Bereznyak/Isayev BI
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Bereznyak – Isayev BI - Pequeño avión de ala recta propulsado con motor cohete y pasó a la historia como el primer avión soviético y el primer caza de interceptación del mundo diseñado específicamente para propulsión por cohete de combustible líquido. Aunque no fue tan avanzado como el notorio Me-163 Komet, tenía unas prestaciones interesantes y un potente armamento constituido por dos cañones ShVAK de 20 mm ubicados en la nariz.
Sumario
Historia
En la primavera de 1940 el TsAGI desarrolló una conferencia para diseñadores aeronáuticos relacionada con la utilización de cohetes reactivos y estatorreactores. A esta conferencia fue invitado el ingeniero principal del OKB-293 Victor Fiodorovich Boljovitinov, que asistió acompañado de dos de sus colaboradores A. Ya. Bereznyak y A. M. Isayev. Bereznyak era el jefe de la brigada de mecánicos e Isayev era el jefe de la brigada de motores. La causa de esta apresurada conferencia se basaba en la confirmación de que en Alemania se había comenzado a desarrollar un caza de intercepción con planta motriz reactiva que apareció en el último período de la Guerra bajo la denominación Messerschmitt Me-163 y apodado “Komet”.
En el mes de julio el Consejo de Comisarios del Pueblo (SNK) lanzó la solicitud para el desarrollo de aviones estratosféricos de alta velocidad propulsados por motores a reacción. Bereznyak e Isayev se entusiasmaron con la posibilidad de diseñar un avión con motor a reacción y, luego de recibir la aprobación de Boljovitinov, en otoño de 1940 se pusieron a trabajar en un proyecto que fue conocido originalmente como “G”.
En 1940 ellos visitaron el Instituto de Investigaciones Reactivas, donde conocieron los trabajos realizados por el ingeniero Leonid Estepanovich Dushkin en un motor reactivo de combustible líquido para el proyecto de caza “302” que se desarrollaba entonces en este instituto.
El diseño del “G” estaba concebido fundamentalmente en madera contrachapada y duraluminio, tenía un peso de despegue de sólo 1500 kg capaz de alcanzar los 800 km/h.
Incluso en la etapa de diseño el grupo de proyección tuvo que solucionar importantes tareas técnicas. El avión de Bereznyak e Isayev se proyectó inicialmente para usar un motor de 1400 kgf de empuje con un sistema de inyección del combustible a la cámara de ignición. A fin de simplificar el proceso y disminuir el tiempo de creación del aparato, el 21 de junio de 1941 Isayev propuso sustituir el sistema de inyección por bombas por un sistema de inyección más sencillo basado en aire comprimido a 145 – 148 atmósferas desde unos balones de 115 litros. Esto permitió disminuir las dimensiones del motor y mejorar sus características. Este nuevo motor pasó a denominarse D-1A (La A corresponde a Azot (Nitrógeno en ruso) y responde al tipo de oxidante utilizado en el proceso de combustión). Como contraparte, la necesidad de incluir en el motor balones de oxígeno de gran volumen y peso trajo como consecuencia la necesaria disminución de la cantidad de combustible por lo que el tiempo de trabajo del motor decreció a unos dos minutos.
El comienzo de la Gran Guerra Patria condujo a una revalorización de la necesidad de un interceptor reactivo de alta velocidad. Bereznyak e Isayev trabajaron sin descanso y en tres semanas tuvieron terminado el proyecto preliminar. Un grupo de especialistas solicitó a Boljovitinov que emitiera una carta para motivar la atención hacia el modelo. El 9 de julio de 1941 se envió una carta que firmaron 7 especialistas entre los que se encontraron Bereznyak, Isayev, Dushkin, el director de la fábrica Boljovitinov y el ingeniero principal Kostikov. Y poco tiempo después se recibió una notificación para que se presentaran en el Kremlin. La propuesta fue aprobada y A. I. Shaxurin junto a A. S. Yakovlev presentaron un proyecto de decreto que fue aprobado en el mes de agosto.
Se ordenó a Boljovitinov en el corto período de 35 días (en lugar de los tres meses solicitados por Bereznyak e Isayev) tener listo un caza interceptor con planta motriz reactiva y al Instituto de Investigaciones 3 (NII-3) dirigido por A. G. Kostikov el crear el motor reactivo RDA-1-1100 para este avión. Sobre esta base se creó la orden del Comité Nacional (Narkomat) de la Industria de la Aviación (NKAP).
En la tarea del KB de Boljovitinov se introdujo la creación de los tanques de combustible y el sistema de alimentación del motor reactivo basado en el sistema desarrollado por el NII-3 y la tarea de K. B. Dushkin (como integrante del NII-3) era garantizar el régimen de trabajo constante del motor entre 400 y 1100 kg de empuje en régimen de múltiples lanzamientos.
La tarea fue asignada el 1 de agosto, pero el trabajo comenzó desde fines de julio. El OKB fue declarado en “acuartelamiento” y se trabajó sin abandonar la fábrica durante un mes y 10 días. El primero de septiembre el primer ejemplar del nuevo avión estuvo listo para ser dirigido a las pruebas en el NKAP. El avión se construyó prácticamente sin los planos de detalle terminados, construyendo muchas piezas a ojo. Esto resultó más fácil debido al pequeño tamaño de la aeronave.
El nuevo diseño fue nombrado BI, siglas de Blizhny Istrebitel o Caza de Corto alcance, pero muchos, incluso en aquella época, interpretaron las siglas como las iniciales de sus creadores.
Descripción
El BI se diseñó como monoplaza monoplano con alas de escasa envergadura (6.5 metros) e implantación baja. Todo el fuselaje de forma oval y estructura monocoque, estaba construido de madera y cubierto de madera contrachapada de 2 mm recubierta de tejido.
El ala estaba construida de manera integral y recubierta de contrachapado. El perfil seleccionado fue el TsAGI B-1-10 con un grosor relativo del 12% y planta trapezoidal. Los alerones, timones de profundidad y de dirección estaban construidos de madrea con recubrimiento textil, pero los flaps se construyeron de duraluminio (en las versiones BI-5 y BI-6 todas las superficies de control fueron construidas en duraluminio).
El conjunto de cola que incorporaba una aleta ventral y derivas circulares en los extremos de los estabilizadores. En el BI-1 el estabilizador estaba arrisotrado, pero en los modelos posteriores fue liberado. Los timones estaban recubiertos de tejido.
El proyecto concibió un armamento compuesto por dos ametralladoras Berezin de 12,7 mm y dos ametralladoras ShKAS de 7.62 mm. Estos planes originales fueron sustituidos por la instalación de dos cañones ShVAK de 20 mm, previendo la posibilidad de su sustitución en los ejemplares de serie por dos cañones de 23 mm.
El tren de aterrizaje, retráctil, estaba dotado de ruedas o esquís. Las ruedas principales tenían dimensiones 400 x 500 mm, mientras los esquís eran de 1440 x 300 mm y presentaban sistema de amortización por resorte. La retracción de las unidades principales se realizaba hacia la línea central del avión. La unidad de cola se ubicaba en el extremo de la aleta ventral, siendo fija pero orientable con dimensiones 90x42mm. El sistema de retracción era neumático.
El BI estaba propulsado por un motor cohete Dushkin D-1A-1100 de 1100 kg de empuje. En la sección de cola se ubicaban cinco tanques de aire comprimido y tres tanques con ácido nítrico. Estos tanques, presurizados a 60 atmósferas, estaban construidos de un acero de alta resistencia conocido como "Jromansil" consistente en una aleación de cromo, manganeso y silicio con acero. A pesar de su alta dureza este material resultó bastante propenso a la corrosión, por lo que los tanques de ácido debían ser reemplazados con periodicidad.
El aire comprimido de los tanques era utilizado también para garantizar la retracción y despliegue del tren de aterrizaje y para el disparo de los cañones.
El piloto se ubicaba a proa, en una cabina con cubierta transparente.
Desarrollo
Por solicitud de A. S. Yakovlev el planeador del caza BI fue probado en el túnel aerodinámico del TsAGI. Esta solicitud alarmó considerablemente al team de Boljovitinov, conscientes de las ásperas relaciones entre su jefe y Yakovlev. A pesar de esto, las pruebas fueron realizadas bajo la dirección de G. S. Biushgens y A. L. Raij y luego de culminarse los resultados fueron estudiados por el propio Yakovlev y el diseñador aeronáutico Ilya Florov, que sugirieron agrandar el timón de dirección y adicionar dos aletas verticales en los estabilizadores a fin de mejorar la estabilidad.
El primer prototipo, denominado BI-1 sólo fue utilizado como planeador sin motor remolcado por un Petlyakov Pe-2 para probar las características de operación durante el aterrizaje. El primer vuelo tuvo lugar el 10 de septiembre de 1941 con el piloto Boris Nikolaevich Kudrin a los mandos. Durante 15 vuelos se pudieron definir todas las principales características de vuelo a bajas velocidades. Las pruebas demostraron que el comportamiento y los datos aerodinámicos se correspondían con los calculados
El motor no se encontraba aún listo, fundamentalmente debido a las complejidades vinculadas a la novedad tecnológica y al uso del ácido nítrico. Se necesitaba observar todas las medidas de seguridad para evitar la toxicidad, no solo del ácido, sino también de los vapores. Hubo hasta algunos casos de incendio. La escasez de tiempo obligó a obviar las pruebas autónomas del motor y pasar directamente a probarlo en la cama de pruebas del OKB. Las pruebas comenzaron en septiembre de 1941.
Pruebas con motor
Antes de la evacuación no se pudo hacer mucho más. El 16 de octubre de 1941 se decidió evacuar el buró de construcciones y la fábrica de Boljovitinov hacia los Urales. Al día siguiente la cama de pruebas del motor fue desmontada y toda la documentación y materiales fueron enviados a la nueva ubicación en Bilimbay, cerca de Sverdlovsk (actual Ekaterimburgo). También hacia Sverdlovsk, a unos 60 km de la ubicación de Boljovitinov, en los días 20 del mes se evacuó el NII-3 con Dushkin. La nueva cama de pruebas para el BI fue instalada en la orilla del helado lago Bilimbay.
Ya en la nueva ubicación continuaron los trabajos. El piloto Kudrin se enfermó y su puesto fue ocupado por Gregory Yakovlev Bajchivandzhi. Dushkin para ese momento se encontraba inmerso en el desarrollo de la planta motriz para el nuevo caza desarrollado bajo la dirección del propio Kostikov y conocido como “302”, por lo que se designó al ingeniero Arvid V. Pallo para supervisar los trabajos motrices en el BI.
El ácido nítrico generó constantes problemas, corroyendo las partes, causando quemaduras en la piel y problemas respiratorios a los mecánicos. El 20 de febrero de 1942 durante la ignición del motor en la cama de pruebas se produjo una explosión. Un chorro de ácido nítrico salió despedido a alta presión alcanzando al ingeniero Pallo. La tobera fue lanzada hacia el lago. La cubierta del motor de desprendió y salio volando hasta golpear la protección del asiento del piloto, desprendiendo los tornillos de fijación. Bajchivandzhi fue lanzado hacia delante, golpeando con la cabeza la pizarra de instrumentos. Sólo la rápida acción de los mecánicos, que metieron al momento la cabeza de Pallo en un recipiente con soda y el uso de espejuelos, impidieron que el accidente tuviera mayores consecuencias. Como consecuencia de la experiencia se instaló una plancha de 5,5 mm de acero en la parte trasera del asiento del piloto.
En marzo se reparó la cama de pruebas, y se realizaron cambios en el sistema de alimentación del motor. En el motor destinado a ubicar en el avión se realizaron varias pruebas hidráulicas y 14 pruebas de encendido. El 25 de abril de 1942 el avión fue trasladado de Bilimbay a Koltsovo (al Instituto de Investigaciones de la VVS (NII VVS)) y el 30 se realizaron dos arranques del motor y se comenzaron los trabajos para preparar al BI para el vuelo.
Para el primer vuelo del BI se creó una Comisión Gubernamental con V. S. Pychnov. En la comisión se incluyó a Boljovitinov, el jefe del NII VVS P. I. Fiodorov, el ingeniero jefe del proyecto BI en el NII VVS, M. I. Tarakanovsky, el ingeniero jefe del motor A. V. Pallo. Como piloto jefe de las pruebas se designó a G. Ya. Bajchivandzhi.
El 2 de mayo el piloto, durante una carrera de pruebas liberó ligeramente al BI, que se desprendió del suelo hasta una altura de cerca de un metro, volviendo a descender debido a la baja potencia.
El BI-1, con el motor cohete Dushkin D-1A de 1100 kg. alzó el vuelo por vez primera el 15 de mayo de 1942 a las 19:02 hora local, con un vuelo de 3 minutos y 9 segundos, el primero en el mundo que se hacía con un caza de propulsión por cohete. Para este vuelo se fijó el peso de despegue a 1300 kg y el motor se reguló a 800 kgf de empuje. Como resultado se alcanzó una altura de 840 km/h y una velocidad de 400 km/h. La velocidad de ascenso fue de 23 m/segundo. El piloto Bajchivandzhi escribiría después que a diferencia de los aviones convencionales la conducción del BI fue extremadamente placentera, resaltando la ausencia de la hélice y el ruido y los gases de su motor y resaltó la excelente visión desde la cabina. Una avería menor en el tren de aterrizaje al final del histórico vuelo entorpeció el programa de desarrollo, al resultar dañada la cola.
Los resultados de la primeras pruebas fueron tan prometedores, que la comisión decidió ordenar la construcción de una pre-serie de 50 ejemplares BI-VS para pruebas militares en las facilidades constructivas de A. S. Moscaliov en la Fábrica No.499 situada en la ciudad Zavodoukovsk. Como base para el desarrollo se tomó el cuatro prototipo BI-4, teniendo como principal diferencia con los prototipos además de los dos cañones en el fuselaje, delante de la cabina del piloto se instaló una bodega cerrada con un casete para bombas. En este casete podían ubicarse 10 pequeñas bombas de 2.5 kg con gran fuerza explosiva diseñadas para ser lanzadas sobre formaciones de bombarderos en el aire.
Otro dato curioso es que el propio Boljovitinov, muy contento con los resultados de las pruebas, solicitó filmar el proceso de desarrollo del BI. Con las grabaciones realizadas se creó un filme documental que fue nombrado “Vuelo al Futuro” (en ruso: «Полет в будущее»). Este film fue mostrado no solo a personalidades, sino a personal del KB y la fábrica. Esto llevó a una situación muy tensa con el NKVD y estuvo a punto de provocar la acusación de Boljovitinov por revelar secretos militares.
De conjunto con la decisión de comenzar la producción en serie se prepararon los proyectos de creación de instalaciones de entrenamiento en Sverdlovsk y Moscú, con el objetivo de realizar la preparación de los pilotos en el nuevo avión. En 1943 se esperaba poder crear varias unidades con el nuevo caza especializadas en la intercepción de bombarderos.
El vuelo del BI se dificultaba fundamentalmente debido a los constantes problemas con el ácido nítrico. En más de una ocasión el ácido se escapó a través de las tuberías o las paredes de los tanques y los gases tóxicos también significaron importantes problemas que hubo que constantemente corregir, por lo que las pruebas se prolongaron durante todo el invierno de 1942 – 1943.
Vuelos con nuevos prototipos
Debido los daños en el BI-1 debido a la acción corrosiva de los gases del ácido nítrico, la continuidad del programa se realizó en el segundo (BI-2) y tercer ejemplares (BI-3). Estos ejemplares se construyeron en la Fábrica No.293 en el invierno de 1942 – 1943 y se caracterizaron por presentar un tren de aterrizaje retráctil con esquís.
El segundo vuelo se realizó con el BI-2 y tuvo lugar el 10 de enero de 1943, alcanzando una altitud de 1100 metros, pero con la palanca ajustada para no sobrepasar los 400 km/h. En este aparato y en corto tiempo se realizaron 4 vuelos, tres por el piloto Bajchivandzhi (11, 14 y 21 de marzo) y otro por K. A. Gruzdiev (12 de enero). En estos vuelos se alcanzó una velocidad de 675 km/h (la calculada era de 1020 km/h a 10000 metros), velocidad de ascenso de 82 m/s, techo de vuelo de 4000 metros y tiempo de vuelo de 6 minutos y 2 segundos con tiempo de trabajo del motor de 84 segundos. El vuelo del 21 de marzo se realizó con la carga total de municiones. Hasta el momento ninguno de los prototipos había portado armamento real. Existen evidencias de que el BI-4 fue el prototipo usado para probar la instalación del armamento, aunque nunca, con ninguno de los prototipos, se llegaron a realizar pruebas de tiro.
En un vuelo de Gruzdiev, al extraer el tren antes del aterrizaje, uno de los esquís se desprendió, pero se pudo no obstante, aterrizar el aparato sin complicaciones.
El sexto y séptimo vuelo se ejecutaron por Bajchivandzhi en el tercer prototipo BI-3. En el séptimo vuelo, ejecutado el 27 de marzo de 1943, las tareas previstas incluían el alcance de una velocidad máxima de 750 u 800 km/h a la altura de 2000 metros. Según se observó desde tierra el vuelo se mantuvo normal hasta la culminación del trabajo del motor en el segundo 78 de trabajo. Luego de terminar la operación del motor, el avión bajó la nariz y entró en un picado en un ángulo de 50 grados hasta chocar con el suelo. El piloto Gregory Yakovlev Bajchivandzhi murió en el accidente.
La comisión estudió los detalles de la catástrofe, pero no pudo determinar sus causas. Como resultado en el informe se incluyó que las causas estuvieron motivadas por fenómenos no estudiados a velocidades entre los 800 y los 1000 km/h. En opinión de la comisión a estas velocidades aparecían nuevos factores que influían en la dirección, estabilidad y carga sobre los controles de dirección, entrando en contradicción con lo comúnmente estimado hasta el momento y aún no estudiados.
Para 1943 en el TsAGI se instaló una nueva instalación aerodinámica T-106-TsAGI para altas velocidades. En ella se comenzaron a ejecutar pruebas de modelos de aviones y sus elementos para analizar su comportamiento a grandes velocidades. Entre ellos se probó el modelo del BI para encontrar las causas de la catástrofe. A partir de los resultados obtenidos quedó claro que el BI se destruyó debido a que no se tuvieron en cuenta durante la proyección las particularidades del ala y cola rectas a velocidades cercanas a las del sonido que llevan al aparato a picar sin que el piloto pueda hacer nada para impedirlo. Se estimó que en el momento del accidente el avión pilotado por Bajchivandzhi alcanzó los 900 – 990 km/h. En 1973 Gregory Yakovlev Bajchivandzhi recibió de manera póstuma el título de Héroe de la Unión Soviética.
Como resultado del accidente toda la producción de 30 ejemplares de pre-serie BI-VS en diferentes etapas de desarrollo fue destruida. A pesar de esto se continuó el programa de pruebas de vuelo con un conjunto de modificaciones, se esperaba, allanarían las dificultades.
Regreso a Moscú
En mayo de 1943 el OKB-293 regresó de la evacuación a Moscú, siendo reubicado en la zona de Jimki, Distrito de Moscú. Para el año siguiente se habían construido otros 5 ejemplares del BI, denominados BI-5 al BI-9.
Con el objetivo de estudiar las posibilidades de aumentar autonomía del avión por encima de los dos minutos de trabajo del motor cohete, en 1943 – 1944 se planificó la modificación del aparato utilizando estatorreactores o ramjets en los extremos alares. En la primavera de 1944 el sexto ejemplar BI-6 fue dotado con dos estatorreactores DM-4 diseñados por I. Merkulov y probado en el túnel aerodinámico TsAGI-101, pero nunca fue volado. Este estatorreactor fue también probado en el caza Yak-7B.
También se intentó en algún momento lograr la hermetización de la cabina cubriendo todas las junturas con bandas de resina, pero esta idea fue desechada.
Luego de la pérdida del motor Dushkin D-1-A-1100, Isayev comenzó a diseñar un motor propio, tomando en consideración los consejos recibidos de Glushko y la experiencia acumulada durante las pruebas del BI. El nuevo motor RD-1 fue completado y probado en octubre de 1944. En general sus dimensiones eran similares a las del anterior, pero presentaba un gran número de mejoras y estaba construido con el acero 12J13 de mayor resistencia a la corrosión. El cabezal tenía 85 inyectores ubicado en una conformación tipo panal que mejoraba altamente la eficiencia y presentaba un sistema de arranque eléctrico.
En enero de 1945, en el BI-7 con tren de aterrizaje de esquís y planta motriz RD-1 de Isayev el piloto B. N. Kudrin realizó dos vuelos. En el primero, desarrollado el 24 de enero, el avión resultó con graves averías en un aterrizaje de emergencia debido a un problema en el tren de aterrizaje del patín. El 9 de marzo, convenientemente reparado y con algunas modificaciones, con un peso de despegue de 1800 kg y velocidad de 587 km/h, se alcanzó una velocidad de ascenso de 87 m/s. El BI-7 reveló durante el vuelo unas vibraciones peligrosas (flutter) en la sección de cola.
Para estudiar el problema el 29 de marzo de 1945 el piloto M. K. Baykalov realizó pruebas en el BI-7 en configuración como planeador, sin encendido de los motores. Para ese momento el ejemplar presentaba grandes daños provocados por la corrosión, por lo que fue retirado. Los ejemplares BI-5 y BI-6, fueron modificados a la misma configuración del BI-7 y volados por como planeadores remolcados por un North American B-25J. El BI-5 se probó con tren de esquís, siendo volado por B. N. Kudrin entre el 10 y el 25 de marzo, mientras que el BI-6 lo hizo con tren convencional de ruedas, siendo pilotado por M. K. Baykalov entre el 25 y el 29 de abril. Durante estas pruebas no se observaron vibraciones ni otros problemas, pero ya para ese entonces se había ya decidido abandonar el programa.
Vuelos con motor del BI
El Bereznyak – Isayev BI fue volado con motor reactivo en 9 ocasiones, de ellas 7 veces con el Dushkin D-1-A-1100, y dos con el Isayev RD-1. Se plantea que se realizaron otros tres vuelos en la primavera de 1944 con los ramjets DM-4 diseñados por I. Merkulov, pero no se ha podido probar la veracidad de esta afirmación. Estos vuelos se plantea fueron realizados por Kudrin para probar los estatorreactores, que fueron activados ya en el aire, luego de elevar el BI-6 remolcado desde otro avión.
Nota: En esta tabla si incluye el primer “despegue” del 2 de mayo de 1942, aunque este nunca fue considerado un vuelo del BI.
Especificaciones Técnicas
- Tipo: BI
- Función: Caza de intercepción
- Año: 1942
- Planta motriz: 1 * motor reactivo Dushkin D-1A-1100 de 1100 kg o 2 ramjets en modelos finales.
- Acomodación: 1
- DIMENSIONES
- Envergadura: 6.48 m
- Longitud: 6.40 m
- Altura: 2.06 m
- Superficie alar: 7.00 m2
- PESOS
- Peso vacío: 805 kg
- Peso del combustible y el reactivo: 600 kg
- Peso máximo de despegue: 1683 kg
- PRESTACIONES
- Velocidad máxima calculada a 5000 m: 990 km/h
- Autonomía: 2 minutos de potencia motriz.
- Velocidad de ascenso: 4920 m/min
- Armamento: 2 cañones ShVAK de 20 mm montados en el morro
Fuentes
- Энциклопедия-справочник - Самолеты Страны Советов (Enciclopedia - Aviones del País de los Soviets). Colectivo de autores. Editora DOSAAF. 107066, Moscú. 1974. P.160.
- Enciclopedia Ilustrada de la Aviación, Editorial Delta S.A. Barcelona, 1982, ISBN: 84-85822-38-2, Vol 3, pag. 618.
- Prototypes.com. Les avions-fusee Russes. Le Bereznyak-Isayev BI
- Шавров, В. Б. История конструкций самолётов в СССР 1938—1950 гг. — М.: Машиностроение, 1988. — 568 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-217-00477-0
- Александр Локтев.Четыре встречи с Арвидом Палло. «Вестник» №18(225), 31 августа 1999.
- Маслов М. А. Утерянные победы советской авиации
- В. Козырев. Авиация Красной армии. – Центрполиграф, 2011, ISBN: 978-5-227-02520-3. Стр: 464
- Уголок неба
- Pro-Samolet.ru
- «Последние БИ» - Вестник воздушного флота, 3-4 1996.
- Test Pilot
- Gustin Military Database
- Virtual Aircraft Museum
- Rusian Aviation Museum
- Avia Deja Vu
