domingo, 12 de marzo de 2023

Anclado al suelo, el proyecto VTOL Rockwell XFV-12

Rockwell XFV-12 on the tarmac
El XFV-12 durante una prueba de motor en tierra, se puede ver las rejillas tapando las tomas de aire y el avión firmemente anclado a la plataforma. Créditos de la imagen a quién corresponda.


El fin último de diseñar y construir una aeronave es, justamente, que vuele. Creo que usted estará de acuerdo conmigo querido lector en que cualquier aparato que no sea capaz de cumplir con este requerimiento fundamental es un fracaso.

La aeronave de esta historia, el Rockwell XFV-12, es recordado justamente por esto. La infamia de una aeronave que no fue capaz de despegarse del piso.



A finales de los años 60, una revelación comenzó a circular entre los pasillos del alto mando de la Armada norteamericana. Si en algún punto la Guerra Fría se calentaba, las operaciones militares iban a requerir grandes convoyes de buques mercantes llevando suministros, a los cuales había que escoltar y mantener a salvo de la flota soviética.

Claro que esto representaba un desafió, ya que en medio de una potencial Tercera Guerra Mundial, las unidades de escolta iban a ser insuficientes para estar asignadas a las operaciones de combate y a escolta de convoyes al mismo tiempo. 

Al asumir como Jefe de Operaciones Navales (Chief Naval Operations, en inglés) en 1971; el Almirante Elmo Zumwalt, tomó el toro por las astas y propuso una solución a este problema táctico; utilizar buques más económicos y de menor tonelaje para el rol de escoltas. El buque insignia de esta nueva doctrina era un portaaviones de 14,000 t de desplazamiento a plena carga, una eslora de 190 m y un precio por unidad de U$S 100 millones (más de U$S 763 millones actualmente); denominado Sea Control Ship o SCS por sus siglas en inglés.  

Los SCS eran verdaderamente diminutos. A modo de comparación, el actual Juan Carlos I de la Armada española desplaza 26,000 t, con una eslora de 230 m; mientras que el antiguo 25 de Mayo de la Argentina, desplazaba 19,896 t, con 210 m de eslora.

Por sus dimensiones, estos buques operarían un ala aérea embarcada especial, compuesta  por helicópteros con capacidad ASW junto aeronaves VTOL de dos tipos: una denominada "sensor carrier" que cumpliría las funciones ASW, ASuW y AEW; y un caza se encargaría de proveer cobertura aérea y ataque.

Entre los defensores de la idea de Zumwalt, se encontraba el Contralmirante Thomas Davies, Jefe de la División de I+D del Comando de Material (o NAVMAT en inglés). Esto llevó a que en 1972, NAVMAT enviase invitaciones a todos los fabricantes aeronáuticos a que presentaran sus propuestas tanto para el sensor carrier, como para el caza.

La industria respondió con entusiasmo la solicitud, haciendo llegar los más variados diseños. NAVMAT, se limitó a recogerlos y referirlos a NAVAIR, el comando de aeronaves de la Armada, para ser evaluados.


Rockwell XFV-12 brochure
Folleto promocional del XFV-12, donde Rockwell explica las ventajas y el funcionamiento del sistema TAW. Fuente: Rockwell International.


Marineros diseñando aviones

Por lo general, NAVMAT se limitaba a recoger las necesidades de equipos del arma para luego ordenar a los mandos especializados, la selección y provisión de aquellos que se ajustasen mejor a los requerimientos. Por lo que se enviase la invitación a ofertar a los fabricantes aeronáuticos directamente, siendo el propio NAVMAT el que redactó los requerimientos y sin pasar por NAVAIR era sumamente inusual.

George Spangenberg, Director de la División de Evaluación de NAVAIR recuerda esta situación de la siguiente manera: "En su solicitud a la industria para que presente propuestas de no más de veinte páginas, se les dijo que habría un requisito para una aeronave portadora de sensores de gran autonomía, supongo que se refería a ASW y AEW; junto con un caza VTOL de alta performance. (Davis) No dio definiciones sobre la misión para el barco o el avión, por lo que quedaba al criterio de los oferentes. Se le dijo a la industria que no se requerían especificaciones y que los proyectos se manejarían con un mínimo de control burocrático".  Y así fue, al escritorio de Spangenberg llegaron las propuestas más extrañas: "Para la aeronave portadora de sensores, debemos haber tenido veinte o treinta propuestas, que iban desde pequeñas aeronaves experimentales hasta derivados del C-130. Teníamos todo tipo de alas basculantes, conductos basculantes, empuje vectorial, rotores basculantes, etc. Los diseños de alto desempeño incluían algunas versiones de Harrier, algunos diseños con motores de sustentación y un diseño con ala de propulsión aumentada".

Ampliando su último comentario sobre los cazas, Spangenberg, se refería al McDonnell Douglas AV-16 (efectivamente un derivado del AV-8), el Convair 200A (basado en el uso de un turbofan Pratt & Whitney F401 con tobera vectorial, engranado a dos motores de sustentación Rolls-Royce/Allison XJ99) y finalmente, el Rockwell International FV-12 basado en el concepto de ala de propulsión aumentada o "Thrust Augmented Wing", referido a veces por sus siglas en ingles TAW.

Tras analizar todas las propuestas; NAVAIR realizó dos recomendaciones. Sobre el "sensor carrier", propuso estudiar la factibilidad del TAW aplicada en una aeronave pequeña, modificando un OV-10 Bronco como había propuesto Rockwell/North American. Con respecto al caza, NAVAIR consideraba que era mejor comenzar desarrollando un motor de sustentación primero antes que cerrarse a un diseño de aeronave definitivo. Pero, si había que calificar las propuestas presentadas en cuanto a mérito, consideró que la mejor era el Convair 200, seguido por el AV-16 y por último, el FV-12 de Rockwell. Este era considerado de alto riesgo y el de mayor incertidumbre técnica.


Rockwell XFV-12 mockup
Mockup del XFV-12 donde se puede ver las partes procedentes del A-4 y F-4, junto con la disposición del motor y los conductos. Notar el armamento propuesto por una pareja de misiles AIM-7 Sparrow.
Créditos de la imagen a quién corresponda.


NAVMAT tomó el informe final y armó una presentación para el Subsecretario de Marina para Investigación y Desarrollo: Robert Frosch, donde se destacaba que el FV-12 si bien era el de mayor riesgo, ofrecía la mejor performance con una velocidad máxima de Mach 2, un incremento en la sustentación del 55% gracias al TAW y la menor huella de presión y temperatura sobre la cubierta al momento del despegue (menor que la del Harrier). Para sorpresa de todos, Rockwell recibió un contrato por la producción de dos prototipos del ahora denominado XFV-12.

Claro que esta decisión no gustó a NAVAIR. En las palabras de Spangenberg: "Para hacer corta la historia, después de obtener suficientes datos para evaluar su peso y rendimiento, NAVAIR predijo que el diseño no tenía capacidad para ser usado en servicio. Solo podría despegar casi sin carga útil, y con algo de combustible. Lo apodé 'Ground Hugger-1' y unos años más tarde se demostró que ese apodo era preciso". 

Las dudas de NAVAIR llegaron a los oídos de Frosch, quién mostró su descontento con que se le retuvo información sobre el VFX-12. Frosch renunció en 1973 para unirse al Programa Ambiental de las Naciones Unidas; al igual que el Contralmte. Davis quien se retiró de la Armada ese mismo año. Sin embargo, a pesar de todas las quejas y dudas, el programa XFV-12 continuó adelante.


Ground Hugger-1 por dentro

Tras recibir la luz verde, Rockwell comenzó las pruebas de tierra de su concepto TAW construyendo un banco de pruebas en las instalaciones de su división North American en Columbus, Ohio.

El TAW era bastante sencillo en los papeles. Las alas estaban conformadas por unas superficies, las cuales se abrían como persianas venecianas; a través de los bordes de ataque de dichas superficies se descargaba el escape de la turbina, el cual era canalizado desde la tobera hasta estas boquillas por medio de unos conductos. En cierta forma era una solución muy similar al flap soplado.

Gracias al efecto Coandă, este flujo de aire caliente, canalizaba una corriente de aire frío hacía abajo generando una fuerza de empuje hacia arriba. Variando la apertura de estos flaps se regulaba el chorro y con eso la potencia del empuje. Sin embargo esta configuración tenía una desventaja, las alas no podían tener ningún tipo de punto de armas, por lo que todo el armamento debía ser llevado en el espacio del fuselaje.

La aeronave en sí tenía un diseño poco convencional. Construida alrededor de un turbofan Pratt & Whitney F401 de 30,000 lbf (130 kN) de empuje, contaba con un ala de forma trapezoidal y de implantación alta, de 8.69 m de envergadura, con los estabilizadores verticales en los extremos. En las puntas alares también se alojaba el tren de aterrizaje principal. Como planos horizontales, el XFV-12 contaba con canards de implantación baja de grandes dimensiones que representaban casi el 50% de la superficie alar total. En la practica, la aeronave tenía alas en tandem. 


Rockwell XFV-12 parts origin
Diagrama que muestra el origen de las partes utilizadas en la construcción del XFV-12.
Fuente: Rockwell International.


Tanto las alas como los canards tenían los flaps del sistema TAW, los cuales también funcionaban como superficies de control y aerofrenos al modificar sus ángulos y secuencia de apertura. Cabeceo y rolido estaban controlados por la operación asimétrica de los flaps de adelante hacia atrás y de izquierda a derecha, mientras que la guiñada estaba controlada por la apertura de los flaps. Una entrada de aire auxiliar usada durante el vuelo vertical estaba ubicada inmediatamente detrás de la cabina.

Para asegurar el caudal de aire adecuado, la tobera del F401 era algo totalmente diferente a lo antes visto; es más no era una tobera en el sentido tradicional de la palabra, ya que su principal función era desviar los gases de escape hacía el sistema TAW (Pratt & Whitney, encargados de diseñarla, la llamaban "derivation valve" oficialmente). 

Rockwell quería mantener los costos de desarrollo lo más bajo posible, por lo que tomó la decisión de construir el XFV-12 con la mayor parte de partes disponibles; esto implicó tomar la sección delantera del fuselaje (incluido cockpit y carlinga) de un Douglas A-4 junto con su tren de aterrizaje; unidas a las tomas de aire y cajón alar de un McDonnell Douglas F-4. En total un 35% de la célula del avión provenía de aeronaves existentes.

Mientras el primer ejemplar estaba tomando forma, la NASA realizó pruebas en su túnel de viento de grandes dimensiones en Langley con un modelo en escala. Es aquí que los problemas comenzaron a aparecer, ya que la NASA confirmo lo que NAVAIR había dicho en un primer lugar; que la capacidad de sustentación del sistema TAW era mucho menor que la prevista por el fabricante; siendo insuficiente para despegar a la aeronave del suelo. A modo de consuelo, NASA confirmo que la performance de la aeronave en vuelo convencional era bastante buena.


Rockwell XFV-12 cutaway
Corte transversal del XFV-12 donde se puede ver el flujo de aire ingresando por las tomas de aire, para ser redigirido hacía el sistema TAW, con la aeronave configurada para vuelo VTOL. 
Fuente: Aviation Week & Space Technology.


El rollout tuvo lugar el 26 de agosto de 1977 en las instalaciones de Rockwell en Columbus. Tras la presentación oficial, la aeronave realizó pruebas de rodaje en tierra. En este punto, se decidió que la mejor manera de evaluar el sistema TAW era mediante una serie de vuelos cautivos.

Unos meses más tarde, en noviembre, el XFV-12 fue cargado en un Super Guppy y trasladado al Impact Dynamics Research Facility de la NASA (anteriormente conocido como Lunar Landing Research Facility) en Langley, Virginia. 

Las instalaciones contaban con una grúa portico de 76 metros de altura, la cual fue usada durante las misiones Apollo para simular los alunizajes. La aeronave fue conectada a esta estructura por medio de un cordón umbilical de 25 mm de diámetro, el cual contenía los sensores y un conector con una capacidad de carga de 50,000 lb (22,679 kg). Siete cables de acero anclados al suelo y al tren de aterrizaje mantenían a la aeronave segura, con un cierto margen de movimiento.


Rockwell XFV-12 on the tarmac at Ohio
Foto publicitaria del XFV-12 en las instalaciones de Rockwell en Columbus, Ohio. Se puede ver claramente la forma de la válvula de derivación, diseñada por P&W para redigir los gases de escape hacia el sistema TAW. 
Fuente: North American Aviation vía Wikimedia Commons.


La infamia del avión que no despega

Para 1978, el programa XFV-12 empezaba a ser visto con cierta desconfianza. Ya se habían invertido varios millones de dólares en su desarrollo y la aeronave no había realizado ningún vuelo. El echo de que se descartó realizar el traslado de la aeronave por sus propios medios desde la planta de Rockwell hasta las instalaciones de la NASA no hizo más que aumentar el escepticismo.

Sin embargo, las pruebas cautivas lejos de generar confianza en la aeronave, la disminuyeron. En condiciones de laboratorio y con modelos en escala, se logró conseguir una tasa de incremento de empuje de %55 gracias al TAW, más que suficiente para hacer despegar la aeronave con un peso operativo de 19,130 lb (8,677 kg) tal como prometía Rockwell.

Pero cuando esas modificaciones se trasladaban al avión real, los resultados eran totalmente desalentadores. En un primer momento, se logró conseguir una tasa de incremento del 8%, muy lejos del mínimo que se consideraba necesario de entre 35 a 40%.

Los flaps del sistema TAW funcionaban como se esperaba, el problema eran los conductos por los que circulaban los gases de escape de la turbina, su longitud hacía que se perdiera empuje. Si bien funcionaban en los modelos en escala, cuando se llevaba al tamaño natural la capacidad de generar sustentación caía al 19% en las alas y solo 6% para los canards. Esto hacía que en vuelo vertical, la relación peso-empuje solo era suficiente para levantar un 75% del peso de la aeronave. En términos aeronáuticos: No andaba.

Rockwell XFV-12 lift generation charts
En su informe final, Rockwell presentaba esta gráfica entre la tasa de incremento de sustentación (φ) del banco de pruebas estático (Whirl Rig), y el avión en Langley. Las diferencias son más que notables.
Fuente: Rockwell International.


Transcurrieron seis meses, finalizando en julio de 1978 sin obtener ningún tipo de resultado, se suspendieron las pruebas de vuelo cautivas. Asimismo, las continuas modificaciones, pruebas de túnel de viento y las modificaciones posteriores posteriores a la aeronave habían aumentado el costo del programa desproporcióname.

Curiosamente, en una nota realizada por Flight International el 20 de enero de 1979, el Comandante E. L. Lewis, del Advanced Aircraft Development and Systems Objectives Office; aseguró que se había probado la validez básica del concepto y si bien reconoció que aun faltaba bastante para que el sistema estuviese maduro, afirmo: "En la actualidad, el proyecto está en la misma etapa en la que estaban los hermanos Wright alrededor de 1902". 

El avión fue preservado en un hangar en las instalaciones de la NASA en Langley, siendo su motor, junto con el ala y canard izquierdo y sus conductos de gas, desmontados y trasladados a las instalaciones de Rockwell para continuar con los ensayos enfocados en mejorar la performance. Se realizaron inspecciones periódicas a la aeronave para mantenerla en condiciones optimas en caso de que una nueva partida presupuestaria permitiese continuar con su desarrollo.

Pero vientos de cambio estaban soplando en la Armada. Para 1980, la idea de los SCS había sido descartada, volviendo a poner énfasis en los super portaviones nucleares clase Nimitz y sus alas aéreas embarcadas de aviones convencionales. Con ello, todo el concepto de aviones VTOL fue considerado redundante y el programa XFV-12 fue formalmente cancelado en 1981.


Rockwell XFV-12A control systems
Diagrama con el sistema de control del XFV-12. Variando el ángulo de apertura de los flaps, se obtenía el control sobre los tres ejes de la aeronave. Fuente: Rockwell International.


Lo que salió mal

La historia del Rockwell XFV-12 se volvió un chiste en misma y no es raro encontrarse a la aeronave como blanco de burlas en los foros de internet y medios aeronáuticos. Sin embargo, hay una pregunta que queda en el aire y es... Si en un primer momento se sabía que el TAW era de alto riesgo, ¿Por qué se optó por desarrollarlo igual, descartando propuestas más seguras?

Responder esta pregunta no es fácil. Por un lado, en la milicia estadounidense y la Armada en particular había una mentalidad de "Prototipos, con P mayúscula", es decir todos los sistemas de armas debían evaluarse empíricamente en conjunto con simulaciones y modelos matemáticos. 

Otro factor a considerar era la propia política interna de la Armada. Si entramos en el ámbito de la especulación, se podría argumentar que ciertos sectores autorizaron el XFV-12 justamente por su baja probabilidad de éxito, con la intención de sabotear el plan de los SCS para no desviar fondos del programa de super portaviones. El hecho de que que fuera NAVMAT y no NAVAIR los que contactaran a los fabricantes deja lugar a este tipo de especulaciones.


Rockwell XFV-12 remains in a shed
Lo poco que sobrevivió del XFV-12 fue abandonado en un cobertizo en la Plum Brook Station de la NASA; hasta que un grupo de voluntarios intentaron su restauración.
Fuente: Maciej Zborowski vía NASA.


Sin embargo, los super portaviones tendrían que superar una prueba más. El sucesor de Zumwalt, Almte. James Holloway III, descartó los SCS a favor de una unidad más grande conocida como "VSTOL Support Ship (VSS)", con un ala aérea embarcada más grande y ampliar el uso de aviones V/STOL a los portaviones convencionales y unidades menores, como fragatas e incluso a buques mercantes.

Esto dio una suerte de segundo aire al XFV-12, además de dar origen a diseños menos convencionales como el Grumman Nutcracker, pero esta nueva ola VTOL duró poco y no sería suficiente para mantener al XFV-12 a flote.

De cualquier manera, tras su cancelación, el único XFV-12 fue desmontado y la sección delantera del fuselaje fue trasladada hasta Plum Brook Station (actualmente: Neil A. Armstrong Test Facility) de la NASA en Sandusky, Ohio donde fue abandonado en un cobertizo.

En 2011, lo que quedó del XFV-12 fue encontrado por unos contratistas de la NASA, y se creó un grupo de voluntarios llamado "The Coanda Project" encabezado por Maciej Zborowski junto con alumnos de una secundaria cercana se propusieron restaurarlo para ser expuesto al publico. Lamentablemente, la restauración parece que no llegó a buen puerto.


Rockwell XFV-12 three view drawing
Tres vistas del XFV-12. Créditos de la imagen a quien corresponda.


Características técnicas:

  • Tripulación: 1
  • Longitud: 13.39 m
  • Envergadura: 8.69 m
  • Alto: 3.15 m
  • Superficie alar: 27.2 m2 (Total)
  • Peso vacío: 13,800 lb (6,260 kg)
  • Peso operativo: 19,500 lb (8,845 kg)
  • Peso máximo al despegue: 24,250 lb (11,000 kg)
  • Planta motriz: 1x turbofan Pratt & Whitney F401-PW-400 de 30,000 lbf (130 kN) con postquemador.

Performance:

  • Velocidad máxima (estimada): Mach 2.2-2.4
  • Techo de servicio (estimado): 40,00 ft (12,192 m)
  • Radio de acción (estimado): 500 nmi (925 km)
  • Capacidad de combustible: 730 US gal. (2,763 L)
  • Carrera de despegue (STOL): 300 ft (91 m) con un peso de 24,250 lb (11,000 kg)

Armamento:

  • 1x Cañón rotativo M61 Vulcan de 20 mm con 639 rondas.

Fuentes:

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