Prototipos: Republic XF-103 Thunderwarrior

Prototipo Republic XF-103 Thunderwarrior 

Desarrollo

En 1949, la USAF emitió una solicitud de un interceptor supersónico avanzada para equipar el Comando de Defensa Aérea. Conocido formalmente como Sistemas de Armas WS-201A, pero mejor conocido informalmente como el Interceptor 1954, se llamó a un avión supersónico con capacidad de todas las condiciones meteorológicas, el radar de intercepción de misiles y armamento aire-aire. Republic fue una de las seis empresas que presenten propuestas. El 2 de julio de 1951, se seleccionaron tres de los diseños para un mayor desarrollo, mayor escala XF-92 de Convair que se desarrolló en el F-102, un diseño de Lockheed que llevó a la F-104, y de República AP-57. AP-57 era un concepto avanzado que se construirá casi enteramente de titanio y capaz de Mach 3 a una altura de al menos 60.000 pies (18 km).
A escala completa maqueta de la AP-57 fue construido e inspeccionado de marzo de 1953. Un contrato de tres prototipos seguido en junio de 1954. [2] El trabajo en los prototipos se retrasó por problemas continuos con la construcción de titanio, y más por continuando problemas con la propuesta del motor Wright J67. El contrato fue más tarde reducido a un solo prototipo. [2] En el final, el J67 nunca entró en producción y la aeronave había sido elegido para se vieron obligados a recurrir a otros diseños de motores, o fueron cancelados por completo. República sugirió reemplazar la J67 con el Wright J65, un motor mucho menos potente. El proyecto fue finalmente cancelado el 21 de agosto 1957 con prototipos de vuelo no siempre están terminados. [2]
El diseño se le dio un breve respiro, como parte de la larga distancia Interceptor - Experimental (LRI-X) proyecto que en última instancia condujo a la norteamericana XF-108 Rapier. Parte de este proyecto fue el desarrollo de la avanzada Hughes AN / ASG-18 radar de impulsos Doppler y el GAR-9 misil. República propuso adaptar el F-103 como banco de pruebas para estos sistemas, a pesar de que no sería capaz de acercarse al cumplimiento de los requisitos de rango de LRI-X. Algunos trabajos se llevó a cabo la adaptación de la maqueta a la casa de la antena de 40 pulgadas, lo que requiere la sección de la nariz que reducirse considerablemente. Nada vino de la propuesta, [3] y las pruebas de la ASG-18 / GAR-9 se llevó a cabo en un modificado Convair B-58 Hustler lugar. [4]

Diseño

Propulsión

Mach 3 rendimiento en la década de 1950 era muy difícil de lograr. Los motores a reacción trabajan comprimiendo el aire entrante luego mezclarlo con combustible y encendiendo la mezcla, con la expansión resultante de los gases que producen empuje. Los compresores generalmente pueden ingerir sólo aire a velocidades subsónicas. Para operar supersónica, aviones utilizar tomas de avanzada para disminuir la velocidad del aire supersónico a una figura utilizable. La energía que se pierde en este proceso calienta el aire, lo que significa que el motor tiene que funcionar a temperaturas cada vez más altas para proporcionar empuje neto. El factor limitante en este proceso es la temperatura de los materiales en los motores, en particular, los álabes de turbina justo detrás de las cámaras de combustión. El uso de materiales disponibles en el momento, velocidades mucho más allá de Mach 2,5 eran extremadamente difícil de lograr.
La solución a este problema es la eliminación de la turbina. El motor estatorreactor consiste sobre todo en un tubo grande, y es relativamente fácil de que el aire nuevo fuerce al aire adicional alrededor del motor. Los aviones estatorreactores experimentales de la época, como el Lockheed X-7, habían llegando a velocidades de hasta Mach 4. Hay numerosos problemas con el motor estatorreactor, sin embargo. La economía de combustible, o el consumo específico de combustible empuje en términos de aviones, era extremadamente pobre. Esto hacía que las operaciones generales como volar de una base aérea a otras proposiciones muy caras. Más problemático es el hecho de que ramjets se basan en la velocidad de avance para comprimir el aire entrante, y sólo comenzará a operar de manera eficiente por encima de Mach 1.


Una maqueta de la F-103 fue construido en la fábrica de Republic. En esta imagen, cápsula del piloto se muestra en su posición bajada.

Alexander Kartveli, Jefe de Diseño de Republic, se le ocurrió una solución a estos problemas. Él propuso utilizar un turborreactor Wright J67 (un derivado licencia de construcción de la Bristol Olympus), complementado por un estatorreactor RJ55-W-1 detrás de él. Lo que conectaba los dos fueron una serie de conductos móviles que pudiera aire ruta entre los motores. A bajas velocidades de la aeronave se alimenta de la J67, con el RJ55 que actúa como cámara de postcombustión tradicional, produciendo un total de alrededor de 40.000 lbf (180 kN) de empuje. A altas velocidades, comenzando por encima de Mach 2,2, el motor de chorro sería cerrada y el flujo de aire desde la ingesta sería encaminada alrededor del motor a reacción y directamente en el RJ55. Aunque el empuje neto se redujo en el cierre de la jet, que opera en el estatorreactor solo permitido el avión para llegar a velocidades mucho más altas.
Ambos motores estaban ubicados detrás de una sola gran ingesta Ferri sola cara ventral, que contó con un barrido hacia adelante labio prominente, una característica de diseño empleado en el Republic RF-84F Thunderstreak y posteriormente en el F-105 Thunderchief. El J67 fue instalado justo detrás de la toma de aire, en ángulo con su ingesta por debajo de la línea central de la aeronave. El XJ55 fue instalado en línea con el fuselaje en la parte trasera extrema, como si se tratara de los gases de escape de una instalación de motor convencional. Hubo un significativo espacio vacío por encima de la J67 para conductos.

Alas y superficies de control

Todas las superficies de control eran alas delta puros. El ala principal fue barrido a 55 grados, y podría ser girado alrededor del mástil para proporcionar incidencia variable. Para el despegue y el aterrizaje, el ala se inclina hacia arriba para aumentar el ángulo de ataque, manteniendo el fuselaje casi horizontal. La longitud del fuselaje hizo difícil para lograr el mismo fin por la inclinación de todo el avión hacia arriba, lo que habría requerido una larga extensión en el tren de aterrizaje. El sistema también permite que el fuselaje para volar plana para el flujo de aire a distintas velocidades, ajuste el ángulo de ajuste independiente de la aeronave como un todo. Esta disminución de la fricción del ajuste, y de ese modo mejorar la gama.
El ala se dividió en aproximadamente dos tercios del tramo. La porción exterior de esta línea capaz de girar independientemente del resto del ala. Estas partes móviles actuaban como grandes alerones, o como los llamaba, Republic tiperons. A fin de mantener la superficie delante y detrás del punto de giro un tanto similar, la línea de división estaba más cerca del fuselaje delante del pivote. Las grandes aletas convencionales corrieron desde el fuselaje para los tiperons. Puntos duros para tanques de gota estaban disponibles en alrededor de un tercio del camino desde la raíz del ala.
Los estabilizadores horizontales eran aparentemente insuficiente, y montado por debajo de la línea de la banda. La aleta vertical grande se complementó con una aleta ventral para la estabilidad a alta velocidad. Esta aleta doblada hacia la derecha, como se ve desde atrás, durante el despegue y el aterrizaje para evitar golpear el suelo. Dos frenos de aire de estilo pétalo se montaron directamente detrás de las superficies horizontales, la apertura de fuera y hacia arriba a aproximadamente un ángulo de 45 ° en el espacio entre las superficies horizontales y verticales. Una disposición de un paracaídas de frenado no es evidente en la maqueta o diversas obras de arte, aunque esto fue una adición común para los aviones de la época.

Fuselaje

El fuselaje era completamente lisa, con una alta proporción de finura de baja resistencia a velocidades supersónicas. El diseño fue desarrollado antes del descubrimiento de la regla de área, y no presenta ninguna de la avispa waisting común a las aeronaves desarrollado principalmente después de 1952. El fuselaje contornos eran principalmente cilíndrica, pero mezclado en la ingesta de comenzar alrededor de la raíz del ala, dándole un perfil rectangular redondeado por el centro, antes de volver a una forma de cilindro puro de nuevo en la tobera del motor.

Cockpit 

El diseño de la cabina originalmente contó con un pabellón, pero bajos requisitos de arrastre de alta velocidad sugirió que se retira. La idea de usar un arreglo periscopio para adelante visualización en aviones de alta velocidad era entonces en boga, el Avro 730 seleccionar un sistema muy similar. La Fuerza Aérea exigió que se puede utilizar en la F-103. Kartveli se oponía a esta disposición, y continuó presionando para que el uso de un dosel "real". Los documentos de diseño de todo el programa continuó para incluir esto como una característica opcional, junto con las estimaciones de rendimiento que sugerían la diferencia sería mínima. [3]
El sistema que se muestra en maquetas utilizó dos grandes ventanas ovaladas en los laterales de la cabina, y un sistema de periscopio proyectar una imagen sobre una disposición de lentes de Fresnel directamente delante del piloto. En 1955, el concepto periscopio fue probado en un F-84G especialmente modificado, el cual fue trasladado en un vuelo largo, a través del país con la visión hacia adelante del piloto bloqueado. [2] [N 1]
Una cápsula de escape supersónico único fue diseñado para el XF-103. El asiento del piloto se encuentra en un depósito de un gran escudo móvil delante que normalmente se deslizó hacia abajo en el área frente a las piernas del piloto. En el caso de despresurización, el escudo sería deslizarse hacia arriba delante del piloto, sellando el asiento en una vaina de presión. Instrumentos de vuelo básicos dentro de la cápsula permite la aeronave a ser volada vuelta a la base, y una ventana en la parte delantera del escudo permitido que el sistema periscopio para ser utilizado. En una emergencia, toda la cápsula se expulsa hacia abajo, junto con una pequeña porción del fuselaje del avión que proporciona una forma aerodinámica estable. Para entrar y salir de la aeronave, el módulo de eyección se redujo en los carriles fuera de la parte inferior de la aeronave, lo que permite que el piloto simplemente caminar en el asiento, sentarse, y elevar el módulo en la aeronave. La cápsula fue totalmente presurizado, lo que permite al piloto a seguir operando la aeronave sin un traje de presión cuando la cápsula fue encerrado. [5]

Aviónica y armamento

Toda la nariz de la aeronave fue tomada por el gran conjunto de radar Hughes, que ofrecía (entonces) los rangos de detección de largo alcance. La orientación y control de tiro debían ser proporcionados por el mismo paquete MX-1179 está siendo desarrollado para todos los diseños WS-201. Hughes había ganado este contrato con su sistema de Hughes MA-1 de control de fuego, que estaba en desarrollo. Armas se llevaron en bahías situadas en los lados del fuselaje detrás de la cabina, que se abrió por voltear hacia arriba, girando por ello los misiles de sus bahías. Era estar armado con seis misiles GAR-1 / GAR-3 Falcon (entonces conocido como MX-904), con un arreglo probable de tres o cuatro cada GAR-1s y GAR-3, despedido en pares (uno cada radar e infrarrojo guiada) para mejorar las probabilidades de un éxito. El XF-103 también fue para ofrecer 36 cohetes FFARs de 2,75 pulgadas "Super Mouse".

Especificaciones (XF-103, según el diseño) 

Características generales

Tripulación: un piloto
Longitud: 77 pies (23,5 m)
Envergadura: 34 pies 5 pulg (10.5 m)
Altura: 16 pies 7 pulg (5,1 m)
Área de ala: 401 ft² (37,2 m²)
Peso en vacío: 24.949 libras (11.317 kg)
Peso cargado: 38.505 libras (17.466 kg)
Max. peso al despegue: 42.864 libras (19.443 kg)
Planta De Energía:
1 × Wright XJ67-W-3 turborreactor, 15.000 lbf (66.7 kN)
1 × Wright XRJ55-W-1 estatorreactor, 18.800 lbf (83.6 kN)

Rendimiento

Velocidad máxima: Mach 3 (como un turborreactor) / Mach 5 (ramjet de sólo)
Techo de servicio: 80.000 pies + (24.390 m +)
Tasa de ascenso: 19 000 pies / min (5.800 m / min)
Ala de carga: 96 libras / ft² (470 kg / m²)
Empuje / peso (jet): 0.57: 1 (sólo postcombustión); 0.95: 1 (postcombustión y ramjet)
Radio de combate: 245 millas (394 kilómetros)
Gama Ferry: 1545 millas (2486 kilómetros)

Armamento

36 cohetes FFAR 2.75 pulgadas (70 mm)
y
6 GAR-1 / GAR-3 AIM-4 Falcon
o
4 GAR-1 / GAR-3 AIM-4 misiles Falcon
2 Nuclear con punta de misiles aire-aire