Boeing X 32 “A flecha perdida”

Autores

Darkman & E.M.Pinto

Plano Brasil

O programa JSF

Os dois concorrentes do programa JSF o Lokheed Martin X 35 e o Boeing X 32

 

Até 1993 havia nos Estados Unidos e Reino Unido uma infinidade de programas de desenvolvimento de caças em andamento. Praticamente cada fabricante tinha pelo menos uma proposta ou conceito, tal como pode ser visto nos links que seguem (vale a pena clicar e ver quantos modelos foram propostos até se concluir o que hoje chamamos de JSF).

Advanced Short Take-Off/Vertical Landing (ASTOVL) 1983-1994

STOVL Strike Fighter (SSF) 1987-1994
Common Affordable Lightweight Fighter (CALF) 1993-1994

Multi-Role Fighter (MRF) 1990-1993

Advanced/Fighter-Attack (A/F-X) 1992-1993

Joint Advanced Strike Technology (JAST) 1994-1996

Joint Advanced Strike Technology (JAST) 1994-1996

Joint Advanced Strike Technology (JAST) 1994-1996

Future Carrier Borne Aircraft (FCBA) 1996-2001

Um conceito da McDonald Douglas para o programa MRF

 

Porém em 1993, o Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) do departamento de defesa dos estados unidos lançou o projeto Common Affordable Lightweight Fighter- CALF, cujo objetivo era desenvolver uma aeronave de caça furtivo (Stealth) projetado para substituir as aeronaves leves F-16 Fighting Falcon, F/A-18 Hornet e AV-8B Harrier II . Em 1994 surge então um novo programa com objetivos similares denominado Joint Strike Advanced Technology -JAST e aí por determinação do congresso dos Estados Unidos ambos os programas foram fundidos e incorporados ao que seria conhecido como o Joint Strike Fighter ou simplesmente JSF.

O programa Joint Strike Fighter (JSF) foi descrito como o maior projeto de defesa da história, com um mercado potencial para 5.000-8.000 aeronaves tendo como objetivo principal de reverter a tendência dos custos sempre crescente das aeronaves militares.

Muitas empresas participaram da primeira fase deste projeto, que envolveu a elaboração de projetos de aeronaves conceito. Em 16 de Novembro de 1996, o Departamento de Defesa dos EUA (DOD) concedeu aos fabricantes norte americanos Lokheed Martin e Boeing Company um contrato de quatro anos para a elaboração e desenvolvimento de uma aeronave conceito no âmbito do programa Joint Strike Fighter (JSF) que tinha como objetivo desenvolver uma aeronave de caça e taque conjunto múltiplo emprego de baixo custo que deveria equipar três de suas forças militares, a Força Aérea dos EUA, USAF, a Marinha dos EUA, US Navy, e Corpo de Fuzileiros Navais, USMC. Na altura um segundo país associado, o Reino Unido também ingressou no programa o qual visava substituir seus caças nas suas duas forças a Royal Navy e na Royal Air Force.

Nos termos do contrato, estes caças foram obrigados a demonstrar capacidade de decolagem convencional ( Take Off and Landing -CTOL) em pistas em terra em navios aeródromos (Carrier version), bem como, decolagem curta e aterragem vertical (short take off and vertical landing-STOVL).

Cada empresa recebeu US $ 750 milhões para produzir seus dois aviões – incluindo aviônicos, software e hardware. O contrato impedia as empresas de financiarem o desenvolvimento de itens e subitens dos caças, esta medida limitava a margem de endividamento das empresas frente a frenética corrida pela vitória no programa e ainda promoveu a adoção de técnicas e procedimentos industriais de montagem de baixo custo.

Cada uma das concorrentes apresentou os seus modelos conceitos e no caso específico da Boeing, foram montadas em Palmdale, na Califórnia, as duas aeronaves, denominadas X-32A e X-32B.

O projeto X-32

 

Imagem e vídeo de apresentação ao público dos dois demonstradores o X 32 A e o X 32B

 

O X-32 era uma aeronave não muito atraente do ponto de vista estético, o conceito revolucionário era muito diferente dos tradicionais projetos de aviões da altura. A aeronave apresentava uma grande entrada de ar no “queixo” que a primeira vista lembrava os projetos da Vought, A-7 Corsair e F-8 Crusader. A aeronave empregava um índice até então inédito de aplicação de materiais compostos, a asa da aeronave por exemplo era composta quase que de uma única peça de material composto de fibra de carbono.

Modelos esquemáticos de algumas configurações estudadas pela boing para oseu programa que culminou no X 32. Note que os modelos escolhidos foram o 988-371 e 988-374.

 

Segundo os especialistas da época o projeto da Boeing era tão não ortodoxo quanto inovador, inúmeros procedimentos técnicas e materiais hoje aplicados na industria aeroespacial civil e de defesa, foram pioneiramente aplicados no programa X 32, a Boeing implementou uma série de conceitos, incluído o desenvolvimento e aplicação num programa militar de softwares e ferramentas avançadas em 3-D, aplicadas na modelagem e no projeto do demonstrador, X 32, o que resultou na abreviação do tempo e redução dos custos do programa.

As versões

Variantes CTOL para a USAF e USNavy

 

É preciso salientar que naquela altura, na origem do programa, nãos e aventava a possibilidade de exportação para terceiros países e portanto os modelos foram única e exclusivamente desenvolvidos para preencherem as necessidades das forças militares dos Estados unidos e do Reino Unido.

Os 3 conceitos apresentados pela Boeing

 

Sendo assim surgiram as seguintes versões da aeronave.

X-32A

Versão básica da decolagem e aterrissagem convencional – CTOL, visava preencher os requisitos da USAF que pretendia substituir o F-16 e o A-10, complementando a frota de aeronaves F-22A Raptor.

Uma diferença estrutural da aeronave podia ser notada nas suas asas que inicialmente diferiam das propostas para as outras variantes.

O modelo proposto pela USAF diferenciava-se estéticamente por possuir asas de geometrias diferentes das trapezoidais presentes nos outros modelos

 

A Força Aérea dos Estados Unidos pretendia inicialmente adquirir cerca de 1.763 aeronaves.

A versão da USAF deveria ser uma aeronave com capacidade de decolagem convencional ( Take Off and Landing -CTOL).

Basicamente a USAF procurava uma aeronave para close air support (apoio aéreo aproximado) o vetor deveria substituir o F 16 e o A 10 nestas funções, porém o programa foi evoluindo e novas exigências foram impostas, alterando e moldando o programa JSF.

O modelo apresentava entre 9 900 e 10 000 kg vazio, uma envergadura de 10,97 m e um comprimento de 13,70 m.

Possuía capacidade de transporte de carga interna e externa, sendo uma aeronave multipropósito supersônica.

 

X-32B

Variante concebida para decolagem curta e pouso vertical – STOVL, Foi desenvolvido especialmente para o USMC, A Royal Navy e a RAF.

A versão STOVL possuia um sistema de propulsão baseado nos modelos aplicados nos  Harrier, o fluxo de gases  do motor era direcionados para saídas nas laterais permtindo assim a decolagem e o pouso verticais.

 

Esta variante deveria substituir as aeronaves AV-8B Harrier e F/A-18 CD Hornet nos USMC inaugurando a transição para uma força de ataque STOVL, no início do século XXI. Na real Marinha Britânica ele deveria substituir as aeronaves Sea Harrier e Harrier GR.7, respectivamente.

Vídeo dos testes de motor do X 32B

 

O Corpo de Fuzileiros Navais tencionava a aquisição de 609 aeronaves, enquanto a Marinha Real Britânica outros 60, o terceiro cliente a Royal Air Force planejava adquirir outras 90 aeronaves.

O modelo proposto tinha entre 9 900 e 10 000 kg. Com envergadura de 9,14 m sem as dobras das asas. Possuía igualmente capacidade de transporte de carga interna e externa, sendo uma aeronave multipropósito supersônica..

As origens do JSF- STOVL, de fato remontam dos anos 80 quando o USMC – USNavy e a Royal Navy imaginavam um substituto para o Sea Harrier e o AV-8B, cuja necessidade era prevista para a partir do ano 2000.

Chegou-se a estudar uma variante STOVL com configurações de asas semelhantes a aplicada para versão CTOL da USAF.

 

Vários estudos foram realizados em ambos os lados do Atlântico e no final a Boeing adotou a configuração propulsores já testados nos programas da BAE e da Hawker Siddeley iniciados nos anos 60, nos quais consistiam em escapes de gases vetoráveis dispostos nas laterais da aeronave.

X-32C

Versão naval de pouso e decolagem convencional – CTOL, destinado a US Navy.

Esta aeronave destinava-se a equipar a Marinha dos Estados Unidos com uma aeronave baseada em Navios Aeródromos e que seria complementar aos recém-chegados F/A-18E/F Super Hornet, substituindo os então F/A 18 CD Hornet e A-6E Intruder.

A marinha dos Estados Unidos pretendia adquirir 480 aeronaves para equipar seus esquadrões embarcados.

A variante naval possuía uma envergadura maior, estrutura mais reforçada e capacidade de aproximação a baixa velocidade necessárias para as operações em Navios Aeródromos.

A aeronave possuía ~10 900 kg vazio, uma envergadura de 10,97 m (sem dobrar a asa). E também, capacidade de transporte de carga interna e externa, sendo uma aeronave multipropósito supersônica.

A Boeing e a BAE apresentaram então 3 modelos distintos de aeronaves que compartilhavam entre si 80% de comunalidade.

Inicialmente haviam inúmeras configurações e formas de asas das mais variadas geometrias, porém no seu setup final, a Boeing optou por desenvolver uma asas em formato trapezoidal com as cordas das asas em formato abolhado, medindo 10,97 m, com capacidade de abrigar até 20.000 libras de combustível e superfície alar de 54,8 m². Assim abandonou a configuração proposta para a USAF adotando o “trapézio” para todas as versões.

Uma visão masi clara das diferentes configurações dos modelos CTOL propostos para USAF e para a USNavy  sendo a segunda a escolhida para padronizar todos os modelos.

 

A nova asa apresentava um enflexamento de 55°, de foram a minimizar o arraste transônico e permitir a varredura do radar e dos sistemas instalados nas asas. Sem dúvida a asa foi uma das grandes dores de cabeça do fabricante, métodos, processos e materiais tiveram que ser desenvolvidos do zero até se conseguir o desejado, isto numa época em que estas tecnologias eram ainda consideradas artigos de ficção.

A Boeing esperava com este desenvolvimento produzir e revolucionar o método de construção de aviões de combate, os novos procedimentos objetivavam baratear e otimizar o processo de construção e certamente seriam um dos trunfos do revolucionário programa engendrado por ela.

 

No final a eronave padrão possuia as seguintes características:

Tripulação: 1

Comprimento: 15,47 m

Envergadura : 10,97 m)

Altura: 5,28 m

Área da asa: 54,8 m²

Peso máximo de decolagem : 17,200 kg

Propulsão: 1 x Pratt & Whitney F135 com pós combustor

Impulso seco: 28.000 lb (125 kN)

Impulso com pós combustor : 43.000 lb (191 kN)

Velocidade máxima : Mach 1,6 (1.200 km / h ao nível do mar e 1.931 km/h em grande altitude)

Alcance:

Perfil de missão X 32A: 850 NM (1.575 km)

Perfil de missão X 32 B: 594 NM (1.100 km)

Perfil de missão X 32C: 750 nm (1,390 km)

Sistemas de armas

1 canhão 20 milímetros M61A2 ou 1 canhão 27 milímetros Mauser BK-27.

Capacidade interna: 6 mísseis ar-ar BVR AMRAAM ou 2 mísseis ar-ar AMRAAM e 2 x bombas guiadas de 2.000 libras (900 kg).

Capacidade Externa: Aproximadamente 6 800 kg de uma gama completa de armamentos, incluindo armas guiadas, mísseis anti-radiação, ar-superfície e tanques de combustível auxiliares

Motorização

A aeronave fora concebida para adotar os novos potentes motores desenvolvidos para os programas YF-22 e YF -23 do então Advanced Tactical Fighter- ATF.

Turbina P&W-F 119-100 com pós combustor e vetoração de fluxo foi  proposta para o X 32

 

O motor do avião era montado logo atrás do cockpit, o que deslocava o centro de gravidade da aeronave e também implicava numa solução tecnológica bastante interessante. Com esta configuração a Boeing conseguia o feito extraordinário de conseguir evitar a exposição das lâminas do motor à incidência dos radares adversários pela tomada de ar.

A GE/ Rolls&Royce F 136 seria uma possibilidade para ambos os concorrentes do JSF

 

Outros itens e soluções tecnológicas eram igualmente revolucionárias, como o controle e projeção do fluxo de ar com a aplicação de um defletor variável projetado para bloquear a entrada de ondas eletromagnéticas ( RADAR) sem interferir na trajetória e fluxo de ar para o motor.

O TVC bidimencional instalado no X 32

 

Ressalta-se que ao contrário dos seus concorrentes os X 35 das diferentes versões, os X 32 foram concebidos de projeto para ter sistemas de vetoração de empuxo, de forma a aumentar a manobrabilidade das aeronaves, esta exigência se baseava na possibildiade vislumbrada pelos seus projetistas de que a aeronave estaria melhor capacitada para o combate WVR ( within visual Range), além de lhe conferir melhores manobrabilidades a quando das missões SEAD e Close air suporte.

 

Modificações nos projetos

A principal modificação do projeto diz respeito a exclusão do modelo de asa da variante CTOL da USAF, os dois protótipos passaram então a apresentar asas em formato trapezoidal escolhidas para minimizar os custos de produção.

Vista superior da aeronave e a exibição das asas em formato trapezoidal escolhido para os 3 modelos.

 

Além disso, ao longo dos meses de avaliação e construção dos protótipos a equipe da Boeing aplicou refinamentos aerodinâmicos para melhorar a manobrabilidade e os requisitos de carga das aeronaves, um ponto negativo residia nos requisitos da Marinha que exigiam uma maior capacidade de carga.

Na foto superior, uma rara imagem da cauda em formato trapezoidal inicialmente planejada para o X 32. Na imagem inferior, a cauda em formato “convencional” adotada para os modelos, esta solução trouxe melhorias aerodinâmicas para as aeronaves.

Os engenheiros montaram então um novo projeto com uma cauda convencional com peso reduzido o que garantiu maior agilidade, porém esta modificação chegou tardiamente, na altura em que se haviam congelado as modificações nos protótipos, entretanto, a comissão julgadora do programa, deu por satisfeita a demonstração da tecnologia, nãos endo necessário alterar os dois protótipos.

 

Tecnologias

A Boeing construiu a aeronave X-32 graças ao design avançado e técnicas de fabricação, tais como o de modelagem sólida 3-D, exigindo assim um ferramental mínimo antes nunca experimentado, com isto a simulação digital de processos de montagem permitiu efetuar os testes e o desenvolvimento em tempo record.

Como o vídeo demonstra o modelo demonstrador foi construído do zero e completo em apenas 404 dias, algo notável e resultado dos novos métods e procedimentos de construção desenvolvidos pela Boeing durante o programa.

 

A Boeing projetou e desenvolveu os modelos do X-32, com a redução record de 50% dos efetivos previstos reduzindo também em 50% as horas de trabalho necessárias, para um programa equivalente.

Os custos de ferramental foram reduzidos em mais da metade X-32 os custos de ferramental foram reduzidas em mais da metade que o necessário para o programa YF-22 ( que naquela altura era só o conceito e não agregava ainda o alto custo do programa tal como se tornou). O custo de fabricação dos modelos conceituais foram entre 30 e 40% mais baixos que as projeções iniciais.

Rara imagem do revolucionário ( para a época) cockpit estudado para o X 32

Por se tratarem de desenhos virtuais, a Boeing conseguiu reduzir como nunca antes as horas e as viagens necessárias para os engenheiros que trabalhavam de suas plantas em Seattle, St. Louis, e Tulsa Oklahoma e Palmdale, uma vez que estes podiam compartilhar através da Intranet o desenvolvimento do programa.

O inovador programa da Boeing lançava ao mundo a aplicação em um percentual extreamente elevado de materiais compósitos nas peças estruturais da aeronave. A asa do avião era composta basicamente por uma grande e única peça feita de fibra de carbono e outros materiais compostos.

Ilustração da aeronave X 32A. A boeing desenvolveu o processo de construção da asa da aeronave em uma única peça.

 

O projeto da versão STOVL levou em consideração um arrojado sistema de vetoração composto por um sistema TVC ( Thrust Vector Control) bidimensional, imprimia um bloqueio de fluxo dos gases direcionando-os às saídas laterais permitindo a aeronave efetuar no pouso, a sua desaceleração e permitindo o voo pairado e posterior pouso, na decolagem a aeronave desencadearia o procedimento inverso e decolava vertical acelerando a medida em que o TVC desbloquearia a saida principal dos escapes.

Vídeo demonstrativo do Setup do sistema de propulsão do X 32B

 

Vídeo da tranzição do voo horizontal para o vertical (pairado).

 

Os testes dos aviônicos foram efetuados abordo de um 737-200 modificado e ajudou a reduzir os riscos e dispendiosas horas de voo-teste, permitindo a avaliação e solução de problemas antes dos aviônicos serem instalados nos modelos, isto abreviou tempo e reduziu custos no desenvolvimento do programa.

A gama de armas proposta parao X 32 incluia o que havia de mais moderno no arsenal dos EUA e o que estava em desnevolvimento, em destaque, devido as pespectivas de emprego, o JSF visava o uso das armas Stand Off.

 

O X-32 levava vantagem sobre seu concorrente por possuir um  compartimento de armas (báia interna), o qual não só era ligeiramente maior do que a do concorrente, quanto ficava na lateral da fuselagem (o do X-35 é embaixo) com isto o X 32 podia  “esconder” o compartimento aberto com a “sombra” da própria fuselagem. Com isto, o piloto por exemplo, podia escolher lançar uma arma que estiveste no lado oposto ao da incidência dos radares inimigos e desta forma, ocultaria a aeronave durante o lançamento das armas, permitindo um perfil de operação mais furtivo.

Vídeo dos ensaios de lançamentos de armas a partir da báia interna do X-32.

 

Outro ponto positivo no projeto X 32 frente ao seu rival X 35 diz respeito a ergonomia e ao ângulo de visão do piloto, no X 32 o piloto tem uam visão previlegiada do campo, uma vez que o cockpit  e seu assento é posicionado no alto e o canopy permite uma visão em todas as direções, no caso do X 35 o piloto tem a visão limitada o que segundo os críticos seria um fator negativo especialmente nas operações de pouso em alto mar e de ataque a baixa altitude esperadas para o vetor.

X 32B efetuando um pouso vertical, o posicionamento do cockpit e o canopy permitiam ao piloto uma visão mais abrangente do campo de exterior da aeronave, o que aumentava os índices de segurança especialemente em operações nos convoos dos navios.

 

Histórico de voo

X 32 A

Vídeo do primeiro voo do X 32 A

 

Em 18 de setembro de 2000, o X-32A o demonstrador para uma aeronave de pouso e decolagem convencional fez seu primeiro voo entre Palmdale e a base aérea de Edwards, na Califórnia. Na sequência seguiram-se 66 voos ao longo dos quatro meses de testes. Neste voos foram avaliados as qualidades de voo e controle da aeronave, reabastecimento em voo, operações na baia interna de armamentos e até o voo supersônico.

 

X 32B

Vídeo do primeiro voo pairado do X 32 B

O X-32B por sua vez, fez seu primeiro voo em 29 de Março de 2001. Ao longo do seu período de testes de 4 meses, efetuou 78 vôos, incluindo um voo transcontinental partindo de Edwards para a base naval de Patuxent River, Maryland A aeronave efetuou com sucesso o pouso STOVL demonstrando sua habilidade de pairar e fazer pousos e decolagens verticais.

Os ensaios em voo terminaram em Julho de 2001, tendo a aeronave demonstrado correspondência entre o desempenho real e as previsões efetuadas pelas simulações computacionais, um feito que nunca antes alcançado num programa militar.

 

Incidentes que pesaram contra a sua escolha

Afirma-se que durante os ensaios dos primeiros demonstradores um episódio envolvendo a aeronave e a sua sonda de reabastecimento teria desagradado os avaliadores do programa, naquele evento a aeronave recebia o reabastecimento de QVA ( querosene aeronáutico) provido pelo sistema de cesta usual nas a aeronaves dos Marines.

Um outro incidente registrado no vídeo que apresentamos, a cesta quase que se prende nas antenas dispostas no nariz da aeronave, no vídeo nota-se ainda outra falha, o vazamento de QAV sobre a aeronave.

Devido a uma turbulência durante o voo e o reabastecedor a aeronave teria quase que engolido a cesta de reabastecimento devido a grande tomada de ar e sua proximidade ao nariz do avião e o seu probe de reabastecimento.

Outra questão envolveu a variante STOVL durante os testes de avaliação do pouso e decolagem vertical, a aeronave segundo consta apresentava um peso excessivo o que limitava o seu fator carga (armado), outra questão dizia respeito a tomada de ar, que devido a ingestão de gases quentes que expelidos pelas próprias tubeiras do avião eram reinjetadas, porém, por serem menos densos que o ar frio não eram suficientes para alimentar o motor da aeronave que pro vezes apagou durante os ensaios, a Boeing redesenhou a tomada de ar.

Porém no ensaio de decolagem a parte móvel da tomada desenhada para controlar o fluxo de ar para o motor,devido ao excessivo peso e à problemas mecânicos, portanto teve que ser removida em alguns ensaios isto pesou negativamente aos olhos dos avaliadores.

Afirma-se que o principal motivo para a vitória no JSF ter sido lograda pela Lockheed Martin se deu pelo fato do X 35 ter obtido melhor desempenho na versão STOVL praticamente operando em VTOL com a carga de combate interna, em condição stealth.

 

Conclusão do programa

 

A boeing conseguiu desenvolver uma proposta bastante viável para as exigências do programa JSF, segundo os críticos o X 32 agregava mais tecnologia que seu concorrente o X 35 hoje atual F 35, porém alguns detalhes tiraram da Boeing a vitória nesta importante concorrência.

Apesar de não ser selecionado para a produção em escala a Boeing encarou a sua participação na competição como um investimento estratégico. O programa rendeu muitos avanços tecnológicos e especialmente no que se refere ao design e fabricação de aeronaves com tecnologia stealth.

Resultaram do programa inúmeros desenvolvimentos de métodos e técnicas industriais bem como novos materiais que hoje são por exemplo empregues nos programas das aeronaves civis como o Boeing 787 entre outros.

De certa forma o X 32 ainda vive, muito do que foi aprendido neste program é hoje aplicado nos mais avançados projetos da Boeing tal como o seu masi novo avião comercial o Boeing 787.

A Boeing desenvolveu também a sua capacidade de projetar e desenvolver virtualmente as suas aeronaves usando para isto softwares de designe e simulação em 3D hoje largamente aplicados nos seus mais recentes programas tanto civis como militares.

Essas conquistas tecnológicas são hoje presentes nos novos programas militares que incluem o F/A-18E/F Super Hornet, o X-45 e X 46 VANT-C (Unmanned Combat Air Vehicle, ou UCAV) e inclusive os eu mais novo programa que por hora ainda é só conceito mas que deve ser o futuro caça da Marinha dos Estados Unidos o F/A XX, uma aeronave de 6ª geração que já conta com o apoio de diversos setores da política e da defesa dos Estados Unidos.

O caça de 6ª geração Boeing FA XX poderá ser o futuro caça da USNavy

 

Fontes:

www.aeroflight.co.uk

www.Boeing.com

Arquivos e revistas pessoais dos autores