Saturday, March 6, 2010

Resumen del Proyecto.

Gene Turner (RIP), piloto e ingeniero aeronáutico estadounidense,  fallecido en 2017, dedicó un capítulo de su libro - memorias "Fabulous Affairs With Aircraft and Federal Aviation Airheads" al proyecto Helicóptero de Industrias Cardoen. 
En este texto se explica muy bien la intención del proyecto enmarcado en las reglas para obtener un STC (Supplemental Type Certificate) y que significa un STC. Opiniones respecto al mismo provenientes de un tercera parte que no tenía interés más que el profesional ejerciendo su labor como delegado de la FAA en el desarrollo y certificación del helicóptero. 
Es de destacar sus elogios para el personal de Industrias Cardoen, el trabajo realizado y las herramientas y procesos desarrollados para ejecutarlo onsiderando que hablamos de fines de la década de 1980. Su escrito toma aún más crédito viniendo de un Ingeniero con su experiencia y con bastante más peso que las evaluaciones en torno al proyecto realizadas livianamenete por "expertos nacionales" en comentarios de You Tube u otros sitios en la web.  
El siguiente link corresponde al sitio administrado por Gene Turner en el que expone su carrera y aviones diseñados y fabricados. 

*Reproducción autorizada por el autor. 

Chapter  50

Cardoen 206 L-3, The Chile Copter

The FAA takes much flak from the aviation community on just about every aspect of aviation.  However, one area the aviation community should be thankful for, is the capability for obtaining a Supplemental Type Certificate (STC).  The STC provides a window into the FAA Type Certificated (TC) aircraft, engines, or propellers.  This window allows an individual or group of individuals to make alterations to the TCed product to customize interiors, add improved avionics, install different engines, improve flight performance, etc.  If the FAA had not provided a means to make alterations to existing aircraft, engines, and propellers, many great improvements would never be realized.  The original manufacturers do not want to get into the modification business.

A gentleman from South America, Mr. Carlos Cardoen, was the owner of an aviation business located in Miami, Florida. However, as a result of his American-company ownership, he could apply for an STC through his American company.  (The FAA cannot grant STC's to foreign nationals.)  The alteration was to convert the Bell Helicopter Model 206 L-3 into a specialized single-place agricultural type helicopter.  The aircraft would be tailored for crop dusting, crop spraying, fire fighting, lifting objects, and medical evacuation.  The passenger compartment would be replaced with tanks or other special equipment.  The pilot compartment would be replaced with one providing greater visibility for the single pilot.  No changes would be made to the airframe, dynamic components, propulsion system, or performance of the helicopter.

Mr. Cardoen applied for the STC through his American company; however, the development and modification works were to be done in Cardoen’s facilities in Santiago, Chile. 

The FAA does not provide a budget for conducting type certification projects outside of the United States.  The Cardoen Company offered to pay the FAA for their services.  This could not be accomplished, as there were no provisions in the U.S. Government to accept money from a foreign national for payment to the FAA.  The FAA resolved the problem by allowing Mr. Cardoen to hire FAA appointed Designated Engineering Representatives (DER's) and Designated Airworthiness Representatives (DAR's) to conduct the certification program from the engineering and manufacturing aspects.  Cardoen engaged Global Helicopters International (GHI), Hurst, Texas, to obtain the STC.  GHI in turn hired me to do the engineering certification because I held structures, systems and equipment, and administrative DER authorities.  For the manufacturing inspection portion of the program, my DAR partner was Claude Bandy, a highly qualified ex-FAA Manufacturing Inspector.  The FAA authorized me to approve all engineering aspects of the aircraft, including propulsion.

Claude and I made six trips to Santiago.  I would review and approve the engineering work and Claude would inspect the piece parts and assemblies to assure they conformed to the approved engineering data.  The personnel Cardoen had selected for the helicopter project were well trained and highly skilled.  This prevailed from the chief engineer to stock clerks.  The Chief Engineer, Rene Gonzalez, had three Doctorate Degrees  (corrección: es sólo un grado doctoral) and two Masters Degrees from the University of Southern California. Augmenting his engineering capabilities, he was a well-qualified pilot having served several years as an airline pilot.

The shop personnel fabricating the parts were more artistic than ordinary sheet metal mechanics.  The work they produced was simply beautiful, especially when considering they did all of their work by hand.  They had no hydraulic presses or modern tools like we see in every factory in the U.S.  I watched the creation of a major helicopter modification that was truly handmade.  The jigs and tooling they used in the assembly of the helicopter were equal to or better than I have seen in the U.S.  Again, everything was handmade.

Another interesting note about the Cardoen employees, everyone could speak English, or was learning English. (And I wasn't allowed to speak any Tex-Mex. to them.)  The last day of the first trip, everyone was supposed to say something to us in English. At the end of this session everyone had taken his or her turn, except the young word process operator.  The guys were kidding the young lady in Spanish and telling her she had to say something in English before she could go home.  Finally she came up to me, put her arms around me and buried her face next to my neck, then she whispered, “ I am glad you visit my country.  I am glad you are here.”

She left without looking back.  The guys begged me to tell them what she had said, but I wouldn't.  That is one whispered message I will always cherish.

Finally the engineering and conformity inspections were completed in Chile and the helicopter was shipped to Global. This phase was for company flight testing, then for FAA certification flight-tests.  The only major change to the helicopter that resulted from flight-testing was to increase the windshield thickness.  The windshield deflected inward a small amount; and in rain, water would “puddle” in the center of it.  To prevent this condition, the windshield thickness was increased to 7/16 inch from 3/8 inch. 

Both the GHI and the FAA successfully completed the flight test program.  Everything was set for the FAA’s issuance of the STC. However, the FAA was not allowed to issue the STC because Iraq began its invasion of Kuwait.  The President of the United States issued an Executive Order barring any U.S. Company from doing business with Iraq.  Now the story of the Cardoen helicopter project got caught up in internal intrigue and politics. 

It all started when the United States stopped selling arms to Chile due to their position on human rights.  Chile was fearful that either Peru or Argentina was going to invade them.  Since Chile could not buy armament from the U.S., the Chilean Government turned to Carlos Cardoen and asked him if he could produce mines and cluster bombs, among other explosive items.  Cardoen had graduated with a Ph.D. in chemistry, I believe, and was manufacturing industry explosives for use in mining.  Cardoen began building explosives for the Chilean Government, and as a result, he ended up as the third richest man in Chile. Apparently, during the Kuwait war, the U.S. Government believed Cardoen was selling explosives to Iraq and seized his Miami operations and impounded the helicopter project.  The last I heard, the helicopter was sealed in a hangar on Red Bird Airport, Dallas, Texas. It still may be there; I do not know.  The whole Cardoen subject ended abruptly and the media has mentioned nothing more.
Before the helicopter was impounded, there was a great deal of television coverage given to the “Chile Copter,” as it was referred to in Fort Worth and Dallas.  One Fort Worth television station reporter was shown standing by the nose of the helicopter patting the windshield saying,  “This is a bullet proof windshield.”  He then patted the side of the cockpit saying, “This is armor plated steel.”

Having been the FAA designated engineering representative who approved the design drawings for making and installing the windshield and cockpit fuselage structure, I knew that the windshield was not bullet proof and that the so called armor plate was nothing more than 0.040 inch thick 2024 T-3 aluminum alloy sheet.  The reporter’s cocky attitude and the smirk on his face angered me.  I was so disgusted with his erroneous report that I sat down and wrote a letter to the editor of the Fort Worth paper.  My letter invited the reporter, if he really believed his own report on the Chile Copter was true, to sit in the cockpit and let me fire a .38 caliber handgun at him.  Well, I was talked out of sending the letter; besides at the same time the State Department was still running their investigation.

Regarding the government investigation, Claude Bandy had given a long deposition to the U.S. Government lawyers.  I received a phone call one day from one of the lawyers.  He questioned me at length about the helicopter and my observations in Santiago. Especially, if my observations could tie the Chile Copter to a single-pilot gun ship outfitted with all kinds of armament.  The State Department had heard the helicopter had structural provisions for the installation of a mini-gun and grenade launcher plus other weapon systems.   I told the government lawyer that all I saw in Chile were paintings of the modified helicopter as a crop duster, a sprayer, fire fighter with external water bucket, a flying ambulance, etc. 

I also told the caller that when I worked for the FAA in Fort Worth, I had been assigned as FAA Project Engineer on the U.S. Army Light Observation Helicopter, the OH-4A program.  The Bell Company designation for the OH-4A was the Bell Model 206.  Since the basic helicopter was a Bell Model 206 and that the helicopter was designed to military specifications, all Model 206 helicopters had built-in hard points for mounting weapons.  After all, if Bell was going to manufacture a civilian version of the OH-4A, why design and build two separate fuselages?  As a result of this factor, yes, the Cardoen Model 206 Helicopter had built-in provisions for mounting armament. The FAA approved these provisions in the original type of approval granted to Bell Helicopter. 

With this information, the lawyers must have decided a deposition from me would cause the government to lose their case, or at least weaken their case against Cardoen.  I never heard from them again.

Also, at the same time, Global Helicopter International had a helicopter sitting on their Heliport in Hurst, Texas that was a highly modified Bell Model 206 Helicopter “armed to the teeth.”  And the modifications were STCed approved by the FAA.  (I never knew who the helicopter was developed for, but I heard that some famous Hollywood movie star financed it.)  All this says is; anyone can arm any helicopter after they buy it, if they want too.  The Chile Copter could have been armed after Cardoen had received the STC, but the helicopter submitted to FAA was strictly for a single-place utility machine.  

Incidentally, Cardoen was planning to buy new 206 L-3's from Bell Helicopter to make his conversions.   If the FAA had issued the STC to Cardoen, Bell would have made millions of dollars.

Idea Matriz: Modificación Estructural de un Helo Civil Como Helo de Ataque.
En 1984 Carlos Cardoen, osado ingeniero y empresario,  encarga con un plazo de tres meses  un informe de ingeniería al Ingeniero Aeronáutico René M González, en el que se estudiaría la factibilidad de modificar para uso militar un helicóptero de uso civil. En esa oportunidad se trataba del aparato alemán MBB BO-105.
Helicóptero MBB BO-105

Estudios preliminares y evaluación aerodinámica.
Al no contar con un túnel de viento adecuado para realizar los estudios preliminares, el Ingeniero González y su equipo construyeron modelos a escala  y  efectuaron simulaciones que permitían un estudio y comparación cualitativa de la aeronave original  con las dos posibles opciones de modificación del BO-105 (monoplaza y biplaza).

Montando los tres modelos en un soporte adecuado  y avanzando a velocidad apropiada en una camioneta era posible a través de un dispositivo en cada modelo, determinar cual oponía más resistencia al flujo (arrastre aerodinámico). 

Estos resultados fueron incluidos en el informe de factibilidad entregado a C. Cardoen.

Modelo de una posibilidad de re-diseño del BO-105 con cabina en tándem. 2 tripulantes. 

Portada de una versión corregida del Informe de Factibilidad encargado por Industrias Cardoen.

Construcción del primer Mock-Up, 1985-1986.

La construcción y uso de Mock-Ups en  diseño de aeronaves es de gran utilidad para tener una aproximación a escala real y tridimensional de lo que está en la mesa de dibujo.

Es posible recorrer la aeronave, que los pilotos de prueba anticipen el "feeling" que está tendrá, recrear la relación hombre - máquina, aproximarse al detalle estructural a una  escala real, etc. Además pueden explotarse con fines comerciales en exposiciones y ferias.

La mayoría de los proyectos de diseño aeronáutico, consideran la construcción de uno o varios  Mock-Up.

Mock-Up terminado en el hangar de Cerrillos donde funcionaba "Aeromet". 

FIDA 1986, Marzo; Base Aérea El Bosque; Santiago Chile.

Durante FIDA '86 el stand de Industrias Cardoen, como era costumbre en esa época, estaba dentro de los más atractivos de la feria. El mock-up del helicóptero de ataque basado en el BO-105 se presentó en esta oportunidad, siendo uno de los referentes de la exposición. Posterior a FIDA '86 distintas publicaciones, como las que se muestran más abajo, se refirieron al proyecto como una excelente opción para países en vías de desarrollo.

La modificación dejaba a la aeronave con un perfil notablemente distinto, convirtiéndolo en monoplaza y sumándole un ala porta armamento que en determinadas actitudes de vuelo mejoraba el performance aerodinámico. La protección al piloto aumentaba notoriamente como también disminuía la vulnerabilidad al ataque desde tierra. La parte posterior del fuselaje también fue intervenida.
Se incluía además una torreta Lucas.

Este helicóptero de haberse desarrollado, hubiera sido esta una excelente opción para el ejército Chileno u otros de Latino América y el tercer mundo.

Sin embargo y debido, en gran parte,  a la situación política de Chile entonces, representantes en FIDA '86 de la empresa alemana MBB que fabricaba el BO-105 se opusieron rotundamente  a autorizar  la modificación tras verla exhibida. Por lo que lamentablemente esta primera intención  no prosperó más allá de la etapa de Mock-Up.

Publicaciones tras FIDA '86.
Las imágenes pueden ampliarse para su lectura.

Nueva Alternativa: 
Cardoen - Bell 206 L-III.

Tras la negativa de  MBB se descarta el BO-105 como plataforma y  se opta por una nueva aeronave a re-diseñar:  el Conocido Bell Long Ranger 206 L-III.

Manteniéndose en un comienzo la intención de construir un helicóptero de ataque (antitanque) se inicia en 1987  un trabajo en conjunto con Bell Helicopter Textron, sosteniendo reuniones en USA y Canadá y llegando a la redacción de un informe de diseño preliminar en el que se presentaban monografías de  la propuesta.

Como en el caso del BO-105, se consideró una  modificación estructural que convertía al helicóptero en monoplaza.

Layout de la propuesta de Bell Helicopter Textron presentada en el informe mencionado.
Al ampliar la imagen puede leerse en la descripción "CARDOEN FRONT VIEW".
Nótese el poder de fuego considerado en la  propuesta proveniente de la empresa norteamericana.

Vista lateral de la propuesta de Bell Helicopter Textron.

Sin embargo, sorpresivamente la Bell se bajaría del proyecto argumentando que consideraban poco probable que el gobierno de USA otorgara los permisos necesarios para la producción de la aeronave.
En este escenario, el equipo de Industrias Cardoen (INCAR), liderado por el Ingeniero González se encontraba con todo el proyecto en sus manos. Desarrollo y construcción del prototipo quedaban en manos de Industrias Cardoen.

Se siguió adelante manteniendo al Bell 206 como helo a ser modificado.
Una de las primeras configuraciones consideradas por el equipo de INCAR fué un helicóptero de ataque con cabina en tándem (veáse fotografías de un modelo a escala más abajo), sin embargo tal configuración fué descartada por razones de estabilidad y control, pues la ubicación del centro de gravedad sería  muy diferente a la del modelo original.

Modificación del Bell 206 con cabina en tándem y ala porta armamento. Se descartaría por razones de estabilidad y control.
Ing. René M. González al centro y parte del equipo del "Proyecto Helicóptero" de Industrias Cardoen en las instalaciones de "Planta Macul". 

Posteriormente, se comienza a diseñar un cockpit monoplaza de estructura semi-monocoque y paneles de vidrio plano. En palabras simples la cabina "burbuja" original del Bell 206 sería reemplazada por una tipo "jaula" que otorgaría mayor resistencia estructural y en consecuencia mayor protección al piloto. Igualmente permitiría tener un campo de visión simétrico.

Bell 206 Long-Ranger. Configuración original.
Diagrama de tres vistas de la modificación definitiva diseñada por el Ing, R.M. González.
Denominada Cardoen-Bell 206 L-III. La filosofía estructural del diseño es notoriamente dsitinta.
Nótese que el techo de la cabina se sube, véase el detalle estructural en las siguientes fotografías.

Construcción del Mock - Up estructural para pruebas estáticas de deformación.

Habiendo decidido la configuración que mejor se ajustaba alas intenciones del proyecto, se comienza a construir un espécimen estructural o "mock-up" estructural. Ésta es una réplica de la estructura destinada a utilizarse en pruebas estáticas  que corroboren el adecuado comportamiento de la estructura dentro de la envolvente de la aeronave. cargas laterales, frontales, etc. son simuladas por medio de lingotes de plomo y cualquier deformación es monitoreada y registrada por medio de dispositivos electrónicos llamados "strain-gages". En estas pruebas realizadas en la Planta Macul de INCAR se contó con la colaboración del IDIEM de la Universidad de Chile.

Helicoptero Bell 206 dado baja. Se importó por Industrias Cardoen desde EE.UU. para ser usado en la cosntrucción del Mock-up estructural del prototipo en el cual se efectuarían las pruebas de resistencia estática. 

Bell 206 con estructura de cabina removida. A un costado izquierdo en la imagen se puede ver el pirmer "bosquejo" estructural de la modificación. 

En un inicio la modificación obligaba a realizar verdades "contorsiones" para abordar la aeronave. Esto se solucionaría levantando el techo de la cabina original por medio de una "extensión en vertical" de la viga maestra. Esta modifiación respondería exitosamente en las pruebas estructurales, reforzando toda la estructura y sirviendo como torre de capotaje.

Prueba con la aeronave invertida. Pueden verse los lingotes utilizados y la red de "strain-gages" adozados  a la estructura.

Simulación de carga frontal. Por medio de un pistón actuante se aplican cargas frontales a la estructura. Llegó ésta  a resistir hasta 16.000 libras de carga frontal. En segundo plano, a un costado, se ve el túnel de viento diseñado y construido íntegramente en INCAR  para el proyecto. (Ver detalle en posts de más adelante).
Pruebas Con Misil Chino Norinco "Red Arrow" 

En Septiembre de 1988 el RM González sostiene en Beijing reuniones con ingenieros de la empresa NORINCO (China North Industries Corp.)  fabricante del mísil Flecha Roja respondiendo a su ofrecimiento de  incorporarlo al helicóptero en su versión de helicoptero de ataque.
A su arribo a China González estaba consciente de la inviabilidad estructural que presentaba el prototipo para ser equipado con  armamento de tales características y  la versión de ataque sería  descartada en favor de una nave multipropósito.

Sin embargo  NORINCO ya había embarcado el misil rumbo a Chile para realizar pruebas en el especimen estructural. Estos ensayos   solo confirmaron que la nave no podría ser un helo de ataque con armamento pesado.

El misil flecha roja con solo un tercio de su carga deformó considerablemente el fuselaje posterior del espécimen estructural como se puede apreciar en estas fotografías.
La opción de tal armamento hubiera  sido compatible con las características estructurales del diseño basado en el BO-105.

Mock Up de la frustrada versión AH (Attack Helicopter) 
del CB-206 L-III

La maqueta de las fotografías pretendía exhibir la posiblidades de armamento de la versión AH. Sin embargo como se vió en las fotografías anteriores, esta versión era completamente inviable debido a las características estructurales originales del Bell 206, su peso disponible y la imposibilidad de reforzar la estructura (fuselaje trasero) sin desplazar más allá de los límites aceptables el centro de gravedad de la aeronave. 

Construcción del Prototipo 

En 1988 Industrias Cardoen adquiere un Bell 206 L-III de matrícula noreteamericana N38958 en excelentes condiciones. A partir de este aparato se construiría el prototipo que postularía en 1990 a la STC de parte de la FAA en Fort Worth, texas. 

Diseño y Construcción de Túnel de Viento 
Pruebas en túnel de viento se hacían necesarias pues resultaba crpitico verificar que tras la modificación de la cabina y el perfil del vehículo la presión de admisión a la turbina no se viera modificado arriesgando un "stall" del compresor de la misma.

El túnel de viento utilizado fue diseñado por el Ing. René González, siendo el primero y único de tales características en ser diseñado y construido íntegramente en Chile. Contaba con un motor eléctrico de apenas 20HP y n rotor de 8 aspas construidas a mnao en madera de raulí. Precisamente el especial diseño de cada aspa y la impecable fabricación de las mismas permitieron alcanzar flujos de hasta 120mphen la sección de prueba. 

En este modelo se consideraba la presencia de la mira periscópica del sitema Flecha ROja" Norinco ubicada a un costado de la toma de aire d ela turbina. 

Primer vuelo del prototipo en Chile. 

En el Hangar "Corfo" de Cerrillos, donde se había terminado de construir el prototipo del CB-206 L-III se efectuó el 08 de diciembre de 1989 el primer vuelo. Gracias a un vacío legal existente en la regulación aeronáutica nacional de entonces, ya que el prototipo tenía matrícula norteamericana, Carlos Cardoen pudo efectuar este primer vuelo y los posteriores realizados en Chile. En otras ciscunstancias se hubiese exigido que el vuelo fuera realizado por un piloto de pruebas cerificado como tal. 

Presentación del Prototipo a la Prensa Nacional. 

Tras el vuelo del 8 de diciembre, a mediados del mismo mes se invitó a los medios de prensa nacionales para presentar el prototipo. El vuelo fue reaizado una vez más por Carlos Cardoen. 

Certificación FAA e Incautación en USA. 

Tras los primeros vuelos de prueba en Chile y la presentación a la prensa, el prototipo fue enviado a Fort Worth, Texas, USA para postular al otorgamiento de un STC (Supplement Type Certificate) que permitiria la producción y venta del helicóptero modificado con el prestigio de haber sido certificado por la FAA.
Para esto se contó con la colaboración de Global Helicopter Technology Inc. compañía norteamericana formada por ingenieros retirados de la Bell, con gran experiencia en tales procesos

Un STC, en palabras simples, es el reconocimiento y certificación de calidad de cualquier modificación realizada a una aeronave ya existente. Lo otorga  la más prestigiosa agencia aeronáutica del mundo: la Federal Aviation Administration, FAA.
Durante todo el desarrollo del prototipo se trabajó en conjunto con dos delegados técnicos de la FAA, quienes siguieron todo el proyecto y periódicamente iban aprobando las distintas etapas de éste en Santiago, Chile.(Ver artículo de El Mercurio publicado más abajo).
Cuando el proceso de certificación iba bastante avanzado y las distintas pruebas de la FAA habían sido superadas, exigiendo mínimas modificaciones, sorpresivamente la extensión del STC fué suspendida y el 27 de marzo de 1991 el prototipo es requisado por las autoridades de aduanas norteamericanas argumentando que éste poseía características de helicóptero de ataque y que INCAR tenía intenciones de exportarlo como tal a Irak. Bajo esta calumnia e prototipo fue incautado y jamás devuelto a su legítimo dueño: INCAR.
Esto significaría la suspensión total del proyecto y la frustración de la posibilidad de construir estos helicópteros en Chile.


Patricio Lynch Solo de Saldivar said...

Excelente trabajo, felicitaciones a todos los involucrados, interesante conocer los detalles de ese proceso, genial por lo demas.-
Ojala gente con esta capacidad siga trabajando al lado de las FFAA Chilenas, ahora mas que nunca se requieren personas creativas y visionarias.-

Cordiales saludos,


Se agradece vuestro comentario Sr. Lynch.
Cordiales saludos.
F.R. González

ModoCharlie said...

Hola, ¿qué fue del espécimen estructural? Saludos y excelente blog.

Anonymous said...

Ojala este proyecto sirva como fuente se inspiracion para otros emprendedores como Carlos Cardoen y su ejemplo sea imitado..

Miguel Parrado Herrera said...

Formidable el trabajo realizado por Cardoen y su equipo de Ingenieria.

Jaime Hernan Barria Vargas said...

No han pensado. Bajo los cambios politicos actuales y las relaciones con eeuu hacer solicitud de que sea devuelto el prototipo a chile

Anonymous said...

Muy interesante y entretenida historia de una parte de nuestra historia aeronáutica. Muy buenos registros fotográficos. Pasando al fondo, realmente me dio rabia e impotencia cómo terminó ese gran proyecto en manos norteamericanas; hubiera sido relevante para la industria militar del país. Saludos.

Unknown said...

Un robo con todas sus letras....una lástima que todo ese ingenio, esfuerzo y trabajo terminara en manos de USA.
Felicitaciones para los verdaderos creadores