Vignette - Black Hawk, o salvador da Sikorsky

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Guerra do Vietname (Episódio 1)
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Black Hawk, Seahawk, Jayhawk, Pave Hawk, Knighthawk... A lista de versões do Sikorsky S-70 é tão extensa como as funções que desempenha; desde o transporte de tropas no Panamá até busca anti-submarino no Atlântico Norte, este helicóptero fez (e faz) de tudo. Busca e salvamento na Nova Escócia, busca e salvamento em combate (CSAR) na Ex-Jugoslávia, inserção/extração de forças especiais na Somália até o transporte VIP desde o South Lawn na Casa Branca. Em alguns (breves) episódios vou trazer-vos apontamentos curiosos ou interessantes sobre a origem, desenvolvimento e especificações técnicas que tornaram o S-70 na história de sucesso que conhecemos.

Subjectiva como sempre, a análise "estética" não deixa de ser relevante. Sempre achei o Black Hawk elegante, coisa rara e difícil num helicóptero. Talvez seja a aparência baixa e larga que lhe dá um aspecto robusto e agressivo junto com linhas que suavizam a transição entre a fuselagem e a cauda. Em contraste, nunca apreciei o estreito e alto Puma/Super Puma e também será necessária muita boa vontade para encontrar beleza no antecessor do Black Hawk, o Bell UH-1 Huey
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As origens mais firmes do Black Hawk remontam ao conflito no Vietname, a primeira "guerra do helicóptero". A enorme importância do Bell UH-1 Huey (e outros) aparelhos não necessita de mais explanações mas também ficaram claras algumas limitações sérias; a incapacidade de transportar um grupo de combate (squad) de 11 soldados em ambiente hot and high e a fraca sobrevivência em combate. O Exército Americano decidiu que o substituto teria de solucionar essas duas falhas, nascia assim em 1972 o programa UTTAS (Utility Tactical Transport Aircraft System).

Logo a seguir foram pedidas propostas à industria aeronáutica. A principal favorita era a Bell;

- A Bell tinha uma posição dominante na aviação do Exército, e com boas razões; tinha desenvolvido e fornecido milhares do revolucionário UH-1 Iroquois (Huey) e todos esperavam que desenhasse um sucessor à altura.

- Logo a seguir, a Boeing Vertol. O excelente CH-47 Chinnok espelhava a competência técnica da empresa e os seus últimos desenvolvimentos em rotores rígidos despertavam muito interesse em futuras aplicações.

- Por ultimo, a Sikorsky, um autêntico outsider nesta competição. Pioneira no desenvolvimento de helicópteros militares, a Sikorsky foi perdendo o lugar lentamente para a competição e já não fornecia aparelhos ao exército há 15 anos! Em 1965 perdeu para a Lockheed o programa AAFSS (AH-65 Cheyenne) e apenas 6 meses antes tinha perdido para a Boeing Vertol o contracto HLH (Heavy Lift Helicopter). Ambos os projectos acabariam por ser cancelados mas a Sikorsky estava claramente a perder confiança e, se fosse uma equipa de futebol, estaria a acumular uma "série de maus resultados".

Até o Exército Americano era céptico em relação á Sikorsky. Ao mesmo tempo que o programa UTTAS foi instituido, o Exército criou-se 3 equipas técnicas para negociar as propostas dos 3 concorrentes; Bell, Boeing e Sikorsky. Ninguém pediu para ficar com a "pasta" da Sikorsky! Todos achavam que era um trabalho inútil, e essa pasta ficou sem ser atribuida mesmo após a chegada a proposta escrita! Nessa altura, um jovem capitão, Arthur O'Leary, piloto de Huey recentemente chegado do Vietname, recebe a função de tratar da proposta que ninguém mais graduado quis. Acabou por ser uma escolha inspirada tanto para O'Leary como para a Sikorsky...

 

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O tamanho importa? (Episódio 2)
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As centenas de requisitos do programa UTTAS (Utility Tactical Transport Aircraft System) abrangiam 4 grandes categorias;
1) Razão de subida e capacidade de manobra em condições hot and high.
2) Compatibilidade com porão de carga do C-130 Hercules.
3) Cabina para 11 soldados mais um líder/gunner.
4) Resistência a danos de combate e sobrevivência em caso de queda.

Sem dúvida que a performance, manobralidade e capacidade da cabina são pontos óbvios num helicóptero de combate mas o ponto 2, a necessidade de o "encaixar" dentro do C-130, teve uma influência no design muito mais abrangente e dominante do que o esperado. Isto porque o Exército exigia que a preparação para embarque no C-130 não demorasse mais que 30 minutos, seguidos de outros 30 minutos para o processo oposto. O significado disto é que praticamente nada podia ser desmontado - nem pensar em tirar o cubo do rotor ou paineis da fuselagem. Durante a guerra do Vietname o transporte de helicópteros era um processo demorado e minucioso onde não era incomum retirar as pás junto com o cubo do rotor e, naturalmente, a remontagem e posterior afinação e calibração, tarefa que não estava ao alcance de qualquer caramelo. Numa futura guerra tudo teria de ser simplificado.

No caso da guerra fria "aquecer", o Exército Americano planeava reforçar de imediato as forças da NATO na Europa com todo o tipo de equipamento com uma ponte aérea. Para isso, era determinante levar em consideração as dimensões e pesos permitidos nos vários tipos de aviões de carga da USAF. No caso do C-130, transportar um Black Hawk exigia algum "contorcionismo"...
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Dos três aviões de transporte especificados, C-141, C-5 e C-130, este último era o mais complicado, devido ás limitações de altura e largura. Esta exigência determinou em grande parte o tamanho da cabina e do rotor do helicóptero. Se não existisse esta exigência, a Sikorsky (e os outros concorrentes, provavelmente) teriam proposto um aparelho com cabina maior (para melhor acomodar os 11 soldados) mais potente e com um rotor de maior diâmetro. Mas neste aspecto o Exército não facilitou; o futuro UTTAS teria de ser suficientemente compacto para o porão do C-130. Não há dúvida que esta necessidade obrigou os concorrentes a extrair o máximo potencial aerodinâmico do rotor e desenvolver tecnologias inovadoras para alcançar os elevadíssimos standards de performance. Desvantagens? O cabina do Black Hawk acabou um pouco "acanhada" e isso revelou-se mais tarde na miríade de variantes e funções que poderiam fazer uso de mais espaço para equipamento, carga ou tanques extra de combústivel. Não se pode ter tudo.

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A cabina do Black Hawk não é muito espaçosa, principalmente em altura, mas é suficiente para as missões originais. A Sikorsky desejava desenhar um helicóptero maior e mais potente mas para o Exército "maior e mais potente" soava a "mais complexo, mais pesado e... mais caro". Não obrigado.
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Avançando um pouco no tempo, tornou-se óbvio com o passar dos anos que o grande sucesso no design do rotor e a elevada performance oferecida pelos 2 turboeixos T700 (responsabilidade da General Electric) permitia que a cabina do Black Hawk fosse, de facto, um pouco maior, sem perdas de capacidade. Mas o design compacto também trouxe vantagens. O Black Hawk pode ser descrito como um helicoptero limitado pelo volume da cabina em vez de limitado pela potência (como a esmagadora maioria dos helicópteros), em condições extremas hot and high é comum reduzir no número de soldados a transportar ou na carga/combustível. No Black Hawk, devido á reserva de potência e superior eficiência, o limite é a capacidade da cabina, por isso, mesmo em cenários como o Afeganistão, o transporte do complemento total de carga era assegurado. O Exército, provavelmente, afinal tinha razão na sua "teimosia"...

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Este é um dos primeiros protótipos da Sikorsky (a qualidade da foto não é a melhor) onde se nota bem o esforço em "empacotá-lo" de forma simples e no mínimo espaço possível. O Exército exigia que em menos de 30 minutos a máquina tinha de estar no ar. Notem também a posição muito baixa do rotor, quase colada á fuselagem superior, aspecto que viria a ser alterado no futuro.
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Sobrevivência e resistência a danos (Episódio 3)
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Os protótipos para o programa UTTAS foram os primeiros helicópteros desenhados para sobreviver num ambiente com fogo anti-aéreo de baixa intensidade e com tolerância estrutural suficiente para ambientes de média-alta intensidade. Foi também o primeiro helicóptero americano desenhado para proteger a tripulação em caso de aterragem de emergência (crash landing), um reflexo claro da (má) experiência do Vietname. Para isso a Sikorsky estudou sériamente formas de diminuir ou atenuar as forças resultantes de uma aterragem "indesejada" e também como manter suficientemente intacto o espaço habitável. Mas foi necessário ir ainda mais longe;
1) Restringir itens de massa elevada. Factor crítico para a sobrevivência da tripulação porque motores e caixa de redução estão localizados logo acima da cabina.
2) Assegurar que todos os tripulantes dispoem de assentos com sistemas de retenção.
3) Saídas de emergência adequadas.
4) Provisões para impedir incêndios após a queda.

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O trem de aterragem principal tem um papel preponderante em absorver o máximo da energia numa desacelaração vertical elevada (em bom português, "cair ao chão") e no caso da Sikorsky foi adoptado um sistema de dois amortecedores em sequência. Aliás, esta foi a principal razão da Sikorsky preferir o trem convencional em vez do triciclo (como o do Puma) onde o trem frontal fica colocado ao centro logo abaixo dos pilotos. A seguir ao trem entram em acção os assentos, também com grande capacidade de dissipar energia, com um stroke de cerca de 30cm, que limita bastante as cargas na coluna vertebral. Os passageiros também dispoem de assentos semelhantes.


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A estrutura com vigas horizontais arredondadas na zona frontal (como um ski) evitam que o nariz se enterre no solo e ajudam o helicóptero a deslizar o mais possivel, minimizando a desacelaração. Na outra ilustração vemos a estrutura de alumínio que restringe as peças de maior massa (motores e caixa) até factores combinados de 20g frontais, 20g descendentes e 18g laterais. Atrás vemos os tanques de combustível com válvulas breakaway que imediatamente fecham o circuito se houver falha de pressão. Um dos testes aos tanques (cheios de água) consistia numa queda livre de uma altura de 20 metros para confirmar a integridade. Só ao sétimo teste, e após várias modificações nos cantos do tanque, os resultados foram plenamente satisfatórios. O sucesso foi tal que num relatório após 11 anos de serviço (incluindo combate) foi revelado que não houve uma única morte resultante de queimaduras (ao contrário dos filmes de Hollywood em que tudo estoura á mínima provocação...).
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Além de todas estas medidas de segurança, ainda falta a protecção balística. Esta é uma disciplina particularmente melindrosa no caso das aeronaves. Todos sabemos que existem excelentes materiais e blindagens de enorme resistência mas o problema é sempre o peso - se o objectivo é reduzir a vulnerabilidade do aparelho, demasiada blindagem vai torná-lo mais lento e manobrável, logo, mais vulnerável. Grande parte das medidas de proteccção balística não acrescentam muito peso mas são determinantes, como a redundância de componentes críticos e a separação física de sistemas essenciais (os motores estão separados mais de metro e meio).

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Na foto, de fraca qualidade mas reveladora, vemos os rotores e caixas de um Sikorsky dos anos 50/60, o Sea King (á esquerda) e do mais moderno Black Hawk. O peso e potência de ambos os helicópteros é semelhante mas os ganhos em simplicidade, resistência a danos e durabilidade são como da "noite para o dia". Muitas das inovações técnicas tiveram em efeito enorme na protecção balística; o rotor "elastomeric" não necessita de lubrificação e as ligações de óleo para a caixa são internas, uma melhoria de segurança significativa. Tudo isto tornou possível ao Black Hawk continuar a funcionar durante 30 minutos no caso de perda total de óleo. Notem também na floresta de cabos e ligações externas do S-61, mesmo a "jeito" para provocar um incêndio.
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Para finalizar o tema da protecção balística, há que abordar o episódio mais famoso, a batalha de Mogadíscio, também conhecido Black Hawk Down (um tema a merecer um post um dia destes). Apesar das baixas, o comportamento geral dos helicópteros foi surpreendente. Além dos dois Black Hawk abatidos (por impactos directos de RPG no rotor de cauda) muitos outros aparelhos sofreram danos substanciais e conseguiram ainda assim voltar á base. Aliás, após a queda do 1º Black Hawk (Super 61) uma equipa de busca e salvamento foi enviada para o local (no filme vê-se bem essa cena) e enquanto descarregava a equipa de médicos em fast rope, esse Black Hawk (Super 68), foi atingido por uma chuva de balas e até de um RPG. Conseguiu regressar á base por um triz e acabou por se estatelar na pista. Muitos outros helicópteros tiveram danos substanciais mas sem perdas humanas e sempre capazes de regressar. No geral, uma prova de fogo para o design de sobrevivência do Black Hawk.

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Na primeira operação militar do Black Hawk, em Granada em Outubro de 1983, ficou bem demonstrada a resistência a impactos de armas ligeiras. O piloto deste aparelho conta que durante uma missão de apoio logístico a muito baixa altitude (nap of the earth), ao sobrevoar um monte, deparou-se com um grande grupo de tropas pouco amigáveis. Pouco a fazer, excepto acelerar e esperar que a pontaria dos adversários não seja grande coisa. O piloto acabou atingido numa perna mas conseguiu regressar em segurança, depois foi só contar o número de "buracos" no Black Hawk. A foto indica 29 impactos e as respectivas trajectórias (todos os danos foram provocados por balas 7,62x39mm (AKM)).



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Nesta foto vemos os danos provocados num Black Hawk da Turquia numa zona crítica; a junção entre a cabina e a cauda (além de que é exatamente naquela zona que estão os tanques de combustível!).
Após executar uma aterragem de precaução, os pilotos remendaram uma linha hidráulica e regressaram à base.
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Sobrevivência e resistência a danos (Episódio 3.1)
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Só uma pequena adenda a este assunto. Enquanto procurava umas fotos e informações extra encontrei uns factos que me eram desconhecidos. Não fiz um episódio sobre o rotor e as pás porque alguns pormenores não compreendo plenamente e aplicando a regra; "se não sabes explicar é porque não entendes patavina", decidi abster de meter-me nessa guerra. Mas ficou-me retido que a razão da resistência e eficiência das pás do Black Hawk reside no núcleo em titânio. Este material é, como sabemos, extremamente resistente e leve mas também difícil de trabalhar e moldar. O segredo da Sikorsky foi conseguir criar um processo metalúrgico para produzir pás de titânio com a resistência exigida mas também a um custo acessível. Embora pás em titânio não fosse nada de novo...

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...Este é o Sikorsky S-69, um aparelho experimental financiado pela NASA e Exército americano dentro do programa ABC (Advanced Blade Concept). As pás eram parcialmente construídas em titânio e comportaram-se extremamente bem. O problema era o custo. Fazer meia dúzia de pás para um programa experimental era uma coisa, fazê-lo para equipar um programa que, nas estimativas iniciais, envolvia 1100 aparelhos, era um desafio muito maior porque o custo final de cada cópia do UTTAS teria de ser contido. O facto da Sikorsky ter encontrado uma solução foi uma das fortes razões do sucesso da proposta.
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Nestas imagens vemos a pá de um Black Hawk com a distinta swept tip que melhora a eficiência e reduz a vibração. Mas ao lado vemos o núcleo oco (core) em titânio em diferentes fases do processo de moldagem e soldagem. A Sikorsky experimentou vários processos até conseguir o produto final. Só o conseguiu na terceira tentativa. Vou apenas fazer um resumo com os termos originais (que não domino, mas se alguém entender melhor pode responder abaixo, como é óbvio); primeiro as placas de titânio passam por um processo de cold forming (em 3 estágios) com uma prensa de 2000t. O resultado disto é um tubo aberto (deduzo que será o que vemos na foto acima) que será soldado numa única passagem (plasma arc weld). Este tubo é depois hot creep formed (wtf?) e antes de aplicar a estrutura externa de fibra de carbono (para ficar acabadinho como vemos na foto da esquerda) tem de ser shot peened e sujeito a um processo Picatinny (?)... Já estão a ver porque preferi não me meter nisto, dá para imaginar em texto completo assim, e esta é a versão resumida...
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Mas a razão de toda esta prosa e desta adenda foi esta fotografia dos restos, surpeendentemente intactos, do cubo do rotor e caixa do Super 61, o Black Hawk do Cliff "Elvis" Wolcott, agora exposto no museu em Fort Bragg. Reparem se não conhecem o que está apontado pela seta amarela? Debaixo do revestimento de fibra carbono, aquela "palha" preta que parece tecido rasgado, lá está o núcleo em titânio!
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Primeiro voo, primeiros problemas (Episódio 4)



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Igor Sikorsky sempre levou a sério as palavras sábias que um piloto francês, o capitão Ferdinand Ferber, lhe proferiu em 1909; "Inventar uma máquina voadora não é nada; contruir uma é coisa pouca; mas fazer uma voar... Ah, é tudo!". Sessenta e cinco anos depois as palavras de Ferber reflectiam o estado de alma na Sikorsky sobre o programa UTTAS. O design e construção dos protótipos, que foram completados em tempo útil e sem grandes contra-tempos, seriam apenas considerados "coisa pouca" se a tão importante fase de voo não fosse igualmente bem sucedida. No entanto, quando os testes de voo se iniciaram, tudo mudou, de forma inesperada e dramática. Na fase de iniciação do envelope técnico vários problemas significativos vieram á superfície. Problemas que geraram grande preocupação porque as causas não eram imediatamente óbvias e, em plena fase se avaliação competitiva do Exército, poderia não haver tempo para corrigi-los. A segunda preocupação era se as soluções, quando encontradas, não iriam impor peso, custo ou complexidade extra na proposta da Sikorsky e afectar as hipóteses de ganhar o contracto.

No primeiro voo, no dia 17 de Outubro de 1974, executado na base da empresa em Stratford, foi avaliada a estabilidade em voo estacionário, manobras a baixa velocidade e harmonia e resposta dos controlos. Toda a telemetria era positiva assim como os comentários dos pilotos e o consenso em toda a equipa era de um excelente começo. Alguns dias depois, os pilotos foram autorizados a expandir o envelope de voo e voar para "fora do quintal" (sair das imediações da base). Durante esse primeiro voo "livre" ficou provado que a engenharia de helicópteros era ainda uma arte e não uma ciência. Nesse único voo os pilotos encontraram 4 problemas sérios e inesperados! De longe o mais preocupante foram os níveis de vibração extremamente desconfortáveis no cockpit, muito maiores do que o previsto e exigido nos especificações. A segunda má surpresa foi a potência necessária para voo a alta velocidade era significativamente mais elevada do que o calculado, o que levantava dúvidas se o helicóptero iria alcançar a performance esperada. Para adicionar ás más notícias os pilotos encontraram oscilações laterais descritas como "tail shake" e totalmente inaceitáveis. Por fim, na desaceleração para a aproximação para aterragem o YUH-60 exibia uma atitude nose-up muito pronunciada. Isto já era uma preocupação de segurança de voo, porque na aproximação os pilotos perdiam totalmente a visão frontal. Estas decepções manifestas em apenas uma hora de voo iriam dominar todo o esforço de desenvolvimento durante o próximo ano e meio.

Igor Sikorsky, numa aula para estudantes de engenharia, disse; "De tempos a tempos, durante o vosso trabalho vão encontrar situações onde os factos e a teoria não coincidem. Nessas circunstâncias, jovens, o meu mais sério conselho é que respeitem os factos." Assim, respeitar os factos e encontrar soluções tornou-se o foco das equipas de engenharia e gestão da Sikorsky até Março de 1976, quando o Exército aceitou os protótipos para testes competitivos.

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John Dixson, piloto de testes responsável pelo UTTAS, conversa com o presidente da Sikorsky Gerry Tobias, ao centro. A expressão do piloto não esconde que nem tudo estava a correr pelo melhor. Assim que as causas dos problemas eram compreendidas foram feitas mudanças no design e novo hardware instalado, mas nem todas as alterações foram um sucesso. Algumas modificações resultaram de experimentação pura, outras de pesquisa no túnel de vento e ainda de palpites intuitivos. Cada mudança transformou gradualmente o protótipo cada vez mais próximo do aparelho que iria ser conhecido como Black Hawk.
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O airflow sobre a cabina gerava imensa turbulência. A proximidade do rotor ao tecto da cabina criava ressonâncias que nunca apareceram nos testes de bancada, muito menos nas simulações de computador. A zona da cabina debaixo do rotor, onde se encontravam as grandes portas, também não era tão rígida como o desejado o que alimentava ainda mais vibrações.



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Nestas fotos vemos a causa da abrupta atitude de nose-up do protótipo. O downwash do rotor na altura da desaceleração incidia directamente no estabilizador traseiro, o que provocava uma força descendente muito forte na traseira. O enflechamento dado aos estabilizadores, de grande superfície, foi pensado para minorar os efeitos de downwash mas, conforme os testes, não era suficiente.



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Algumas das tentativas de resolver o efeito de nose-up. A Sikorsky experimentou um estabilizador que ficou conhecido como "configuração Z" (esquerda na foto, apontei com as setas porque a resolução é fraca mas dá para ver que o estabilizador foi dividido em duas partes numa tentativa de aliviar as forças) que amenizou o problema, mas pouco. Na foto da direita vemos outra solução, que passou por eliminar o estabilizador inferior no lado direito. A tendência de nose-up reduziu mas perdeu-se estabilidade horizontal. Estava difícil...



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Enquanto os engenheiros da Sikorsky queimavam as pestanas a tentar resolver o problema no estabilizador/nose-up receberam uma visita inesperada de New York. O YUH-61A, protótipo da Boeing Vertol e o adversário para o programa UTTAS, anuncia-se com uma passagem a baixa altitude sobre as instalações, larga um pequeno pacote no pátio, e despede-se sem demoras. No embrulho, impecavelmente decorado, surge um livro de colorir infantil entitulado "Pin the Tail on the Donkey". Uma alusão e provocação/sarcasmo aos problemas da Sikorsky... Boys will be boys...
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Soluções – Vibração e Nose-up (Episódio 5)

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As origens do elevado nível de vibrações na cabina não eram explicadas pelas análises tradicionais. Mas com o recurso a simulações computacionais desenvolvidas para o efeito, começou a tornar-se claro que a proximidade do rotor principal á cabina era a razão principal do problema. A ideia de elevar a posição do rotor, que inicialmente parecia muito arriscada, foi ganhando força entre a equipa de engenheiros da Sikorsky. Mas o impacto que essa modificação teria no requisito de transporte no C-130 preocupava seriamente as chefias porque era um aspecto prioritário para o Exército. Elevar o rotor possivelmente iria exigir a remoção das pás, cabeça do rotor e a transmissão para que o helicóptero entrasse dentro do Hercules, além do tempo que tais desmontagens exigiriam. A solução foi encontrada pelas mentes criativas de dois engenheiros da Sikorsky que desenharam uma solução simples e elegante; uma peça apelidada de “extensor do eixo do rotor”. Este extensor elevava o rotor cerca de 38cm mas permitia que, para efeitos de transporte, a peça fosse removida e guardada na cabina do helicóptero. A simplicidade desta operação não demorava mais que 90 minutos, bem dentro das exigências, embora as 13 man-hours necessárias para desmontar fugiam do objectivo das 5 man-hours.

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O extensor do eixo do rotor podia ser removida com relativa simplicidade e rapidez, junto com as 4 varetas de controlo. Nessa configuração o rotor mantinha a sua posição baixa original e permitia o seu transporte no Lockheed C-130 Hercules, um requisito essencial para as tácticas do Exército.
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O presidente da Sikorsky aprovou esta modificação mas ainda era necessária o aval do director responsável do Exército porque era um desvio importante do que tinha ficado estabelecido no contrato UTTAS em termos de peso e performance. A reacção do General-Brigadeiro Jerry Laurer ao rotor elevado foi de surpresa e algum choque devido ao possível impacto que teria na aero-transportabilidade. Mas o General manteve-se neutro e evasivo; “o design é vosso, vocês devem saber o que o Exército acha importante”… Mas esta reacção era típica em relação a todas as modificações dos construtores, a posição do Exército na fase de desenvolvimento é de dar liberdade para que as empresas façam as suas próprias decisões críticas de design. O primeiro voo de teste com o rotor elevado demonstrou uma redução na vibração encorajadora mas não o suficiente para resolver de vez o problema. A estrutura da cabina ainda “respondia” demasiado ás oscilações do rotor. A solução foi reforçar as 4 vigas superiores e instalar um amortecedor para absorver as restantes ressonâncias indesejadas, o que provocou, obviamente, um pequeno aumento no peso estrutural. Mas, finalmente, com a combinação do rotor elevado, reforço estrutural e amortecedor, as vibrações desceram para perto da especificação original de 0,05g.


Durante os quatro longos meses de experimentação do problema do estabilizador/nose-up, uma solução de recurso foi iniciada para o caso das soluções convencionais não resultarem. Esta solução era o estabilizador de incidência variável, conhecido como stabilator (combinação de stabilizer e elevator). Mais pequeno, 40pés quadrados em vês dos 60 do desenho original, esta peça tinha como objectivo resolver apenas o problema de pitch-up na aproximação á aterragem mas com o auxílio de controlos electrónicos (fly-by-wire) os benefícios desta solução começaram a tornar-se mais evidentes a cada teste. Em particular, o stabilator melhorava a qualidade de controlo em qualquer situação de voo e permitia até aumentar a velocidade e a agilidade. Na análise final, o stabilator melhorou o domínio do helicóptero de uma forma que o estabilizador original fixo nunca conseguiria, mesmo que funcionasse como planeado.

O stabilator resolveu totalmente o problema de pitch-up do Black Hawk na desaceleração e na aproximação á aterragem. Conforme vemos no diagrama, com a incidência de 40º, o downwash do rotor fluia livremente sem os efeitos nefastos do estabilizador convencional (nas imensas configurações testadas). Além disso, o stabilator melhorou a resposta em todas as fases de voo e o controlo do helicóptero tornou-se mais preciso e "autoritário". Uma solução de engenharia técnica...inspirada.


Quando o Black Hawk desacelera, voa a baixa velocidade ou mantem voo estacionário, o stabilator torna-se na peça fundamental para manter a cauda "no sítio".
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Afinações finais e…tragédia!! (Episódio 6)
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Conforme vimos no episódio 4, os primeiros voos revelaram quatro problemas graves. Dois deles, a atitude pitch-up na aproximação e as vibrações elevadas, já analisamos, mas ainda restavam dois problemas a resolver; a falta de velocidade e a persistente oscilação lateral (tail shake). Felizmente ambos os problemas estavam relacionados com a configuração da fuselagem e ao redesenhar profundamente a zona posterior da cobertura do motor (com o intuito de reduzir o arrasto aerodinâmico) as oscilações na cauda também foram drasticamente reduzidas. È interessante que o stabilator (episódio anterior) controlado electronicamente ajudou muito a encontrar as melhores soluções em testes para resolver estas deficiências. Mas, já lá vamos…

O problema da falta de velocidade era…embaraçoso, para dizer o mínimo. Os pilotos diziam que quando atingiam os 230km/h encontravam um muro de betão invisível, e a telemetria mostrava que os motores estavam em plena potência. Seria como espremer o acelerador de uma mota (falo do meu caso) em quarta velocidade e não conseguir passar dos 120km/h (um pesadelo, diria eu). Havia qualquer coisa estrambólica a acontecer no Sikorsky. Pensou-se, inicialmente, que o problema estivesse nas pás do rotor mas testes mais profundos revelaram que a fuselagem criava muito arrasto (que a extensão do rotor em 30cm só veio agravar). Curioso que os testes em túnel de vento executados muitos meses antes (usando um modelo á escala 1/10th) indicavam uma superfície frontal de 22 pés quadrados incluindo antenas, imperfeições, fugas e outros o que sugeria uma velocidade de cruzeiro de 275km/h a 1200m de altitude e peso de 7000kg. E agora, com os protótipos á escala 1/1 a velocidade era muito inferior! Esta situação era totalmente inaceitável e nem valeria a pena apresentar um helicóptero para a avaliação final incapaz de ultrapassar os 230km/h quando a própria proposta da Sikorsky tinha garantido, pelo menos, mais 45km/h! Estimativas calcularam que a superfície frontal real era de 32 e não 22 pés quadrados. Em meados de 1975 mais uma bateria de testes em túnel de vento foram conduzidos, desta vez com um modelo á escala 1/25th, sempre com os prazos definidos pelo programa UTTAS a pairar sobre a equipa. Toda a zona superior teve de ser profundamente alterada e redesenhada além de uma série de pequenos melhoramentos aerodinâmicos aqui e ali;

1) redesenhar a estrutura do trem na cauda
2) adicionar tampas com mola nos degraus de manutenção e nos os bocais de combustível
3) adicionar coberturas para as juntas das janelas e portas, reduzir o tamanho do degrau para o cockpit, afunilar algumas antenas e redesenhar o compartimento do rotor de cauda
4) criar um “lábio” arredondado na zona dos motores para redireccionar o ar á volta da estrutura do rotor
5) adicionar uma cobertura para o exaustor do radiador de óleo para redireccionar o fluxo para a traseira
6) aumentar a incidência da pequena “asa” do trem de aterragem principal

O efeito combinado de todas estas medidas foi a redução do arrasto parasita para 26 pés quadrados, o que eliminou completamente o incomodativo tail shake. Este configuração aerodinâmica mais refinada permitiu derrubar o muro de betão invisível, com a velocidade de cruzeiro a chegar agora aos 274km/h e nas avaliações posteriores do Exército ficou demonstrado que o deficit de velocidade entre a proposta inicial (escrita) e os protótipos foi reduzida a praticamente zero.

Nesta foto vemos, á esquerda, a forma original da zona posterior junto á base do rotor. Na simulação 3D é fácil perceber que este desenho perturbava completamente o airflow, além de provocar oscilações na cauda. Na direita confirmamos a configuração final, com o lábio superior (flow separator), solução que levou muitas horas de testes em túnel de vento e que suavizou imenso o fluxo de ar (só esta alteração ganhou 37km/h á velocidade do helicóptero). Nestas duas fotos também é possível ver o rotor na posição baixa original e com o extensor final.
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Com a maioria dos problemas resolvidos ou, pelo menos, reduzidos á mínima expressão possível, a Sikorsky estava confiante ao entrar na fase decisiva de toda esta cruzada que começou com a apresentação de propostas para o programa UTTAS em 1972, seguidos de 52 meses de teste e desenvolvimento, que deixou muitos cabelos brancos nos engenheiros, directores e pilotos da equipa. Agora faltava o aguardado fly-off entre as duas propostas, Sikorsky e Boeing- Vertol, designada por GCT (Goverment Competitive Test) que envolvia 8 meses intensos de testes, análises e simulações executados por especialistas da Aviação do Exército Americano nas suas próprias instalações.

O início do GCT estava agendado para Janeiro de 1976, a partir desta data os protótipos eram entregues ao Exército e deixava de existir oportunidade para a Sikorsky (e a Boeing) efectuarem mais alterações ou melhoramentos (apenas modificações relativas á segurança de voo seriam permitidas e debaixo da supervisão do Exército). O objectivo era incentivar os fornecedores a entregarem um produto “acabado” e o mais afinado possível. Mais tempo seria bem-vindo para efectuar mais uns ajustes, aliás, ao se aproximar a data limite parecia que o Exército estava mais ansioso em receber os protótipos do que propriamente os fornecedores em entregá-los… A avaliação começou em Fort Benning, Georgia, e em Fort Rucker, Alabama, onde durante vários meses os helicópteros foram avaliados extensivamente; análise de sistemas, procedimentos de manutenção, desmontagem para transporte, cargas externas, etc, etc…

A primeira prova tangível de que o Sikorsky parecia ter uma liderança de performance sobre o Boeing Vertol surgiu num relatório de Maio de 1976. Este teste exigia que os helicópteros transportassem externamente uma carga de 3200kg (peso determinado pelo Exército e que correspondia a certos veículos, como o Humvee, ou peças de artilharia leve, como o M119), com uma tripulação de dois mais um crew chief e um mecânico de voo. A carga de combustível seria a maior possível, com temperatura ambiente 27º e ao nível do mar. O relatório dos pilotos do Exército revelaram que o YUH-60 conseguia levantar os 3200kg, mais os quatro tripulantes e 680kg (75%) de combustível, “no sweat” (sem problemas) e sem espremer potência máxima, o que significava que ainda havia margem de segurança. A seguir foi a vez do Boeing Vertol YUH-61. Com quatro tripulantes e 454kg de combustível… a carga de 3200kg não se moveu do chão. Depois de mais tentativas, o teste acabou por ser abortado por temperatura excessiva do motor. Mais tarde, o melhor que o produto da Boeing conseguiu fazer foi levantar 2400kg. A equipa da Boeing Vertol estava pouco contente ao final do dia…

O transporte de carga externas era de extrema importância para o Exército. O UTTAS teria de içar uma carga de 3200kg com 4 tripulantes, um objectivo exigente tendo em conta as limitações de dimensão do rotor. Mas neste capítulo o produto da Sikorsky surpreendeu tudo e todos, particularmente o concorrente da Boeing que simplesmente não conseguiu cumprir a tarefa.
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Na noite de 9 de Agosto, em Fort Campbell, Kentucky, tudo estava preparado para mais um teste operacional nocturno. O piloto do Exército Charlie Lovell e restante tripulação conversavam com um grupo de soldados da Guarda Nacional, naturalmente entusiasmados por voar no moderno e experimental helicóptero. Com um total de 14 pessoas a bordo, o YUH-60 descolou por volta das 23h00. Quinze minutos mais tarde, o piloto nota uma vibração crescente vinda do rotor. Apesar dos instrumentos não mostrarem qualquer aviso ou problema, Lovell decide executar uma aterragem de emergência por precaução. A noite escura com muito nevoeiro não permitia ver grande coisa mas a tripulação rapidamente encontrou um lugar perfeito para pousar; um campo de trigo sem nenhuma obstrução. Assim que o piloto começa a descer suavemente, com zero velocidade frontal, surge repentinamente um ruído ensurdecedor vindo de todas as direcções! Confuso e sem saber o que estava a acontecer no meio da escuridão total, o piloto Lovell achou por bem aterrar o mais rápido possível. A razão do ruído e do pânico tornou-se óbvia, não estavam a descer num inofensivo campo de trigo mas numa densa floresta de pinheiros!

 

[Icterio]

Tragédia tornada fortuna (Episódio 7, Penúltimo)
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Um telefonema a meio da noite nunca é bom sinal, pensava Gerry Tobias, presidente da Sikorsky, “espero bem que seja importante!”. Era mesmo. Do outro lado da linha uma voz excitada anunciava o pior pesadelo;
“O nosso protótipo caiu com 14 pessoas a bordo numa floresta no Kentucky!”

Uma equipa da Sikorsky rapidamente rumou nessa mesma noite, com a permissão do Exército, directamente até Fort Campbell. Por volta do meio-dia do dia 10 a equipa chega ao local do desastre e, depois de uma breve caminhada pela floresta, o YUH-60 finalmente começa a tornar-se visível, mas apenas a poucos metros, tal a densidade de árvores e arbustos. Só nesta altura o pessoal da Sikorsky fica a saber que não houve nenhum ferimento sério entre os ocupantes. Felizmente, o único ferido, ligeiro, foi um dos soldados que saltou da cabina antes do tempo e levou na cabeça com um tronco acabado de ser cortado pelo rotor instantes antes.

Esta foto do Exército foi tirada cedo na manhã seguinte ao acidente. Durante a aterragem de emergência nocturna e com nevoeiro intenso, uma estranha ilusão de óptica convenceu os pilotos de que este era um tranquilo campo de trigo. Como diriam os americanos, só quando a "shit hit the fan" ou, neste caso, quando os pinheiros foram ceifados pelo rotor, é que os pilotos se aperceberam do erro.
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Mais de 40 pinheiros jaziam cortados e espalhados numa circunferência perfeita á volta do helicóptero. Uma inspecção estrutural preliminar feita pelos engenheiros do Exército e da Sikorsky encontraram apenas riscos e algumas amassadelas na fuselagem. As pás, do rotor principal e de cauda, como seria de esperar, teriam de ser substituídas mas a caixa e os motores funcionavam perfeitamente e os controlos respondiam normalmente. Até ao final do dia, dois mecânicos do Exército instalaram pás novas com a ajuda da pequena grua portátil (parte do pacote de manutenção do programa UTTAS) enquanto o local era limpo de obstruções com vista aos testes de solo.

A causa da queda foi rapidamente encontrada; um adesivo defeituoso na cobertura de fibra-de-vidro de uma das pás. Durante o voo, o adesivo começou a descolar na extremidade provocando as vibrações sentidas pela tripulação. Apesar de nenhum instrumento acusar problemas, a vibração tornou-se tão pronunciada que obrigou o piloto Lovell a aterrar de emergência. Mesmo não sendo esse o objectivo inicial, este voo acabou por provar a rigidez da estrutura, a capacidade de absorção de energia e a resistência das pás. Os “perdedores” deste voo foram os surpreendidos pinheiros do Kentucky que se viram subitamente cortados em pedaços. Nenhuma das longarinas internas de titânio perdeu pressão (portanto, sem fissuras) e mesmo os danos no exterior das pás era essencialmente cosmético.

Vê-se claramente nestas duas imagens a pá "culpada" pelo incidente. Na foto da esquerda nota-se a coloração branca de uma das pás (e em maior detalhe na foto da direita).
A análise posterior mostrou que o revestimento em fibra-de-vidro descolou e, apesar de não colocar em causa a segurança de voo, a vibração causada levou o piloto a pousar por precaução.


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Quando o protótipo descolou da clareira no terceiro dia a equipa da Sikorsky podia sentir-se orgulhosa do seu produto. Até os elementos do Exército presentes não conseguiram conter uma onda de aplausos e gritos de vitória. A reacção do Exército a este evento foi muito positiva e reforçou a confiança na integridade da estrutura e de todo o sistema dinâmico do aparelho. O Director de Projecto UTTAS, General Jerry Lauer, escreveu mais tarde uma carta ao presidente da Sikorsky Gerry Tobias;

“Apesar deste infeliz incidente, muito pode ser aprendido. Tendo visitado pessoalmente o local da queda, devo dizer que foi uma excelente demonstração da robustez da vossa aeronave ter conseguido descolar de volta á base apenas com a substituição das pás. Isto diz muito da integridade estrutural.”

Não havia dúvidas para a Sikorsky que este “renascimento das cinzas do Phoenix” tornou um potencial desastre numa causa de celebração para o Exército e para a empresa. Com a avaliação fly-off na recta final, ambas as empresas em competição apresentaram as propostas finais em princípios de 1976. Depois de oito meses a juntar dados operacionais, de performance e durabilidade ao longo de milhares de horas de voo em missões representativas em todo de tipo de climas, o Exército estava bem apetrechado para fazer a escolha final para produção entre os produtos da Boeing e da Sikorsky.

O YUH-60 s/n 21650, rebaptizado Phoenix, descola da clareira dois dias após o acidente sob uma grande salva de palmas do pessoal da Sikorsky e do Exército. Na foto da direita, vemos o Sikorsky a regressar á base na companhia de um Bell UH-1 do Exército. Antes de aterrar, e refletindo o espírito competitivo entre as duas empresas rivais, o piloto Larry Woodrum executa um voo a baixa altitude e alta velocidade directamente por cima das instalações e da equipa da Boeing Vertol no local, lançando no ar muitos papeis e...chapéus.
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[Icterio]

Escolha final e produção em série (Episódio 8, Último)
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Na conclusão de todo o processo de avaliação e análise negocial, o Exército convidou ambos os concorrentes para a assinatura do contracto antes de anunciar o vencedor. No dia 23 de Dezembro de 1976 Maurice Schnieder, Oficial de Aquisições do Exército, congratulou o presidente da Sikorsky Gerry Tobias; era oficial, o YUH-60 era o vencedor do programa UTTAS! Na conferência de imprensa posterior o Secretário de Estado, Edward Miller, explicou as razões da escolha;

“A Sikorsky garantiu o menor risco e maior maturidade em todas as áreas de teste. Menor risco em termos técnicos, menor risco em operacionalidade e menor risco em custos de produção.
O painel de avaliadores concluiu que o helicóptero da Sikorsky estava claramente pronto para produção e o concorrente não.”
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No dia 7 de Janeiro de 1977 a equipa técnica da Sikorsky foi convidada pelo AVSCOM (United States Army Aviation and Missile Command) em St. Louis para um briefing sobre os resultados da avaliação. Foi, sem dúvida, a visita ao AVSCOM mais agradável (e menos stressante) em quase 5 anos… Os prós e os contras da escolha foram explicados;

1) O helicóptero respondia a todos os requisitos e era adequado para todas as missões exigidas
2) Menor numero de alterações e modificações para produção
3) Excelente robustez e crashworthiness
4) Cumpria os tempos de desmontagem para transporte aéreo mas excedia o requisito de man-hours
5) Menor risco de maturidade do programa de produção
6) Custo de investimento ligeiramente superior
7) O&S (operação e apoio, operation & support) e custos de vida útil mais baixos
8) Preço final ligeiramente superior ($660.000 vs $600.000)

As conclusões do Exército confirmavam que as estratégias da Sikorsky estavam correctas e foram bem executadas. O programa de testes de voo extenso de todas as tecnologias avançadas claramente ajudaram a diminuir os riscos. A Sikorsky e toda a equipa técnica e de engenharia esforçou-se em responder a todos os pedidos e exigências do cliente e asseguraram o melhor produto ao melhor valor. Finalmente, a decisão de incorporar todas as alterações de monta nos protótipos, antes de os entregar para a avaliação do Exército, convenceu-os de que a transição para produção acarretaria o menor risco.

As boas noticias do dia 23 de Dezembro de 1976 foram rapidamente transmitidas a todos os funcionários da Sikorsky, famílias e comunidades. Logo nessa tarde o terceiro protótipo foi exposto orgulhosamente na entrada da sede da empresa em Merrit Parkway, para que todos pudessem ver o novo helicóptero do Exército dos Estados Unidos. Passados poucos dias, foi atribuido o nome que ficaria para a história da Aviação do Exército; Black Hawk.


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Ora aqui está o efeito que assinar o primeiro (de muitos!) contracto multiyear tem no ser humano. Muitas caras sorridentes e boa disposição entre o “Estado-Maior” da Sikorsky (como diria um amigo meu, os “cães grandes”) nesta foto de 1981. Estariam longe de imaginar que contractos semelhantes continuariam a ser assinados por eles, e os seus sucessores, até os dias de hoje.
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Durante todo o programa UTTAS, o Exército planeava uma produção de 1107 helicópteros, um número que satisfazia as necessidades operacionais, além de uma margem para baixas em manutenção e atrito. Apesar de ser, já na altura, um contracto muito significativo, ninguém podia prever o tamanho final da fatia de mercado que o Black Hawk iria conquistar com as versões originais e todos os subsequentes derivados. O calendário de produção dos 1107 exemplares ficaria concluído em finais dos anos 80 mas nem o funcionário mais optimista da Sikorsky acreditaria que passados mais de 40 anos, o Black Hawk continuaria em produção ininterrupta e com uma lista de novas versões e novos clientes em perpétuo crescimento.

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