Combate aéreo: La influencia de John Boyd en el diseño aeronáutico (3/3)

John Boyd, el piloto de combate que cambió el arte del combate aéreo – parte 3

Alejandro Galante || Poder Aereo

Primer YF-16A, el 20 de octubre de 1976

Después del caza F-86, los diseñadores estadounidenses desarrollaron una creciente fascinación por la sofisticación de los cazas, con la incorporación de avances en la tecnología. Pero los aviones se hicieron cada vez más grandes, con precios cada vez más altos y una flota reducida.

Desde el P-51 hasta el F-15 Eagle, cada nuevo caza americano costó una media de 2,4 veces más que su predecesor, pero el F-15 en 15 años de producción no alcanzó 1/10 de la producción de 15.000 Mustang. fabricado en 1/3 del tiempo.

El F-104 debería haberse convertido en el equivalente americano del MiG-21, pero al igual que el F-100 Sabre, acabó convirtiéndose en un cazabombardero, en lugar de un caza “puro”, tarea en la que no tuvo éxito en Vietnam. . La USAF acabó teniendo que utilizar el costoso y pesado F-4 Phantom II para enfrentarse al ágil, ligero y barato MiG-21.


F-104 Starfighter

El Phantom II fue desarrollado originalmente como un interceptor para la Marina de los EE. UU., pero nunca se lo imaginó como un “perro de combate”. Su adquisición por parte de la USAF por imposición política fue considerada anatema por la Fuerza .

En Vietnam, los pilotos estadounidenses no pudieron repetir las favorables tasas de mortalidad de la Guerra de Corea. En lugar de 10:1 (más recientemente revisada a la baja), la “tasa de matanzas” cayó a 3:1 y luego se volvió favorable para los vietnamitas.

Parte del problema era el dogma de que los días de las “peleas aéreas” habían terminado y que los misiles resolverían todos los problemas.

En 1965, la USAF comenzó a formular el concepto de su Caza Experimental (FX), que dio origen al F-15, y del Caza Diurno Avanzado (ADF), que dio lugar al F-16.

El FX acabó volviéndose más pesado para afrontar la aparición del MiG-25 Foxbat , capaz de alcanzar Mach 3. Para John Boyd, que tuvo una fuerte influencia en el F-15, el caza acabó volviéndose más pesado y no resultó tan pesado. inicialmente imaginó.

Pero Boyd pudo influir más en el proyecto ADF, junto con Pierre Sprey, que trabajaba como asistente del Secretario de Defensa, como analista de sistemas. Los dos formaron la “Fighter Mafia” junto con el piloto de pruebas Charles E. Meyers.

Según Boyd, "la maniobrabilidad es un problema energético". Cuando maniobras un avión necesitas energía, ya que la energía se pierde al ganar altitud, velocidad o ambas. Normalmente se pierde energía al girar.

Lo que sucede es que la resistencia supera el empuje, y en ese punto hay una tasa de energía negativa. La tasa negativa tiene que venir de la altitud, la velocidad o una combinación de ambas. Se llega a un punto, incluso cuando se utiliza un “postquemador”, en el que la resistencia es mayor que el empuje. En esta situación de vector negativo, la resistencia se multiplica por la velocidad y tenemos cuánta energía se necesita para que el caza se eleve.

Nace el YF-16

 

La teoría EM de Boyd demostró que el FX requeriría un motor con una relación potencia-peso significativamente mejor que los diseños de la época. El motor turbofan F-100 seleccionado para el F-15 acabó creando también la posibilidad de equipar un caza ligero monomotor de altas prestaciones.

Pero el pensamiento tradicional de la USAF antes de 1970 equiparaba el peso ligero con el corto alcance. Hasta cierto punto, esto estaba justificado por la tecnología de los años 50 utilizada en el MiG-21, que tenía "patas cortas".

A finales de la década de 1960, Boyd y Sprey planearon un caza denominado F-XX, con un peso de 25.000 libras (11.340 kg), dedicado a la superioridad aérea de alta persistencia. Estudios posteriores lograron reducir este peso a 17.000 libras (7.700 kg).

El concepto de Boyd encontró mucha oposición, ya que muchos lo vieron como una amenaza al pensamiento tradicional y al diseño del F-15 Eagle.

En 1971, Boyd trabajaba para el Grupo de Estudio de Prototipos de la Fuerza Aérea. En consecuencia, pudo impulsar el concepto en un momento en que las pruebas de vuelo de prototipos competitivos estaban volviendo a estar de moda después de los controvertidos paquetes de adquisición que dieron como resultado el F-111.

El subsecretario de Defensa, David A. Packard, logró sacar adelante el proyecto LWF (Lightweight Fighter), siguiendo los parámetros definidos por el secretario de la USAF, Robert C. Seamans, quien definió que los fondos serían limitados, con objetivos de desempeño y especificaciones militares mínimas. . No había garantía de que se realizarían los pedidos .

En 1972 se adjudicaron cuatro contratos por valor de 100 millones de dólares para el Programa LWF: General Dynamics obtuvo 38 millones de dólares para desarrollar y volar dos YF-16, mientras que Northrop obtuvo 39 millones de dólares por dos prototipos del rival YF-17.

Pratt & Whitney también fue adjudicataria del desarrollo de una versión modificada del turbofan F100 y General Electric para el nuevo motor YF101.

Cuando la USAF presentó el RFP a la industria para la FLM, especificó tres objetivos: el proyecto resultante debería explotar plenamente las ventajas de las tecnologías emergentes, reducir los riesgos de incertidumbre que rodean el desarrollo y la producción a escala del nuevo caza, y proporcionar al Departamento de Defensa una variedad de opciones tecnológicas que satisfacían las necesidades de hardware de los militares.

En lugar de intentar superar los datos técnicos de los cazas rusos, la USAF decidió optimizar la LWF para altitudes operativas de 30 a 40 mil pies (9 a 12 mil metros) y velocidades de Mach 0,6 a 1,6, sin intentar igualar el rendimiento de los cazas rusos. el MiG-25 Foxbat .

El LWF no fue diseñado teniendo en mente la esquina superior derecha de la gama de rendimiento, sino para una amplia gama de condiciones de vuelo, con énfasis en la velocidad de giro, la aceleración y el alcance. Esta combinación de parámetros permitiría al caza interceptar y atacar el MiG-21, MiG-23, Su-7 y Su-24.

La FLM despega

El LWF pesaba la mitad que el F-15, tenía un costo mucho menor, era pequeño y tenía un alto rendimiento a velocidades inferiores a Mach 1,6 y altitudes inferiores a 40.000 pies.

La industria reconoció que a pesar de la hostilidad de la USAF, las variantes de la LWF tenían un gran potencial para ser exportadas por el FMS, incluido el reemplazo del F-104 en Europa. Se presentaron proyectos de Boeing, General Dynamics, LTV, Northrop y Rockwell.

Northrop ha propuesto un diseño bimotor, con la mirada puesta en un proyecto de desarrollo para reemplazar al F-5 como caza de exportación. Los diseños de Boeing y General Dynamics fueron claramente los líderes desde el principio y el diseño de Northrop fue el más débil de los seis.

Pero a mitad del proceso de competencia, algunos compradores extranjeros potenciales expresaron su preocupación por la compra de aviones monomotor debido al historial de accidentes del F-104. Luego, la USAF decidió que uno de los dos competidores finalistas debería tener dos motores. Northrop era el único competidor con un diseño bimotor y fue seleccionado por defecto.

Cuando General Dynamics seleccionó su proyecto por mérito, Boeing se enojó un poco por su derrota, debido al cambio de reglas de la USAF a mitad de la competencia, pero no protestó por la decisión.

De los dos diseños supervivientes, ahora denominados General Dynamics YF-16 y Northrop YF-17, este último era un diseño relativamente convencional, hasta cierto punto una expansión del F-5, mientras que el YF-16 era un diseño completamente nuevo, incorporando muchas tecnologías innovadoras, que iban más allá del costoso F-15. Entre ellas:

1. Vuela por cable. El YF-16 no tenía conexión directa entre el piloto y las superficies de control del avión. En cambio, la palanca y los pedales estaban conectados a computadoras cuádruples redundantes que indicaban a los elevadores, alerones y timón qué hacer. Esto dio varias ventajas sobre los sistemas antiguos. Tenía una respuesta más rápida, corrigiendo automáticamente las ráfagas y térmicas sin esfuerzo por parte del piloto. Podría programarse para compensar problemas aerodinámicos y volar como un avión ideal. Y, lo más importante, permitió una forma segura de realizar un proyecto de inestabilidad controlada.
2. Estabilidad negativa. Todos los diseños anteriores eran aerodinámicamente estables, es decir, el centro de gravedad estaba muy por delante del centro de sustentación y del centro de presión (arrastre). El YF-16 fue el primer caza aerodinámicamente inestable. Con el centro de gravedad muy atrás, la tendencia del avión es levantar el morro y bajar la parte trasera. El vuelo nivelado se crea con el elevador elevando la parte trasera, trabajando con las alas en lugar de contra ellas, lo que reduce la resistencia. La aeronave está siempre al límite de vuelo controlado, con tendencia de morro arriba, que se controla mediante fly-by-wire.
3. Cargas altas “G”. Los cazas anteriores tenían un límite de 7G, principalmente debido a limitaciones humanas, incluso con el uso de trajes G. Pero el asiento del piloto del YF-16 estaba reclinado 30 grados, mucho más que los 13 grados convencionales. Así, la capacidad de los pilotos para soportar G se incrementó a 9 G, reduciendo la distancia vertical entre el corazón y la cabeza. Además, la tradicional palanca de control central fue sustituida por una lateral, quedando el brazo del piloto apoyado para soportar un peso 9 veces mayor de lo normal.
4. Vista del piloto . Además de la vista lateral y de 360 ​​grados sin precedentes, la capota del YF-16 está diseñada sin arcos frontales en el hemisferio delantero.
5. Prevención del crecimiento : Tradicionalmente, el espacio para el crecimiento se consideraba un activo. Los cazas ganaron peso a medida que se agregaron nuevas capacidades, los costos aumentaron y el rendimiento disminuyó. El F-15 se fabricó con mucho espacio para crecer, mientras que el YF-16 se fabricó deliberadamente para no crecer.
6. Radio de combate y persistencia : General Dynamics eligió una turbina turbofan, esencialmente la misma que la del F-15. El uso de una sola turbina ayudó a reducir el peso y la resistencia. Utilizando un turbofan en lugar de un jet puro, logró una alta eficiencia de combustible. Además, los diseñadores crearon un diseño de “cuerpo combinado”, con el ala engrosándose gradualmente en la raíz y fusionándose con el fuselaje, sin la habitual unión visible. Esta solución creó espacio para el combustible. Con una elevada fracción de combustible y un motor de alta eficiencia, el YF-16 rompió el prejuicio de que dichas aeronaves pequeñas tenían poco alcance.
7. Integración de radar : El YF-16 no llevaba misiles guiados por radar, sólo misiles buscadores de calor de alcance visual. Su pequeño tamaño y espacio limitaron el alcance de su radar. Sin embargo, estaba equipado con un pequeño radar avanzado, con una excelente capacidad de “mirar hacia abajo”. Aún más importante fue la integración del radar para el combate visual, que proyectaba una imagen en el HUD que mostraba exactamente dónde se encontraba el objetivo.

El competidor YF-17, que era más grande que el YF-16, tenía dos motores a reacción puros, pero su aceleración era mejor, ya que el “ventilador” tiene un mayor “retraso” para pasar de “inactivo” a “plena potencia”.

Northrop argumentó que su diseño bimotor era más seguro, citando la experiencia con el F-5. La USAF no quedó convencida, en parte porque un avión bimotor que pierde un motor en combate es prácticamente inútil y la probabilidad de fallar un motor se duplica cuando tienes dos.

Ganó el caza de mayor rendimiento, con mejor maniobrabilidad transitoria, mayor alcance y menor costo y, en 1976, se eligió el YF-16 en lugar del YF-17.

La USAF se encontraba entonces en la incómoda posición de tener un diseño de caza ligero que podía maniobrar más y tener mayor alcance que su “orgullo y joya”, el F-15 de superioridad aérea. En condiciones de combate reales, a velocidades de Mach 1,2 o menos, el F-16 tenía una ventaja significativa sobre el F-15. Hasta cierto punto, el problema se resolvió con la designación del F-16 como “caza de combate” para funciones aire-aire y aire-tierra, mientras que el F-15 continuó con una función puramente aire-aire. misión.

YF-16 y YF-17

Probablemente el mayor activo del F-16 en su desarrollo fue su gran impopularidad entre el establishment de la USAF. Sabiendo que su avión estaba en constante amenaza de ser cancelado, los ingenieros de General Dynamics se inspiraron para hacer todo lo posible para mantener el rendimiento y evitar el crecimiento. Por ejemplo, el F-15 tenía aproximadamente un 25% de titanio, el F-16 estaba limitado a un 2%. También se utilizó una entrada de aire fija para abaratar el coste, aunque una variable podría dar un mejor rendimiento por encima de Mach 1,5.

Desde entonces, el F-16 ha sido un éxito en todos los sentidos. La USAF lo utilizó intensamente y con éxito en misiones aire-tierra en la Guerra del Golfo de 1991 y en todos los demás conflictos. La Fuerza Aérea de Israel también ha tenido un gran éxito en su empleo.

El concepto original del caza diurno se perdió antes de que comenzara la producción en serie, y el fuselaje se extendió a la versión de dos asientos, con capacidad aire-tierra adicional. A lo largo de las versiones producidas, el F-16 se volvió más grande, más pesado y más capaz, incluido el misil AMRAAM y más armas de punta. Aun así, no ganó tanto peso como podría haber ganado y por eso el trabajo de John Boyd no fue en vano.

¿Y el YF-17?

El Northrop YF-17 (apodado Cobra ) se utilizó en la nueva competición VFAX. Con el tiempo se convirtió en el F/A-18 Hornet y fue adoptado por la Armada y el Cuerpo de Marines de los EE. UU. para reemplazar al A-7 Corsair II y al F-4 Phantom II, complementando al F-14 Tomcat.

Algunos criticaron a la Armada, que alguna vez “suministró” cazas a la Fuerza Aérea y ahora había seleccionado al perdedor de la competencia de la USAF.

El proyecto original, que siguió el concepto de caza ligero ideado por John Boyd, irónicamente terminó convirtiéndose en el actual F/A-18E/F Super Hornet , que es similar en tamaño al F-15. El Super Hornet acabó sustituyendo al F-14 en el inventario de la Marina estadounidense, donde realiza tareas de caza, avión cisterna y guerra electrónica.