5 de octubre de 2021

AVIONES PROTOTIPOS SOVIÉTICOS - BEREZNYAK-ISAYEV BI-1

 

El Bereznyak-Isayev BI-1 fue un interceptor soviético propulsado por cohetes de corto alcance desarrollado durante la Segunda Guerra Mundial.

 

Diseño inicial

 

La investigación y el desarrollo de aviones propulsados por cohetes soviéticos comenzaron con el proyecto GIRD-6 de Sergey Korolev en 1932. Su interés en vuelo estratosférico también fue compartido por el Mariscal Mijaíl Tujachevski que apoyaba este tempranero trabajo. Después de una larga serie de pruebas de vehículos no tripulados, el Korolev RP-318-1 voló el 28 feb 1940.

 

Esa primavera, el TsAGI (Instituto Aerohydrodynamic Central) organizó una conferencia de jefes de diseño de aviones el tema de estatorreactor y propulsión de cohetes. El 12 de julio, el SNK (Consejo de Comisarios de los Pueblos) pidió el desarrollo de un avión estratosférico de alta velocidad.

 

El diseñador de aviones y jefe de OKB-293, Viktor Fedorovich Bolkhovitinov asistió a la conferencia TsAGI junto con dos de sus mejores ingenieros, A. Ya. Bereznyak y AM Isaev. El joven Bereznyak había causado una gran impresión en 1938 con un diseño de avión de alta velocidad que algunos pensaron que podría romper el récord mundial de velocidad. Bereznyak e Isaev estaban entusiasmados con la idea de diseñar un avión propulsado por cohetes, y su "patrón", Bolkhovitinov, lo aprobó. En el otoño de 1940, pudieron mostrar a su compañero ingeniero Boris Chertok un diseño preliminar del "Proyecto G". El diseño, compuesto principalmente de madera contrachapada y duraluminio tenía un peso de despegue de 1.500 kg (3.300 lb) y planeaban utilizar el nuevo motor de cohete de 13.734 kN (3.088 lbf) en desarrollo en el RNII (Instituto de Investigación Científica de Motores de Reacción). Chertok se asombró de que el avión casi pudiera trepar verticalmente.

 

Bereznyak, Isaev y Chertok visitaron RNII en marzo de 1941, pero el nuevo motor cohete aún no funcionaba. El motor fue diseñado por Leonid Dushkin, que había fabricado el RD-A-150 para el Korolyov RP-318-1. Impulsado por queroseno de tractor y ácido nítrico humeante rojo, no alcanzó el empuje esperado de 13,74 kN (3090 lbf) y el D-1-A-1100 se esperaba que alcanzara los 10,8 kN (2400 lbf). La "A" significaba ácido nítrico ("Azotnokislotny" en ruso), versus K para oxígeno líquido ("Kisloroda" en ruso), una distinción de inusual importancia y controversia entre los científicos de cohetes soviéticos. La bomba propulsora de turbina de Dushkin estaba causando problemas considerables, impulsada por gas caliente y vapor de una pequeña cámara de combustión alimentada con propulsores de cohetes mezclados con agua, pero este sistema se perfeccionó unos años más tarde para el motor RD-2M.

 

El D-1-A-1100 fue construido con acero S54 (una aleación de cromo al 12%). En este momento, los motores de cohetes rusos se construyeron con la tecnología típica de fabricación de motores de pistón de aviación, con un peso de 48 kg (106 lb), se podía dividir en secciones discretas de acero forjado: una cabeza cónica con 60 inyectores centrífugos, el cilíndrico cámara y la boquilla, unidos con pernos y juntas de cobre. Se encendió con una bujía incandescente de nicromo, luego se reemplazó con carburo de silicio y se enfrió regenerativamente por ambos propulsores, las paredes de la cámara por un flujo en espiral de combustible entrante (queroseno) y la sección de la boquilla por el flujo de oxidante (ácido nítrico).


 

Desarrollo en tiempos de guerra

 

El 21 de junio, Isaev propuso un nuevo diseño que utilizaba aire comprimido en lugar de una bomba para forzar el propulsor al motor. Al día siguiente, la Operación Barbarroja llevó a la Unión Soviética a la Segunda Guerra Mundial, y el interceptor propulsado por cohetes de repente se volvió importante. Bereznyak e Isaev comenzaron un nuevo diseño más detallado, que terminaron en tres semanas. El 9 de julio, Bolkhovitinov y su equipo del proyecto G se reunieron con Andrey Kostikov, director de la RNII. Dushkin no estaba contento con la idea de pasar por alto el diseño de su bomba de combustible, pero respaldaron el plan y firmaron una carta que finalmente se mostró a Joseph Stalin. Después de dar un informe en el Kremlin, se les ordenó construir el avión y solo se les dio 35 días para hacerlo. La orden oficial estaba fechada el 1 de agosto, pero las obras comenzaron a finales de julio. A los ingenieros se les dio permiso para visitar a sus familias y luego vivieron literalmente en la fábrica hasta que el avión estuvo terminado.

 

El nuevo diseño se llamó "BI" para Blizhnii Istrebitel (caza de corto alcance), pero todos entendieron que las letras también representaban a sus inventores: Bereznyak e Isaev. El plan original para incluir cuatro ametralladoras fue reemplazado por un diseño con un par de cañones ShVAK de 20 mm (0,79 pulgadas). El nuevo avión era un monoplano de ala baja de 6,4 m (21 pies) de largo, con una envergadura de 6,5 m (21 pies) y una masa de despegue estimada de 1.650 kg (3.640 lb) (masa seca 805 kg (1.775 lb) y tenía una carga máxima de propulsor de 705 kg (1,554 lb). El motor D-1-A-1100 era capaz de estrangular entre 400 kg y 1,100 kg y con 705 kg (1,554 lb)) de propulsor, el motor podía arder por casi dos minutos.

 

Trabajando las veinticuatro horas del día, se contrató a trabajadores locales de muebles para construir los dos primeros prototipos (BI-1 y BI-2). La piel era de madera contrachapada de 2 mm (0,08 pulgadas) con una cubierta de tela adherida. Los alerones, los elevadores y el timón estaban cubiertos de tela y los flaps eran de duraluminio. En la sección de proa había 5 tanques de aire comprimido y 2 tanques de queroseno. En la popa había 5 tanques de aire comprimido y tres tanques de ácido nítrico.

 

Presurizados a 60 bar (6.000 kPa), los tanques estaban hechos de acero al cromo-manganeso-silicio de alta resistencia ("Chromansil") que no era especialmente resistente a la corrosión. Por lo tanto, los tanques de ácido tuvieron que ser reemplazados periódicamente. También se utilizó aire comprimido para retraer y desplegar el tren de aterrizaje y para alimentar el cañón incorporado.

 

El 1 de septiembre de 1941, el piloto Boris N. Kudrin completó el BI-1 y estuvo listo para las pruebas de planeo, ya que el motor de Dushkin aún no estaba listo. Unas semanas más tarde, el diseñador de aviones rival AS Yakovlev se encargó de remolcar el prototipo a TsAGI para realizar pruebas en el túnel de viento. Esto alarmó al equipo de Bolkhovitinov, porque su patrón tenía una historia difícil con Yakovlev, pero Alexander Sergeevich y el diseñador de aviones Ilya Florov estudiaron los resultados de las pruebas y les dieron buenos consejos para mejorar. La inestabilidad de guiñada se corrigió agrandando el timón y agregando dos placas circulares al estabilizador horizontal de cola.

 

Vuelos de prueba en los Urales


En octubre, tanto OKB-293 como RNII fueron evacuados a los Urales, junto con la mayor parte de la industria de guerra de Moscú. El equipo de Bolkhovitinov estaba estacionado en Bilimbay, y el equipo de Dushkin en Sverdlovsk, a unos 60 km (37 millas) de distancia. Se construyó un banco de pruebas en la orilla del lago congelado Bilimbay, con un soporte de dinamómetro para sostener el BI-1 durante la prueba del motor. Se asignó al equipo un nuevo piloto de pruebas, Grigory Yakovlevich Bakhchivandzhi. Dushkin fue absorbido cada vez más por otros trabajos, incluido el propio proyecto de avión cohete de RNII, el Kostikov-302. Asignó a su ingeniero Arvid V. Pallo para supervisar la instalación y prueba del motor del cohete.



 

El ácido nítrico presentaba un problema constante, corroyendo partes y provocando quemaduras en la piel e irritación respiratoria. Se mantuvieron alrededor tanques de solución de carbonato de sodio para neutralizar los derrames de ácido. El 20 de febrero de 1942, el motor explotó durante una prueba completa del sistema. La sección de la boquilla fue lanzada al lago y la cabeza del motor golpeó el respaldo del asiento del piloto, golpeando a Bakhchivandzhi contra el panel de instrumentos, hiriéndolo levemente. Pallo resultó empapado de ácido nítrico presurizado de una línea de propulsor rota. Afortunadamente, los mecánicos rápidamente lo sumergieron de cabeza en un tanque de solución de soda. Su cara estaba amarilla por la característica mancha de ácido, pero sus lentes lo salvaron de la ceguera. Para proteger al piloto en el futuro, se agregó una placa de acero de 5,5 mm (0,22 pulgadas) al respaldo del asiento.

 

En abril de 1942, el BI-1 estaba listo para ser probado en el cercano aeródromo de Koltsove. Se formó una comisión de prueba, con representantes de OKB-293, RNII y NII VVS. El 2 de mayo, el piloto dejó que la aeronave despegara a 1 m (3 pies 3 pulgadas) con un empuje bajo.



 

El 15 de mayo a las 19:02 (UTC), Bakhchivandzhi realizó el primer vuelo real del BI-1, alcanzando una altitud de 840 m (2760 pies) y una velocidad máxima de 400 km/h (220 kN; 250 mph). La masa de la aeronave se había reducido a 1300 kg (2900 lb) (solo 240 kg (530 lb) de ácido nítrico y 60 kg (130 lb) de queroseno cargado), y el motor se redujo a 4,9 kN (1100 lb) lbf). El piloto apagó el motor del cohete después de aproximadamente un minuto, cuando una luz indicó que se estaba sobrecalentando. Al aterrizar, la aeronave descendió demasiado rápido debido a una velocidad de avance insuficiente, rompiendo el tren de aterrizaje principal al aterrizar. El piloto resultó ileso e informó que, además del aterrizaje brusco, la aeronave se manejó bien. El vuelo duró solo 3 minutos y 9 segundos.

 

En julio, Dushkin llamó a Pallo para que lo ayudara a trabajar en el proyecto del avión- cohete "302", mientras que Bolkovitinov le pidió a Isaev que se hiciera cargo y dominara la tecnología de los motores de cohetes de combustible líquido. Isaev obtuvo permiso para visitar a Valentin Glushko, el principal experto soviético en motores de cohetes, que entonces trabajaba en un laboratorio especial para prisioneros políticos. Glushko, a principios de la década de 1930, le enseñó a Isaev las complejas técnicas de cálculo de transferencia de calor de la pared de la cámara y diseño de motores, desarrolladas por él y Fridrikh Tsander. El sistema de alimentación de propelente de Isaev era simple, pero producía una presión de combustible desigual que disminuía a medida que se consumía el aire comprimido. Bolkovitinov y sus ingenieros lucharon con este problema, diseñando reguladores de presión e incluso una bomba de combustible de pistón impulsada por aire comprimido, pero ninguna de estas mejoras se realizó.

 

Demasiado dañado por el ácido para volar con seguridad, el BI-1 se retiró y se preparó el segundo prototipo BI-2. Backchivadzhi realizó el segundo vuelo el 10 de enero de 1943, alcanzando los 1.100 m (3.600 pies), pero con el motor todavía acelerado para una velocidad máxima de 400 km / h (220 nudos; 250 mph). El primer vuelo había sido con el tren de aterrizaje bajo y se observaron algunas vibraciones. Para el segundo vuelo se replegó el tren de aterrizaje y no se observaron vibraciones a la misma velocidad.

 

El tercer vuelo fue realizado el 12 de enero (algunas fuentes dicen el 10 de febrero) por un piloto de pruebas temporal, Konstantin Gruzdev, mientras Bakhchivandzhi estaba consultando sobre el proyecto "302" de Kostikov. Esta vez, el motor se abrió a un empuje máximo de 10,79 kN (2.430 lb f) y se alcanzó una velocidad de 675 km/h (364 kn; 419 mph) y una altitud máxima de 2.190 m (7.190 pies). Durante el invierno, el tren de aterrizaje se cambió de ruedas a esquís. En uno de los vuelos de Gruzdev, un esquí se rompió durante el despegue, pero pudo aterrizar con seguridad. Bakhchivandzhi volvió a realizar vuelos en el tercer prototipo BI-3 el 11 de marzo, 14 de marzo y 21 de marzo, alcanzando una altitud máxima de 4.000 m (13.000 pies) con una velocidad máxima de ascenso de 83 m/s (16.300 pies/min).

 

El vuelo del 21 de marzo fue con una carga completa de municiones, sin embargo, la mayoría de los BI no portaban armas, y aunque algunos informes afirman que el BI-4 se usó para pruebas con munición real, las armas nunca se dispararon durante el vuelo. Según los informes, el modelo BI-4 también se utilizaría como plantilla para la producción en masa de 30 a 50 aviones BI-VS por la fábrica de Andrey Moskalev, con Moskalev aumentando el cañón gemelo ShVAK con una carga de diez bombas de termita.

 

El 27 de marzo, durante un vuelo de prueba a baja altitud, el BI-1, pilotado por Bakhchivandzhi, entró en picado de 45 grados y se estrelló contra el suelo, matando a Bakhchivandzhi. El accidente detuvo las pruebas de vuelo y comenzó una larga investigación. Finalmente, después de las pruebas en el túnel de viento, se determinó que el BI-1 perdió el control debido a los efectos transónicos en los controles/estabilizadores de tono. Las estimaciones de la velocidad final de Bakhchivandzhi oscilan entre 800 y 900 km/h (430 a 490 kN; 500 a 560 mph), pero los instrumentos de grabación fueron demasiado dañados por el choque para una medición confiable. El 27 de marzo se considera un día negro en la historia de la aviación soviética, siendo también la fecha en la que Yuri Gagarin murió en un accidente de MiG-15UTI. En 1973, Bakhchivandzhi fue elevado póstumamente a Héroe de la Unión Soviética.

 

Regreso a Moscú, el motor de Isayev

 

En mayo de 1943, el OKB-293 regresó de su evacuación y estableció operaciones en Khimki, un suburbio de Moscú. El 18 de mayo, Bolkhovitinov escribió un informe detallado "Sobre aviones cohetes y perspectivas adicionales". Hizo hincapié en la necesidad de estudiar el peligroso régimen de "pérdida de choque" y de hacer una transición segura a través de la velocidad transónica y más allá. Propuso el objetivo de un nuevo avión cohete capaz de alcanzar los 2.000 km/h (1.100 kN; 1.200 mph).

 

Al año siguiente, Bolkhovitinov produjo cinco aviones más, BI-5 a BI-9. En la primavera de 1944, el BI-6 fue equipado con un par de motores ramjet DM-4 de Igor A. Merkulov. No contenía un motor cohete, por lo que fue remolcado por el aire. El piloto, Boris Kudrin, voló el BI-6 tres veces, pero nunca pudo hacer que ambos ramjets arrancaran al mismo tiempo. La aeronave fue llevada a TsAGI para realizar más pruebas en el túnel de viento T-101. El motor auxiliar DM-4 también se probó en el caza Yak-7b.

 

Con la pérdida del motor D-1-A-1100, Isayev comenzó a diseñar un nuevo motor. El RD-1 se completó y probó en octubre de 1944. La forma general del motor era la misma que la de Dushkin, pero con numerosas mejoras. Isayev diseñó las secciones de acero inoxidable al cromo 12Kh13 (13% de cromo, 0,12% de contenido de carbono). La cabeza tenía 85 inyectores giratorios dispuestos en un patrón de panal que promovía una mezcla mejorada de combustible y oxidante. También utilizó un arrancador de arco eléctrico más confiable en lugar de una bujía incandescente. Isayev también mejoró el enfriamiento regenerativo, aumentando el caudal alrededor de la boquilla.

 

El BI-7 voló dos veces con el motor RD-1, el 24 de enero y el 9 de marzo de 1945. Pallo informó que hubo una emergencia con el tren de aterrizaje durante el vuelo de enero. Además del nuevo motor, se realizaron varios cambios en el diseño de la aeronave: un timón más grande, una falsa quilla más pequeña y diferentes filetes de ala. Durante los vuelos de prueba, el piloto Boris Kudrin, notó un aleteo de cola. El 29 de mayo, el piloto MK Baykalov probó el BI-7 en modo planeador, sin arrancar el motor, y no se detectó el aleteo. En este punto, el avión estaba demasiado corroído por el ácido nítrico para volar de nuevo y fue retirado. Para investigar más el problema del aleteo, el BI-5 se modificó de la misma manera que el BI-7 (pero sin motor) y se probó en vuelos en planeador; sin embargo, el problema no se reprodujo.

 

Después de que el BI-6 fuera enviado a TsAGI, el BI-9 se puso en servicio como reemplazo (marcado con un "6" en la cola). Volado por Boris Kudrin y MA Baikalov, se usó en pruebas de planeadores con peso de carga adicional. Se desconoce el destino del BI-8.

 

Cuando comenzaron a aparecer aviones turborreactores a mediados de la década de 1940, se hizo evidente la falta de perspectivas para un mayor desarrollo de los aviones cohetes en general, y del BI en particular, principalmente debido al tiempo de vuelo limitado.

 

Sin embargo, la experiencia acumulada por la oficina de diseño de Bolkhovitinov se volvió invaluable, y los ex alumnos de la oficina de diseño se convirtieron en figuras prominentes en la tecnología espacial y de cohetes soviéticos. Dos ingenieros de BI se convirtieron en los fundadores de dos escuelas de diseño: Bereznyak fundó OKB-155, que era la oficina de diseño líder en la URSS en el desarrollo de misiles de crucero, e Isayev se convirtió en el fundador de OKB-2, que se especializó en propulsores líquidos de empuje bajo y medio. cohetes motores para cohetes y vehículos espaciales.

 

Vuelos propulsados

 

El BI voló 12 veces con potencia, siete veces con el motor D-1-A-1100 de Dushkin, tres veces con los ramjets DM-4 y dos veces con el motor cohete RD-1 de Isaev.

 

 


 

Operadores

Unión Soviética: Fuerza Aérea Soviética

 

Especificaciones técnicas



 

Tipo: Caza

Fabricante: OKB-293

Diseñador: AYBereznyak y AMIsayev

Primer vuelo: 15 de mayo de 1942

Retirado: 9 de marzo de 1945

Usuario principal: Fuerza Aérea Soviética

Número construido: 9

Tripulación: 1

Longitud: 6,40 m (21 pies 0 pulgadas)

Envergadura: 6,48 m (21 pies 3 pulgadas)

Altura: 2,06 m (6 pies 9 pulgadas)

Área del ala: 7 m 2 (75 pies cuadrados)

Peso vacío: 805 kg (1775 lb)

Peso máximo al despegue: 1.650 kg (3.638 lb)

Planta motriz: 1 motor de cohete de combustible líquido Dushkin D-1A-1100, 10,79 kN (2430 lbf) de empuje

Velocidad máxima: 800 km/h (500 mph, 430 kn) estimado

Alcance: 1.000 km (620 mi, 540 nmi)

Techo de servicio: 12.000 m (39.000 pies)

Armamento

Cañones: dos cañones ShVAK de 20 mm montados en la nariz, 45 rondas por arma, dos cohetes RS-82

 

Fuente: https://en.wikipedia.org