Avión experimental VTOL Short SC.1
El Short SC.1 fue el primer avión a reacción británico de despegue y aterrizaje vertical ( VTOL ) de ala fija . Fue desarrollado por Short Brothers. Estaba propulsado por una disposición de cinco turborreactores Rolls-Royce RB.108 , cuatro de los cuales se usaban para vuelo vertical y uno para vuelo horizontal convencional. El SC.1 tuvo la distinción de ser el primer avión VTOL de ala fija británico y el primero en hacer la transición entre los modos de vuelo vertical y horizontal; también fue el primer avión con capacidad VTOL con un sistema de control fly-by-wire .
El SC.1 fue diseñado y producido en respuesta a un requisito del Ministerio de Suministros
(MoS) de una aeronave adecuada para realizar estudios de vuelo en vuelo
VTOL, así como específicamente en la transición entre vuelo vertical y
horizontal. Se utilizaron
dos prototipos para las pruebas de vuelo entre 1957 y 1971. Los datos de
investigación del programa de prueba SC.1 contribuyeron al desarrollo
del Hawker Siddeley P.1127 y el posterior Hawker Siddeley Harrier, el primer avión VTOL operativo.
En octubre de 2012, el Short SC.1 recibió el primer premio Engineering Heritage Award de Irlanda del Norte como reconocimiento a su importante logro en el campo de la ingeniería.
Desarrollo
Durante la década de 1940, varias naciones se interesaron en desarrollar aeronaves viables capaces de realizar despegues y aterrizajes verticales (VTOL). Durante la década de 1950, Gran Bretaña había probado en vuelo la plataforma de medición de empuje Rolls-Royce especialmente diseñada ,
un avión VTOL tosco pero pionero que voló con éxito según lo previsto,
demostrando la viabilidad del concepto y proporcionando datos útiles
para construir. Sin
embargo, aunque la plataforma de medición de empuje proporcionó
información valiosa para el diseño de aeronaves VTOL, como el requisito
de un sistema de autoestabilización, adolecía de algunas deficiencias
que socavaron su valor como plataforma para una investigación más
detallada, como el retraso del control y un falta de superficies
aerodinámicas. Existía la
necesidad de una aeronave que aprovechara la experiencia adquirida con
la plataforma de medición de empuje y explorara áreas más allá de su
capacidad limitada. 
El SC.1 tiene su origen en una presentación de Short Brothers para cumplir con una solicitud de licitación (ER.143T) del Ministerio de Suministros (MoS) para un avión de investigación de despegue vertical, que se había emitido en septiembre de 1953. El 15 de octubre 1954, el Ministerio aceptó el diseño propuesto y rápidamente se firmó un contrato para que dos aviones cumplieran con la Especificación ER.143D. Según lo previsto, la aeronave se iba a utilizar para una serie de pruebas de vuelo para investigar su comportamiento durante la transición entre los modos de vuelo vertical y horizontal, para determinar el nivel óptimo y mínimo de asistencia requerida del estabilizador automático durante el proceso de transición, para descubrir posibles problemas operativos y desarrollar ayudas y equipos de apoyo relacionados para que el piloto desarrolle un sistema de aproximación y aterrizaje para todo clima.
Short construyó dos prototipos, designados XG900 y XG905. 
Diseño
El Short SC.1 era un avión de ala delta sin cola de ala baja de un solo asiento de aproximadamente 8,000 lb de peso total (máx. 7,700 lb para vuelo vertical). Estaba propulsado por cuatro motores de elevación ligeros Rolls-Royce RB.108 montados verticalmente que proporcionaban un empuje vertical total de 8600 lb, junto con un solo motor de crucero RB.108 en la parte trasera de la aeronave para proporcionar empuje para vuelo hacia adelante. Los motores de elevación se montaron verticalmente en pares uno al lado del otro en una bahía central para que su línea de empuje resultante pasara cerca del centro de gravedad de la aeronave. Estos pares de motores podrían girarse hacia adelante y hacia atrás para producir un empuje vectorial para la aceleración/desaceleración a lo largo del eje longitudinal de la aeronave.
XG900 Short SC.1 en la exhibición SBAC en 1961, que muestra los carenados de las patas oleo y las rejillas de entrada automáticas del motor de elevación agregadas a mediados de 1960
Durante el vuelo convencional, los motores de elevación se apagarían; antes
de comenzar la transición del vuelo horizontal al vertical, se
iniciarían utilizando aire comprimido del motor de crucero único. El
aire comprimido proporcionaba la rotación inicial del motor, pero
también tenía que haber una caída de presión desde la admisión hasta el
escape, ya que el aire comprimido por sí solo no era adecuado para
alcanzar la velocidad de ralentí. Se
requirió un considerable desarrollo de túnel de viento y vuelo de la
entrada de aire porque al comienzo de la transición desde el vuelo
horizontal, los motores montados verticalmente tienen que tolerar un
viento cruzado igual a la velocidad de vuelo hacia adelante sin
sobretensiones o vibraciones excesivas. La
uniformidad de flujo requerida se logró con la ayuda de un conjunto de 7
branquias con bisagras que se abrían en una posición orientada hacia
adelante para dirigir el aire hacia una cámara que alimentaba los
motores. El comportamiento
de un RB.108 montado verticalmente en términos de reingestión y erosión
del suelo se había investigado con una instalación representativa de la
prevista para el SC.1 durante la operación en tierra en un Meteor en el
aeródromo de Hucknall. Inicialmente,
se instalaron una serie de escotillas en las boquillas de salida de los
motores de elevación para mantener un entorno de baja presión debajo de
los motores para garantizar que el rotor del motor "girara" en la
dirección correcta antes de suministrar el aire comprimido para
arrancar; debido a la efectividad de los cambios en el diseño del motor y la admisión, los portillos se volvieron innecesarios.
El
diseño de la cabina era principalmente convencional, pero complicado
por la gran cantidad de sistemas que el piloto tenía que monitorear. Para su función como avión de investigación, contaba con un completo equipo de grabación. 
La
palanca del acelerador común para los cuatro motores de elevación
vertical era el único control principal adicional en la cabina; se operó de manera similar al nivel de paso colectivo de un giroavión. Se requerían dos formas de controlar la actitud de la aeronave dependiendo de su velocidad de avance; Se
utilizaron superficies aerodinámicas durante el vuelo convencional y
boquillas de chorro de aire para la transición de vuelo horizontal,
vuelo estacionario y vuelo vertical. El aire sangrado
de los cuatro motores de elevación (aproximadamente el 10 por ciento
del flujo de aire de admisión) se suministró a las boquillas de punta de
ala, cola y punta variable, para cabeceo, balanceo y guiñada control
a bajas velocidades durante las cuales no habría suficiente flujo de
aire sobre las superficies aerodinámicas para que los controles
convencionales sean efectivos. 
El SC.1 también estaba equipado con el primer sistema de control " fly-by-wire " que se instaló en un avión VTOL. [8] Este sistema de control de señales eléctricas, que también incluía el estabilizador automático, no solo transfirió señales de los controles de la cabina, como la posición de la palanca, sino que también monitoreó las señales de retroalimentación de los servos para proporcionar estabilidad a los sistemas en sí. El sistema permitió un total de tres modos de control para las superficies aerodinámicas y/o los controles de las boquillas:
- Superficies aerodinámicas y boquillas de chorro de aire controladas eléctricamente a través de tres servomotores independientes (con operación a prueba de fallas "tres vías paralelas" o "tríplex") junto con tres sistemas de control de autoestabilizadores ("full fly-by-wire")
- Modo híbrido, en el que las boquillas estaban controladas por servo/autoestabilizador y las superficies aerodinámicas estaban vinculadas directamente a los controles manuales
- Modo directo, en el que todos los controles estaban vinculados a la palanca de control
Los modos 1 y 2 se seleccionaron en tierra; siempre
que el autoestabilizador estaba en uso, el piloto tenía disponible una
palanca de anulación de emergencia con la que volver al modo de control
directo en vuelo. Se compararon los resultados de los tres sistemas de control y se
aplicó una "regla de la mayoría", asegurando que una falla en un solo
sistema fuera anulada por los otros dos sistemas (presuntamente
correctos). Cualquier
falla en una ruta de "vuelo por cable" se indicaba al piloto como una
advertencia, que podía elegir ignorar o responder cambiando al control
directo (manual). 
Al igual que otros aviones VTOL, el Short SC.1 sufrió una pérdida de empuje vertical debido al efecto suelo . La investigación sobre esto realizada en modelos a escala sugirió que para el SC.1 estas pérdidas estarían entre el 15 y el 20 por ciento a la altura del tren de rodaje. Los tanques de combustible estaban ubicados a lo largo de los bordes de ataque de las alas y en tanques de "bolsa" colocados entre los largueros de las alas principales. El SC.1 estaba equipado con un tren de rodaje de triciclo ; mientras no se retrae, el tren de aterrizaje se puede establecer entre dos posiciones alternativas, adecuadas para aterrizajes convencionales y verticales. Las patas fijas del tren de aterrizaje fueron diseñadas específicamente para vuelo vertical; cada pata llevaba un par de ruedas giratorias resistentes al calor, mientras que el tren de aterrizaje trasero también estaba equipado con frenos de disco. Se utilizaron oleos de carrera larga para amortiguar los aterrizajes verticales. El equipo robusto fue capaz de soportar una tasa de descenso de 18 pies (5,5 m) por segundo.
Pruebas
El primer Short SC.1, XG900 , en la feria SBAC de 1958 en Farnborough
Construido en la fábrica de Short en Belfast en Irlanda del Norte, el primer prototipo SC.1, XG900 , realizó por primera vez las pruebas iniciales del motor en esta instalación. Después de ser transportado por mar a Inglaterra, el XG900, que inicialmente solo estaba equipado con el motor de propulsión, se entregó al Royal Aircraft Establishment (RAE) en Boscombe Down para comenzar el programa de prueba de vuelo. El 2 de abril de 1957, el prototipo realizó el vuelo inaugural del tipo, que también fue su primer vuelo convencional de despegue y aterrizaje (STOL). 
Poco más de un año después, el 26 de mayo de 1958, el segundo prototipo realizó el primer vuelo vertical cautivo. Los vuelos iniciales de este tipo se realizaron mientras estaba conectado a un pórtico
especialmente diseñado, que se adaptaba solo a una cantidad limitada de
libertad, hasta 15 pies verticalmente y 10 pies descentrados en
cualquier dirección, la velocidad vertical también estaba restringida a
menos de 10 pies/segundo; la detención progresiva de la aeronave ocurrió más allá de estas limitaciones. Despegaría de una plataforma de cuadrícula colocada a 6 pies sobre el suelo para evitar el fenómeno del efecto suelo; Se
ha realizado un esfuerzo considerable por parte de Shorts durante el
desarrollo de una plataforma adecuada para eliminar el impacto negativo
del efecto suelo y se rediseñó varias veces. La instalación de pórtico se utilizó con fines de capacitación y familiarización ab initio para los primeros 8 pilotos que volaron el SC.1. 
El 25 de octubre de ese año, el tipo realizó el primer vuelo vertical 'libre'. El 6 de abril de 1960 se realizó con éxito la primera transición en vuelo entre vuelo vertical y horizontal. Si bien tuvo éxito en la transición entre los dos modos, el Short SC.1 tenía la reputación de ser algo desgarbado como avión. 
El SC.1 se exhibió públicamente en el Salón Aeronáutico de Farnborough en 1958 y 1960; también apareció en el Salón Aeronáutico de París en 1961, en el que realizó un vuelo de demostración. El 2 de octubre de 1963, el segundo avión de prueba se estrelló en Belfast, matando al piloto, JR Green; Más tarde se determinó que la causa había sido un mal funcionamiento del control. Después del accidente, el avión fue reconstruido y devuelto al vuelo
para realizar más pruebas, ambos continuaron volando hasta 1967. Para 1965, un total de 14 pilotos diferentes habían volado el tipo.
Como
resultado de las pruebas de idoneidad del terreno, se determinó que las
pistas convencionales de hormigón, pavimento e incluso franjas de
césped serían adecuadas para el despegue y aterrizaje vertical del SC.1;
sin embargo, los
escombros que puedan ser expulsados de superficies imperfectas
supondrían un riesgo para el personal, pero no para la aeronave en sí.
El programa de prueba también permitió adquirir experiencia sobre el
mantenimiento y la capacidad de servicio de una aeronave VTOL, aunque
estos no eran objetivos principales del diseño ni del esfuerzo de
investigación; a lo largo del programa se realizaron una media global de 2,6 vuelos por semana. Si
bien se informaron numerosos errores con el estabilizador automático
durante los vuelos, nunca ocurrió ninguna falla que pusiera en peligro
la aeronave o tuviera algún efecto sobre su control. 
Las
pruebas encontraron una dificultad significativa para medir el empuje
real del motor, lo que llevó a más pruebas utilizando tomas e
instrumentación mejoradas.
En última instancia, los motores demostraron ser mucho menos
problemáticos de lo que cabría esperar teniendo en cuenta la naturaleza
experimental de la aeronave y sus centrales eléctricas; y
cuando ocurrieron fallas en el autoestabilizador triplex, fueron
fáciles de localizar, en parte debido a la naturaleza de
autoverificación del sistema. Según un informe del Ministerio de Aviación, se determinó que el SC.1 había sido un vehículo de investigación
efectivo cuando se operaba dentro de los límites impuestos por su
pequeño tamaño y capacidad restringida; sin
embargo, se descubrió que sería necesario un avión más grande para
pruebas más extensas de los instrumentos y equipos de guía. 
El
SC.1 voló durante más de diez años, durante los cuales proporcionó una
gran cantidad de datos que sirvieron para influir en los conceptos de
diseño posteriores, como los controles de "chorro de globo" en el Hawker
Siddeley P.1127, el precursor del Hawker Siddeley Harrier. El
trabajo de prueba de vuelo relacionado con las técnicas y tecnologías
de despegue y aterrizaje vertical también demostró ser invaluable y
ayudó a aumentar el liderazgo de Gran Bretaña en el campo.
El Short SC.1 finalmente quedó obsoleto por el Harrier emergente que,
entre otras cosas, demostró que no era necesario llevar cuatro motores
adicionales únicamente para el despegue y el aterrizaje. 
Aeronaves en exhibición
El primer SC-1 ( XG900 ) se convirtió en parte de la colección de aviones del Museo de Ciencias en South Kensington, Londres. Se había utilizado hasta 1971 para la investigación VTOL.
El segundo SC-1 ( XG905 ) también se conservó y está en exhibición estática en la exposición Flight Experience en el Ulster Folk and Transport Museum, Cultra, Irlanda del Norte . 
Operadores
Especificaciones
Fuselaje delantero y cabina de un Short SC.1
Fuselaje trasero y ala de un SC.1. Tenga en cuenta la entrada de aire en la base de la cola para el motor de crucero RB.108, así como la rejilla sobre la bahía central del fuselaje que alberga los motores de elevación vertical.
Datos de Shorts Aircraft desde 1900, Ministerio de Aviación
Características generales
- Tripulación: 1
- Longitud: 25 pies 6 pulgadas (7,77 m)
- Envergadura: 23 pies 6 pulgadas (7,16 m)
- Altura: 10 pies 8 pulgadas (3,25 m) [25]
- Área del ala: 211,5 pies cuadrados (19,65 m 2 )
- Relación de aspecto: 2,61:1 [25]
- Perfil aerodinámico : NACA 0010 [25]
- Peso vacío: 6260 lb (2839 kg)
- Peso bruto: 7700 lb (3493 kg) ( operaciones VTOL )
- Peso máximo al despegue: 8050 lb (3651 kg) ( operaciones CTOL )
- Planta motriz: 1 × turborreactor Rolls-Royce RB.108 , 2130 lbf (9,5 kN) de empuje (vuelo hacia adelante)
- Planta motriz: 4 × turborreactores Rolls-Royce RB.108, 2130 lbf (9,5 kN) de empuje cada uno (motores de elevación)
Rendimiento
- Velocidad máxima: 246 mph (396 km / h, 214 nudos)
- Alcance: 150 mi (240 km, 130 nmi)
- Techo de servicio: 8000 pies (2400 m)
- Velocidad de ascenso: 700 pies/min (3,6 m/s)
- Carga alar: 38,1 libras/pies cuadrados (186 kg/m 2 )
- Empuje/peso :
- (CTOL): 0,265
- (VTOL): 1.11
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