As asas revolucionárias do Su-47 ‘Berkut’

Sérgio Santana*

Os trabalhos preliminares para a criação de um caça pesado de quinta geração para a Força Aérea e Defesa Aérea da então União Soviética começaram no final de 1979 como parte do programa I-90 (Istrebitel 90-goda ou “caça dos anos 90”). Dois anos depois, o programa recebeu aprovação através de decreto governamental.

O trabalho para a criação de um caça de linha de frente multifuncional foi inicialmente liderado por equipes de projeto do Mikoyan OKB. Entretanto, o Ministério da Indústria da Aviação insistiu que o Sukhoi OKB participasse deste trabalho em competição com o escritório Mikoyan, o que foi recusado pela direção da Sukhoi, sob a alegação de que “já havia um caça para os anos 90, o Su-27, que seria imbatível”. E naquele tempo o Sukhoi OKB ficou encarregado de projetar o “Sh-90” (Shturm 90-goda, “aeronave de ataque dos anos 90”)

Contudo, em 1983 o Sukhoi OKB passou a ser chefiado por Mikhail Simonov, que tomou uma decisão sobre a iniciativa de desenvolvimento de uma aeronave de caça de nova geração, cujo projeto era designado internamente como “S-22”, semelhante ao índice de uma das modificações do caça-bombardeiro Su-17, assim possibilitando o trabalho sem publicidade prematura.

Simonov era um grande entusiasta do projeto de aeronaves de asa de enflechamento negativo e decidiu usar a configuração no novo caça. Esta configuração tem como principais vantagens aumento significativo na qualidade aerodinâmica durante as manobras, especialmente em baixas velocidades; grande força de sustentação em comparação com uma asa reta com a mesma área e, consequentemente, uma grande capacidade de carga (até 30%); aumento no alcance de voo em modos subsônicos devido à menor resistência de balanceamento; melhor controlabilidade em baixas velocidades subsônicas (e, como resultado, uma melhoria nas características da pressão do ar); redução das distâncias de decolagem e pouso; menor velocidade de estol; características anti-parafuso melhoradas; e, finalmente, aumento dos volumes internos da fuselagem, principalmente na junção da asa e fuselagem, o que proporciona melhores condições para a formação de compartimentos de carga internos.

As dificuldades de confeccionar uma asa nesta configuração empregando ligas metálicas resistentes o suficiente para suportar os esforços aerodinâmicos resultaram em fracassos, como na aeronave soviética Tsybin LL-3, cujo desenvolvimento não progrediu, ou aumento de peso da estrutura, o que somente foi resolvido com o emprego de materiais compostos, com os quais foram fabricados, por exemplo, componentes em fibra de carbono que suportassem níveis de torção. Isso definiu um arranjo especial dos eixos de rigidez da asa (por meio de deformação direcional de torção), compensando o aumento dos ângulos de ataque.

Além disso, em comparação com o esquema MFI, o desempenho em velocidades supersônicas piorou, devido a um aumento no arrasto e uma grande mudança no foco aerodinâmico.

Outra desvantagem da configuração era o nível de tremor aerodinâmico inaceitável, que surgiu no encontro de dois fluxos de vórtices que se aproximavam, um da raiz das asas e o outro dos influxos próximos à fuselagem, fenômeno este que parece ser característico desta configuração, já que foi também encontrado no Grumman X-29.

 De S-22 a S-32

O S-22 foi projetado para ter peso máximo entre 20-24 toneladas. No entanto, durante o progresso do seu projeto, descobriu-se que a aeronave estava acima do peso, o que exigiu uma revisão radical do projeto, a criação de um caça praticamente novo. Tendo em conta a sua experiência de trabalho, o Sukhoi OKB começou a desenvolver um novo caça bimotor com enflechamento negativo, que recebeu a designação “S-32”.

De acordo com uma das opções, o S-32 deveria ser equipado com dois motores turbofan RD-79M (2 x 18.500 kgf) com um sistema de controle de vetor de empuxo (uma versão atualizada do motor RD-79 projetado para a aeronave de decolagem e pouso vertical Yak-141). Posteriormente, foi decidido instalar motores AL-41F de quinta geração (2 x 20.000 kgf) equipados com sistema de vetoração de empuxo. Com os novos motores turbofan, ele teria ganhado a capacidade de supercruise, ou seja, executar um longo voo de cruzeiro em velocidade supersônica sem o uso de pós-combustão.

Uma curiosa contribuição para a formação da aparência de um caça com asas em enflechamento negativo foi feita pelo escritório NPO Zvezda, que propôs um conceito fundamentalmente novo para um assento de ejeção de geometria variável, que fornece ao piloto a capacidade de conduzir combates aéreos manobráveis com forças g significativamente maiores do que em caças anteriores. Isso tornou possível maximizar as vantagens de manobrabilidade de uma aeronave com asas de enflechamento negativo.

Uma versão naval?

O programa para a construção de porta-aviões na URSS então estava ganhando força (dois porta-aviões, Tbilisi e Varyag, já estavam à tona, o nuclear Ulyanovsk já tinha a construção iniciada), então a aviação baseada em porta-aviões tinha boas perspectivas. Em 1988, foi proposta uma versão baseada em porta-aviões da nova aeronave, chamada Su-27KM, apresentada à Marinha Soviética como uma modificação profunda do Su-27K (Su-33). A necessidade da superioridade da nova aeronave em relação ao análogo mais moderno da época – o F-14D “Super Tomcat” –determinou a instalação de dois motores e peso máximo de decolagem de até 40 toneladas.

Mas era difícil tirar uma aeronave tão pesada da rampa, e a catapulta deveria aparecer apenas no Ulyanovsk. Também houve um problema na fixação da catapulta no suporte dianteiro da aeronave – no Su-27K, o suporte possui um apoio traseiro, que funcionava sob tensão durante a aceleração, enquanto devido ao layout no Su-27KM, o suporte do suporte dianteiro estava na frente e trabalhava em compressão. Portanto, o modo principal deveria ser a decolagem da rampa. Mas os cálculos mostraram que a aeronave não teria tempo de ganhar a velocidade necessária ao acelerar ao longo do convés sem catapulta, necessária para a decolagem sem descida abaixo da borda do convés.

É aqui que o enflechamento negativo deveria auxiliar, pois tem maior capacidade de carga em altos ângulos de ataque, além de que, o estol nesta configuração começa em ângulos mais altos. Tudo isso possibilitou a decolagem balística da rampa, ou seja, no momento da saída da rampa, a força de sustentação da asa é ainda menor que o peso da aeronave, e ela se move não como um avião, mas como uma pedra lançada, ao longo de uma trajetória balística (com ângulos de ataque próximos aos críticos para o enflechamento negativo), continuando a acelerar devido aos motores funcionando em regime de pós-combustor.

Tendo atingido o pico da trajetória, a aeronave começa a descer, e o rebaixamento pode ser de 10 a 15 metros do ponto superior da trajetória, mas devido ao aumento da velocidade e ao ângulo de ataque muito grande, o enflechamento negativo começa a atuar, e no ramo descendente da trajetória, aproximadamente no nível do corte da rampa, a trajetória balística transitaria para voo normal de subida. Foi assim que surgiu o esquema KOS com deriva dupla, porque uma aeronave de quarenta toneladas com uma asa convencional simplesmente cairia ao mar ao decolar de uma rampa – as propriedades de transporte em altos ângulos de ataque de uma asa convencional não eram suficientes para criar a sustentação necessária, já que o estol de uma asa convencional começa em ângulos de ataque menores em comparação com a asa de enflechamento negativo. A aeronave deveria ter um gancho de pouso e painéis de asa dobráveis.

Mas em maio de 1989, por decisão da Comissão Militar-Industrial do Conselho de Ministros, entre outros tópicos, o desenvolvimento do Su-27KM foi encerrado, e as atividades de pesquisa e desenvolvimento no S-32 continuaram principalmente às custas dos próprios fundos do Sukhoi OKB.

Surge o “Berkut”

Ao redor da mesma época, começaram os preparativos para a construção de um lote experimental de aeronaves. Com o envolvimento da Irkutsk Aviation Plant, deveriam ser montadas 3 células – duas para os voos e uma para testes estáticos. Depois de 1991, quando os gastos com defesa na Rússia caíram drasticamente, os exemplares de teste tiveram que ser limitados a apenas dois. No entanto, pouco depois, o financiamento do programa realmente parou. Nessas condições, o Sukhoi OKB encontrou uma oportunidade de continuar trabalhando por iniciativa própria e às suas próprias custas.

No início da década de 1990, foi construída apenas uma aeronave “experimental”, que recebeu a designação “S-37”.

Após a “compressão” em testes estatísticos para cargas não superiores às cargas operacionais, a aeronave deveria ser usada para testes de voo. Métodos modernos de teste estático tornaram possível avaliar a resistência da estrutura com alta precisão, sem destruí-la.

Com isso, foi possível agilizar significativamente o programa e reduzir seu custo.

Devido à falta de motores “normais”, decidiu-se como medida temporária instalar dois motores turbofan D-30F11 (com empuxo “seco” de 9.500kg e 15.600 kg com pós-combustor acionado), uma modificação do D-30F6, criada para o interceptador MiG-31. No futuro, a aeronave poderia ser reequipada com motores AL-41F de quinta geração (2 x 20.000 kgf) equipados com sistema de empuxo vetorado.

A construção da estrutura da máquina foi concluída em meados de 1996 e, após um ciclo de testes de resistência no final do ano, foi entregue para conclusão. Em maio de 1997, todo o trabalho principal de montagem e montagem foi concluído e, em meados de julho, a aeronave foi transportada para Zhukovsky.

Em setembro, iniciou-se o taxiamento em alta velocidade, e já no dia 25 do mesmo mês, a aeronave, que recebeu a designação “S-37” e o nome “Berkut” (“Águia Dourada”), fez seu primeiro voo. A primeira série de testes continuou até a primavera de 1998, após a qual a aeronave foi submetida a revisão. Mais tarde, os testes de voo foram retomados.

Em 1999, a aeronave S-37 foi incluída na ordem de defesa do estado, o que deveria melhorar o financiamento do programa. Assim como o já mencionado X-29 Berkut era considerado, antes de tudo, como uma aeronave experimental projetada para testar em voo novas soluções técnicas e demonstração de tecnologias (em particular, meios de redução de visibilidade), bem como testar elementos de supermanobrabilidade. No futuro, ele deveria se tornar o protótipo de um caça multifuncional de quinta geração altamente manobrável.

Em agosto de 1999, o S-37 demonstrou acrobacias pela primeira vez no show aéreo MAKS’99. Mais tarde, ele recebeu o nome de Su-47.

Em março de 2000, o Sukhoi Design Bureau iniciou a próxima etapa de testes de Berkut, já incluindo a faixa de velocidade supersônica. Em 2000, o S-37 completou o programa supersônico, com um tempo total de voo de 149 horas.

Ainda assim, os testes de voo do Berkut, que duraram vários anos, mostraram que o Sukhoi OKB não conseguiu lidar com a vibração já mencionada, o que contribuiu para que o desenvolvimento do modelo fosse descontinuado, em favor de conceitos com maior viabilidade prática de emprego.

Breve Descrição Técnica

O “Berkut” foi projetado de acordo com o conceito aerodinâmico “triplano instável integrado” com uma asa de envergadura alta e enflechamento negativo, deriva totalmente móvel de uma área relativamente pequena. Fornece a capacidade de executar frenagem dinâmica com acesso a ângulos de ataque de até 120° em velocidades de extremamente baixas a supersônicas.

Ao criar a aeronave, foi implementada uma tecnologia fundamentalmente nova, que possibilita a fabricação de peças de revestimento de forma plana, após o que são moldadas em superfícies de dupla curvatura que possuem uma configuração complexa e se encaixam com alta precisão. A utilização de painéis de grandes dimensões, com até oito metros de comprimento, permitiu obter uma polidez extremamente elevada da superfície da aeronave e minimizar os fixadores. Isso não apenas melhorou a aerodinâmica e reduziu o peso da fuselagem, mas também reduziu a visibilidade no radar.

O design da fuselagem era feito de materiais compósitos em 13% em peso. A aeronave usava materiais compósitos “inteligentes” fundamentalmente novos para estruturas de auto-adaptação e auto-descarga. Vários elementos (canopi, trem de pouso, alguns sistemas de bordo) foram emprestados de caças em série da família Su-27 para reduzir o custo e acelerar o trabalho no programa.

A asa de enflechamento negativo (no bordo de ataque -20°, na parte traseira -37°) era feita de 90% de materiais compósitos. A parte cantilever da asa era dobrável. Sua superfície frontal era equipada com um slat e toda a superfície traseira era ocupada por um flap de seção única e aileron.

A deriva totalmente móvel tem uma varredura de bordo de ataque de 50°. A fuselagem era feita principalmente de ligas de alumínio e titânio. Sua seção transversal é quase oval. A parte frontal da carenagem do nariz era “achatada”, com aletas. Na cauda existiam duas carenagens, que posteriormente poderiam ser utilizadas para acomodar diversos equipamentos eletrônicos.

A deriva era estruturalmente semelhante à empenagem da aeronave Su-27, porém possuía uma área relativa bem menor (isso é obtido devido ao layout aerodinâmico, que proporciona maior eficiência em altos ângulos de ataque). As quilhas têm uma curvatura para fora que reduzia a visibilidade radar da aeronave.

O cockpit era similar ao da aeronave Su-27. O assento K-36DM instalado na aeronave experimental possuía encosto inclinado em 30°, o que reduz o impacto no piloto de altas forças G típicas de combate aéreo manobrável.

O trem de pouso principal era equipado com uma roda e se retraía em compartimentos nas laterais das entradas de ar. O trem de pouso dianteiro de duas rodas se retraía na fuselagem girando para frente.

As entradas de ar eram fixas, de seção transversal de formato circular, estando localizadas sob as asas. Os dutos internos de ar são em forma de S, o que fornece blindagem das pás do compressor turbofan. Na superfície superior da fuselagem existem dois flaps que servem para entrada de ar adicional durante as manobras e durante os modos de decolagem e pouso.

A aeronave também possuía um sistema integrado de controle automático de voo capaz de resolver os problemas de recuperação de parafuso e pilotagem por meio de um manche lateral. Existiam planos de equipar o “Berkut” com um sistema abrangente de pontaria, incluindo um IRST e um radar multifuncional de pulso doppler de visão frontal e um radar com visada traseira. Como era uma aeronave experimental, não havia sido cogitada uma suíte de armamento, embora houvesse espaço para um canhão Gryazev Shipunov GSh-301 na raiz da asa esquerda.

Especificações

Comprimento: 22.60m; Altura: 6.40m; Envergadura: 16.7m; Área Alar: 56m². Peso normal: 25.670kg; Peso máximo: 34.000kg; Velocidade máxima: 2.200km/h em grande altitude; 1.400km/h ao nível do mar; Teto operacional: 18.000m; Máxima carga G operacional: +9.0

*Bacharel em Ciências Aeronáuticas (Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL), pós-graduado em Engenharia de Manutenção Aeronáutica (Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais – PUC/MG). Colaborador de Conteúdo da Shephard Media. Colaborador das publicações Air Forces Monthly, Combat Aircraft e Aviation News. Autor e co-autor de livros sobre aeronaves de Vigilância/Reconhecimento/Inteligência, navios militares, helicópteros de combate e operações aéreas