Avrocar: um verdadeiro disco voador

Um dos mais incomuns programas de aeronaves militares V / STOL  foi o Avro VZ-9 "Avrocar". Projetado para ser um verdadeiro disco voador, o Avrocar foi um dos poucos V/STOL a ser desenvolvido em completo sigilo. Apesar das mudanças significativas na concepção, durante ensaios em vôo, o Avrocar foi incapaz de alcançar os seus objetivos, e o programa acabou por ser cancelado, após um gasto de 10 milhões de dólares americanos, entre 1954 e 1961.

Figura 1: O Avrocar: autêntico disco voador

DESENVOLVIMENTO DO PROJETO AVROCAR

Em 1952, uma equipe de projeto liderado por Jack Frost, da Avro Aircraft, Canadá, começou a trabalhar no projeto de uma aeronave V/TOL supersônico com uma asa circular. O Canadian Defense Research Board financiou o projeto, com um contrato de 400 mil dólares. A Capacidade V/TOL era para ser realizado pelos dutos de ar do fan e do escape do motor para a periferia da plataforma, desviando o fluxo de ar para baixo. Perto do chão, isso proporciona um efeito de “colchão de ar”, onde o peso excede a pressão devido ao aumento da pressão sobre a parte inferior da aeronave. Este fenômeno foi confirmado em um ensaio de túnel de vento. No trânsito para o voo em frente, o fluxo de ar seria gradualmente redistribuído para trás. Frost estava convencido de que um disco fino de asa circular, era o formato ideal de aproveitar tanto o efeito “colchão de ar” junto ao solo (para STOL) quanto para alcançar velocidades supersônicas.

Em 1954, o governo canadense abandonou o projeto por ser muito caro, mas o progresso que tinha sido feito era suficiente para interessar a Força Aérea dos Estados Unidos (USAF). A preocupação com a vulnerabilidade das bases aéreas na linha de frente da Europa, na Guerra Fria, aumentou o interesse da Força Aérea em aeronaves V/TOL. Por três quartos de milhão de dólares, o contrato foi firmado pela Força Aérea, em 1955, para um estudo mais aprofundado. Em 1956, a Avro ficou suficientemente satisfeita com os resultados para liberar 2,5 milhões de dólares para construir um protótipo do avião de pesquisa. Em Março de 1957, a Força Aérea aprovou um financiamento adicional, e o avião tornou-se, oficialmente, no "Sistema de Armas 606A".

Figura 2 - projeto 606A

Estes esforços permaneceram altamente classificados, como ultra-secretos, até julho de 1960. Uma das mais promissoras propostas foi o 606A (Figura 2) que teria uma asa fina circular de 35 metros de diâmetro, com peso máximo de 27.000 libras e uma velocidade de mais de Mach 1,4. Um grande motor turbofan era impulsionado pelo fluxo de gases de escape de seis motores turbojatos Armstrong Siddeley Viper.

Numerosos testes de túnel de vento, tanto na Avro quanto na base de teste da USAF em Wright Field, Ohio, foram conduzidos e uma plataforma de teste, em escala completa, do sistema de propulsão foi construído.

Figura 3: O Avrocar em voo, sob efeito solo

Em 1958, a Avro fez uma série de apresentações ao Exército e à Força Aérea dos Estados Unidos, após os quais a Avro começou um projeto de uma aeronave para o Exército dos Estados Unidos, à qual foi dada a designação oficial VZ-9. Foi batizado com o nome de Avrocar (Figura 4).

Figura 4 - VZ-9 Avrocar

O Avrocar deveria ser uma aeronave de plataforma circular, que efetuasse tanto voos pairados quanto voos horizontais em alta velocidade, com capacidade V/TOL. O Exército estava interessado na sobrevivência das tropas no campo de batalha e, a fim de melhorar sua capacidade aérea, estava estudando alternativas para suas aeronaves e helicópteros então em serviço.

A Força Aérea apoiou o programa Avrocar, porque iria demonstrar muitas das características do projeto do 606 A, em menor tempo e a um custo muito menor. Um contrato de dois milhões de dólares, a ser gerido pela Força Aérea foi feito à Avro para construir e testar um Avrocar.

Os requisitos de desempenho inicial para o Avrocar eram: ter capacidade de sustentar dez minutos de voo no efeito de solo e poder levar uma carga de 1000 libras, a 25 milhas de distância.

O trabalho começou a sério, e um contrato de 1,77 milhões de dólares foi concedido para construir um segundo exemplar do Avrocar, em Março de 1959. O primeiro Avrocar saiu da fábrica em Maio de 1959. No lançamento, a performance projetada foi muito além da exigência inicial, e atingiria uma velocidade máxima de 225 Kt, 10.000 pés de teto, 130 milhas de alcance com 1.000 kg de carga útil, e pairar fora do efeito solo, com 2.428 kg de carga útil. O peso máximo de decolagem, com transição para o voo à frente, fora do efeito de solo, era calculada em  5.650 libras, e o  peso máximo, com uma transição em efeito solo, seria de 6.970 libras.

O Avrocar tinha cerca de 18 metros de diâmetro, 3 metros de espessura do disco, e dois cockpits separados. A cabine do piloto foi localizada no lado esquerdo da frente da aeronave, com outro tripulante à direita. Um terceiro compartimento na parte de trás estava previsto para o armazenamento de carga. O Avrocar seria levantado pelo fluxo de um motor turbo-fan de cinco metros de diâmetro central, chamado de turbo-rotor de escape, composto de três turbojatos Continental J-69, com 920 libras de empuxo cada um, cujo fluxo de ar era canalizado para a borda exterior da turbo-rotor. Esse tinha 124 palhetas de pequeno porte. Cada motor era ligado aos seus próprios tanques de combustível e de óleo. Os tanques de combustível não eram interligados, embora isso tivesse planejado para uma versão posterior. 

O controle principal do piloto consistia de um side-stick, que proporcionava controle de arfagem e lateral, quando movimentado para frente e para trás ou lateralmente. O controle de guinada era obtido torcendo-se o side-stick. Essa ação controlava fluxos de baixa e alta pressão ao redor da aeronave, fazendo-a girar ao redor do eixo vertical.

No vôo para frente, o Avrocar era estaticamente instável, com um centro de pressão muito à frente do centro de gravidade. Um sistema de estabilização automática foi empregado, utilizando a ação giroscópica do turbo-rotor. O turbo-rotor, por sua vez, não era rigidamente fixado ao veículo, mas sim montado em uma espécie de rótula que lhe permitia liberdade de movimento. Cabos de comando foram ajustados à base do turbo-rotor, para permitir o seu controle.

O interesse do Exército no programa Avrocar era grande. Um dos autores pesquisados (Lindenbaum) recorda uma viagem que fez a Washington, no final dos anos 1950, para pedir um  financiamento adicional para um estudo sobre a redução da resistência aerodinâmica do helicóptero Bell UH-1. Embora o financiamento tivesse sido aprovado, ele ouviu uma observação, de um general do Exército, de que o Bell UH-1 Huey seria o último helicóptero que o Exército iria comprar, uma vez que o helicóptero seria substituído pelo Avrocar.

De junho a outubro de 1959, o primeiro Avrocar foi testado em uma plataforma estática, de voo pairado. Os gases quentes que recirculavam pelo turbo-rotor reduziam o empuxo. Perdas excessivas no sistema de dutos também se tornaram aparentes, e estes defeitos nunca foram sanados, apesar das grandes mudanças no design. A carga máxima atingida, fora do efeito solo, foi de 3.150 libras. Com um peso zero combustível (ZFW) de 4.285 libras, o Avrocar era, portanto, incapaz de pairar fora do efeito solo. Na sequência destes testes, o veículo foi enviado para NASA para a avaliação túnel de vento do Ames Research Center.

O segundo Avrocar saiu da fábrica em agosto de 1959. Em 29 de setembro, a primeira tentativa de voo sustentado foi feita com o Avrocar preso ao chão por cabos. Depois que o veículo decolou, uma oscilação incontrolável ocorreu, com cada uma das rodas saltando alternadamente no chão. O piloto imediatamente  desligou todos os motores. Posteriormente, vários esquemas alternativos, nesses voos "cativos", foram testados e inúmeras alterações foram feitas para as molas do spoilers e do controle da base do eixo do rotor.    Estes primeiros vôos cativos revelaram, então, um novo problema, denominado "hubcapping", que nunca foi totalmente resolvido. O hubcapping era uma oscilação rápida e imprevisível nos eixos de arfagem e rolamento. Ele resultou em um colchão de ar instável, se o veículo excedesse uma altura crítica (Figura 5).

Figura 5: altitude crítica do Avrocar, e o hubcapping

A altura crítica era encontrada a cerca de dois metros do chão. Inputs nos controles foram ineficazes no amortecimento da oscilação. Cinqüenta e dois buracos foram perfurados na parte inferior do veículo, localizado radialmente e a três metros do centro. Estes foram usados para proporcionar um fluxo de ar para centrar e tentar estabilizar o colchão de ar. Tal dispositivo nunca alcançou o sucesso esperado.

Figura 6: O VZ-9 Avrocar

O primeiro voo completamente livre ocorreu em 12 de novembro de 1959, e o sistema de controle, baseado em bicos ajustáveis de saída de ar, revelou-se inaceitável. Depois de cinco vôos, o teste foi temporariamente interrompido em 5 de dezembro de 1959, quando o Avrocar já havia registrado 18,5 horas de teste, em voos cativos e livres.

Um novo sistema de controle, centrado em um conjunto em forma de anel, foi instalado mais tarde, em dezembro. A abertura do bico à superfície superior foi coberta, e os spoilers foram substituídos por um anel liso na parte inferior do veículo. As alterações laterais na posição do anel aumentaram o peso em um lado do veículo enquanto diminui peso do lado oposto.

Testes de vôo foram retomados em janeiro de 1960, com este sistema. A avaliação de vôo da Força Aérea foi realizada em 4 de abril de 1960, com o Major Walter Hodgson nos controles. A velocidade máxima alcançada foi de 30 Kts, e acima dessa velocidade, uma oscilação incontrolável se manifestava. O cockpit era apertado, barulhento e tornava-se insuportavelmente quente durante um vôo de apenas 15 minutos. Mais tarde, naquele mês, um ensaio foi conduzido em túnel de vento da NASA do Ames Research Center, em Moffet Field.

Este teste descobriu que o anel de controle centrado no sistema fornecia empuxo suficiente para possibilitar um vôo fora do efeito solo, mas grandes ângulos de ataque foram necessários para gerar sustentação aerodinâmica.  No final de abril, no entanto, o programa inicial do Avrocar chegou ao fim. Pouco tempo depois, o programa foi desclassificado pelo QG da USAF.

A Avro estava convencida de que o conceito ainda era viável, e propôs um novo programa para retrabalhar as principais falhas do sistema de propulsão e de controle (Figura 7).

Figura 7: Sistema de controle de alta velocidade

A USAF  fez um novo contrato para o período de julho de 1960 a julho de 1961, para a modificação e testes de ambos os veículos. Um bico de controle novo foi instalado na parte de trás do veículo. 

Um segundo ensaio no túnel de vento, com a nova configuração foi realizado na NASA no Ames RC em abril de 1961. Verificou-se que um controle suficiente estava disponível para a transição a uma velocidade de cerca de 100 Kts, e o vôo foi possível a esta velocidade. No entanto, o veículo ainda era instável. Esperava-se que a alteração do fluxo sobre a parte de trás do veículo  levantasse o nariz para cima, reduzindo a instabilidade. Infelizmente, este não foi  o caso.

Uma empenagem em "T" foi adicionada (Figura 8), mas revelou-se totalmente ineficaz. A NASA acredita que essa falha resultou do fato de que a cauda estava em uma região de “downwash” muito alta causada pelo sistema de propulsão. Em qualquer caso, ficou claro que o Avrocar, conforme configurado, não poderia sustentar o vôo de alta velocidade.

Figura 8: o Avrocar com uma empenagem em T adicionada

Em 9 de junho de 1961, a avaliação final e segundo vôo da Força Aérea do Avrocar foi conduzido nas instalações Avro. Durante estes testes, o veículo atingiu uma velocidade máxima de 20 Kts e mostrou a capacidade de atravessar uma vala de seis metros de largura e 18 centímetros de profundidade. Voar acima da altura crítica era impossível. O relatório de ensaios em vôo resumiu uma série de problemas de controle. Por exemplo, uma grande assimetria no controle direcional estava presente. Cinco segundos eram necessários para virar a aeronave 90 graus para a esquerda, enquanto onze segundos eram necessários para uma curva à direita de 90 graus.  

Figura 9: Asas e winglets adicionados ao Avrocar

A Avro apresentou propostas de modificação radical do veículo para abordar os principais problemas. Frost (membro da equipe) desenvolveu dois novos modelos, um com uma grande cauda vertical e outra com winglets verticais (Figura 9). Ambos os modelos utilizariam dois turbojatos GE J-85 de 2700 libras de empuxo, em vez das três turbinas J-69 originais, e o diâmetro do turbo-rotor seria aumentado de cinco para seis pés. As propostas foram rejeitadas, e o programa foi oficialmente encerrado em dezembro de 1961. O segundo Avrocar tinha registrado cerca de 75 horas de vôo.

 CONCLUSÃO

 O conceito de efeito solo produzido por um fan na decolagem e de pouso não morreu com o Avrocar. Em 1963, a Bell Aerospace iniciou os estudos de um sistema de pouso por colchão de ar (ACLS), que mais tarde foi patenteado. Estes estudos foram dirigidos por T. Desmond Conde, ex-chefe de aerodinâmica para o Avrocar.

Um ACLS substitui o trem de pouso convencional, com um grande tubo interno de borracha-como a estrutura que envolve uma região de maior pressão de ar. Em agosto de 1967, o conceito foi provado pela Bell, com testes bem sucedidos em um LA-4 (avião anfíbio). O desenvolvimento foi financiado pela Força Aérea Flight Dynamics Laboratory, e um sistema muito maior foi projetado para testes em um Fairchild C-119 (peso de 64.000 lb). 

O governo brasileiro aderiu ao programa e uma aeronave De Havilland C-115 Bufalo, pesando 41.000 libras, foi selecionada para mais testes. Com a designação XC-8A, esta aeronave voou com o ACLS em março 1975. O ACLS foi considerado, mas rejeitado, como uma opção para o programa de uma aeronave STOL/Médio Avançado, um programa que terminou por produzir os protótipos Boeing YC-14 e McDonnell Douglas YC-15. Este último foi aprovado e evoluiu para o Boeing C-17 de transporte, que entrou em produção em série.

O conceito de um fan elevador, impulsionado por um motor turbojato não morreu, e vive hoje como um componente chave da Lockheed X-35 Joint Strike Fighter Contendor. Enquanto o Avrocar estava em desenvolvimento, Peter Kappus, da General Electric desenvolveu, independentemente, um sistema elevatório de propulsão por fan, que evoluiu para o GE Ryan VZ-11 (mais tarde XV-5) "Vertifan". Este veículo, discutido em duas edições anteriores da revista Vertiflite (Março/Abril de 1990, Março/Abril de 1996), abriu o caminho para mais estudos dos “fans elevadores”, ou fans sustentadores, como o estudo de caças supersônico patrocinado pela DARPA que incluiu tanto fans impulsionados a gás (McDonnell Douglas) quanto acionados mecanicamente por eixo (Lockheed).

REFERÊNCIAS

CAMPAGNA, Palmiro. The UFO Files: The Canadian Connection Exposed. Toronto: Stoddart Publishing (1998).  
ROSE, Bill and BUTTLER, Tony. Flying Saucer Aircraft (Secret Projects) (2007).

STEVENS, Henry. Hitler’s Flying Saucers, A Guide to German Flying Discs of the Second World War (2003). 

VZ-9A AVROCAR - Development sponsored by The US Air Force and The US Army. Disponível em: < http://www.virtuallystrange.net/ufo/mufonontario/avro/avrocar.html > Acesso em 06 de novembro de 2009.

VZ-9 AV Avrocar. Wikipédia. Disponível em: < http://en.wikipedia.org/wiki/VZ-9_AV_Avrocar> Acesso em 02 de novembro de 2009. 

ZUK, Bill. Avrocar Canada’s Flying Saucer (2006).

ZUK, Bill. The Avrocar Story. Winnipeg: MidCanada Entertainment (2002).

(Autora do artigo: Desire Francine Gobato – Bacharel em Ciências Aeronáuticas pela Universidade Norte do Paraná - UNOPAR - 2010)