AVS, el programa VTOL germano-estadounidense

Ilustración artística del AVS en una etapa temprana de su desarrollo. Notar las tomas de aire rectangulares y la nariz redondeada.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Wikipedia define el termino Sobreingeniería como: "El diseño de un producto para ser más robusto o complicado de lo necesario para el uso que se le pretende dar, con el fin de garantizar suficiente seguridad, suficiente funcionalidad, o debido a errores de diseño". 

Varios de los proyectos abordados en este blog se ajustan a esta definición, pero el proyecto del día de hoy más que ajustarse a ella, la lleva a otro nivel. Esta es la historia del caza S/VTOL germano-estadounidense EWR / Fairchild Republic AVS.

A principios de los 60, una verdadera "locura" por un caza VTOL corría por los altos mandos de todos los socios europeos de la OTAN como si se tratase de un incendio forestal producto del programa NBMR-3 y nadie se mantuvo al margen. Francia desarrolló el Mirage IIIV, Holanda hizo lo propio con el Fokker-Republic D.24 Alliance e incluso Italia desarrolló el FIAT G.95.

Todos estos proyectos respondían a una necesidad real. En caso tal que la Tercera Guerra Mundial se materializace los primeros objetivos de la URSS serían las bases aéreas inutilizando la capacidad de la OTAN en proveer apoyo aéreo, si no que también limitando un ataque de rataliación nuclear.

Alemania Federal al ser el más próximo a la "cortina de acero" sería el primero en recibir los ataques, dejando sus bases inoperativas y sin capacidad de respuesta; por lo que el alto mando de la Luftwaffe estaba particularmente interesada en esta tecnología. Por otro lado, su principal vector de caza y ataque; el Lockheed F-104G necesitaría un reemplazo para la década de los 70 por lo que este nuevo diseño podía solucionar ambos problemas.

Esto llevó al gobierno alemán a invertir en sus propios programas VTOL a finales de la década del 50, dando origen a tres programas muy singulares, empezando por el VJ 101, un caza interceptor supersónico de alta cota y reemplazo directo del F-104G, el cual voló por primera vez en abril de 1963.  Seguido por el VAK 191, diseñado para el ataque ligero a baja altitud en lugar del FIAT G.91, comenzando su desarrollo en 1962 y finalmente; el transporte táctico Dornier Do.31 el cual realizará su primer vuelo en 1967. 

Los EEUU no se habían quedado ociosos y tenían sus propios programas de investigación VTOL, como el Ryan XV-5, así com seguir de cerca los programas de sus socios europeos, como el Hawker P.1127 Kestrel inglés (Northrop llegó incluso a negociar con Hawker su fabricación bajo licencia) y el Mirage IIIV francés. EEUU mantenía una cierta distancia con dichos programas, especialmente porque se creía que la tecnología disponible no permitía una aplicación práctica.

Pero la tecnología VTOL evolucionaba rápidamente, lo que llevó al Comando de Material de la USAF (Systems Command) a iniciar un programa interno denominado Advanced Development Objective o ADO por sus siglas en inglés. Los ADO no son requerimientos militares en sí, más bien ejercicios exploratorios de diseño sin considerar factibilidad técnica, requisitos operativos o limitaciones de presupuesto; teniendo como objetivo definir si es conveniente continuar con un concepto para pasarlo de la etapa exploratoria a una definición técnica. Bajo este marco, la USAF creó en 1963, el ADO-12 que buscaba estudiar aquellas características técnicas que resultarían en un caza V/STOL ideal.

A finales de 1964, el Ministro de Defensa de Alemania Federal, Kai-Uwe von Hassel; se reunió con su par estadounidense Robert McNamara en Washington. Durante esta visita, ambos ministros acordaron estrechar su relación en materia de defensa firmando un memorando de entendimiento (MoU) el 12 de diciembre, para el desarrollo conjunto de sistemas de armas avanzados.

Bajo los auspicios de ese MoU, el DoD instruyó a la USAF a que acercara posiciones con la Luftwaffe compartiendo sus objetivos de estudio, y la información obtenida hasta ese momento, del ADO-12. Se acordó que será financiado conjuntamente en una proporción del 50/50 por ambos gobiernos en lo que respecta al costo de desarrollo del programa y a pagos a proveedores, junto con el uso del inglés como idioma común y unidades imperiales; así como una distribución de trabajo 60/40 a favor de la industria estadounidense. 

El primer VJ 101, con registro D-9517 fotografiado en 1964. Una característica distintiva eran sus cuatro motores instalados en góndolas pivotantes en los extremos de las alas. 
Fuente: Ralf Manteufel vía Wikimedia Commons.

Se estimaba que se utilizaría una combinación de motores de sustentación y de crucero; pero el desarrollo del primero estaba fuera del acuerdo, sino que sería llevado a cabo conjuntamente por Rolls-Royce y Allison; mientras que los motores de crucero o que combinaran crucero y sustentación, serían de origen estadounidense y estando sujeto a una competencia entre General Electric y Pratt & Whitney. 

Definidos estos puntos, se publicó una solicitud de ofertas (RPF) conjunta el 12 de febrero de 1965. Siendo el objetivo del programa desarrollar un caza apto para los siguientes escenarios operativos:

• Ataque nuclear o convencional a baja cota, alta velocidad y en cualquier condición meteorológica a mediana distancia.
• Apoyo aéreo cercano a corta distancia de la base.
• Reconocimiento armado o reconocimiento fotográfico a baja cota, alta velocidad y en cualquier condición meteorológica a mediana y larga distancia.
• Capacidad aire-aire de autodefensa

Si bien cada país podía elegir su propio ganador, se estableció que los ganadores tendrían que ser capaces de trabajar en conjunto, siendo el RPF enviado a 18 empresas estadounidenses y dos consorcios alemanes. De estos, se seleccionaron: Boeing, McDonnell, Lockheed (que se había asociado con Bell) y Republic Fairchild del lado estadounidense y las alemanas VFW (Vereinigte Flugtechnische Werke, consorcio formado por Focke-Wulf y Weser-Flugzeugbau) y EWR (joint venture entre Bölkow, Heinkel y Messerschmitt; creado para desarrollar el VJ 101). 

Socios a ambos lados del océano

EWR era una de las empresas que más experiencia tenía en el campo, gracias al programa VJ 101. En el otoño de 1964, la firma había subcontratado a Boeing para que le proveyera asistencia técnica por lo que el fabricante de Seattle envió un equipo de 7 ingenieros, el cual se duplicaría tras la firma del MoU. En enero de 1965, este equipo alcanzó las 40 personas, mientras que EWR tenía 12 empleados de manera permanente en las oficinas de Boeing en Seattle.

La lógica detrás de la asociación de estas dos empresas era relativamente simple. Ambas anticipaban un gran interés en los cazas VTOL en toda la OTAN. EWR en particular veía en Boeing un gran socio para su primer diseño de caza de la postguerra debido a su posición como uno de los líderes mundiales en la industria aeroespacial (junto con el detalle de que era propietaria de un tercio de Bölkow). Por su parte, Boeing estaba interesada en volver al negocio de los cazas, ya que su último diseño de este tipo databa de la década de 1930.

Republic Fairchild tenía una relación similar, aunque no tan estrecha, con VFW, intercambiando equipos entre sus filiales, pero los mismos no pasaron de unos 7 ingenieros.

El 24 de enero de 1966, se otorgó un contrato de primera fase del proyecto, la de estudio conceptual a los cuatro finalistas norteamericanos con un valor de U$S 4 millones de dólares (casi U$S 38 millones actualmente), mientras el gobierno alemán hacia los mismo con las dos empresas alemanas. 

Estos estudios se completaron el 1 de abril de 1966, siendo evaluados por una oficina de proyecto conjunta. Pero al estar tan relacionas, era natural que los equipos de EWR y Boeing presentaran diseños muy similares, propiciando que la USAF solicitara a Boeing cambiar su propuesta.

Del lado alemán, se declaró a EWR como la empresa ganadora, lo que puso a la USAF en un verdadero aprieto. En el pliego, se exigía que el ganador declarase como estaban conformados sus equipos; y al hacer esto quedaría en evidencia la estrecha relación entre Boeing y EWR, la cual había sido fomentada por la propia USAF. Republic Fairchild amenazó que si la oferta de Boeing era aceptada, esto demostraría un sesgo en la decisión de la USAF e impugnaría la licitación.

Para evitar problemas, la junta evaluadora decidió no puntuar la constitución del equipo de Boeing; siendo uno de sus puntos fuertes. 

Finalmente, a mediados de marzo de 1967, Fairchild Republic y EWR fueron declaradas como ganadoras recibiendo cada una un contrato de U$S 3 millones para llevar adelante la segunda fase del proyecto la de definición del diseño. Sin embargo, antes de que se diera inicio a la misma, ambos gobiernos acordaron que no se avanzaría hasta la tercera fase, construcción y adquisición de un prototipo, a menos que existiese un requisito operacional firme.

Ambas empresas crearon un joint venture radicado en Munich llamado "EWR Fairchild International", la cual estaría dirigida por una junta de ocho miembros, cuatro de cada empresa. Asimismo los gobiernos de Alemania Federal y EEUU unificaron sus juntas de evaluación fundando el US/FRG V/STOL Tactical Fighter SPO (SPO es la sigla de System Program Office), en la base de la USAF en Wright-Patterson en Ohio.

El EWR-Boeing Model 360 fue fruto de la colaboración entre las dos empresas. Lamentablemente, la USAF consideró que de elegir a Boeing como contratista, daría a entender que el proyecto AVS estaba sesgado.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Todo junto al mismo tiempo

Desde el principio se puede decir que diseñar el Advanced V/STOL (o AVS por sus siglas en inglés) no iba a ser fácil con requerimientos operativos tan amplios como que la aeronave fuese capaz de alcanzar una velocidad máxima de Mach 2.2 a 50,000 ft (15,240 m) y Mach 1 a 500 ft (152 m).

A pesar de que a Boeing, no le sirvió para nada, antes le jugó en contra, el trabajo realizado en colaboración con EWR si le fue de utilidad a la firma alemana, ya que basó el nuevo diseño a partir del anterior Boeing-EWR Model 360, un caza biplaza con un cierto parecido al VJ 101.

Partiendo de este diseño, los ingenieros hicieron varias modificaciones; empezando por la planta motriz. Quedaba claro que la aeronave utilizaría una combinación de motores de sustentación y otros de crucero/sustentación; lo que no quedaba muy en claro era de que manera estos serían instalados en la aeronave.

La colaboración entre Rolls-Royce y Allison dio sus frutos en la forma del XJ99 de 9,000 lbf (40.1 kN) de empuje. El DoD tenía gran expectativa sobre este motor ya que podría ser utilizado en otros programas que se encontraban en curso en ese momento, como el FX de la USAF y el VFAX de la Armada.

Diagrama de la patente #3507465A mostrando la disposición de los motores de sustentación y su sistema de plegado. 
Fuente: US Patent Office #3507465A.

El siguiente punto, era decidir donde ubicarlos en la célula de la aeronave. En el Boeing-EWR Model 360, se encontraban instalados de manera vertical a ambos lados del fuselaje y cubiertos por unas tapas retráctiles. Una solución técnica que utilizó Dassault en el Mirage IIIV.
Pero esto tiene una gran desventaja, ya que los motores solo resultarían de utilidad durante los despegues y aterrizajes verticales, resultando un peso muerto durante el resto del vuelo.

Como una posible solución, los ingenieros propusieron montar cuatro XJ99 en parejas a los lados del fuselaje para que sean retráctiles. Al momento de ser necesarios, los motores eran extendidos gracias a dos brazos hasta su posición de uso y gracias a una rotula podían rotarse hacia atrás; este grado de movimiento les permitía ser utilizados durante operaciones VTOL y en carreras de despegue muy cortas.

Resuelto parte del problema, estaba el tema de los motores principales, los cuales estarían instalados en la parte trasera del fuselaje. Aquí el equipo tenía dos opciones, o bien permitir que los mismos pivotaran completamente durante el despegue y aterrizaje vertical (como en el VJ 101) o bien, utilizar una tobera vectorial para redigir los gases de escape hacia abajo. Tras analizar ambas ideas se decidió ir por el segundo camino. 

Debido a la posición de los motores de sustentación, EWR era participe de instalar las tomas de aire por encima del fuselaje, como alternativa a la opción tradicional de instalarlas a los lados. Debido a que se esperaba que la aeronave operase desde pistas semipreparadas, la opción de instalarlas en el vientre ni siquiera fue considerada.

Estas dos ilustraciones muestran las dos opciones para la instalación de los motores principales, para que pudiesen ser utilizados durante el vuelo vertical, pivotantes (a la izquierda) o con una tobera vectorial (a la derecha).
Créditos de la imagen a quien corresponda. Retocado digitalmente por No Barrel Rolls.

Sobre el motor principal la USAF no estaba decidida, teniendo sobre la mesa el turbofan General Electric GE-1/10 con un empuje de 9,000 lbf y un derivado del Pratt & Whitney JFT16, basado a su vez en el TF30 en una categoría de empuje similar.

Muchas de las prestaciones del AVS eran consideradas clasificadas; pero la revista Interavia en su edición de mayo de 1967 recogía las siguientes características: un peso máximo al despegue en modo VTOL de 40,000 lb (18,143 kg) y 50,000 lb (22,679 kg) en STOL. Un alcance mínimo en modo VTOL de entre 300 y 350 nmi (555 a 648 km), aumentando en un tercio en modo STOL. La carga bélica se especulaba en unas 12,000 lb (5,443 kg).

Solo a modo de comparación, el MTOW de un F-104G era de 29,027 lb (13,166 kg); su alcance era de 360 nmi (680 km) y su carga bélica era de 4,000 lb (1,800 kg).

En cuanto a sus dimensiones generales, el equipo de diseño se propuso que fuese similar en tamaño a otra aeronave de Republic, el F-105 Thunderchief (10.6 m de envergadura, 19.6 m de largo y 6 m de alto); no pudiendo exceder los 18 m de largo.

Junto con una abundante potencia disponible, la aeronave debía hacer uso de multiples superficies hipersustentadoras, al mismo tiempo que usaba otra característica heredada del Boeing-EWR Model 360, alas de geometría variable, las cuales serían de implantación alta. 

Otro requerimiento era que el AVS fuese totalmente independiente de los equipos de apoyo terrestres, por lo que los ingenieros contemplaban la instalación de una APU que proveería electricidad y presión hidráulica cuando la aeronave estuviese en tierra, al mismo tiempo generando gas caliente para encender el motor principal. 
Con solo la provisión de combustible y armamento en las bases de avanzada, los ingenieros Fairchild Republic y EWR creían que los propios pilotos del AVS podrían hacer el rearme y reabastecimiento de la aeronave.

Ilustración artística que muestra al AVS despegando, donde se puede apreciar los motores de sustentación desplegados y las toberas vectoriales en los motores principales.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Al redactar el RPF, ambos gobiernos acordaron utilizar la mayor cantidad de aviónica off-the-shelf que fuese posible. Es así que se anticipaba equipar al AVS con la suite ILAAS (Integrated Light Attack Avionics System) del A-7 Corsair II o bien, la nueva suite (Mark II Avionics como se la conocía) desarrollada para el F-111A.

Con el diseño bastante definido, se encargaron maquetas de túnel de viento que fueron evaluadas por la NASA, mientras que se presentó un presupuesto con los costos estimados de investigación y desarrollo para avanzar en la construcción del prototipo, la suma era de U$S 500 millones (más de U$S 4.6 billones actualmente) por 12 ejemplares 7 a ser ensamblados en EEUU y los restantes en Alemania Federal.

Los clientes desinteresados

Para 1967, el interés en el proyecto estaba menguando en ambos gobiernos. Los alemanes temían que su participación en el programa fuese totalmente avasallada por la industria norteamericana; temor que era compartido por todos los países europeos quienes comenzaron a buscar alianzas estratégicas y programas de desarrollo conjunto para evitar esto.

Por otra parte, el AVS tuvo sus detractores en los EEUU. Unos argumentaban que hubiese sido mejor, y más económico, adquirir tecnología VTOL a los países europeos en lugar de empezar desde 0 para tratar de ponerse a la par. Esta postura sería la que llevaría a principios de los 70 a la adquisición de la licencia por el Harrier inglés para equipar el USMC.

A esto debemos sumar que, con la Guerra de Vietnam en curso, el DoD decidió recortar gastos cancelando aquellos programas de investigación y desarrollo que no contribuyeran de manera directa con el esfuerzo bélico. No podemos dejar de mencionar que la USAF no tenía una función o una necesidad real para el AVS, echo que quedó claro durante las fases I y II de este programa.

Esta falta de definición contribuyó a aumentar la complejidad del avión que se intentaba diseñar. Los ingenieros intentaban proyectar una aeronave que se pudiese desempeñar en roles tan dispares como interdicción, apoyo aéreo cercano y reconocimiento, operando desde bases de avanzada en el frente con mínimo apoyo terrestre; redundando en una complejidad aún mayor.
Resultando en una menor confiabilidad y capacidad de mantenimiento, requiriendo más ejemplares para mantener la tasa de disponibilidad o aumenta los equipos de apoyo terrestre. Estas alternativas demostraron ser costosas y tener propósitos opuestos al concepto original que hacía hincapié en la movilidad y bajo perfil.

Quizás la Luftwaffe podría llegar a tener un uso para la aeronave, pero Alemania estaba recortando sus gastos y reasignando el presupuesto de programas de desarrollo al mantenimiento operativo de las aeronaves existentes y en la adquisición de diseños ya en producción. Adquiriendo unos años más tarde al McDonnell Douglas F-4E Phantom II.

Sin dar más rodeos, en 1968 el programa fue cancelado. Sin embargo, el programa de desarrollo de los motores fue preservado y reorientado para los programas FX y VFAX. Es interesante notar que el turbofan Pratt & Whitney F401-PW-400 de 30,000 lbf (130 kN) con postquemador; propuesto para el Convair Model 200A es un derivado directo del programa AVS.

EWR intentó ofrecer la aeronave por su cuenta al gobierno alemán, proponiendo un diseño derivado conocido como A 400, el cual contaba con una variante alternativa STOL sin los motores de sustentación pero este proyecto no llegó a ningún lado.

Este modelo muestra otra configuración del AVS, con las tomas de aire de sección semicircular y extendiéndose hasta la raíz alar, notar la tapa abatible y la ausencia de carenados en los motores de sustentación.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Corolario

La cancelación del AVS, no significó una limitación para la USAF, pero si para la Luftwaffe, ya que dependía de este para proveerse de su caza de próxima generación, por lo que se vió obligada a mantener en servicio a los F-104G por un tiempo más. En un primer momento, evaluó reemplazarlos con una versión simplificada y monoplaza del F-4E, conocida como F-4(E)F, pero esto no llegó a ningún lado. 

Afortunadamente para los alemanes, los británicos se encontraban en una situación igual al haber llegado a un callejón sin salida después de que los franceses abandonaran el proyecto conjunto AFVG (Anglo-French Variable Geometry) a mediados de 1967. Esto llevó a que ambos gobiernos acercaran posiciones en mayo de 1968 e invitasen a otros miembros europeos a formar un grupo de trabajo de la OTAN culminando con la firma de un MoD más tarde ese mismo año para el desarrollo de un nuevo caza, bajo el nombre de Multi-Role Combat Aircraft o MRCA, el futuro Panavia Tornado. 

Paralelamente, la industria alemana comenzó un proceso de reorganización y reestructuración. Los socios de EWR formalizaron su integración, Messerschmitt, Bölkow y Siebelwerke se fusionaron a mediados de 1968 para crear la Messerschmitt-Bölkow, cumpliendo con las demandas del gobierno alemán que buscaba racionalizar la industria. Gracias a esto, la neuva empresa fue designada como el contratista principal alemán en el programa MRCA. 

Al año siguiente, la empresa absorbió a Hamburger Flugzeugbau (HFB), la división aeronáutica de Blohm + Voss, cambiando su nombre a Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB).

Tres vistas del AVS de Republic Fairchild-EWR. La aeronave pasó por varias modificaciones de su diseño, pero las características generales se mantuvieron.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Fuentes:

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• Brownlow, C. (Febrero 22, 1965). U.S., U.K. Near Joint Lift Engine Decision. Aviation Week & Space Technology. Vol.82(8). p. 27.
• (August 23, 1965). V/STOL Studies Awarded to 5 Contractors. Aviation Week & Space Technology. Vol.83(8). p. 27.
• Brownlow, C. (Septiembre 6, 1965). Final Design for U.S.-German Joint V/STOL Fighter Expected in Year. Aviation Week & Space Technology. Vol.83(10). p. 23.
• (Mayo, 1967). The US-German V/STOL Tactical Fighter Program. Interavia. Vol?(?). p. 778 a 780.
  
• Geisenhayner, S. (Diciembre, 1967). US/FRG V/STOL Fighter Design. A New Look in Combat Aircraft. Air Force Magazine. Vol.10(12). p. 91 a 95.
  Disponible en: https://books.google.es/books?id=ZKKk8CMZ58wC&pg=RA13-PA91&lpg=RA13-PA91&dq=US/FRG+V/STOL+Fighter+Design.+A+New+Look+in+Combat+Aircraft.+Air+Force+Magazine.&source=bl&ots=W1hUNNecwH&sig=ACfU3U3q83xwYA9NXO-5DuYbM96AGFrN6g&hl=es&sa=X&ved=2ahUKEwjir-vcqdWCAxUnUKQEHQIkBL44ChDoAXoECAQQAw#v=onepage&q=US%2FFRG%20V%2FSTOL%20Fighter%20Design.%20A%20New%20Look%20in%20Combat%20Aircraft.%20Air%20Force%20Magazine.&f=false
• US Senate Committee on Armed Services. Military Procurement Authorizations, Fiscal Year 1969. Washington D. C.; EEUU: US Government Printing Office, 1969.
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• Foxcurrant, R. R. NATO: A Business Story Volume III. Seattle, EEUU: Boeing, 1986.
  Disponible: https://library.si.edu/digital-library/book/natobusinesshist03foxc