Innovador para nada, el Consolidated Vultee XP-81

49-1000, el primer XP-81 fabricado, fotografiado sobre Muroc durante un vuelo de prueba. El trébol de cuatro hojas junto a la carlinga era la insignia personal del piloto de pruebas Frank W. Davis. 
Fuente: USAF vía Wikimedia Commons.

El día de hoy no ponemos en duda la idoneidad de un motor a reacción, en cualquiera de sus formas, ya sea un turbofan e incluso el viejo turborreactor para impulsar una aeronave. Tampoco, se cuestiona la capacidad de los más modernos turboejes o turbohélices. 

Pero cuando su uso en diseños aeronáuticos apenas comenzaba los ingenieros no estaban convencidos plenamente de sus capacidades dando origen a extrañas configuraciones motrices como la que tenía el Consolidated Vultee (Convair) XP-81, al cual se le dedica la entrada del día de hoy.

La entrada en servicio el 8 de mayo de 1943 del  Boeing B-29 Superfortress supuso un salto en las capacidades de la Fuerza Aérea del Ejército estadounidense (USAAF) ya que este tenía mayor carga bélica, velocidad y un texho de servicio superior a los contemporáneos Boeing B-17 Flying Fortress, el Consolidated B-24 Liberator o el Avro Lancaster inglés; permitiendo realizar la campaña de bombardeo de largo alcance sobre suelo japonés en la segunda mitad de la Segunda Guerra Mundial.

Al igual que ocurría en Europa, los B-29 no volarían a Japón solos. Es por este motivo que durante el verano de 1943, la USAAF publicó un listado de requerimientos para un nuevo caza de escolta; que consistía en lo siguiente: 

• Radio de combate de 1,086 nmi (2,012 km).
• Combustible suficiente para 20 minutos de combate, más reserva.
• Velocidad crucero de 217 kn (402 km/h) a 25,000 ft (7,620 m).
• Velocidad máxima 434 kn (804 km/h).
• Techo de servicio 37,500 ft (11,430 m).
• Tasa de ascenso de 2,500 fpm (12.7 m/s) a 27,000 ft (8,230 m).
• 12º de campo visual sobre la nariz.
• 2 motores para aumentar el margen de seguridad.

En este último punto, la USAAF recomendaba a los fabricantes optar por un turbohélice, el cuál ofrecería un vuelo económico de largo alcance, combinado con un turborreactor que se podría utilizar durante el combate maniobrado.

Consolidated Vultee Aircraft Corporation presentó su propuesta ante el Comando de Material en septiembre de 1943, bajo la denominación Model 102. Siguiendo el consejo de la USAAF, la aeronave estaba diseñada alrededor del primer turbohélice desarrollado en los EEUU, el General Electric TG-100, instalado en la nariz; junto con un turborreactor GE J33-GE-5 (también denominado I-40) en la parte trasera del fuselaje.  El equipo de diseño estaba liderado por el Ingeniero en Jefe de Desarrollo, C. R. Irvine, junto con su asistente, Frank W. Davis; quien también actuaría como piloto de pruebas.

La selección de los motores fue uno de los primeros puntos que el equipo de diseño debió resolver. A pesar de la sugerencia de la USAAF; los ingenieros de Vultee estaban indecisos entre el TG-100 y el más tradicional Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp de 18 cilindros en doble estrella refrigerado por aire con una cilindrada de 46.000 cc, para decantar por el turbohélice el cuál tenía, al menos en los papeles, mejor performance en situaciones de combate y durante el vuelo crucero. Con respecto al turborreactor, no hubo mucha discusión ya que el J33 era la única opción disponible para el fabricante.

Corte esquemático del XP-81. Se puede ver la disposición de los motores y las armas en las alas.
Fuente: San Diego Air and Space Museum Archives vía Flickr.

Irvine había desarrollado una aeronave con un fuselaje semi-monocoque totalmente construido en aleación de aluminio. El diseño del ala era del tipo NACA de flujo laminar de forma trapezoidal con borde de ataque recto y un diedro de 6º e incluía spoilers que operaban automáticamente en conjunto con los alerones. Una característica interesante era el sistema antihielo utilizando gas caliente sangrado de ambos motores. 

Dos celdas de combustible estaban instaladas directamente detrás de la cabina, con un total de 811 US gal. (3,670 l) de combustible. El fuselaje también albergaba el tren de aterrizaje triciclo del XP-81, de accionamiento eléctrico.

El piloto se sentaba en un asiento estándar de un caza de la época, siendo más tarde reemplazado por uno eyectable similar al utilizado en el XP-54. Sobre su cabeza, una carlinga de burbuja que le daba una visión de 360º, la cual contaba con un sistema para ser desprendida en caso de emergencia.

En cuanto a armamento, los modelos de producción contarían con seis ametralladoras Browning M2 .50 con 400 disparos cada una o seis cañones Hispano T31 de 20 mm con 200 disparos cada uno; agrupados de a tres en cada ala. La carga bélica era de 3,200 lb (1,451 kg) en  dos puntos de armas en las alas.

Tras validar el diseño preliminar con la USAAF, quien designó a la aeronave como XP-81, Vultee fue declarado ganador, recibiendo el 5 de enero de 1944 un contrato valorado en U$S 4.6 millones (más de U$S 80 millones) para la producción de dos prototipos y un célula de ensayos. 

Ante el retraso en el TG-100, los ingenieros de Vultee se vieron obligados a reemplazarlo por un Packard V-1650, lo cual obligó a modificar la nariz de la aeronave.
Créditos de la imagen a quien corresponda.

Este fue seguido por otro del 18 de enero, con un valor de U$S 3,744,000 (más de U$S 65 millones actualmente) que 13 ejemplares de preserie (YP-81) más los datos obtenidos durante las pruebas de vuelo.

Con los contratos firmados, la construcción del primer prototipo comenzó inmediatamente en las instalaciones del fabricante en Downey, California pero los problemas se hicieron presentes rápidamente. En abril de ese año, el Comando de Material de la USAAF fue notificado por GE que no tendría el TG-100 a tiempo debido a problemas técnicos. Esto provocó un retraso en la construcción del XP-81, y para junio, los ingenieros no tuvieron más remedio que buscar una planta de poder alternativa.

La solución vino en la forma de un motor probado y en producción, un Packard V-1650; la versión bajo licencia del Rolls-Royce Merlin, tomado directamente de los inventarios del Comando de Material. Al recibirlo, los ingenieros de Vultee debieron realizar una modificación mayor a la estructura de la nariz de la aeronave, incluyendo un radiador similar al utilizado en el Lockheed P-38J, ubicado debajo del cubo de la hélice. 

Cambiar el motor evitó que el proyecto se estancase, a costa de serias desventajas. Los ingenieros se encontraron con un aumento de peso de 950 lb (431 kg), una reducción en la potencia al despegue de 960 hp (706 kW) y 1,720 hp (1,265 kW) a máxima velocidad. Finalmente, el primer XP-81 con el registro 44-91000 se terminó en enero de 1945.

A pesar del aumento de peso y la reducción en la potencia disponible, se consideró que esta configuración era lo suficientemente segura para comenzar las pruebas de vuelo. El primer XP-81 fue trasladado al lago seco Muroc en California y realizó su primer vuelo el 7 de febrero de 1945, con Frank W. Davis en el cockpit. La combinación XP-81 y motor Packard realizó 46 vuelo, totalizando 47.75 horas de vuelo donde se comprobó que el XP-81 tenía una pobre estabilidad direccional a bajas velocidades, con salpicaduras de aceite en el parabrisas.

Finalmente, el 18 de mayo de 1945, el TG-100 estuvo disponible, por lo que la aeronave volvió al taller para ser modificada. Con la nueva planta motriz, el primer XP-81 volvió a Muroc el 11 de junio; pero antes de retomar el programa de evaluación en vuelo se debió hacer una serie pruebas en tierra las cuales se realizaron entre el 23 de junio y el 20 de diciembre de 1945. A todo esto, Alemania ya se había rendido el 8 de mayo; siendo seguida por Japón el 2 de septiembre. El XP-81 llegaba tarde a la guerra para la que había sido diseñado.

La integración del TG-100 no estuvo exenta de problemas. Siendo un motor aun en desarrollo era bastante temperamental, siendo difícil de encender y una vez que lo hacía; resultaba difícil para el piloto ajustar la velocidad de la hélice. Su fiabilidad también era cuestionable debiendo reemplazar las ruedas de la turbina cada media hora de uso. El radiador de aceite de 25 cm demostró ser inadecuado, por lo que debió ser reemplazado por uno más grande de 30 cm. Pero el pero problema era la demora en la respuesta a los comandos del throttle, de casi 10 segundos lo que resultaba un verdadero desafío para el piloto.

Tras las evaluaciones en tierra, se determinó que la hélice Aeroproduct A542 (utilizada en el P-51K y en el P-82), junto con su caja reductora eran totalmente inadecuadas y se recomendó desarrollar una nueva para el TG-100, junto con la recomendación de incluir un sistema de abanderado automático.

El primer vuelo del XP-81 con el TG-100 tuvo lugar el 21 de diciembre de 1945, siendo el 47º vuelo de la aeronave; pero el primero en el mundo realizado por una aeronave de propulsión mixta turboeje/turborreactor y el primero de un avión turbohélice norteamericano. Este se completó tras solo 5 minutos; con la novedad de que el consumo de aceite fue algo elevado. 

Otra vista del XP-81 sobre la plataforma de Muroc, se puede ver el nombre del fabricante en la nariz. La carlinga tiene esa coloración oscura en la fotografía ya que la misma tenía un tinte verdoso.
Fuente: USAF vía Wikimedia Commons.

Los siguientes vuelos demostraron ser una desilusión. GE había prometido que el TG-100 sería capaz de entregar 2,300 hp (1,692 kW) como máximo, pero durante las evaluaciones solo se consiguió llegar a los 1,400 hp (1,030 kW). El J33 tampoco demostraba ser de mucha ayuda, ya que entregaba 250 lb (113 kg) menos de empuje que el estimado lo que redundaba en una velocidad máxima al nivel del mar de solo 347 kn (643 km/h), contra los 415 kn (769 km/h) estimados en los papeles. En otras palabras, era una performance similar a la obtenida con el motor Packard. No todo era negativo, el XP-81 era bastante dócil y la velocidad de trepada era bastante aceptable.

El segundo prototipo, registro 44-91001, comenzó a ser construido en noviembre de 1946 y estuvo listo en febrero del año siguiente. Entre sus características más destacables estaba una aleta ventral más larga y una nueva hélice Hamilton Standard Hydromatic 4260. Lamentablemente, no se sabe cuando la aeronave realizó su primer vuelo, pero se estima que tuvo lugar poco tiempo después de salir de la fábrica; acumulando 22 vuelos.

116 vuelos fueron realizados entre ambos prototipos. Vultee había solicitado en enero de 1947 expandir el programa de vuelos de prueba para incluir pruebas de tiro, presurización de la cabina, control y estabilidad lateral y el sistema de antihielo; entre otras.

Una rara foto del segundo XP-81, 44-91001, en la rampa. Se puede distinguir del primero por la extensión en la deriva y la nueva hélice Hamilton Standard Hydromatic. 
Fuente: Vultee Aircraft 1932-1947. Coloreada digitalmente por No Barrel Rolls.

Innovador para nada

Pero los problemas iniciales del XP-81, sumados a su mediocre performance hicieron que la USAAF fuese perdiendo gradualmente el interés en el proyecto. Vultee era consciente de esto y estaba tratando de mejorar el diseño desde diciembre de 1946. 

El último día de ese año, la empresa propuso al Comando de Material una propuesta para mejorar ambos prototipos. Empezando por reemplazar el TG-100 por el más avanzado TG-110, el cual sería instalado en los ejemplares YP-81 de preserie, junto con el J33-GE-19, en lugar del -5. 

Sin embargo, el Comando de Material no estaba para nada entusiasmado con la idea, debido a la cantidad de trabajo que requería modificar las aeronaves, además sus propio equipo técnico tenía planeado abandonar todos los trabajos sobre el TG-100 a principios de 1947, justo en el momento que el segundo XP-81 salía de la fábrica.

Los prospectos no eran buenos para Vultee. El 27 de enero de 1947 se canceló el contrato por los YP-81 de preserie y finalmente, el 9 de mayo el programa XP-81 llegó a su fin cuando el gobierno se negó a continuar con su financiación. Ambos prototipos fueron recibidos por la USAAF el 24 y 25 de junio; mientras que la cancelación formal ocurrió un año más tarde el 23 de junio de 1948 cuando la USAF, tras haberse independizado del Ejército reembolsó a Vultee la suma de U$S 4,578,231 (U$S 58,271,952 actualmente) por su trabajo.

El segundo XP-81, 44-91001, tras ser rescatado del polígono de la base Edwards, se puede ver claramente el daño provocado por los años expuestos a los elementos.
Fuente: AFFTCO.

Si bien el desarrollo del XP-81 se detuvo, la carrera de los prototipos continuó por un tiempo más. Cuando la USAAF tomó posesión de ambos, la división de motores y hélices del Comando de Material se encontraba con su propio programa de desarrollo de sistemas de control para los turbohélices y ante la ausencia de modelos de túnel de viento adecuados, necesitaban células para poder realizar ensayos en vuelo; siendo ambos XP-81 (ahora denominados ZXF-81) prontamente destacados en este rol.

Tras este uso, ambos aviones fueron trasladados a Muroc, la cual había sido denominada Edwards tras la independencia de la USAF; para ser almacenadas en caso de ser necesitadas en el futuro. Sin embargo, nunca volvieron a volar y el 29 de abril de 1949 se las despojó de cualquier equipo que pudiese ser útil y descartadas en el polígono de fotografía y tiro de Edwards. 

Nada vuelve del cementerio de elefantes

A pesar de que los dos ejemplares fabricados se encontraban desmantelados y asándose bajo el sol del desierto, Consolidated Vultee no estaba dispuesta a abandonar al XP-81; proponiendo una nueva combinación de plantas motrices y un nuevo uso para la aeronave. 

Este rediseño incluía un turboeje British Armstrong-Siddeley Double Mamba de 4,000 hp (2,942 kW), usado también por el Blackburn B-54; junto con un Rolls-Royce RB.41 Nene de 6,250 lbf (2,835 kgf) en lugar de los motores originales. Vultee consideraba que esta nueva iteración del diseño sería una plataforma de ataque al suelo ideal, opinion que no era del todo compartida por la USAF.

A pesar de sus reservas, se realizó un estudio de factibilidad sobre esta propuesta y el 14 de septiembre de 1950 se emitió un reporte con las conclusiones. En el mismo se señalaba que al menos dos tercios de la célula del XP-81 deberían ser modificados para poder instalar los nuevos motores, destacando que otros componentes como tanques de combustible y los puntos de armamento también deberían ser modificados. 

Uno de los XP-81 preservados en el deposito del National Museum of the United States Air Force de Dayton, Ohio esperando a ser restaurado.
Fuente: National Museum of the United States Air Force

En paralelo, se realizó un estudio comparativo sobre la performance teórica contra otra aeronave en desarrollo, el Douglas A2D Skyshark de la Armada, totalmente turbohélice. Este informe resultó lapidario, el A2D superaba con creces al XP-81 con sus motores ingleses en todos los aspectos; recomendando no proseguir con el desarrollo de una aeronave que sería inferior. Sin mucho más que argumentar, Consolidated Vultee abandonó para siempre al XP-81.

Las dos células de XP-81 permanecerán expuestas al calor del desierto por décadas, hasta agosto de 1994, cuando Doug Nelson, el curador del Air Force Flight Test Center Museum las recuperó encontrándose ambas en unas condiciones deplorables, especialmente el segundo prototipo. 

Actualmente, se encuentran en el National Museum of the United States Air Force de Dayton, Ohio esperando su restauración. 

Tres vistas del XP-81, notar la diferencia en el perfil de la nariz entre el motor Packard y el General Electric.
Créditos de la imagen a quien corresponda, retocada digitalmente por No Barrel Rolls.

Características técnicas (XP-81):

• Tripulación: 1
• Longitud: 13.61 m
• Envergadura: 15.39 m
• Altura: 4.21 m
• Superficie alar: 39.48 m²
• Peso vacío: 12,755 lb (3,887 kg)
• Peso operativo: 19,500 lb (8,845 kg) (Carga de combustible interna completa y solo armamento interno)
• Peso máximo al despegue: 24,650 lb (11,181 kg)
• Capacidad de combustible: 811 US gal. (3,670 l) (interno)
• Planta motriz: 1x turbohélice General Electric XTG-31-GE-1 (TG-100) de 2,300 hp (1,692 kW) y 1x turborreactor General Electric / Allison J33-GE-5 (I-40) de 2,000 lbf (8.9 kN) de empuje.

Rendimiento

• Velocidad máxima (estimada): 415 kn (769 km/h) (al nivel del mar); 440 kn (816 km/h) a 30,000 ft (9,100 m)
• Velocidad de ascenso máxima: 5,300 ft/m (27 m/s)
• Techo de servicio: 47,000 ft (14,000 m)
• Alcance de autotraslado: 2,200 nmi (4,000 km)

Armamento

• 6x ametralladoras Browning M2 .50 con 400 disparos cada una; 
  o 6x cañones Hispano T31 de 20 mm con 200 disparos cada uno
• 2x puntos de fijación de armamento, con una carga bélica máxima de 3,200 lb (1,451 kg)

Fuentes

• Thompson, J. Vultee Aircraft 1932-1947. Santa Ana, California: Flying Books, 1992.
• Ginter, S. Air Force Legends Number 214. Consolidated Vultee XP-81. Simi Valley, California: Steve Ginter Books, 2006.
• Jenkins, D.; Landis, T. Experimental & Prototype U.S. Air Force Jet Fighters. Minnesota, EEUU: Specialty Press, 2008.
  
• Guo, L. (Julio 24, 2018). Consolidated Vultee XP-81. Plane Encyclopedia.
  Disponible en: https://plane-encyclopedia.com/ww2/consolidated-vultee-xp-81/