El motor del F-35 necesita modificaciones, según el Pentágono y las empresas. Pero a pesar de años de investigación y debate, el camino a seguir sigue sin estar claro.
Las Fuerzas Aéreas de EE.UU. se están preparando para actualizar la potencia y las capacidades de refrigeración del F-35 porque la capacidad de misiles, las capacidades de guerra electrónica y los sistemas de puntería del caza de quinta generación han avanzado más allá de lo previsto inicialmente. Al servicio también le preocupa entrar en guerra con China.
Sin embargo, todavía hay numerosas formas de llegar a ella. Una estrategia es mejorar el motor F135 que actualmente propulsa al F-35 a través del Programa de Motores Mejorados, un producto de Pratt & Whitney.
Otra vía posible es un motor de sustitución totalmente nuevo que utilice tecnología punta, como una tercera corriente de aire, para aumentar el empuje y la eficiencia del combustible. El Programa de Transición Adaptativa de Motores, también conocido como ATP, ha visto versiones competidoras creadas por Pratt & Whitney y General Electric Aviation.
Los representantes del Ejército del Aire y del Departamento de Defensa aún no han determinado si el F-35 recibirá un nuevo motor adaptable o un F135 modernizado. Sin embargo, las empresas prevén que los objetivos futuros de los militares se harán más evidentes durante el próximo año.
Además de decidir el destino final de miles de millones de dólares en fondos de defensa, la elección de los militares afectará a la piedra angular de las futuras capacidades de potencia y propulsión de la flota de cazas del Ejército del Aire.
Si un motor adaptable es apropiado para el F-35 es un tema de desacuerdo entre las corporaciones. Según GE Aviation, el XA100, que es su adaptación del motor adaptable, aumentará significativamente el empuje, la velocidad, la autonomía y la gestión térmica del reactor, permitiéndole gestionar sistemas más sofisticados.
Aunque Pratt & Whitney defiende el trabajo que ha realizado con el motor adaptativo XA101 e incluso espera que impulse la plataforma Next Generation Air Dominance de las Fuerzas Aéreas, aún en desarrollo, los responsables de la empresa insisten en que sería un error instalar un motor totalmente nuevo en un caza monomotor.
Según Pratt & Whitney, si un nuevo motor adaptable en el F-35 monomotor funcionara mal en pleno vuelo, tanto el avión como el piloto podrían estar en peligro. La empresa también advierte de que si se detecta un problema en tierra, podría poner fuera de servicio un elemento crítico de la flota de cazas del Ejército del Aire hasta que se localice un remedio, lo que perjudicaría la preparación para el combate.
Según Pratt & Whitney, las mejoras del motor actual implicarían menos variables nuevas y menos riesgos, sin dejar de tener un núcleo mejor para ofrecer más potencia, empuje, alcance y refrigeración.
Dan Grazier, analista militar del Project on Government Oversight y crítico del programa, declaró a Defense News que los responsables del F-35 deben tomar una decisión y que el programa no puede permitirse esperar.
Según Grazier, cuantos más F-35 se construyan y deban adaptarse para manejar estos motores, más aplazarán la toma de esta decisión. Cuanto antes puedan decidir al respecto, mejor para todos a largo plazo, ya que cualquier retraso incrementaría los precios en el futuro.
Funcionamiento en caliente
Las capacidades avanzadas de guerra electrónica, el mejor reconocimiento de objetivos y la capacidad de llevar más misiles son sólo algunas de las mejoras del Bloque 4 que serán responsables del aumento de los requisitos de refrigeración del F-35.
Aunque el motor ATP se encuentra todavía en las primeras fases de desarrollo y aún faltan varios años para su finalización, el secretario del Ejército del Aire, Frank Kendall, declaró en una audiencia celebrada en abril ante el Comité de Servicios Armados de la Cámara de Representantes que podría suponer un aumento del rendimiento del 20-25% y un importante ahorro de costes.
Según Kendall, "sería una mejora significativa sobre la capacidad actual". El motor ATP proporcionaría más potencia, que será necesaria a medida que el F-35 se vaya modernizando. Además, tendremos una reserva considerable de F-35. Por lo tanto, el ahorro de combustible que podríamos conseguir con ese motor sería bastante beneficioso".
El jefe de adquisiciones del Ejército del Aire, Andrew Hunter, elogió los avances realizados por GE y Pratt & Whitney en sus motores adaptativos durante una mesa redonda con periodistas a finales de junio en el Pentágono. Calificó los resultados de las primeras pruebas de "bastante alentadores".
El programa de pruebas muestra los beneficios en potencia, gestión térmica y eficiencia de combustible que estábamos buscando, según Hunter.
Hunter afirmó que las cualidades previstas originalmente para el ATP, como una autonomía más excelente y una mayor capacidad para soportar altas temperaturas mientras funciona la electrónica avanzada, están demostrando ser precisamente lo que el F-35 necesitaría en un conflicto con China.
China sigue figurando como la principal amenaza para Estados Unidos en la más reciente Estrategia de Defensa Nacional de la administración Biden, que se refiere a ella como "nuestro competidor estratégico más consecuente" en un resumen público del documento clasificado. China cuenta con un ejército modernizado y capacidades de vanguardia como las armas hipersónicas. Rusia figura como un "peligro más agudo".
Actualmente se están realizando dos estudios críticos para ayudar a decidir cómo proceder con el siguiente motor para el F-35. La Oficina del Programa Conjunto del F-35 está llevando a cabo una evaluación de casos empresariales con la ayuda de las Fuerzas Aéreas, la Armada y el Cuerpo de Marines para estudiar las posibles opciones de motores y sistemas de gestión térmica de potencia que podrían ofrecer las capacidades de refrigeración necesarias.
Para que tanto los jefes de servicio estadounidenses como los oficiales de las naciones asociadas que vuelan con el F-35 puedan tomar una decisión, esa investigación, que se prevé que esté terminada en agosto, examinará el coste, el calendario, el rendimiento y los riesgos tecnológicos de cada alternativa.
La oficina de gestión del programa de propulsión de la Oficina Conjunta del Programa del F-35 presentará las conclusiones del estudio a la Junta Directiva Ejecutiva Conjunta del caza este otoño, según el suboficial principal.
Matthew Olay, portavoz de la organización. Pero dijo que no está claro cuándo se tomará finalmente una decisión.
Para contribuir al estudio más amplio, las Fuerzas Aéreas también están llevando a cabo una evaluación operativa complementaria que examina cómo podrían funcionar esas diversas opciones en un escenario de combate real. Las Fuerzas Aéreas informaron en mayo a los oficiales de las conclusiones preliminares del estudio, que se prevé que esté terminado en septiembre.
¿Qué implica exactamente en una guerra que una solución suponga un aumento del alcance, la resistencia o la carga útil? En una audiencia celebrada en abril ante el Comité de Servicios Armados de la Cámara de Representantes, el teniente general Eric Fick, antiguo director ejecutivo del programa conjunto del F-35, habló sobre la evaluación operativa de las Fuerzas Aéreas. ¿Qué implica eso en términos de uso de este sistema en la guerra en la [región] Asia-Pacífico?
Este año, las Fuerzas Aéreas también intentaron obtener datos que allanaran el camino para que el F-35 obtuviera un motor adaptable. Para iniciar la producción inicial a bajo ritmo en 2028, el servicio publicó en enero una solicitud de información sobre el Programa de Sustitución de Motores Adaptables del F-35.
En esta RFI, se preguntaba a los posibles proveedores cómo planeaban dotar al avión de un nuevo motor adaptable. Las propuestas deben enumerar los posibles contratiempos en la cadena de suministro, las estrategias de gestión de riesgos, los principales factores de coste y las medidas de reducción de costes que adoptará el contratista.
Sin embargo, si el Ejército del Aire opta por el enfoque AETP, dijo Kendall a los legisladores de la Cámara de Representantes, sustituirá por completo al F135, y el F-35A no estará equipado con un tipo de motor de reserva.
Los lanzamientos de la industria
En una entrevista concedida a Defense News el 6 de junio, Latka declaró que "habrá que tomar decisiones relativamente pronto sobre los flujos de financiación en las [previsiones de gasto del Programa de Defensa para los Años Futuros], ya que llegamos tarde a la necesidad con esto. Hay que incluirlo en el presupuesto".
La introducción del plan presupuestario para el año fiscal 2024 el próximo año será significativa, según el vicepresidente para programas avanzados de motores de combate durante una entrevista el 21 de junio en la oficina de GE Aviation en Washington, D.C.
Según Dave Tweedie, de Defense News, "será un documento muy crucial para determinar hacia dónde quieren ir con esto el Ejército del Aire y la [Oficina del Secretario de Defensa]".
Ambas empresas alardean de las mejoras previstas que aportaría el sistema de propulsión elegido.
Según Pratt & Whitney, su estrategia para el Programa de Motores Mejorados, que modernizaría el F135, puede permitir la capacidad completa del Bloque 4, producir un aumento superior al 10% en empuje y autonomía, y ofrecer una ganancia de más del 50% en capacidad térmica.
Según Tweedie, el motor XA100 de GE puede proporcionar un 25% más de ahorro de combustible que el motor F135 actualmente en uso, ampliando la autonomía de un F-35 en un 30%. También afirmó que podría proporcionar entre un 10 y un 20% más de empuje, lo que supondría una aceleración entre un 25 y un 40% mayor y una gestión térmica dos veces superior.
¿Quiere algo que tenga el potencial de transformarse sin dejar de ser relevante desde el punto de vista operativo durante las próximas décadas? añadió Tweedie. ¿No una mera estrategia incrementalista que pueda abordar los problemas en los cinco años siguientes?
Según Tweedie, el motor XA100 puede alcanzar estas características gracias a tres componentes. Uno de ellos es un ciclo adaptativo que le permite "plegarse con fluidez" a la disposición que ofrezca más fuerza y eficacia en una circunstancia concreta.
Además, cuenta con una tercera corriente de aire que refrigera el motor y el chorro, una característica que nunca antes se había encontrado en motores de aviación.
El motor adaptativo de GE, que sustituye la superaleación convencional a base de níquel por compuestos de matriz cerámica para las turbinas y otros componentes que pueden soportar los cientos de grados a los que funcionan estos motores, utiliza nuevos materiales y técnicas de producción sofisticados.
Tweedie afirmó que estos materiales compuestos podrían soportar cientos de grados más y, al mismo tiempo, pesar sólo un tercio de las aleaciones convencionales.
Tweedie explicó que aumentar el rendimiento de un motor consiste en hacerlo funcionar a más temperatura. Pero al mismo tiempo, "[los materiales compuestos] ofrecen una mayor durabilidad en comparación con las aleaciones basadas en níquel" debido a las temperaturas más altas y a la mejora del rendimiento.
Tweedie añadió que el motor utiliza la fabricación aditiva, o impresión 3D, con mayor frecuencia, lo que permite a sus ingenieros crear componentes que no era posible desarrollar con los métodos de fabricación convencionales.
Pratt & Whitney reconoce los beneficios potenciales de innovaciones como los compuestos de matriz cerámica, pero la empresa no cree que sea sensato utilizar un material diferente en el F-35.
Según Latka, cuando se está sobre el terreno, se aprende sobre cualquier nueva tecnología, no sólo sobre motores. "Aprender algo sobre motores es difícil porque estás levantando esa cosa en el aire. Los requisitos de seguridad son diferentes cuando se utiliza un caza monomotor. Porque perder el avión y poner en peligro al piloto son posibles consecuencias de que falle ese motor.
Preocupaciones sobre costes y variantes
Si hay dos configuraciones de motor disponibles, Latka afirmó que debería haber dos infraestructuras de sostenimiento para apoyarlas. "Eso no significa sólo edificios, sino también varios depósitos y maquinaria de apoyo. Dado que se gestionan varias configuraciones, implica dos organizaciones de ingeniería de sostenimiento separadas. Implica que el utillaje necesario, el equipo de apoyo, la formación y el mantenimiento deben reproducirse en cierto modo.
Según Tweedie, el motor adaptable de GE podría reducir los costes de sostenimiento del F-35. "Cuando se empieza a reducir el uso de combustible en un 25% y se mejora la durabilidad, eso puede traducirse en reducciones de los costes del ciclo de vida a largo plazo".
Sin embargo, un problema podría aumentar el precio de un motor adaptativo: las opciones actuales no encajan en ninguna de las tres variantes del F-35.
Los motores adaptables de GE y Pratt & Whitney encajarán en el F-35A que utiliza el Ejército del Aire. Según GE, también funcionarán en el modelo de portaaviones F-35C de la Armada y los Marines. Sin embargo, el avión de despegue corto y aterrizaje vertical F-35B de los Marines no funcionaría ahora con los motores.
Según Pratt & Whitney, el F135 actualizado podrá instalarse en los tres tipos de F-35 como parte del Programa de Motores Mejorados, o EEP, con pocas pruebas y modificaciones del fuselaje. El pasado mes de noviembre, Greg Hayes, director general de la empresa matriz de Pratt & Whitney, Raytheon Technologies, expresó su preocupación por la capacidad del Ejército del Aire para financiar la creación de un motor adaptable dadas las limitaciones de las variantes.
Fick también ha dudado de que un motor adaptable pudiera instalarse en otros F-35 que no fueran el modelo "A", lo que significaría que el Ejército del Aire sería responsable de pagar el precio total. Según un artículo publicado en septiembre en Air Force Magazine, un motor AETP "necesitaría grandes cambios" para adaptarse a un F-35C y es "absolutamente imposible" para el F-35B.
Tweedie afirmó que es un problema que puede resolverse y que GE trabaja actualmente en el desarrollo de una versión del motor adaptable que encajaría en un F-35B. Afirmó que actualmente se está llevando a cabo un estudio de ingeniería sobre un motor adaptable para el F-35B con el Cuerpo de Marines, que espera proporcionar datos sobre el rendimiento potencial para este otoño.
La pregunta es: "¿Hasta qué punto podemos hacerlo bien? ", no "¿Podemos?". añadió Tweedie.
El F135 puede manejar los requisitos de potencia de las mejoras del F-35 Block 4, según Pratt & Whitney, pero las mejoras superarán significativamente las capacidades de refrigeración del F135. Según Latka, el sistema de gestión térmica de la potencia del F135 funciona actualmente al doble del ritmo para el que fue concebido.
Además, un motor se calienta más cuando tiene más trabajo que realizar, lo que requiere más mantenimiento y eleva los gastos del ciclo de vida. Latka observó: "Ese motor está haciendo todo lo que un piloto necesitaría que hiciera". Es un problema financiero, no técnico.
Según Latka, el F135 necesita trabajos de modernización como parte de la EEP porque prácticamente no ha sido modificado desde el inicio del programa F-35.
"Se necesita un sistema de gestión térmica de la potencia para permitir el Bloque 4 para la amenaza futura", declaró Latka. Sin embargo, instalar un nuevo motor para satisfacer ese requisito [de refrigeración] nunca es una buena idea. Hay muchas formas más sencillas, menos costosas y perturbadoras de cumplir ese requisito".
Aunque la tercera corriente de aire en el motor adaptativo es una tecnología notable, añadió que podrían emplearse otras tecnologías para aumentar la eficiencia del F-35. Afirmó que, aunque no produce tanta eficiencia de combustible como el motor adaptativo, el núcleo EEP mejorado del F135 sigue mejorando.
Ya estamos haciendo progresos significativos en la comercialización de esta tecnología, dijo Latka.
Está previsto que Pratt & Whitney finalice las pruebas del motor adaptativo XA101 en 2023 y, hasta ahora, los ensayos han demostrado que la tecnología cumple los objetivos de rendimiento.
Según Tweedie, uno de los dos prototipos a escala real del motor XA100 que GE construyó y probó se encenderá por primera vez a finales de diciembre de 2020 en sus instalaciones de Evendale, Ohio, cerca de Cincinnati. A lo largo de los tres primeros meses de 2021, prosiguieron las pruebas de ese motor, algunas de las cuales se realizaron a gran altura sobre el nivel del mar.
En agosto de 2021, GE comenzó a probar el segundo prototipo en la planta de Evendale, y las pruebas continuaron allí hasta noviembre. Tweedie afirmó que se concentraron principalmente en las pruebas estructurales y mecánicas y se empezó a estudiar el rendimiento del motor.
En el Complejo de Desarrollo de Ingeniería de Arnold, en la Base Aérea de Arnold (Tennessee), donde se realizan ahora las pruebas, se miden los datos con mayor precisión y se imitan más de cerca las condiciones de vuelo que en las instalaciones de GE. Equipos de GE, del Centro de Gestión del Ciclo de Vida de las Fuerzas Aéreas y de la Base de las Fuerzas Aéreas de Arnold están participando en esas pruebas, que se iniciaron el 25 de marzo y deberían concluir a finales de verano.
Según Tweedie, el motor está siendo sometido a varias condiciones que podría ver en vuelo, como diversas altitudes y ajustes de potencia, para ver cómo reaccionaría. Las pruebas, según él, ya han demostrado que el XA100 puede ofrecer más eficiencia de combustible, par motor y otras cualidades de rendimiento para las que fue diseñado.
Añadió que si el artículo entra en el desarrollo de ingeniería y fabricación, phdetailedlas investigaciones más detalladas realizadas en Arnold AFB producirán los datos afinados necesarios para el trabajo de diseño.
La pregunta esencial es: "¿Funciona esta tecnología? ¿Hasta qué punto está madura? Esa pregunta ya ha sido abordada en cierta medida", añadió Tweedie. "Por esta razón, creo que se empieza a ver una conversación mucho más seria sobre los próximos pasos para hacer avanzar esta tecnología, tanto en público como en privado".
Tweedie citó la propuesta de financiación del Ejército del Aire para el programa de 286 millones de dólares en el año fiscal 2023, diciendo que GE anticipa que el Ejército del Aire seguirá adelante con el ATP.
Además, el Congreso ha respaldado financieramente el esfuerzo. La solicitud inicial de financiación del AETP por parte del servicio, de unos 124 millones de dólares, se incrementó drásticamente en 460 millones de dólares en el proyecto de ley de gastos para el año fiscal 22, con lo que el gasto total aprobado asciende a unos 584 millones de dólares.
Sin embargo, Grazier cree que las dificultades y el prolongado debate en torno al motor del F-35 demuestran el "resultado directo de aquellos juicios" que se tomaron cuando se concibió el concepto del Joint Strike Fighter hace más de veinte años.
Afirmó que uno de los argumentos más fuertes en contra de un programa de colaboración como el del F-35 es la cuestión de las versiones del F-35 y la posibilidad de que un motor adaptable no funcione para las tres. Según él, las misiones y los requisitos de los aviones de los distintos servicios varían, y desarrollar un fuselaje universal que funcionara para todos ellos ha aumentado considerablemente la complejidad y el precio del programa.
Según Grazier, antes de empezar a comprar innumerables F-35, habría sido ideal que estas ideas se hubieran probado a fondo. En esencia, estamos recogiendo los frutos de nuestras inversiones de los años 90.