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
