República XF-103

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XF-103
Impresión artística del XF-103
información general
Tipo	Interceptador
Fabricante	Aviación de la República
Estado	Cancelado en la etapa de maqueta

El Republic XF-103 fue un proyecto estadounidense para desarrollar un potente avión interceptor armado con misiles capaz de destruir bombarderos soviéticos mientras volaba a velocidades de hasta Mach 3. A pesar de un desarrollo prolongado, nunca pasó de la etapa de maqueta .

En 1949, la USAF emitió una solicitud para un interceptor supersónico avanzado para equipar al Comando de Defensa Aérea . Conocido formalmente como Weapon System WS-201A, pero más conocido informalmente como el interceptor de 1954 , solicitaba un avión supersónico con capacidad para todo clima, un potente radar de interceptación de aeronaves y armamento de misiles aire-aire . Republic fue una de las seis empresas que presentaron propuestas. El 2 de julio de 1951, se seleccionaron tres de los diseños para un mayor desarrollo: el XF-92 ampliado de Convair que evolucionó hasta convertirse en el F-102 , un diseño de Lockheed que dio lugar al F-104 , y el AP-57 de Republic. El AP-57 era un concepto avanzado que se construiría casi en su totalidad de titanio y sería capaz de alcanzar Mach  3 a altitudes de al menos 60.000 pies (18 km).

En marzo de 1953 se construyó e inspeccionó una maqueta a escala real del AP-57. En junio de 1954 se firmó un contrato para tres prototipos. ^[1] El trabajo en los prototipos se retrasó por los continuos problemas con la construcción de titanio y, más aún, por los continuos problemas con el motor Wright J67 propuesto . El contrato se redujo posteriormente a un solo prototipo. ^[1] Al final, el J67 nunca entró en producción y los aviones para los que había sido elegido se vieron obligados a recurrir a otros diseños de motor o se cancelaron directamente. Republic sugirió reemplazar el J67 con el Wright J65 , un motor mucho menos potente. El proyecto finalmente se canceló el 21 de agosto de 1957 y nunca se completó ningún prototipo volador. ^[1]

El diseño recibió un breve respiro como parte del proyecto Long-Range Interceptor – Experimental (LRI-X) que finalmente condujo al North American XF-108 Rapier . Parte de este proyecto fue el desarrollo del avanzado radar de pulso Doppler Hughes AN/ASG-18 y el misil GAR-9 . Republic propuso adaptar el F-103 como banco de pruebas para estos sistemas con tanques de combustible adicionales que ocuparían gran parte de los espacios del compartimiento de armas original, aunque no podría acercarse a cumplir con los requisitos de alcance del LRI-X. Se realizó algún trabajo de adaptación de la maqueta para albergar la antena de 40 pulgadas, lo que requirió que la sección de la nariz se ampliara considerablemente. Nada se materializó de la propuesta, ^[2] y las pruebas del ASG-18/GAR-9 se llevaron a cabo en un Convair B-58 Hustler modificado . ^[3]

En la década de 1950, era difícil alcanzar velocidades de Mach 3. Los motores a reacción comprimen el aire entrante, luego lo mezclan con combustible y encienden la mezcla. La expansión resultante de los gases produce empuje. Los compresores generalmente pueden ingerir aire solo a velocidades subsónicas. Para operar a velocidades supersónicas, los aviones utilizan entradas avanzadas para reducir la velocidad del aire supersónico a una velocidad utilizable. La energía que se pierde en este proceso calienta el aire, lo que significa que el motor tiene que funcionar a temperaturas cada vez más altas para proporcionar empuje neto. El factor limitante en este proceso es la temperatura de los materiales de los motores, en particular, las palas de la turbina justo detrás de las cámaras de combustión. Con los materiales disponibles en ese momento, era difícil lograr velocidades mucho más allá de Mach 2,5.

La solución a este problema es la eliminación de la turbina. El motor estatorreactor consiste principalmente en un tubo grande y es relativamente fácil de enfriar con aire al forzar aire adicional alrededor del motor. Los aviones estatorreactores experimentales de la época, como el Lockheed X-7 , alcanzaban velocidades tan altas como Mach 4. Sin embargo, existen numerosos problemas con el motor estatorreactor. El ahorro de combustible, o el consumo específico de combustible por empuje en términos de aeronaves, es extremadamente pobre. Esto hace que las operaciones generales como volar de una base aérea a otra sean propuestas costosas. Más problemático es el hecho de que los estatorreactores dependen de la velocidad de avance para comprimir el aire entrante y solo se vuelven eficientes por encima de Mach 1.

Alexander Kartveli , el diseñador jefe de Republic, ideó una solución a estos problemas. Propuso utilizar un turborreactor Wright J67 (un derivado construido bajo licencia del Bristol Olympus ) complementado por un estatorreactor RJ55-W-1 detrás de él. Conectando los dos había una serie de conductos móviles que podrían dirigir el aire entre los motores. A bajas velocidades, el avión sería propulsado por el J67, con el RJ55 actuando como un postquemador tradicional, produciendo un empuje total de aproximadamente 40.000 lbf (180 kN). A altas velocidades, comenzando por encima de Mach 2,2, el motor a reacción se apagaría y el flujo de aire de la entrada se dirigiría alrededor del motor a reacción y directamente al RJ55. Aunque el empuje neto se redujo al apagar el reactor, operar solo con el estatorreactor permitió que el avión alcanzara velocidades mucho más altas.

Ambos motores estaban ubicados detrás de una única entrada ventral de gran tamaño , de tipo Ferri , que utilizaba un borde prominente y en flecha hacia adelante, una configuración que también se utilizaba para las entradas de aire en la raíz del ala del F-105 Thunderchief . El J67 se instaló justo detrás de la entrada, en ángulo con su entrada por debajo de la línea central del avión. El RJ55 se instaló en línea con el fuselaje en el extremo trasero, como si fuera el escape de una instalación de motor convencional. Había un espacio vacío significativo sobre el J67 para los conductos.

Todas las superficies de control eran alas delta puras . El ala principal tenía una flecha de 55 grados y podía rotar alrededor del larguero para proporcionar una incidencia variable. Para el despegue y el aterrizaje, el ala se inclinaba hacia arriba para aumentar el ángulo de incidencia mientras se mantenía el fuselaje casi horizontal. La longitud del fuselaje dificultaba lograr el mismo fin inclinando todo el avión hacia arriba, lo que habría requerido una extensión muy larga en el tren de aterrizaje . El sistema también permitía que el fuselaje volara plano al flujo de aire a varias velocidades, estableciendo el ángulo de incidencia independientemente del avión en su conjunto. Esto disminuyó la resistencia aerodinámica, mejorando así el alcance.

El ala estaba dividida en dos tercios de su envergadura. La parte que quedaba fuera de esta línea podía rotar independientemente del resto del ala. Estas partes móviles actuaban como grandes alerones , o como los llamaba Republic, tiperons . Para mantener la superficie delante y detrás del punto de pivote algo similar, la línea de división estaba más cerca del fuselaje, delante del pivote. Grandes flaps convencionales iban desde el fuselaje hasta los tiperons. Los puntos duros para los tanques de combustible estaban disponibles aproximadamente a 1 ⁄ 3 de la distancia desde la raíz del ala.

Los estabilizadores horizontales eran aparentemente de tamaño reducido y estaban montados por debajo de la línea del ala. La aleta vertical, más grande, se complementaba con una aleta ventral para lograr estabilidad a alta velocidad. Esta aleta se doblaba hacia la derecha, como se ve desde atrás, durante el despegue y el aterrizaje para evitar golpear el suelo. Dos frenos de aire tipo pétalo estaban montados directamente detrás de las superficies horizontales, que se abrían hacia afuera y hacia arriba en un ángulo de aproximadamente 45° en el espacio entre las superficies horizontales y verticales. No se ve en la maqueta ni en las diversas ilustraciones una disposición para un paracaídas de frenado, aunque esto era común en los aviones de la época.

El fuselaje era completamente liso, con una alta relación de finura para lograr una baja resistencia a velocidades supersónicas. El diseño se desarrolló antes del descubrimiento de la regla del área y no muestra ninguno de los contornos en forma de cintura de avispa comunes en los aviones desarrollados principalmente después de 1952. Los contornos del fuselaje eran principalmente cilíndricos, pero se fusionaban con la entrada de aire comenzando alrededor de la raíz del ala, lo que le daba un perfil redondeado y rectangular en el medio, antes de volver a una forma puramente cilíndrica en la tobera del motor.

El diseño original de la cabina incluía una cubierta, pero los requisitos de baja resistencia aerodinámica para alta velocidad sugirieron que se eliminara. La idea de utilizar un sistema de periscopio para la visión frontal en aviones de alta velocidad estaba de moda en ese momento, y el Avro 730 eligió un sistema muy similar. La Fuerza Aérea exigió que se utilizara en el F-103. Kartveli se opuso a este diseño y continuó presionando para que se utilizara una cubierta "real". Los documentos de diseño a lo largo del programa continuaron incluyendo esto como una característica opcional, junto con estimaciones de rendimiento que sugerían que la diferencia sería mínima. ^[2]

El sistema que se muestra en las maquetas utilizaba dos grandes ventanas ovaladas en los laterales de la cabina y un sistema de periscopio que proyectaba una imagen sobre una disposición de lentes Fresnel directamente frente al piloto. En 1955, el concepto de periscopio se probó en un F-84G modificado , que voló en un largo vuelo de travesía con la visión delantera del piloto bloqueada. ^{[1] [N 1]}

Para el XF-103 se diseñó una cápsula de escape supersónica única . El asiento del piloto estaba ubicado en una carcasa con un gran escudo móvil en el frente que normalmente se deslizaba hacia abajo hasta el área frente a las piernas del piloto. En caso de despresurización, el escudo se deslizaba hacia arriba frente al piloto, sellando el asiento en una cápsula presurizada. Los instrumentos de vuelo básicos dentro de la cápsula permitían que la aeronave volara de regreso a la base, y una ventana en la parte delantera del escudo permitía utilizar el sistema de periscopio. En caso de emergencia, toda la cápsula se expulsaba hacia abajo, junto con una pequeña parte del fuselaje de la aeronave que proporcionaba una forma aerodinámica estable. Para entrar y salir de la aeronave, el módulo de expulsión se bajaba sobre rieles desde la parte inferior de la aeronave, lo que permitía al piloto simplemente caminar hasta el asiento, sentarse y elevar el módulo hacia la aeronave. La cápsula estaba completamente presurizada, lo que permitía al piloto continuar operando la aeronave sin un traje de presión cuando la cápsula estaba bloqueada. ^[5]

El morro entero del avión estaba ocupado por el gran radar Hughes, que (en aquel momento) ofrecía grandes alcances de detección. La guía y el control del tiro debían ser proporcionados por el mismo paquete MX-1179 que se estaba desarrollando para todos los diseños WS-201. Hughes había ganado este contrato con su sistema de control de tiro Hughes MA-1, que estaba en desarrollo. Las armas se transportaban en compartimentos ubicados a los lados del fuselaje detrás de la cabina, que se abrían al volcarse hacia arriba, girando así los misiles fuera de sus compartimentos. Iba a estar armado con seis Falcon GAR-1/GAR-3 (entonces conocido como MX-904), con una disposición probable de tres o cuatro GAR-1 y GAR-3, disparados en pares (uno por radar y otro por infrarrojos) para mejorar las probabilidades de un impacto. El XF-103 también iba a contar con 36 FFAR "Mighty Mouse" de 2,75 pulgadas .

Características generales

• Tripulación: un piloto
• Longitud: 77 pies 0 pulgadas (23,5 m)
• Envergadura: 34 pies 5 pulgadas (10,5 m)
• Altura: 16 pies 7 pulgadas (5,1 m)
• Área del ala: 401 pies cuadrados (37,2 m ² )
• Peso vacío: 24.949 lb (11.317 kg)
• Peso bruto: 38,505 lb (17,466 kg)
• Peso máximo de despegue: 42.864 lb (19.443 kg)
• Planta motriz: 1 × turborreactor Wright XJ67 -W-3 , 15.000 lbf (67 kN) de empuje
• Planta motriz: 1 × estatorreactor Wright XRJ55-W-1 , 18.800 lbf (84 kN) de empuje

Actuación

• Velocidad máxima: Mach 3 (como turborreactor) / Mach 5 (solo estatorreactor)
• Techo de servicio: 80.000 pies (24.390 m)
• Velocidad de ascenso: 19.000 pies/min (97 m/s)
• Carga alar: 96 lb/pie cuadrado (470 kg/ ^m2 )
• Empuje/peso : 0,57 (postcombustión solamente); 0,95 (postcombustión y estatorreactor)
• Radio de combate: 245 mi (394 km)
• Alcance del ferry: 1.545 mi (2.486 km)

Armamento

• Cohetes: 36 cohetes FFAR de 2,75 pulgadas (70 mm)
• Misiles: 6 o 4 misiles aire-aire GAR-1/GAR-3 AIM-4 Falcon

• Serie del siglo

Aeronaves de función, configuración y época comparables

• Grifo del norte 1500
• Rapier norteamericano XF-108

• Crickmore, Paul, Lockheed Blackbird: más allá de las misiones secretas. Oxford, Reino Unido: Osprey, 2004. ISBN  978-1-84176-694-2 .
• Jenkins, Dennis R. "Titanium Titan: La historia del XF-103". Airpower , enero de 2004.
• Jenkins, Dennis R. y Tony R. Landis. Aviones de combate a reacción experimentales y prototipos de la Fuerza Aérea de Estados Unidos. Minnesota: Specialty Press, 2008. ISBN 978-1-58007-111-6 . 
• Jenkins, Dennis R. y Tony R. Landis. Valkyrie: el superbombardero norteamericano de velocidad Mach 3. North Branch, Minnesota: Specialty Press Publishers & Wholesalers, 2004. ISBN 1-58007-072-8 . 
• Pace, Steve. X-Fighters: cazas experimentales y prototipos de la USAF, XP-59 a YF-23 . St. Paul, Minnesota: Motorbooks International, 1991. ISBN 0-87938-540-5 . 

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• Museo de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos: XF-103