El preferido pero no elegido, el Convair Model 200A

Representación artística del Model 200A despegando de manera vertical desde la cubierta de un SCS. 
Notar el armamento compuesto por AIM-9 Sidewinders y AIM-7 Sparrows.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

El posteo del Rockwell XFV-12 se siente incompleto. A pesar de todas las objeciones presentadas contra su selección se siguió adelante con su construcción en un prototipo ¿Qué paso con la opción preferida por NAVAIR, aquella que tenía menor riesgo técnico?

Es por eso que en este posteo vamos a indagar con mayor profundidad las características del diseño que era el preferido para equipar a los futuros Sea Control Ships; el caza VTOL Convair 200.

Convair (una división de General Dynamics en ese momento) estaba entre las 8 empresas que recibieron la "carta de interés" para el caza VTOL que operaría sobre las cubiertas de los Sea Control Ships (SCS) ideados por el Almirante Zumwalt. 

Llegar al diseño, que será conocido como Model 200A, no fue un camino directo. Los ingenieros evaluaron diferentes configuraciones que combinaban distintos tipos de alas como en flecha y delta; con diferentes conjuntos motrices para vuelo vertical y horizontal.

Finalmente, la empresa decantó por un ala delta con canards de grandes superficies. Conocida como Close Coupled Canards, o CCC por sus siglas en inglés, donde los planos se ubican justo arriba y adelante del ala.

De esta manera, los vortices generados por los planos canards, interactúan con los del ala principal logrando beneficios como por ejemplo a AoA (ángulos de ataque) altos (y, por lo tanto, generalmente a velocidades bajas), la superficie canard dirige el flujo de aire hacia abajo sobre el ala, lo que reduce la turbulencia, resultando en una reducción de la resistencia y una mayor sustentación. En otras palabras, el canard crea un vórtice que se adhiere a la superficie superior del ala, estabilizando y reactivando el flujo de aire sobre el ala y retrasando o evitando la entrada en pérdida.

Esta configuración (la cual se vería más tarde en aviones como el SAAB Viggen y Gripen) hacia que el Model 200A fuese naturalmente inestable, lo cual sumado a su baja carga alar, lo convertía en un caza muy maniobrable. Otra ventaja, es que mantenía la envergadura reducida mejorando el siempre importante spotting factor sobre la cubierta.

En cuanto a la planta motriz, Convair optó por combinar motores de sustentación y para vuelo horizontal. Puede sonar poco original, debido a que varios fabricantes habían adoptado esta configuración en otros proyectos contemporáneos como el Mirage IIIV, el FIAT G.95 o el Fokker-Republic D.24 Alliance; pero los ingenieros de Convair lograron darle un vuelta de rosca más.

Si bien el principal cliente sería la Armada, Convair propuso al Model 200A para los Marines. Quizás como un reemplazo de sus AV-8 Harriers.
Fuente: San Diego Air and Space Museum Archives via Flickr.

Una pareja de motores de sustentación Allison/Rolls-Royce XJ99 (denominación interna RB.108) se encontraban instalados detrás de la cabina en tandem y ligeramente inclinados hacía atrás. Con un empuje de 9,000 lbf (40.1 kN) cada uno, estaban cubiertos con tapas cuando no estaban en uso. En el caso de las tapas inferiores, cumplían la función de dirigir los gases de escape hacia atrás durante la transición del vuelo vertical al horizontal; permitiendo en caso de emergencia impulsar a la aeronave en vuelo convencional incluso con uno solo de los XJ99 operativos. Convair llamaba a esto "Go-Home capability" y era algo muy promocionado por la empresa. (Nota del autor: No es para menos, ya que cualquier aviador naval está siempre abierto a cualquier característica de diseño que le garantice volver al buque en caso de emergencia).

Para impulsar la aeronave durante el vuelo horizontal, Convair seleccionó el turbofan con postquemador Pratt & Whitney JTF22A-30A (conocido como F401-PW-400, el mismo motor utilizado por el XFV-12), el cual tenía una tobera especial que le permitía rotar 90º proveyendo impulso adicional durante el vuelo VTOL. 

Desarrollada por la propia P&W, y conocida como 3BSD (o "three-bearing swivel duct" en inglés aunque también se la puede encontrar como 3BSN) , la tobera consistía de tres secciones las cuales estaban unidas por medio de una pista de rodamientos que les permitían girar sobre si mismas. 

Esquema del 3BSD desarrollado por Pratt & Whitney para el Model 200A mostrando las diferentes posiciones de la misma.
Fuente: Code One Magazine.

Esta tecnología garantizaba dos cosas que eran cruciales para los requerimientos de la Armada. La primera era la relación peso/empuje que permitiese operar a la aeronave en vuelo VTOL con una carga bélica creíble y la otra era una velocidad máxima de Mach 2 en vuelo horizontal. Sin embargo había un desventaja, y era que la presión y temperatura de los gases de escape generados por los motores sobre la cubierta de los SCS. 

Se estimaba una presión de 3,500 Psf y 1,990 ºF (17,088 Kg/m2 y 1,081 ºC) para los XJ99 y 3,315 Psf y 1,550 ºF (16,185 kg/m2 y 843 ºC) para el JTF22A, además del riesgo inherente de la ingesta de los gases de escape por parte de los motores. Para mitigar esto, Convair proponía que las cubiertas de los SCS tendrían unas zonas especiales provistas de rejillas desde donde operaría el modelo 200. 

Esta ilustración muestra la disposición de los motores y los conductos (en negro) que llevaban aire sangrado de los motores de sustentación hacia las boquillas para el control de cabeceo y rolido durante el vuelo vertical.
Fuente: Senate Hearings March 1975.

En cuanto al control, en vuelo VTOL, la tobera del JTF22A podía oscilar de lado a lado para el control de guiñada, mientras que unas boquillas instaladas en los extremos de las alas y en la nariz, descargaban aire sangrado de los motores de sustentación controlando el rolido y el cabeceo. Durante el vuelo horizontal, se utilizaban las superficies de control de las alas, canards y deriva. La aeronave estaría provista de un modernismo sistema fly-by-wire que garantizaba la estabilidad lateral y direccional con ángulos de ataque de hasta 30º. 

Con un peso total de 25,000 lb (11,340 kg) el Model 200A podía llevar hasta 5,875 lb (2,665 kg) de combustible en sus tanques internos. En cuanto al armamento, el caza contaba con un cañón mutitubo Vulcan M61 instalado a babor, junto con cinco estaciones de armas (una en el fuselaje, junto con dos en cada ala) siendo capaz de llevar una diversidad de armamento desde misiles aire-aire AIM-7 Sparrow y AIM-9 Sidewinder hasta misiles antibuque AGM-84 Harpoon y bombas. 

Para hacer más atractiva la oferta, Convair presentó una variante, conocida como Model 201, que podía operar desde portaaviones convencionales. En esta se eliminaban los motores de sustentación (siendo reemplazados por un tanque de combustible); se reemplazaba el tren de aterrizaje por uno convencional que incluía ruedas duales para el de nariz, junto con un gancho de apontaje y nuevas superficies hipersustentadoras, como flaps en los canards y slats en las alas. Con respecto a la planta motriz, el Model 201 conservaba el JTF22A solo que equipado una tobera convencional.

El Model 201, tenía un peso total de 31,090 lb (14,102 kg) y era capaz de realizar misiones todo tiempo, mientras compartía un 74% de las piezas del 200A. Asimismo, Convair presentó un derivado biplaza para entrenamiento. 

Ilustración artística que muestra al Model 201, derivado CTOL del Model 200A, sobre la catapulta y listo para el despegue. 
Fuente: Mark Malewski via Wikimedia Commons.

El veredicto de NAVAIR

Como vimos en el posteo del XFV-12, el Comando de Material (NAVMAT) solicitó que NAVAIR evaluase las ofertas recibidas. De todos los oferentes, se considero que la propuesta de Convair era la más adecuada y con menor riesgo técnico, seguida por el AV-16 (derivado del Harrier desarrollado por McDonnell Douglas) y por último, el XFV-12 de Rockwell. NAVAIR mostró siempre desconfianza por este último argumentando que la performance estimada presentada en la oferta no era creíble.

NAVMAT tomó el informe de NAVAIR y lo dio vuelta, argumentando que el XFV-12 ofrecía los mayores beneficios tecnológicos a pesar de ser la propuesta de mayor riesgo; por lo cual era el diseño que merecía ser explorado. Es así, que en marzo de 1972, la propuesta de Rockwell fue seleccionada para continuar a la etapa de prototipo. 

A pesar del rechazo, Convair recibió un contrato en paralelo por un valor de U$S 250,000 (un poco más de U$S 1.8 millones actualmente) para continuar estudiando y refinando al Model 200A. La idea era utilizar este diseño como respaldo al XFV-12.

Convair construyó modelos en escala para evaluar los diferentes aspectos del control del Model 200A, especialmente la manera de reducir el efecto de los gases sobre la cubierta del buque. Después de todo, el sistema TAW desarrollado por Rockwell para el XFV-12 prometía solo 320 Psf y 375 ºF (1,830 kg/m2 y 190 ºC) manteniendo la misma performance de despegue.

Lo más cerca que estuvo el Model 200A de materializarse fue la construcción de una maqueta a escala natural de la parte delantera del fuselaje, incluyendo la cabina.

Lo más cerca que estuvo el Model 200A de materializarse fue esta maqueta a escala natural de la sección delantera del fuselaje, incluida la cabina. 
Fuente: San Diego Air and Space Museum Archives via Flickr.

Adios..., pero no hasta siempre, al VTOL

A medida que avanzaba la década de los 70, el XFV-12 acumulaba retrasos, costos y la posibilidad de que la aeronave fuese capaz de despegarse del suelo por sus propios medios se iba haciendo cada vez más remota. Según un informe de la Hawker Siddley, citado por el autor Tony Butler en su libro: "American Secret Projects: Fighters & Interceptors, 1945-1978", la situación del XFV-12 era la siguiente: "...los expertos no auguran mucho futuro a este proyecto y la financión de parte del gobierno estadounidense parece haber cesado. La ventajas prometidas, al igual que en otros conceptos V/STOL, desaparecieron en la practica".

En efecto, tras el cambio de administración en EEUU y el retiro del Almirante Zumwalt, el Congreso canceló al XFV-12 junto con toda la idea de los Sea Control Ships optando por concentrarse en los super portaaviones nucleares clase Nimitz. 

Tras la cancelación del programa, todo el material relacionado con el Model 200A y la tobera 3BSD fueron archivados en un gabinete en las instalaciones de Convair en San Diego, California. A pesar de su potencial y de ser el favorito por la evaluación de NAVAIR, el Model 200A nunca pasó del tablero de dibujo.

Sin embargo, una buena idea nunca se descarta definitivamente. En 1985, cuando Lockheed-Martin se encontraba comenzando los trabajos para el programa Joint Strike Fighter o JSF (futuro F-35 y su variante VTOL, F-35B) recurrió a Pratt & Whitney para que desarrollase un motor turbofan con una tobera vectoriable. El motor resultante, el P&W F135, es producto de las lecciones aprendidas durante el desarrollo del Model 200A.

Vistas superior y lateral con corte del Model 200A.
Fuente: Code One Magazine.

Características técnicas (Model 200A):

• Tripulación: 1
• Longitud: 15.58 m
• Envergadura: 8.49 m
• Alto: 5.5 m
• Superficie alar: 27.2 m2 (Total)
• Peso total: 25,000 lb (11,340 kg)
• Peso máximo al despegue: 30,000 lb (13,607 kg)
• Planta motriz:
  1x turbofan Pratt & Whitney F401-PW-400 de 30,000 lbf (130 kN) con postquemador.
  2x motores sustentación Allison/Rolls-Royce XJ99 de 9,000 lbf (40.1 kN) de empuje cada uno

Performance:

• Velocidad máxima (estimada): Mach 2
• Capacidad de combustible: 5,875 lb (2,665 kg)

Armamento:

• 1x Cañón rotativo M61 Vulcan de 20 mm
• 5x Estaciones de armas

Fuentes:

• (Junio 1, 1972).  XJ99 engine in search of an airframe. Flight International p.814.
  Disponible en: https://web.archive.org/web/20191128023730/https://www.flightglobal.com/FlightPDFArchive/1972/1972%20-%201422.PDF
• Bevilaqua, P. M; Combs, C. P. Summary Report XFV-12A Diagnostic and Development Program. Report #NR81H-50. Rockwell International: Ohio, EEUU, 1981.
  Disponible en: https://web.archive.org/web/20170218075531/http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a108354.pdf
• Buttler, T. American Secret Projects: Fighters & Interceptors, 1945-1978. Hickley, RU: Midland Publishing, 2008.
• Bradley, R. Convair Advanced Designs II: Secret Fighters, Attack Aircraft, and Unique Concepts 1929-1973. Manchester, RU: Crecy Publishing, 2014.
• Renshaw, K. (Agosto 12, 2014). F-35B Lightning II Three-Bearing Swivel Nozzle. Code One Magazine. 
  Disponible en: https://www.codeonemagazine.com/f35_article.html?item_id=137