Douglas D-558-2 Skyrocket

El Douglas D-558-2 Skyrocket (o D-558-II ) es un avión supersónico de investigación propulsado por cohetes y reactores , construido por la Douglas Aircraft Company para la Armada de los Estados Unidos . El 20 de noviembre de 1953, poco antes del 50 aniversario del primer vuelo a motor ( 17 de diciembre ), Scott Crossfield pilotó el Skyrocket a Mach 2, o más de 1290 mph (2076 km/h), siendo la primera vez que un avión superaba el doble de la velocidad del sonido .  

El "-2" en la designación de la aeronave hacía referencia a que el Skyrocket era la versión de la segunda fase de lo que originalmente se había concebido como un programa de tres fases. La aeronave de la primera fase, el D-558-1 , era a reacción y tenía alas rectas. La tercera fase, que nunca se concretó, habría implicado la construcción de una maqueta de una aeronave de combate que incorporara los resultados de las pruebas de las aeronaves de la primera y segunda fase. El diseño final D-558-3 , que nunca se construyó, era para una aeronave hipersónica similar al North American X-15 . ^{[ 1 ]}

Cuando se hizo evidente que el fuselaje del D558-1 no podía modificarse para albergar tanto propulsión a cohete como a reacción, se concibió el D558-2 como un avión completamente diferente. ^{[ 2 ]} El contrato de suministro se modificó el 27 de enero de 1947 para descartar los últimos tres aviones D558-1 y sustituirlos por tres nuevos aviones D558-2. ^{[ 3 ]}

El Skyrocket presentaba alas con un ángulo de flecha de 35 grados y estabilizadores horizontales con un ángulo de flecha de 40 grados. Las alas y el empenaje estaban fabricados en aluminio, mientras que el gran fuselaje era principalmente de magnesio. El Skyrocket estaba propulsado por un motor turborreactor Westinghouse J34-40 con un empuje de 3000 lbf (13 kN) alimentado a través de tomas de aire laterales en la parte delantera del fuselaje. Este motor estaba diseñado para el despegue, el ascenso y el aterrizaje. Para el vuelo a alta velocidad, se instaló un motor Reaction Motors LR8-RM-6 de cuatro cámaras (la designación de la Armada para el XLR11 de la Fuerza Aérea utilizado en el Bell X-1 ). Este motor tenía una potencia nominal de 6000  lbf (27  kN) de empuje estático a nivel del mar. En los tanques del fuselaje se transportaban un total de 250 galones estadounidenses (950 litros) de combustible de aviación, 195 galones estadounidenses (740 litros) de alcohol y 180 galones estadounidenses (680 litros) de oxígeno líquido.   

El Skyrocket originalmente tenía una cabina de pilotaje a ras de la carrocería, pero la visibilidad desde la cabina era deficiente, por lo que se reconfiguró con una cabina elevada con ventanas angulares convencionales. Esto resultó en un perfil más grande en la parte delantera de la aeronave, lo cual se compensó con 36  cm (14  pulgadas) adicionales de altura en el estabilizador vertical. Al igual que su predecesor, el D558-1, el D558-2 fue diseñado para que el fuselaje delantero, incluyendo la cabina, pudiera separarse del resto de la aeronave en caso de emergencia. Una vez que el fuselaje delantero hubiera disminuido su velocidad, el piloto podría escapar de la cabina en paracaídas.

El piloto de Douglas, John F. Martin, realizó el primer vuelo en el aeródromo militar de Muroc (más tarde rebautizado como Base de la Fuerza Aérea Edwards ) en California el 4 de febrero de 1948 en una aeronave equipada únicamente con un motor a reacción. Los objetivos del programa eran investigar las características de las aeronaves de ala en flecha a velocidades transónicas y supersónicas, prestando especial atención al cabeceo hacia arriba (rotación involuntaria del morro de la aeronave hacia arriba), un problema frecuente en las aeronaves de servicio de alta velocidad de esa época, particularmente a bajas velocidades durante el despegue y el aterrizaje, y en giros cerrados.

Los tres aviones recopilaron gran cantidad de datos sobre el cabeceo hacia arriba y el acoplamiento de los movimientos laterales (guiñada) y longitudinales (cabeceo); las cargas de las alas y la cola, la sustentación, la resistencia y las características de vibración de los aviones de ala en flecha a velocidades transónicas y supersónicas; y los efectos de la columna de escape del cohete en la estabilidad dinámica lateral en todo el rango de velocidades. (Los efectos de la columna de escape fueron una experiencia nueva para los aviones). El tercer avión también recopiló información sobre los efectos de las cargas externas (formas de bombas, depósitos de combustible externos) en el comportamiento del avión en la región transónica (aproximadamente de 0,7 a 1,3 veces la velocidad del sonido). En correlación con los datos de otros aviones de investigación transónica temprana como el XF-92A , esta información contribuyó a las soluciones del problema del cabeceo hacia arriba en los aviones de ala en flecha.

Su investigación aeroespacial se llevó a cabo en la Unidad de Pruebas de Vuelo Muroc de la NACA en California , rebautizada en 1949 como Estación de Investigación de Vuelo de Alta Velocidad (HSFRS). La HSFRS pasó a llamarse Estación de Vuelo de Alta Velocidad en 1954 y entonces se la conocía como Centro de Investigación de Vuelo Dryden de la NASA . En 2014, fue renombrada Centro de Investigación de Vuelo Armstrong en honor a Neil Armstrong .

Los tres aviones realizaron un total de 313 vuelos: 123 por el primer avión (número de serie 37973, NACA 143), 103 por el segundo Skyrocket (número de serie 37974, NACA 144) y 87 por el tercer avión (número de serie 37975, NACA 145). El Skyrocket 143 realizó todas sus misiones, excepto una, como parte del programa del contratista Douglas para probar el rendimiento del avión.

El avión NACA 143 inicialmente solo estaba propulsado por un motor a reacción, pero posteriormente se le instaló un motor cohete. En esta configuración, Douglas lo probó entre 1949 y 1951. Tras el programa de pruebas de Douglas, se entregó a la NACA, que lo almacenó hasta 1954. Entre 1954 y 1955, el contratista lo modificó para que pudiera despegar exclusivamente con cohetes, retirando el motor a reacción. En esta configuración, el piloto de investigación de la NACA, John McKay, voló el avión solo una vez para familiarizarse con él, el 17 de septiembre de 1956. Los 123 vuelos del NACA 143 sirvieron para validar las predicciones del rendimiento del avión en el túnel de viento, con la excepción de que el avión experimentó menos resistencia aerodinámica por encima de Mach 0,85 de lo que habían indicado los túneles de viento.

El NACA 144 también inició su programa de vuelo con un motor turborreactor. Los pilotos de la NACA, Robert A. Champine ^{[ 4 ]} y John H. Griffith, volaron 21 veces en esta configuración para probar las calibraciones de velocidad aerodinámica e investigar la estabilidad y el control longitudinal y lateral. En el proceso, durante agosto de 1949, se encontraron con problemas de cabeceo hacia arriba, que los ingenieros de la NACA consideraron graves, ya que podían producir una limitación peligrosa en el rendimiento del vuelo. Por lo tanto, decidieron realizar una investigación completa del problema.

En 1950, Douglas reemplazó el turborreactor con un motor cohete LR-8, y su piloto, Bill Bridgeman , voló la aeronave siete veces hasta una velocidad de Mach 1.88 (1.88 veces la velocidad del sonido) y una altitud de 79,494  pies (24,230 m), esta última un récord mundial de altitud no oficial en ese momento, logrado el 15 de agosto de 1951. ^{[ 5 ]} En la configuración de cohete, la aeronave estaba acoplada debajo de la bodega de bombas de un P2B de la Armada , una variante del bombardero B-29 . El P2B volaría a unos 30,000 pies (9,100 m) , luego liberaría el avión cohete. Durante los vuelos supersónicos de Bridgeman, encontró un movimiento de balanceo violento conocido como inestabilidad lateral. El movimiento fue menos pronunciado durante el vuelo a Mach 1.88 el 7 de agosto de 1951 que durante un vuelo a Mach 1.85 en junio cuando se inclinó a un ángulo de ataque bajo . 

Los ingenieros de la NACA estudiaron el comportamiento de la aeronave antes de comenzar su propia investigación de vuelo en ella en septiembre de 1951. Durante los siguientes dos años, el piloto de la NACA, Scott Crossfield, voló la aeronave 20 veces para recopilar datos sobre la estabilidad y el control longitudinal y lateral, las cargas en las alas y la cola, y las características de sustentación, resistencia y vibraciones a velocidades de hasta Mach 1,878.

En ese momento, el teniente coronel de la Infantería de Marina, Marion Carl, voló la aeronave a un nuevo récord de altitud (no oficial) de 83 235 pies (25 370 m) el 21 de agosto de 1953, y a una velocidad máxima de Mach 1,728. El récord de altitud no fue reconocido por la Federación Aeronáutica Internacional, porque en ese entonces las aeronaves que intentaban batir récords debían despegar por sus propios medios. ^{[ 6 ]}

Tras la finalización de estos vuelos de Carl para la Armada, los técnicos de la NACA en la Estación de Investigación de Vuelo de Alta Velocidad (HSFRS), cerca de Mojave , California, equiparon las cámaras de combustión del motor LR-8 con extensiones de tobera para evitar que los gases de escape afectaran a los timones a velocidades supersónicas. Esta modificación también aumentó el empuje del motor en un 6,5 por ciento a Mach 1,7 y 21.300 metros (70.000 pies) de altitud.

Incluso antes de que Marion Carl pilotara el Skyrocket, el jefe del HSFRS, Walter C. Williams, había solicitado sin éxito a la sede de la NACA permiso para volar la aeronave a Mach 2 y así obtener datos de investigación a esa velocidad. Finalmente, después de que Crossfield consiguiera el acuerdo de la Oficina de Aeronáutica de la Armada, el director de la NACA, Hugh L. Dryden, flexibilizó la práctica habitual de la organización de dejar que otros establezcan récords y accedió a intentar un vuelo a Mach 2.

Además de añadir las extensiones de la tobera, el equipo de vuelo de la NACA en el HSFRS enfrió el combustible (alcohol) para poder verter más en el tanque y enceró el fuselaje para reducir la resistencia aerodinámica. El ingeniero del proyecto, Herman O. Ankenbruck, diseñó un plan para volar a unos 21 900 metros (72 000 pies) y realizar un ligero picado. Crossfield hizo historia en la aviación el 20 de noviembre de 1953, cuando alcanzó Mach 2,005, es decir, 2078  km/h (1291 millas por hora). Fue el único vuelo a Mach 2 que realizó el Skyrocket.

Tras este vuelo, los pilotos de Crossfield y NACA, Joseph A. Walker y John B. McKay, volaron la aeronave con fines tales como recopilar datos sobre la distribución de la presión, las cargas estructurales y el calentamiento estructural. El último vuelo del programa tuvo lugar el 20 de diciembre de 1956, cuando McKay obtuvo datos de estabilidad dinámica y niveles de presión sonora a velocidades transónicas y superiores.

Mientras tanto, el NACA 145 había completado 21 vuelos de contratistas a cargo de los pilotos de Douglas Eugene F. May y William Bridgeman en noviembre de 1950. En esta aeronave propulsada por cohetes y reactores, Scott Crossfield y Walter Jones iniciaron la investigación de la NACA sobre cabeceo ascendente, que se extendió desde septiembre de 1951 hasta bien entrado el verano de 1953. Volaron el Skyrocket con diversas configuraciones de deflectores de ala, slats de ala y extensiones de cuerda del borde de ataque, realizando varias maniobras, así como vuelos rectos y nivelados a velocidades transónicas. Si bien los deflectores ayudaron significativamente a la recuperación de las condiciones de cabeceo ascendente, las extensiones de cuerda del borde de ataque no lo hicieron, refutando las pruebas en el túnel de viento que indicaban lo contrario. Los slats (perfiles aerodinámicos auxiliares largos y estrechos) en la posición completamente abierta eliminaron el cabeceo ascendente, excepto en el rango de velocidad alrededor de Mach 0,8 a 0,85.

En junio de 1954, Crossfield inició una investigación sobre los efectos de las cargas externas (bombas y depósitos de combustible) en el comportamiento transónico de la aeronave. McKay y Stanley Butchart completaron la investigación de la NACA sobre este tema, y ​​McKay realizó la última misión el 28 de agosto de 1956.

Además de establecer varios récords, los pilotos del Skyrocket recopilaron datos importantes y comprendieron qué funcionaría y qué no para lograr un vuelo estable y controlado en aeronaves de ala en flecha, tanto en régimen transónico como supersónico. Los datos recopilados también contribuyeron a una mejor correlación entre los resultados de las pruebas en túnel de viento y los valores de vuelo reales, lo que mejoró la capacidad de los diseñadores para producir aeronaves más eficaces para las fuerzas armadas, especialmente aquellas con alas en flecha. Asimismo, los datos sobre estabilidad y control obtenidos de esta y otras aeronaves de investigación iniciales fueron fundamentales para el diseño de la Serie Century de aviones de combate, todos ellos equipados con los estabilizadores horizontales móviles empleados por primera vez en las series X-1 y D-558.

Los tres aviones Skyrockets tenían alas con un ángulo de flecha de 35 grados.

Hasta su configuración para el lanzamiento aéreo, el NACA 143 contaba con un motor turborreactor Westinghouse J-34-40 con un empuje estático de 3000 lbf (13 kN) . Transportaba 260 galones estadounidenses (980 L) de gasolina de aviación y pesaba 10 572 lb (4795 kg) al despegar.     

El NACA 144 (y el NACA 143 tras su modificación en 1955) estaba propulsado por un motor cohete LR-8-RM-6 con un empuje estático de 27 kN (6000 libras-fuerza ) . Sus propelentes eran 1310 litros (345 galones estadounidenses) de oxígeno líquido y 1430 litros (378 galones estadounidenses ) de alcohol etílico diluido. En su configuración de lanzamiento, pesaba 7161 kg (15 787 libras).     

El NACA 145 contaba con un motor cohete LR-8-RM-5 con un empuje estático de 6000 lbf (27 kN) y un motor turborreactor Westinghouse J-34-40 con un empuje estático de 3000 lbf (13 kN) . Transportaba 170 galones estadounidenses (640 L) de oxígeno líquido, 192 galones estadounidenses (730 L) de alcohol etílico diluido y 260 galones estadounidenses (980 L) de gasolina de aviación, para un peso de lanzamiento de 15 266 lb (6925 kg).         

Los tres Skyrocket se han conservado. El D-558-2 #1 Skyrocket se exhibe en el Museo Planes of Fame en Chino, California . El Skyrocket número dos, el primer avión en volar a Mach 2, se exhibe en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington D.C. El tercer avión se exhibe sobre un pilón en los terrenos del Antelope Valley College en Lancaster, California .

(Configurado con propulsión mixta)

Datos de aeronaves McDonnell Douglas desde 1920  : Volumen I, ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Características generales

• Tripulación: 1
• Longitud: 42  pies (13  m)
• Envergadura: 25  pies (7,6  m)
• Altura: 3,86 m ( 12  pies 8 pulgadas )  
• Superficie del ala: 175 pies  cuadrados  (16,3  m² ⁾
• Perfil aerodinámico : raíz: NACA 63-010 ; punta: NACA 63-012 ^{[ 9 ]}
• Peso de lanzamiento solo con turborreactor: 10.572  lb (4.795  kg)
• Peso de lanzamiento con potencia mixta: 15.266  lb (6.925  kg)
• Peso de lanzamiento del cohete solamente: 15 787  lb (7161  kg)
• Capacidad de combustible:
• Capacidad de combustible para turborreactores: 250 galones  estadounidenses  (210 galones  imperiales  ; 950  litros) Avgas
• Capacidad de combustible para cohetes: 195 galones  estadounidenses  (162 galones  imperiales  ; 740  litros) Alcohol
• Capacidad del oxidante Rocket: 180 galones  estadounidenses (150 galones imperiales ; 680 litros) de LOX    
• Capacidad de H₂O₂ _de la turbobomba : 11 galones  estadounidenses  (9,2 galones  imperiales  ; 42  litros) de peróxido de hidrógeno de alta concentración (HTP) _.
• Planta motriz: 1 motor turborreactor Westinghouse J34-WE-40 , empuje de 3000 lbf (13 kN).  
• Planta motriz: 1 × Motor cohete de combustible líquido de 4 cámaras Reaction Motors XLR8-RM-5  , empuje de 6000 lbf (27  kN)

Actuación

• Velocidad máxima: 585  mph (941  km/h, 508  nudos) a 20 000  pies (6100  m) solo con turborreactor

720  mph (630  nudos; 1160  km/h) a 40 000  pies (12 000  m) con potencia mixta y despegue convencional.

1250  mph (1090  nudos; 2010  km/h) a 67 500  pies (20 600  m) con propulsión de cohete lanzada desde el aire

• Velocidad de pérdida: 160  mph (260  km/h, 140  nudos)
• Velocidad de ascenso: 22.400  pies/min (114  m/s) con potencia mixta

Potencia de cohete de 11.100  pies/min (3.400 m/min) únicamente. 

• Carga alar: 60,4  lb/pie²  (295  kg/m² ⁾ únicamente con motor turborreactor.

Potencia mixta de 87,2  lb/pie²  (426  kg/m² ⁾

Motor de cohete de 90,2  lb/pie²  (440  kg/m² ^{) solamente}

Desarrollo relacionado

• Douglas D-558-1 Skystreak

Aeronaves de función, configuración y época comparables

• Campana X-2

Listas relacionadas

• Lista de aeronaves experimentales
• Lista de aviones cohete

Notas

Bibliografía

• La página web de la NASA Dryden
• "Un cohete con punta de aguja explora velocidades sónicas", Popular Mechanics, enero de 1948.
• "Skyrocket", un artículo de Flight de 1948 sobre el Skyrocket.
• Noticiero sobre el Douglas Skyrocket estableciendo un récord mundial de velocidad (1953) de British Pathé ( Registro n.° 65422 ) en YouTube