Il Bell Boeing Quad TiltRotor (sigla QTR) è un progetto di convertiplano quadrirotore derivato dal Bell V-22 Osprey

Il Bell Boeing Quad TiltRotor (sigla QTR) è un progetto di convertiplano quadrirotore derivato dal Bell V-22 Osprey e sviluppato congiuntamente dalle aziende statunitensi Bell Helicopter Textron e Boeing Integrated Defense Systems come concorrente al programma U.S. Army Joint Heavy Lift.

Il mezzo aereo consentirà di avere la capacità di carico equivalente a quella di un Lockheed C-130 Hercules, una velocità di crociera di 250 kt (463 km/h) e di atterrare verticalmente come un elicottero in territori edificati.

Background

Bell sviluppò il suo modello D-322 come concetto di quadritiltrotor nel 1979. Il team della Bell Boeing svelò un progetto di Quad TiltRotor nel 1999 che le aziende avevano studiato nei due anni precedenti. Il progetto era per un trasporto V/STOL delle dimensioni di un C-130 per il programma Future Transport Rotorcraft dell’US ARMY e avrebbe dovuto avere il 50% comunalità con il V-22. 

Questo progetto doveva avere un peso massimo al decollo di 45.000 kg con un carico utile fino a 11.000 kg in volo. Il progetto fu ridimensionato per essere più vicino al V-22 e per avere un carico utile da 8.200 a 9.100 kg. Questa versione è stata chiamata "V-44". 

Bell ha ricevuto contratti per lo studio di tecnologie correlate nel 2000. Lo sviluppo non è stato perseguito dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti.

Dal 2000 al 2006, gli studi sull'aerodinamica e le prestazioni di un Quad Tilt Rotor sono stati condotti presso l'Università del Maryland, College Park. Questo sforzo è stato inizialmente finanziato dalla NASA/AFDD e successivamente dalla Bell. Un'indagine sperimentale in modalità elicottero con effetto a terra ha rilevato che è stato possibile ridurre il download sul velivolo dal 10% della spinta totale ad un upload del 10% della spinta. Uno studio parallelo di fluidodinamica computazionale (CFD) ha confermato questi risultati.

Studi di sollevamento pesante congiunto

Nel settembre 2005, Bell e Boeing hanno ricevuto un contratto di condivisione dei costi del valore di 3,45 milioni di dollari dalla Direzione della tecnologia applicata all'aviazione dell'Esercito degli Stati Uniti per uno studio di analisi e progettazione concettuale della durata di 18 mesi fino a marzo 2007, in collaborazione con il programma Joint Heavy Lift. Il contratto è stato assegnato alla Bell Helicopter, che collabora con la Boeing's Phantom Works. Lo studio QTR è uno dei cinque progetti; uno dei cinque è anche un programma Boeing, una versione avanzata del CH-47 Chinook.

Durante lo studio iniziale di progettazione di base, gli ingegneri della Bell stavano progettando l'ala, il motore e il rotore, mentre il team della Boeing stava progettando la fusoliera e i sistemi interni. Una disposizione simile è utilizzata sul V-22.

Un modello di galleria del vento in scala uno a 5 è stato sottoposto a test nel Transonic Dynamics Tunnel (una galleria del vento transonica unica nel suo genere) presso il Langley Research Center della NASA durante l'estate 2006. Il modello "semi-span" (che rappresenta la metà di dritta dell'aereo) misurava 213 pollici di lunghezza e aveva rotori da 91 pollici azionati, gondole operative e ali "dinamicamente rappresentative".

L'obiettivo principale del test era quello di studiare gli effetti aeroelastici sull'ala di poppa dei rotori dell'ala anteriore e stabilire una configurazione di base del velivolo. Alan Ewing, il responsabile del programma QTR di Bell, ha riferito che "I test hanno mostrato che i carichi di quel vortice sul rotore posteriore sono i medesimi carichi che vediamo sui rotori anteriori" e "La stabilità aeroelastica dell'ala è identica a quella del convertiplano convenzionale". Questi test hanno usato un modello con un rotore a tre pale, i futuri test esploreranno gli effetti dell'uso di un sistema a quattro pale.

Oltre alle ricerche svolte congiuntamente nell'ambito del contratto, Bell ha finanziato ulteriori ricerche e test in galleria del vento in collaborazione con la NASA e l’Us Army. Dopo la presentazione delle relazioni iniziali dello studio concettuale, era previsto l'inizio dei test dei componenti in scala reale ed eventualmente di un programma di test dei veicoli in sotto scala. In attesa dell'approvazione, il primo volo di un prototipo di aeromobile in scala reale è previsto per il 2012.

Lo studio è stato completato nel maggio 2007, con il Quad TiltRotor selezionato per un ulteriore sviluppo. Tuttavia, l'armatura aggiuntiva sui veicoli terrestri con equipaggio della Future Combat Systems ha fatto sì che il loro peso aumentasse da 20 a 27 tonnellate, richiedendo un velivolo più grande. A metà del 2008, l'Esercito degli Stati Uniti ha continuato gli studi sul Joint Heavy Lift (JHL) con nuovi contratti per le squadre Bell-Boeing e Karem Aircraft/Lockheed Martin. I team dovevano modificare i loro progetti per raggiungere nuove specifiche JHL. Nel 2008 il JHL è entrato a far parte del nuovo programma Joint Future Theater Lift (JFTL) della US Air Force/Army Joint Theater Lift (JFTL). A metà del 2010, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti stava formulando un progetto di velivoli per ascensori verticali con il JFTL come parte integrante. Il DoD ha anche richiesto informazioni all'industria aerospaziale sulle tecnologie per il JFTL nell'ottobre 2010.

Progettazione

Il progetto concettuale prevedeva un grande velivolo ad ala tandem con motori del tipo V-22 e rotori di 15 metri su ciascuna delle quattro estremità alare. La fusoliera del C-130 avrebbe avuto una stiva da 19,0 m con una rampa di carico posteriore che avrebbe potuto trasportare 110 paracadutisti o 150 passeggeri a sedere standard. Nella configurazione di carico, ospiterebbe otto pallet da 463 litri. Questa versione di base include una sonda di rifornimento completamente retrattile e un sistema di azionamento interconnesso per la ridondanza di potenza.

Inoltre, il team di Bell-Boeing ha incluso otto possibili varianti, o "progetti di escursione", inclusa una variante basata sul mare. Il team di progettazione ha pianificato carichi utili che vanno da 16 a 26 tonnellate e una portata da 420 a 1.000 miglia nautiche (da 780 a 1.850 km). Una delle escursioni di progetto esplorate, soprannominata "Big Boy", avrebbe avuto rotori di 17 metri e una baia di carico di 20,7 m, il che la rendeva in grado di trasportare un carico di 20,7 m. 

Costi e progettazione

• Il prezzo presunto per questo gigante dell'aria si aggira sui 400 milioni $.

Impiego operativo previsto

Come si vede dalle sue prime immagini questo velivolo di grosse dimensioni avrà la stessa funzione della versione ad ala fissa C-130. Con il QTR il corpo dei Marines stima di poter muovere fino a 12.000 tonnellate di approvvigionamento verso i suoi uomini ogni giorno senza dipendere dalle principali rotte.

Descrizione tecnica

Il QTR, sigla di Quad Tilt Rotor, rappresenta insieme ai convertiplano il futuro dei trasporti militari.

Questo convertiplano ha due serie di ali con installati i motori del Bell Boeing V-22 Osprey. In più rispetto al fratello minore V-22 ha i motori posteriori che in crociera possono fornire una maggiore spinta e quindi una maggiore velocità.

Con questo progetto la Bell ha cercato di realizzare quindi un nuovo mercato di convertiplano adatto al trasporto ad alta velocità che non richieda però, come succede negli aerei ad ala fissa, uno spazio di atterraggio e decelerazione troppo grande, al QTR infatti bastano 2 acri di terra.

La particolarità di questo mezzo è che il timone di direzione verticale è completamente eliminabile.

Capacità di carico:

• 90 militari
• 70 barellati
• 1 AH-64 Apache
• 1 Obice da 115 millimetri
• 3 HMMWV.

Utilizzatori previsti:

• Stati Uniti - United States Marine Corps - United States Air Force.

ENGLISH

The Bell Boeing Quad TiltRotor (QTR) is a proposed four-rotor derivative of the Bell Boeing V-22 Osprey developed jointly by Bell Helicopter and Boeing. The concept is a contender in the U.S. Army's Joint Heavy Lift program. It would have a cargo capacity roughly equivalent to the C-130 Hercules, cruise at 250 knots, and land at unimproved sites vertically like a helicopter.

Development

Background

Bell developed its model D-322 as a quad tiltrotor concept in 1979. The Bell Boeing team disclosed a Quad TiltRotor design in 1999 which the companies had been investigating during the previous two years. The design was for a C-130-size V/STOL transport for the US Army's Future Transport Rotorcraft program and would have 50% commonality with the V-22. This design was to have a maximum takeoff weight of 100,000 lb (45,000 kg) with a payload of up to 25,000 lb (11,000 kg) in a hover. The design was downsized to be more V-22-based and to have a payload of 18,000 to 20,000 lb (8,200 to 9,100 kg). This version was referred to as "V-44". Bell received contracts to study related technologies in 2000. Development was not pursued by the US Department of Defense.

From 2000–06, studies of the aerodynamics and performance of a Quad Tilt Rotor were conducted at the University of Maryland, College Park. This effort was initially funded by NASA/AFDD and subsequently by Bell. An experimental investigation in helicopter mode with ground effect found that it was possible to reduce the download on the aircraft from 10% of the total thrust to an upload of 10% of the thrust. A parallel Computational Fluid Dynamics (CFD) study confirmed these findings.

Joint Heavy Lift studies

In September 2005, Bell and Boeing received a cost-sharing contract worth US$3.45 million from the U.S. Army's Aviation Applied Technology Directorate for an 18-month conceptual design and analysis study lasting through March 2007, in conjunction with the Joint Heavy Lift program. The contract was awarded to Bell Helicopter, which is teaming with Boeing's Phantom Works. The QTR study is one of five designs; one of the five is also a Boeing program, an advanced version of the CH-47 Chinook.

During the initial baseline design study, Bell's engineers were designing the wing, engine and rotor, while the Boeing team was designing the fuselage and internal systems. A similar arrangement is used on the V-22.

A one-fifth-scale wind tunnel model has undergone testing in the Transonic Dynamics Tunnel (a unique transonic wind tunnel) at NASA's Langley Research Center during summer 2006. The "semi-span" model (representing the starboard half of the aircraft) measured 213 inches in length and had powered 91-inch rotors, operational nacelles, and "dynamically representative" wings.

The primary test objective was to study the aeroelastic effects on the aft wing of the forward wing's rotors and establish a baseline aircraft configuration. Alan Ewing, Bell's QTR program manager, reported that "Testing showed those loads from that vortex on the rear rotor are the same as the loads we see on the front rotors," and "Aeroelastic stability of the wing looks exactly the same as the conventional tiltrotor". These tests used a model with a three-bladed rotor, future tests will explore the effects of using a four-bladed system.

Besides the research performed jointly under the contract, Bell has funded additional research and wind tunnel testing in cooperation with NASA and the Army. After submission of initial concept study reports, testing of full-scale components and possibly a sub-scale vehicle test program was expected to begin. Pending approval, first flight of a full-scale prototype aircraft was slated for 2012.

The study was completed in May 2007, with the Quad TiltRotor selected for further development. However, additional armor on Future Combat Systems manned ground vehicles caused their weight to increase from 20 tons to 27 tons, requiring a larger aircraft. In mid-2008, the U.S. Army continued the Joint Heavy Lift (JHL) studies with new contracts to the Bell-Boeing and Karem Aircraft/Lockheed Martin teams. The teams were to modify their designs to reach new JHL specifications. JHL became part of the new US Air Force/Army Joint Future Theater Lift (JFTL) program in 2008. In mid-2010, the US DoD was formulating a vertical lift aircraft plan with JFTL as a part. The DoD also requested information from the aerospace industry on technologies for JFTL in October 2010.

Design

The conceptual design featured a large tandem wing aircraft with V-22 type engines and 50-foot (15 m) rotors at each of the four wing tips. The C-130-size fuselage would have a 747-inch (19.0 m) cargo bay with a rear loading ramp that could carry 110 paratroopers or 150 standard-seating passengers. In cargo configuration, it would accommodate eight 463L pallets. This baseline version includes a fully retractable refueling probe and an interconnecting drive system for power redundancy.

In addition, the Bell-Boeing team included eight possible variants, or "excursion designs", including a sea-based variant. The design team planned on payloads ranging from 16 to 26 tons and a range of 420 to 1,000 nautical miles (780 to 1,850 km). One of the design excursions explored, dubbed the "Big Boy", would have 55-foot (17 m) rotors and an 815-inch (20.7 m) cargo bay, making it able to carry one additional 463L pallet and accommodate a Stryker armored combat vehicle.

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