domingo, 13 de marzo de 2022

¿Phomcat, Phancat o Phlogger? - McDonnell Douglas F-4(FVS)

McDonnell Douglas F-4(FVS) artist impression
Impresión artística del F-4(FVS) con las insignias de la Armada estadounidense.
Fuente: McDonnell Douglas.



El diseño de una aeronave es el resultado de un perfecto balance entre requerimientos operativos, capacidades constructivas, tecnología y costos. Cuando un fabricante logra dar con un diseño que resulta un éxito comercial, como lo fue el McDonnell Douglas F-4 Phantom II, es esperable que se busque evolucionar este diseño balanceado para mantenerlo vigente.

Algunas de estas evoluciones puede ser radicales y como veremos en el posteo del día de hoy, el llamado F-4 (FVS) cae definitivamente en esta categoría.



Desde su introducción en 1960, el F-4B era el principal vector de ataque y caza de la Armada y del Cuerpo de Marines de los E.E.U.U. La aeronave había recibido su bautismo de fuego en la guerra de Vietnam y para mediados de los 60, con el conflicto llegando a su apogeo, era claro que había que incorporar las lecciones aprendidas, especialmente en lo referido al combate aire-aire, en una nueva versión del Phantom.

Esto llevó al desarrollo de la variante "J" del Phantom, la cual sería introducida en 1970 y que introducía varias mejoras como: motores J79-GE-10 con 17,844 lbf (79.3 kN) de empuje con postcombustión, un radar de pulso Doppler AN/APG-59 junto con el sistema de control de tiro AN/AWG-10 que lo dotaba de capacidad "look-down, shoot-down", ruedas más grandes en el tren de aterrizaje principal, asientos eyectables tipo cero-cero; entre otras mejoras.

A principios de 1965, mientras el F-4J estaba terminando su desarrollo, resultó claro para McAir que una nueva variante no iba s ser suficiente para mantener vigente al Phantom. Había que ver más allá del J y plantear un cambio de fondo en el diseño de la aeronave; especialmente en la capacidad de disparar misiles a multiples blancos al mismo tiempo, junto con una mejora en el alcance y la maniobrabilidad a bajas velocidades.

Tanto la Armada como el fabricante coincidían en que el futuro diseño debía llenar el rol de defensa aérea de la flota de largo alcance, siendo capaz de abatir formaciones de aviones enemigos que dispararían una andanada de misiles antibuque a una distancia de 100 nmi (185 km) de los portaaviones y sus grupos de combate. La interceptación de estos blancos se realizaría a altitudes que iban desde el nivel del mar hasta los 40,000 ft (12,192 m); a velocidades subsónicas como supersónicas en un entorno con fuertes contramedidas electrónicas (ECM). Asimismo, la aeronave tenía que ser capaz de retener el control del espacio aéreo, lo que redundaba en períodos de patrulla prolongados lejos del portaaviones.

Como misión secundaria, este diseño tendría que cumplir misiones de ataque al suelo a una distancia de 600 nmi (1,111 km) en cualquier condición meteorológica. Por lo que la aeronave debía ser capaz de llevar una carga bélica adecuada que podía incluir armamento nuclear.

MCAir llegó a la conclusión, que estos requisitos tácticos exigían combinar una alta velocidad de interceptación, con una excelente performance a baja velocidad, sin descuidar la carga bélica y con un gran alcance; todo esto dentro de las limitaciones operativas de una aeronave embarcada. Resultaba evidente que todo esto sería posible con la incorporación de un ala de geometría variable.

En resumen, si el Phantom quería seguir vigente más allá de los 70, debía cumplir con las siguientes características:

  1. Velocidad máxima por encima de Mach 2.2.
  2. Alcanzar los 35,000 ft (10,668 m) de altitud en menos de 2'.
  3. Acelerar de Mach .8 a 1.8 en menos de 3'.
  4. Realizar hasta tres ciclos de catapultaje y apontaje diarios, basados en ciclos de 1.5 horas.
  5. 2,500 nmi (4,630 km) de alcance en autotraslado.
  6. Reducir el espacio ocupado en la cubierta y los hangares (mejor conocido como Carrier Spotting Factor).
  7. Tren de aterrizaje con barra de arrastre en lugar de eslingas.
  8. Mejora en la capacidad aire-aire para enfrentarse a amenazas supersónicas.
  9. Capacidad para portar armas nucleares.
  10. Sistemas de navegación mejorados.
  11. Arquitectura abierta para incorporar mejores motores, aviónica o mejorar la capacidad de combustible o carga bélica en el futuro.
  12. Compatibilidad con la infraestructura de mantenimiento y soporte actual.
  13. Compatible con VAST (Virtual At Sea Training).
  14. Las horas hombre de mantenimiento por hora de vuelo debía no superar las 20.
  15. La probabilidad de éxito por misión debía ser superior al .80.
  16. El costo unitario, por 300 ejemplares, no puede superar los U$S 4 millones (U$S 34.7 millones actualmente).
  17. Las primeras unidades debían ser entregadas en 1969. 

De alas fijas a alas variables

McDonnell Douglas tenía un desafío bastante interesante por delante en el, ahora denominado, F-4(FVS). El primer paso era modificar la célula del F-4J para acomodar las nuevas alas de geometría variable e implantación alta. Las raíces alares fueron ensanchadas para alojar los mecanismos de movimiento. El ala tenía su punto de pívot al 28% de la envergadura, y tenía un rango de movimiento entre los 23 a 70º.

Además de mejorar la performance a baja y alta cota, el ala garantizaba maniobras de 2.0 G libre de buffet a Mach 0.85 y 35,000 ft (10,668 m) con plena carga bélica. Los planos de profundidad perdieron su diedro al mismo tiempo que aumentaban su área, lo que incrementaba la maniobrabilidad a velocidades supersónicas. La empresa había invertido más de 1,511 horas en el túnel de viento para desde marzo de 1966, para lograr esta configuración aerodinámica.

Con respecto al tren de aterrizaje, en la nariz se había instalado una barra para la catapulta, eliminando los anclajes para las eslingas. El tren principal fue movido al fuselaje, recibiendo ruedas más grandes.

Una de las principales limitaciones del sistema de armas del Phantom era que el AIM-7, al ser de guía de radar activa, dependía de que la aeronave lanzadora mantuviera al blanco "iluminado" durante todo el vuelo del misil. Por lo que, si bien se podía seguir varios blancos en la pantalla, solo se podía disparar de a uno a la vez. Para disparar a múltiples blancos al mismo tiempo, el sistema de radar Westinghouse AN/AWG-10 recibió un data-link bidireccional, la integración del Misil AIM-7 Sparrow III y una nueva computadora de control de tiro digital. Este suite de aviónica se la denominaba Airborne Weapon Control System o AWCS y se estimaba que pudiera guiar hasta seis misiles al mismo tiempo. En conjunto con el AWG-10, una antena instalada en la nariz y debajo del radar era capaz de proveer guía terminal para dos misiles.

McDonnell Douglas F-4(FVS) breakdown
Esquema con el despiece de los diferentes subensamblajes del F-4(FVS). Fuente: McDonnell Douglas.



Otras mejoras en la aviónica incluían la instalación de un colimador LCOSS (Lead Computing Optical Sight Set), un data link AN/ASW-27, un sistema de bombardeo digital e inercial y un sistema de alerta de radar (RWR).

Comparado con el F-4J, el F-4 (FVS) había adquirido varias mejoras, para empezar tenía capacidad para disparar multiples misiles, un radio de interceptación ampliado en un 50% al mismo tiempo que el tiempo de patrulla se había duplicado. Otras mejoras incluían 516 US Gal. (1,953 l) adicionales de combustible, una reducción en la velocidad de entrada en perdida de 11 kn; la reducción en el Carrier Spotting Factor de 1.65 a 1.56; todo esto manteniendo una comunidad de partes del 57% con el Phantom de serie al mismo tiempo que utilizaba los mismos sistemas de apoyo en tierra y mantenimiento. Incluso, McDonnell Douglas aseguraba que para entrenar los técnicos en esta nueva variante se podían utilizar los mismos equipos y simuladores del F-4B y J.

En su informe fechado en agosto de 1966, MCAir aseguraba que el primer vuelo se realizaría 22 meses después de la firma del contrato, con las primeras unidades siendo entregadas a la flota en 1969. 

A pesar de verse impresionante en el papel, El F-4(FVS) no resultó del interés de la Armada. La razón era que la combinación del AWG-10 con el AIM-7 no estaba a la altura del nuevo programa de la Armada, el TFX. Esta aeronave, la cual había sido concebida específicamente para la función de defensa aérea de la flota de largo alcance, utilizaba el radar AWG-9 y los novísimos misiles AIM-54 Phoenix que ofrecían una mejora sustancial sobre lo que pudiese ofrecer el Phantom. 

McDonnell Douglas, no pudo hacer mucho excepto esperar. A medida que la década del 60 llegaba a su fin, el F-111B resultado del programa TFX estaba demostrando ser una decepción con una performance mediocre, muy por debajo de la expectativas. Es así, que McDonnell Douglas, reflotó la idea de una versión avanzada del veterano Phantom.


McDonnell Douglas F-4(FVS) loadout
Diagrama con la carga bélica propuesta para el F-4(FVS). Las estaciones subalares 1 y 9 tendrían un sistema de rotación para mantener los pilones subalares paralelos al fuselaje cuando el ala cambiara su flecha. Fuente: McDonnell Douglas.


A principio de 1967, MCAir presentó una oferta llamada "F-4X" el cual consistía en varias versiones mejoradas del F-4J. En concreto el fabricante ofrecía cuatro propuestas: 
  • El F-4J+, siendo una mejora con mínimos cambios en el F-4J.
  • El F-4(FV)L dotado de una nueva ala con mayor superficie.
  • El F-4(FV)H la misma ala que el anterior, pero de implantación alta.
  • El F-4(FV)S con alas de geometría variable.
Junto con estas diferencias aerodinámicas, MCAir proponía diferentes combinaciones de radar y misiles; que podían ser una versión mejorada del AWG-10 o el uso de un AWG-9 modificado; junto con el uso de la nueva versión del Sparrow (el AIM-7F) o el Phoenix. Finalmente, MCAir, proponía el uso del motor J79-GE-10 o el más avanzado y aún en desarrollo General Electric GE-1. (Nota del autor: este último,  jamás entrará en producción, pero su tecnología sería utilizada por General Electric para desarrollar toda una familia de turbofanes comenzando con el TF39 y su derivado civil el CF6 y terminando con el F101). 

En su oferta, MCAir, destacaba que la combinación del F-4(FV)S de geometría variable, el radar AWG-9 y los motores GE-1 era la de mejores prestaciones. En realidad se trataba de una mejora sobre el diseño que había presentado la empresa un año atrás.

Con respecto a las modificaciones en la célula, no variaba mucho con lo ya descripto anteriormente, salvo las tomas de aire. Debido a que el GE-1 requería mayor volumen, el F-4(FV)S incorporaba las utilizadas en el F-4K inglés. La capacidad de combustible total era de 2,180 US. Gal. (8,252 l) permitiendo un tiempo de patrulla de más de 6 horas.

En cuanto a sus prestaciones, esta nueva versión tenía un peso al despegue de 48,970 lb (22,212 kg), una velocidad de aproximación de 122 kn (226 km/h), una velocidad máxima de Mach 2.53 y un techo de servicio de 61,950 ft (18,882 m).

Lo mejor de todo era la adición del AWG-9. El radar AWG-10 era capaz de detectar un blanco de 5m2 volando a 40,000 ft (12,192 m) a 40 nmi (74 km); mientras que el AWG-9 podía detectarlo a 111.3 nmi (206 km). El único problema es que, debido al volumen disponible en la célula del Phantom, la antena del mismo tuvo que reducir su diámetro de los 91.4 cm originales a 86 cm.

Esta performance era mejor que la del Phantom original, pero había un problema. Debido a las limitaciones de su célula, el F-4(FV)S solo podía llevar una carga máxima de cuatro Sparrows y dos Phoenix. El costo por 300 ejemplares era de aproximadamente U$S 2 billones (casi U$S 16 billones), casi el mismo valor del programa TFX.

Ante esta realidad, la Armada prefirió dejar de lado definitivamente cualquier idea de un Phantom mejorado. Tras la cancelación del programa TFX, el arma tuvo la libertad de pedir el caza interceptor que realmente cumpliera con sus requisitos, los cuales se materializaron en el programa VFX de 1968. Este programa, daría origen al Grumman F-14 Tomcat.


McDonnell Douglas F-4M(FVS)
Representación artística del F-4M(FVS) luciendo los colores de la RAF.
Créditos de la imagen a quien corresponda.


¿Quizás los ingleses lo quieran?

Tras el rechazo de la Armada norteamericana, MCAir decidió probar suerte ofreciendo el F-4(FV)S a la Real Fuerza Aérea británica. Denominado como F-4M(FVS) en su folleto de febrero de 1967; la aeronave era propuesta como una alternativa al anglo-francés AFVG. 

Basado en el F-4M producido para la RAF, el F-4M(FVS), heredaba sus motores Rolls-Royce Spey, pero utilizaba la variante RB-168-27R de 20,514 lb (91 kN) de empuje que ofrecía un sensible aumento de potencia y un mejor consumo específico de combustible con respecto a la versión -25R del F-4M. Comparado con el F-4M de serie, esta nueva versión ofrecía un aumento de 115% del tiempo de patrulla y un incremento del 73% en el radio de acción en misiones con perfil lo-lo-lo y hi-lo-hi.
El primer vuelo estaba programado para enero de 1970, seguido 11 meses más tarde, por la producción del primer ejemplar de serie. MCAir ofreció como alternativa, utilizar los motores GE-1 en lugar de los Spey, pero en ese caso, el primer vuelo no sería posible hasta marzo de 1971.

McDonnell Douglas propuso a la RAF y a la Armada norteamericana un esquema de producción conjunto por 600 unidades, de las cuales 200 serían para Inglaterra, con dos opciones:
  • 200 F-4M(FVS), seguidos rápidamente por 400 F-4(FV)S con motor GE-1 a un costo total de U$S 3.242 billones (más de U$S 27.5 billones actualmente) o
  • 35 equipados con Spey, seguidos por 565 con motores GE-1 por U$S 3.209 billones (más de U$S 27.2 billones actualmente).
Em ambos casos, McDonnell Douglas se comprometía a recomprar los Phantoms con motores Spey para luego revenderlos a terceros.

Finalmente, el gobierno inglés descartó la propuesta. Desde su punto de vista, las ventajas ofrecidas por este nuevo diseño, frente al F-4M, no justificaban su adquisición. Además, podía llegar a ser vista como una amenaza para el futuro Multi-Role Combat Aircraft (o MRCA), que sería la génesis del Panavia Tornado. Esto marcó el fin del camino para el Phantom de geometría variable.


McDonnell Douglas F-4(FVS) threeview
Tres vistas del F-4(FVS) con las dimensiones expresadas en pies. Las alas podías pivotar hasta una flecha de 75.5º para ocupar menos lugar en la cubierta y hangar del portaaviones. Fuente: McDonnell Douglas.



Características técnicas F-4(FVS):

  • Tripulación: 2
  • Longitud: 17.8 m
  • Envergadura: 16.76 m (alas a 23º); 10.39 (alas a 70º)
  • Superficie alar: 46.45 m²
  • Peso vacío: 33,481 lb (15,186 kg)
  • Peso operativo en la catapulta: 69,000 lb (31,297 kg)
  • Capacidad de combustible (interna): 2,514 US. Gal. (9,516 l)
  • Planta motriz: 2x turbojet General Electric J79-GE-10 de 17,844 lbf (79.3 kN) de empuje unitario con postquemador.

Performance:

  • Peso de combate (60% de capacidad interna de combustible): 44,903 lb
  • Velocidad máxima: Mach 2.32
  • Aceleración (Mach 0.8 a 1.8 a 36,089 ft): 2.65'
  • Techo supersónico: 59,800 ft (18,227 m)
  • Alcance:
    • Autotraslado (con tanques suplementarios): 2,774 nmi (5,081 km)
    • Alerta aérea o Q.R.I. (con 4x AIM-7 Sparrow): 333 nmi (616 km)
    • Hi-Lo-Hi. (con 6x Mk-82 Snakeye y 1,800 US. Gal. de combustible externo): 790 nmi (1,473 km) 

Armamento:

  • 9x estaciones de armas (5 en el fuselaje, 2 subalares)

Fuentes:

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