Banco de pruebas de empuje de Rolls-Royce

El Rolls-Royce Thrust Measuring Rig ( TMR ) fue una aeronave pionera de despegue y aterrizaje vertical ( VTOL ) desarrollada por Rolls-Royce en la década de 1950. Tiene la distinción de ser "la primera aeronave de despegue y aterrizaje vertical en volar en cualquier parte del mundo". ^{[ 1 ]}

El diseño del TMR es único. Estaba propulsado por un par de motores turborreactores Nene , montados horizontalmente uno frente al otro dentro de una estructura de acero; a su vez, esta estructura se elevaba sobre cuatro patas equipadas con ruedas giratorias. El TMR carecía de superficies sustentadoras, como alas ; en cambio, la sustentación se generaba únicamente mediante el empuje dirigido hacia abajo. Debido a su aspecto poco convencional, fue apodado « Cama Voladora» . ^{[ 1 ]}

El TMR se concibió específicamente para realizar investigaciones, concretamente para explorar las posibles aplicaciones de la propulsión a chorro, entonces de reciente desarrollo , en la realización de vuelos verticales. Tras su primer vuelo en agosto de 1954, se llevaron a cabo estudios exhaustivos durante una serie de vuelos de prueba sobre cómo lograr la estabilización durante el vuelo estacionario de la aeronave. Esto contribuyó a una mayor comprensión del nivel de potencia y las formas adecuadas de estabilización necesarias en una aeronave VTOL, además de demostrar la viabilidad del concepto en general. ^{[ 2 ]}

El principal responsable del desarrollo del TMR fue el Dr. Alan Arnold Griffith , quien había trabajado en el diseño de turbinas de gas en el Royal Aircraft Establishment (RAE) en la década de 1920 y fue pionero en la tecnología de sustentación por chorro. En 1939, Griffith fue contratado por Rolls-Royce. ^{[ 3 ]} Durante la década de 1940, concibió la idea de utilizar la propulsión a chorro como método para proporcionar sustentación vertical directa y así crear una aeronave capaz de despegar verticalmente. Griffith propuso la construcción de dicha aeronave con fines de investigación. ^{[ 1 ]}

Impresionada por el concepto de Griffith y deseosa de explorar y aprovechar las capacidades de su gama de motores a reacción de reciente desarrollo, Rolls-Royce inició la construcción de la aeronave en sus instalaciones del aeródromo de Hucknall , Nottinghamshire , Inglaterra. ^{[ 1 ]} El estabilizador automático, crucial para la aeronave, fue diseñado y fabricado por el Departamento de Instrumentos y Fotografía Aérea del Royal Aircraft Establishment (RAE). La aeronave fue designada como Banco de Pruebas de Empuje (TMR), y se construyeron dos unidades para el programa de pruebas. ^{[ 1 ] [ 4 ]}

El 19 de agosto de 1953, el primer TMR Serie XJ314 realizó su vuelo inaugural en el aeródromo de Hucknall. ^{[ 1 ]} Para realizar estos vuelos, se diseñó y ensambló en Hucknall una estructura tipo pórtico especialmente construida que, si bien no restringía el movimiento de la aeronave dentro de un espacio definido, le impedía exceder ese límite; también impedía que se produjeran velocidades de descenso excesivas, permitiendo una velocidad máxima de descenso de 10 pies por segundo (3 m/s) , para evitar daños y permitía a los pilotos con dificultades cerrar fácilmente los aceleradores sin que se produjera un accidente. ^{[ 5 ]} Durante el primer año de vuelos, la aeronave permaneció sujeta dentro del sistema de pórtico para las pruebas de vuelo. El 3 de agosto de 1954, el TMR realizó su primer vuelo libre , pilotado por Ronald Thomas Shepherd , piloto de pruebas jefe de Rolls-Royce . ^{[ 1 ]} 

A finales de 1954, el TMR fue transferido a las instalaciones de investigación de la RAE, siendo asignado inicialmente a RAE Farnborough . ^{[ 6 ]} En junio de 1956, fue trasladado a RAE Bedford , Bedfordshire , con el fin de realizar más pruebas de vuelo. Si bien los aspectos prácticos relacionados con la controlabilidad se habían abordado durante su estancia en Hucknall, la RAE estaba más interesada en utilizar el TMR para determinar si la estabilización artificial sería necesaria para este tipo de aeronaves, tanto durante el vuelo estacionario como en las fases de baja velocidad, e investigar las características deseables para lograr un vuelo vertical estable. ^{[ 6 ]}

La información de los vuelos típicos se obtuvo principalmente a través de las experiencias reportadas por los pilotos. ^{[ 7 ]} Durante las pruebas de estabilidad, se obtuvieron datos más cuantificables al instruir a varios pilotos para que siguieran la misma secuencia de maniobras, muchas de las cuales estaban destinadas a ser representativas de la transición de una aeronave VTOL al vuelo estacionario; también se emplearon varios observadores. Los vuelos de prueba tuvieron varias restricciones de seguridad: el TMR no volaba normalmente si la velocidad del viento era de 10 nudos o más, solo volaba en condiciones meteorológicas en las que la aeronave podía controlarse en caso de una falla. ^{[ 8 ]} Los pilotos pudieron realizar despegues y aterrizajes controlados, pero encontraron que ambas hazañas eran más difíciles si había viento, particularmente si el TMR tenía que inclinarse para contrarrestar los efectos del viento. ^{[ 9 ]}

Según se informa, los pilotos descubrieron que la principal dificultad inicial para volar el TMR era la regulación de la altura de la aeronave; esto se debía en parte a la lenta respuesta del motor a los movimientos del acelerador ordenados por el piloto. ^{[ 10 ]} El intervalo de retardo entre el acelerador y la respuesta del motor solía ser de entre uno y dos segundos; los pilotos normalmente se adaptaban a esta peculiaridad de la aeronave y se volvían expertos en dominar el control de altura. Se hicieron dos intentos para mejorar el control de altura: la adición de un compensador simple en el acelerador para limitar su velocidad de movimiento y la instalación de "anticipadores del acelerador" que no funcionaron como se esperaba. ^{[ 11 ]} El TMR demostró eficazmente que el retardo en la respuesta del control de altura sería una dificultad importante en las aeronaves VTOL, y los motores de las aeronaves VTOL posteriores sí presentaban tiempos de respuesta más rápidos. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

El avión sobrevivió a una falla en su sistema de control de empuje vectorial el 16 de septiembre de 1957 mientras era pilotado por el comandante de ala Stan Hubbard de la RAE. ^{[ 13 ]} El 28 de noviembre de 1957, el segundo TMR, número de serie XK426 , fue destruido durante un vuelo de prueba, lo que resultó en la muerte del comandante de ala HGF Larsen, quien pilotaba el avión por primera vez. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

La investigación del programa de pruebas del TMR fue de considerable valor para las futuras aeronaves VTOL, al menos en algunas áreas: un informe oficial publicado por el Ministerio de Aviación resumió que "la principal conclusión que se puede extraer de esta experiencia es que cualquier aeronave práctica de despegue y aterrizaje vertical debe tener algún tipo de estabilización artificial durante el vuelo estacionario si va a operar en condiciones meteorológicas que no sean muy favorables... la principal dificultad para aprender a pilotar la aeronave fue el control de altura; cualquier reducción en la constante de tiempo de la respuesta del motor facilitaría el problema de aprender a pilotar una aeronave de despegue y aterrizaje vertical". ^{[ 16 ]} Tras las pruebas relativamente exitosas del TMR, Rolls-Royce decidió continuar con el desarrollo del turborreactor de despegue y aterrizaje vertical directo Rolls-Royce RB108 ; cinco de estos motores se utilizaron para propulsar la primera aeronave VTOL británica auténtica, el Short SC.1 . ^{[ 17 ]}

El Rolls-Royce Thrust Measuring Rig (TMR) fue una aeronave VTOL desarrollada para explorar la practicidad, las características y los requisitos de este tipo de aeronave. ^{[ 2 ]} Era ampliamente conocida por su apodo de « Cama Voladora» debido a su apariencia radicalmente poco convencional para una aeronave, que consistía básicamente en una estructura tubular rectangular construida alrededor de los motores, sobre la cual se colocaba una plataforma para alojar a un solo piloto. No tenía forma aerodinámica , carecía de alas y cola; en cambio, generaba toda su sustentación dirigiendo el empuje de sus motores directamente hacia abajo. ^{[ 18 ]} Debido a su pequeño tamaño, el TMR tenía una autonomía máxima de vuelo de solo seis minutos. ^{[ 4 ]}

Estaba propulsado por un par de motores turborreactores Nene , instalados en configuración espalda con espalda. ^{[ 6 ]} La salida de los reactores se dirigía hacia el centro de gravedad de la plataforma; un tubo de escape descargaba hacia abajo a través de una tobera central, mientras que el otro lo hacía a través de dos toberas más pequeñas a cada lado; esto era para que, en caso de fallo de un motor durante el vuelo, no se produjera ningún movimiento adverso brusco. Se tomaron precauciones considerables para soportar de forma segura dicho fallo de motor; el tren de aterrizaje de cuatro patas fue diseñado para soportar una velocidad vertical de 34 pies por segundo (10 m/s) y para soportar un aterrizaje con un solo motor desde cualquier altura inferior a 50 pies (15 m) . ^{[ 6 ]} El TMR poseía solo una potencia excedente marginal, lo que complicaba el vuelo de la aeronave; esto se veía agravado aún más por el lento tiempo de respuesta de los motores a los cambios de aceleración. En consecuencia, hubo un grado considerable de anticipación en el uso de la potencia del motor necesaria para evitar sobrepasar la altitud deseada y para asegurar un aterrizaje suave. ^{[ 11 ]}  

Un total de cuatro brazos estabilizadores se extendían desde la plataforma, uno a cada lado y uno en la parte delantera y trasera, a través de los cuales se liberaba aire comprimido para el control de alabeo , cabeceo y guiñada durante el vuelo. ^{[ 19 ]} Si bien los controles de guiñada y altura eran mecánicos, los controles de cabeceo y alabeo se señalizaban eléctricamente, sin posibilidad de volver al funcionamiento mecánico. Inicialmente, se duplicaron componentes clave del sistema de control eléctrico; sin embargo, para garantizar la detección infalible de fallos, se adoptó una configuración parcial triplex más segura para la fase de pruebas de vuelo libre del RAE. ^{[ 20 ]} Como el TMR no poseía estabilidad inherente , incorporó un sistema de estabilización automática experimental. ^{[ 21 ]} Durante sus numerosos vuelos de prueba, se realizaron diversos grados de intervención del estabilizador, incluyendo algunos en los que no se activó ninguna estabilización. ^{[ 22 ]}

La primera máquina (número de serie XJ314 ) se conserva y se exhibe al público en el Museo de Ciencias de Londres, Inglaterra. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

Características generales

• Longitud: 28  pies 0  pulgadas (8,53  m)
• Ancho: 14  pies 0  pulgadas (4,27  m)
• Altura: 3,86 m ( 12  pies 8 pulgadas ) sin incluir el pilón.  
• Peso en vacío: 6000  lb (2722  kg)
• Peso bruto: 7500  lb (3402  kg)
• Planta motriz: 2 motores turborreactores centrífugos Rolls-Royce Nene , 4050 lbf (18,0 kN) de empuje cada uno  

Actuación

• Empuje/peso : 1,08

aviónica

• Estabilización automática

Aeronaves comparables

• Aérospatiale Ludion
• SNECMA Atar Volant
• Vehículo de investigación para el alunizaje
• VFW SG 1262 Schwebegestell

• Imágenes del banco de pruebas de medición de empuje (con texto en ruso)
• Una fotografía del Museo de Ciencias del XJ314
• El 'Flying Bedstead' después de su accidente (por falta de combustible), Hucknall, Nottinghamshire, 1957. Con el comodoro aéreo Larsen.
• Noticias de Pathe – Cama voladora
• Entrevista en disco de transcripción de la BBC: Flying Bedstead