Stratotanker, el Dash Eighty fue visto merodeando por las aerovías del Noroeste con un enorme objeto tubular colgando en forma poco agraciada cerca de su cola. No, esto no era una especie de enema aerotransportado. Era el prototipo de una nueva y muy aerodinámica “pértiga voladora” de reabastecimiento de combustible en el aire. Por supuesto que tenía que ser probada y naturalmente se encomendó el trabajo al Dash Eighty. La pértiga de reabastecimiento de combustible se consideró volable con la instalación de pequeñas superficies aerodinámicas ajustables. Esto permitió al operador de reabastecimiento de combustible controlar el movimiento del brazo y ayudar a “conectar” al avión parásito.
El Dash Eighty solo recuperó su semblanza cuando se le quitó la pértiga.
El Dash Eighty equipado con un quinto motor para determinar los efectos de un motor montado en la cola.
Y cuando Boeing quiso medir la efectividad de un motor montado en la cola, ¿a quién crees que llamaron? Por supuesto – y el -80 estuvo listo para convertirse en el primer transporte de 5 motores a reacción en el mundo. El motor extra estaba montado en el lado izquierdo trasero de su fuselaje y proporcionó los datos que finalmente llevaron a la exitosa serie delos trimotores Boeing 727.
Los equipos de tierra de Boeing revisan el tren de aterrizaje de alta flotación después del aterrizaje del Dash Eighty en Harper Lake.
Otra innovación de Boeing marcó otra, de la ya larga lista de primicias cumplidas. Cuando los militares expresaron su deseo de investigar la viabilidad de aterrizar un transporte jet pesado en aerodromos remotos, rústicos y de soporte militar, Boeing fue el primero en aprovechar la ocasión de participar en un nuevo proyecto experimental. El Dash Eighty, que se había acostumbrado a todo tipo de maltratos mecánicos de parte de los chicos de ingeniería, no se sorprendió en absoluto cuando se instalaron diez ruedas adicionales a su ya gigantesco tren de aterrizaje. Normalmente, un 707 tiene diez ruedas, pero ahora el Dash Eighty tenía veinte. La idea era distribuir el peso del avión de manera uniforme en veinte llantas en lugar de diez. Esto reduciría en 50% la presión ejercida sobre el suelo por cada neumático y permitiría que el Dash Eighty aterrice sobre superficies apreciablemente más blandas. La presión normal de 80 libras por pulgada cuadrada de los neumáticos se redujo a 25 libras por pulgada cuadrada.
El tren de aterrizaje de alta flotación demostró su éxito cuando el Dash Eighty aterrizó sobre el polvo y barro del lago seco Harper en el sur de California. El avión ni se inmutó transformándose en el primer jet de transporte que aterriza con éxito en un terreno no preparado.
El Dash Eight aterriza en el lago Harper
Al principio, el Dash Eighty hizo despegues y aterrizajes en partes más duras del lago. A medida que avanzaba el día, los aterrizajes se hicieron en áreas progresivamente más blandas y fangosas que apenas aceptarían un automóvil. En todo caso, la aeronave ligeramente embarrada, con sus 90 toneladas de peso, finalmente se atascó y no pudo liberarse por sus propios motores.
Para el uso en aterrizajes en superficies blandas, cada tren principal está provisto de ocho ruedas.
En algún momento el jet de transporte más rápido del mundo, el Dash Eighty también podía ser lento, pero intencionalmente, y con orgullo. Equipado con un “control de capa límite” y un conjunto de crecidos flaps de ala que se extienden 85°, el prototipo se aproxima normalmente a menos de 100 mph y ha sido capaz de tocar en la pista a 90 mph. Esto se compara con una velocidad de aproximación promedio de 150 mph y una toma de contacto de 135 mph para los actuales aviones de transporte jet grandes. Durante una serie de pruebas, la velocidad en vuelo del Dash Eighty se redujo a 75 mph antes de que se produjera el stall.
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El prototipo equipado con control de capa límite demuestra su capacidad a bajas velocidades haciendo su aterrizaje en Boeing Field, Seattle, en formación con un Beechcraft bimotor. Aquí los dos aviones están a unas dos millas del final de la pista a una altitud de 400 pies.
Sobre el final de la pista y ambos aviones. todavía están volando a menos de 100 mph.
El aterrizaje para ambos aviones fue a menos de 80 mph.
Con el control de capa límite, el aire purgado desde los motores fue forzado o soplado sobre la superficie de los flaps, para dar al avión la capacidad de volar a velocidades inferiores a las habituales. El perfeccionamiento de este sistema podría permitir velocidades de despegue y aterrizaje muy bajas, sin ninguna reducción en la alta velocidad de crucero de la aeronave.
Aquí el 367-80 se muestra equipado con un sistema experimental de control de límite de flap. Se puede apreciar el conducto del motor al área del flap
Naturalmente, se exigia que los motores operaran a altas RPM para suministrar el volumen necesario de flujo de aire de control de la capa límite. Entonces, ¿cómo podría el piloto ajustar el empuje de su avión, como a menudo es necesario en la aproximación final a una pista? Muy simple, según el personal Boeing, y el engreído Dash Eighty de nuevo les dio la razón. Los inversores de empuje de los cuatro motores a reacción se modulaban de manera que el piloto pudiera controlar la dirección de empuje desde el avance completo hasta el retroceso parcial y así obtener los efectos de una reducción de potencia sin cambiar nunca la cantidad de empuje que entregan los motores efectivamente.
Pero no del todo satisfecho con sus logros de vuelo lento, el Dash Eighty manifestó un anhelo por el vuelo supersónico. Para no menospreciar al viejo caballo de batalla, los ingenieros de Boeing arreglaron sus controles para volar como un avión de transporte supersónico (SST). Para el efecto se le agregó un dispositivo largo y puntiagudo a su nariz. Todo esto fue parte del esfuerzo de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio para determinar las características de vuelo de los diseños SST con alas variables en flecha y alas delta.
Para simular varias configuraciones de SST en vuelo, la posición del copiloto del Dash Eighty había sido configurada para ser utilizada por un piloto de evaluación SST. Los controles de vuelo fueron adaptados para operar a través de una computadora analógica especial a bordo del avión.
Modelos a escala con detalles del SST de Boeing, Se puede observar que las alas se extienden para vuelo lento y se repliegan para el vuelo crucero.
Al hacer, por ejemplo, un viraje a la izquierda desde la posición del piloto de evaluación con la computadora en funcionamiento, las señales del volante de mando y de los pedales izquierdos del timón se enviarían a la computadora y desde ella al sistema de control de vuelo regular del avión.
De esta manera particular, la respuesta de control sería ajustada por la computadora para simular la respuesta de cualquiera de los grandes SST en estudio.
Los controles del piloto de evaluación también fueron arrglados para posibilitar las fuerzas esperadas del volante, la palanca y los pedales de mandol en cualquiera de los diversos SST estudiados. Los controles del otro piloto no se modificaron.
La peculiar aguja de 15 pies montada en la nariz contenía un sistema sensor de respuestas del avión con el propósito de reoger data en vuelo.
Solo la sonda de alta velocidad en la nariz utilizada en el estudio del SST es real. La cara sonriente se le pintó al prototipo para la celebración de su 11 avo aniversario.
A medida que el avión acumulaba nuevos agujeros de pernos y remaches, se movía de uno a otro extremo del espectro de desarrollo – una vez luciendo innovaciones, la próxima vez examinando problemas hasta que se resolvían. Radiosondas han descendido de su vientre en pruebas climáticas de altura; neumáticos y frenos se han probado hasta su destrucción en sus ruedas; sueños de los ingenieros coronados por el exito o evaporados en la nada, en la medida que este avión único los calificara como valorables o visionarios.
Hoy, se puede endosar al venerable Dash Eighty el ahorro de cientos de horas y docenas de errores en los primeros programas de aviones jet deBoeing. Tiene las cicatrices en su piel para probarlo. Estas consisten en agujeros parchados y los obstinados rasguños de los dispositivos que se han colgado en su carcasa. Los viajes aéreos son apreciablemente mas seguros gracias a haber volado por doce años, y ha permitidop que mas de 150,000,000 de pasajeros que han tenido el privilegio de disfrutar de las alturas ofrecidas por los aviones jet de transporte de Boeing, han viajado más rápido y más cómodos porque el Dash Eighty demostró cómo lograrlo mejor.
Por todo lo que esta ágil máquina voladora ha hecho, uno pensaría que está a punto de jubilarse – ¡no es verdad! Como si llevara a cabo una campaña de una solitaria mujer para perfeccionar el viaje dentro de su reino, continúa sus interminables maniobras de lucha. Boeing está realizando estudios sobre aviones de reacción supersónicos civiles, enormes transportes militares, modelos de vehículos espaciales, etc. Estos proyectos contienen componentes que tarde o temprano requerirán pruebas. Y el Dash Eighty, la abuela de dos familias completas de aviones a reacción, espera estas tareas con impaciencia. (Escrito en 1967).
Los pasajeros pueden observar en la superficie lisa del ala, pequeñas protuberancias de una pulgada de alto, montadas justo por delante de los alerones. Se llaman “generadores de vórtices”. El aire que fluye sobre el ala del 707 se desplaza tan rápido que tiende a no seguir el contorno curvo del ala. Los generadores de vórtice interrumpen y reducen la velocidad de ese aire y por lo tanto le permiten seguir más pegado a la curvatura del ala. El resultado es una mayor sustentación y un más efectivo control de los alerones
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