El Lockheed XF-104 Starfighter fue un prototipo de interceptor supersónico de alto rendimiento y monomotor para una serie de cazas ligeros y sencillos de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF). Solo se construyeron dos aviones; uno se utilizó principalmente para investigación aerodinámica y el otro sirvió como banco de pruebas de armamento; ambos aviones se destruyeron en accidentes durante las pruebas. [1] Los XF-104 fueron los precursores de los más de 2500 Lockheed F-104 Starfighters de producción .
Durante la Guerra de Corea, los pilotos de caza de la USAF se vieron superados por los pilotos soviéticos equipados con MiG. Los ingenieros de Lockheed, dirigidos por Kelly Johnson , diseñaron y presentaron a la Fuerza Aérea un diseño novedoso, que destacaba por su elegancia, en particular por sus delgadas alas y su fuselaje en forma de misil, así como por un novedoso sistema de expulsión del piloto.
Las pruebas de vuelo de los XF-104 comenzaron con el primer vuelo en marzo de 1954, encontrando varios problemas, algunos de los cuales fueron resueltos; sin embargo, el rendimiento del XF-104 resultó mejor de lo estimado y a pesar de que ambos prototipos se perdieron en accidentes, la USAF ordenó 17 YF-104A de prueba de servicio/preproducción. Los Starfighters de producción demostraron ser populares, tanto en la USAF como a nivel internacional, y prestaron servicio en varios países, incluidos Jordania , Turquía y Japón.
Clarence L. "Kelly" Johnson , ingeniero jefe de Skunk Works de Lockheed , visitó Corea en diciembre de 1951 y habló con los pilotos de combate sobre el tipo de avión que querían. En ese momento, los pilotos de la Fuerza Aérea de los EE. UU. se enfrentaban al MiG-15 "Fagot" en sus North American F-86 Sabres , y muchos de los pilotos sentían que los MiG eran superiores al diseño estadounidense más grande y complejo. Los pilotos solicitaron un avión pequeño y simple con un rendimiento excelente. [2] Un piloto en particular, el coronel Gabby Gabreski , fue citado diciendo: "Prefiero apuntar con un chicle pegado al parabrisas" y le dijo a Johnson que el radar "era una pérdida de tiempo". [2]
A su regreso a los EE. UU., Johnson comenzó de inmediato el diseño de un avión de este tipo, consciente de que pronto se publicaría un requisito oficial. En marzo de 1952, su equipo se reunió y esbozó varias propuestas de aviones diferentes, que iban desde diseños pequeños de 8000 libras (3,6 t) hasta otros bastante grandes de 50 000 libras (23 t). El L-246, como se conocería el diseño, siguió siendo esencialmente idéntico al "Model L-083 Starfighter" tal como se entregó finalmente. [3]
El diseño fue presentado a la Fuerza Aérea en noviembre de 1952, quienes se interesaron lo suficiente como para crear una nueva propuesta, invitando a varias empresas a participar. Se recibieron tres diseños adicionales: el Republic AP-55, una versión mejorada de su prototipo XF-91 Thunderceptor ; el North American NA-212, que eventualmente evolucionaría en el F-107 ; y el Northrop N-102 Fang , un nuevo diseño con motor General Electric J79 .
Aunque todos eran interesantes, Lockheed tenía una ventaja insuperable y se le concedió un contrato de desarrollo en marzo de 1953. [3] Los datos de prueba del anterior programa de cohete/ramjet no tripulado Lockheed X-7 resultaron invaluables para la investigación aerodinámica, ya que el XF-104 compartiría el diseño general del ala y la cola del X-7. [4] [5] La experiencia obtenida del Douglas X-3 Stiletto también se utilizó en la fase de diseño del XF-104. [6] Se lanzaron más de 400 cohetes de artillería instrumentados excedentes para probar varios diseños de perfiles aerodinámicos y cola; de los cuales se recuperaron la película de la cámara y la telemetría en paracaídas. [7]
La maqueta de madera estuvo lista para su inspección a finales de abril, y el trabajo en dos prototipos comenzó a finales de mayo. El motor J79 aún no estaba listo, por lo que ambos prototipos fueron diseñados para utilizar el Wright J65 , una versión construida bajo licencia del Armstrong Siddeley Sapphire . La construcción del primer prototipo XF-104 ( número de serie estadounidense 53-7786 , número Buzz FG-786) comenzó en el verano de 1953 en la fábrica de Lockheed en Burbank, California . [8] Este avión estaba propulsado por un turborreactor Wright J65-B-3 sin postcombustión construido por Buick . El primer prototipo se completó a principios de 1954 y comenzó a volar en marzo. El tiempo total desde la adjudicación del contrato hasta el primer vuelo fue de solo un año, un tiempo muy corto incluso entonces, e inaudito hoy en día, cuando 10 a 15 años es más típico. [5] La construcción del segundo prototipo (s/n 53-7787 ) avanzó a un ritmo más lento. [8]
La aprobación oficial del diseño del XF-104 condujo a un contrato para 17 aviones de prueba de servicio YF-104A y una producción de más de 2.500 aviones construidos tanto en los Estados Unidos como bajo licencia en todo el mundo. [9]
Los cambios visibles entre el XF-104 y las versiones de producción del Starfighter incluyen un fuselaje más largo (para acomodar el motor J79 y combustible interno adicional) y un tren de aterrizaje delantero retráctil (excepto las versiones de dos asientos) para aumentar el espacio libre para el asiento eyectable hacia abajo. Se agregó una aleta ventral para aumentar la estabilidad durante el programa de pruebas del YF-104A. Los conos de choque de entrada y un carenado de la columna del fuselaje entre la cubierta y la aleta que albergaba la tubería de combustible fueron otras características agregadas. [3] [10] [11] Los aviones de producción también presentarían una estructura de aleta rediseñada que usaría largueros de acero inoxidable para eliminar el problema del aleteo. [12] Dado que la capacidad de combustible interno era baja, lo que limitaba el alcance útil del avión, se proporcionó capacidad adicional en versiones posteriores alargando el fuselaje delantero. [9]
Para lograr el rendimiento deseado, Lockheed optó por un enfoque minimalista: un diseño que lograra un alto rendimiento envolviendo la estructura más liviana y aerodinámicamente eficiente posible alrededor de un único motor potente. El énfasis estaba puesto en minimizar la resistencia y la masa . [13]
El XF-104 tenía un diseño de ala radical. La mayoría de los aviones supersónicos utilizan un ala en flecha o delta . Esto permite un equilibrio razonable entre el rendimiento aerodinámico, la sustentación y el espacio interno para combustible y equipo. Sin embargo, se ha descubierto que la forma más eficiente para el vuelo supersónico de alta velocidad es un ala trapezoidal pequeña, recta, montada en el medio, de baja relación de aspecto y alta carga alar . El ala era extremadamente delgada, con una relación espesor- cuerda de solo el 3,4%. [14] Los bordes de ataque del ala eran tan delgados (0,016 pulgadas/0,41 mm) y tan afilados que presentaban un peligro para las tripulaciones de tierra, y se tuvieron que instalar protectores durante las operaciones en tierra. La delgadez de las alas significaba que los tanques de combustible y el tren de aterrizaje tenían que estar contenidos en el fuselaje. Los actuadores hidráulicos que impulsaban los alerones tenían solo una pulgada (25 mm) de espesor para caber en el espacio disponible y eran conocidos como actuadores Piccolo debido a su parecido con este instrumento musical. Las alas tenían flaps de borde de ataque y de borde de salida accionados eléctricamente para aumentar la sustentación a baja velocidad. El XF-104 no contaba con el sistema de control de capa límite del avión de producción. [15]
Después de extensas pruebas en túnel de viento , el estabilizador se montó en la parte superior de la aleta para lograr una estabilidad y un control óptimos sobre el eje de cabeceo . [15] Debido a que la aleta de cola vertical era solo un poco más corta que la longitud de cada ala y casi tan efectiva aerodinámicamente, podía actuar como una aplicación de ala sobre timón (un fenómeno conocido como " balanceo holandés "). Para compensar este efecto, las alas se inclinaron hacia abajo para dar un ángulo anhédrico de 10° . El timón se operaba manualmente y se complementaba con una pequeña superficie de amortiguación de guiñada montada en la parte inferior de la aleta. [15]
El fuselaje del XF-104 tenía una alta relación de finura , es decir, se estrechaba bruscamente hacia la nariz, y un área frontal pequeña de 25 pies cuadrados (2,3 m 2 ). [16] El fuselaje estaba muy compacto, y contenía la cabina , la aviónica , el cañón, todo el combustible interno, el tren de aterrizaje y el motor. [13] Las tomas de aire, diseñadas por Ben Rich , eran de geometría fija sin conos de entrada , ya que el avión con motor J65 era incapaz de alcanzar un rendimiento de Mach 2. Eran similares a las del F-94 Starfire , ya que estaban montadas ligeramente alejadas del fuselaje, con una placa divisoria interna para el aire de purga de la capa límite . La combinación de estas características proporcionaba una resistencia extremadamente baja, excepto en un ángulo de ataque alto , en cuyo punto la resistencia inducida se volvía muy alta.
El XF-104 contaba con un inusual asiento Stanley B que se eyectaba hacia abajo . Se temía que los diseños contemporáneos de asientos eyectables no tuvieran suficiente potencia explosiva para despejar el conjunto de cola en "T" alto. En caso de que el asiento no se disparara, era posible liberar manualmente la escotilla inferior del fuselaje y luego salir del avión por gravedad. Los aviones de la serie F-104 se convertirían más tarde en asientos eyectables hacia arriba, pero la escotilla del fuselaje se mantuvo como una característica de mantenimiento útil. [1]
El primer XF-104 (Lockheed 083-1001, s/n 53-7786 ) fue transportado a la Base de la Fuerza Aérea Edwards en medio de un alto secreto durante la noche del 24 al 25 de febrero, donde el piloto de pruebas de Lockheed Tony LeVier iba a realizar las pruebas iniciales. [3] El 28 de febrero de 1954, el XF-104 realizó un salto planificado de unos cinco pies sobre el suelo durante un rodaje a alta velocidad, pero su primer vuelo oficial tuvo lugar el 4 de marzo. [17] Durante ese vuelo, el tren de aterrizaje no se retrajo y LeVier aterrizó después de un vuelo a baja velocidad de unos 20 minutos. [8] Los ajustes y vuelos posteriores descubrieron que el problema era la baja presión en el sistema hidráulico. [8] El mal tiempo mantuvo al XF-104 en tierra hasta el 26 de marzo, cuando se realizaron más vuelos con el tren de aterrizaje retrayéndose normalmente. [8]
El segundo prototipo (Lockheed 083-1002, s/n 53-7787 ), equipado con el sistema de postcombustión J65 desde el principio, voló por primera vez el 5 de octubre. Dado que iba a ser el banco de pruebas de armamento, estaba equipado con el cañón M61 Vulcan de 20 mm (0,79 pulgadas) y estaba equipado con un sistema de control de fuego AN/ASG-14T-1. [10] El XF-104 #2 alcanzó una velocidad máxima de Mach 1,79 a 60.000 pies (18.000 m) el 25 de marzo de 1955, pilotado por el piloto de pruebas de Lockheed J. Ray Goudey. Esta fue la velocidad más alta alcanzada por el XF-104. [8] [13]
El XF-104 #1 era subsónico en vuelo nivelado cuando estaba propulsado por el J65 sin postcombustión, pero podía superar fácilmente Mach 1 durante un ligero descenso. En julio de 1954, el J65-B-3 fue reemplazado por el turborreactor J65-W-7 con postcombustión. Con este motor instalado, el rendimiento del XF-104 mejoró considerablemente. La velocidad máxima nivelada era Mach 1,49 a 41.000 pies (12.000 m), y podía alcanzar una altitud de 55.000 pies (17.000 m) en un ascenso rápido, mientras que podía alcanzar Mach 1,6 en un descenso. El primer XF-104 fue aceptado por la USAF en noviembre de 1955. [8]
Las pruebas iniciales de disparo aéreo con el cañón Vulcan en el segundo avión fueron exitosas, pero el 17 de diciembre, hubo una explosión durante una ráfaga de disparos [9] y el motor J65 sufrió graves pérdidas de compresor . Tony LeVier apagó inmediatamente el motor y planeó de regreso para realizar un aterrizaje sin motor exitoso en Rogers Dry Lake . Una investigación posterior mostró que una de las balas del cañón de 20 mm había explotado en la recámara , haciendo estallar el perno por la parte trasera del cañón y atravesando la estructura hacia la celda de combustible del fuselaje delantero. El combustible para aviones había entrado en el compartimiento del cañón y se había filtrado por los sellos de la puerta del compartimiento y hacia la entrada de aire del motor izquierdo. El motor se inundó inmediatamente con combustible, lo que provocó que el compresor se detuviera. [18]
El XF-104 53-7786 se perdió en un accidente el 11 de julio de 1957 cuando desarrolló un aleteo incontrolable en las aletas mientras volaba en persecución para las pruebas de vuelo del F-104A. Todo el grupo de cola se desprendió de la estructura del avión y el piloto de pruebas de Lockheed, Bill Park, se vio obligado a eyectarse. El aleteo de las aletas era un problema conocido y el avión había sido limitado a velocidades de no más de Mach 0,95 en el momento del accidente. Tony LeVier había intentado que el avión fuera retirado del estado de vuelo y colocado en un museo, argumentando que su rendimiento no era adecuado para tareas de persecución. [9] [12] [19]
El XF-104 53-7787 se perdió el 14 de abril de 1955 después de acumular más de 1.000 horas de vuelo [9] [20] cuando el piloto de pruebas Herman Salmon se vio obligado a eyectarse durante las pruebas de disparo del cañón a 50.000 pies (15.000 m). El cañón falló durante una prueba de disparo y comenzaron a acumularse fuertes vibraciones que hicieron que se soltara la escotilla de eyección debajo de la cabina. Se perdió la presión de la cabina y el traje de presión de Salmon se infló y cubrió su rostro de modo que no podía ver. Al recordar la angustiosa experiencia de LeVier con la explosión del proyectil del cañón el diciembre anterior, Salmon creyó que le había sucedido lo mismo y que no tenía otra opción que eyectarse. Más tarde descubrió que podría haber salvado el 53-7787 llevándolo a una altitud menor y esperando a que se desinflara su traje de presión. Con la pérdida del banco de pruebas de armamento , los ingenieros de Lockheed se vieron obligados a encontrar una alternativa, y las pruebas de armamento continuaron en un Lockheed F-94C Starfire modificado . [21] Los dos XF-104 acumularon un total aproximado de 2500 horas de vuelo. [8]
Las pruebas de vuelo demostraron que las estimaciones de rendimiento eran precisas y que, incluso cuando estaba equipado con el motor J65 de baja potencia, el XF-104 volaba más rápido que los otros cazas de la serie Century que se estaban desarrollando en ese momento. El techo de vuelo del XF-104 a 60.000 pies (18.000 m) era 7.000 pies (2.100 m) más alto de lo previsto, y superaba las cifras estimadas de velocidad y resistencia en un dos o tres por ciento. [22] Sin embargo, se observó que el bajo empuje del motor J65 no permitía alcanzar todo el potencial de rendimiento del modelo. [9]
Surgieron varios problemas menores, pero se solucionaron rápidamente. Se descubrió que el amortiguador de guiñada del XF-104 era ineficaz y que el timón no se centraba correctamente; estos problemas se corrigieron revisando el sistema de control del timón. [21] El timón sin motor no proporcionaba un control direccional adecuado a altas velocidades del aire, y el problema se solucionó utilizando energía hidráulica en todas las versiones posteriores del F-104; y se expresó cierta preocupación por la mala maniobrabilidad subsónica a mayores altitudes. [21]
En una entrevista posterior, se le preguntó a Kelly Johnson sobre su opinión sobre el avión. "¿Estuvo a la altura de mis diseños? En términos de rendimiento, sí. En términos de motor, pasamos por muchos problemas de motor, no con los J65 sino con los J79". [23] Por su participación en el diseño de la estructura del F-104, Johnson fue galardonado conjuntamente con el Trofeo Collier en 1958, compartiendo el honor con General Electric (motor) y la Fuerza Aérea de los EE. UU. (Flight Records). [24]
Datos de Bowman y Drendel. [1] [25]
Características generales
Actuación
Armamento
Desarrollo relacionado
Aeronaves de función, configuración y época comparables
Listas relacionadas
