EWR VJ 101

Durante la década de 1950, los rápidos avances en el campo de la propulsión a chorro , particularmente en términos de mayor empuje y unidades de motor compactas, contribuyeron a una mayor confianza en la viabilidad técnica de las aeronaves de despegue y aterrizaje vertical ( VTOL ), especialmente en Europa Occidental y Estados Unidos . ^{[ 2 ]} Durante las décadas de 1950 y 1960, se iniciaron múltiples programas en Gran Bretaña, Francia y Estados Unidos; asimismo, las compañías de aviación de Alemania Occidental estaban deseosas de no quedarse fuera de esta tecnología emergente. Poco después de 1957, año en que se levantó la prohibición posterior a la Segunda Guerra Mundial que impedía a Alemania Occidental operar y desarrollar aeronaves de combate, las empresas de aviación alemanas Dornier Flugzeugwerke , Heinkel y Messerschmitt , a las que también se les permitió reanudar sus actividades ese mismo año, recibieron una solicitud oficial del Gobierno Federal Alemán que las instaba a realizar trabajos de investigación sobre el tema de las aeronaves VTOL y a producir diseños conceptuales. ^{[ 3 ]}

Por ello, varias empresas comenzaron a trabajar en sus propios diseños conceptuales de aviones interceptores con capacidad VTOL ; para que estos diseños fueran operativamente relevantes y viables, se reconoció que sería necesario que el rendimiento de vuelo igualara al de los interceptores convencionales de la época, como el moderno Lockheed F-104G Starfighter ^{[ 4 ].} Paralelamente, el Ministerio Federal de Defensa de Alemania (BMVg) abogó por la fusión de las empresas competidoras; retuvo deliberadamente la emisión de un contrato de desarrollo para incentivar a las empresas a emprender dichas actividades. ^{[ 5 ]}

En conjunto con estos esfuerzos, el fabricante alemán de motores MAN Turbo recibió un contrato del BMVg para llevar a cabo su propio trabajo para abordar los problemas específicos relacionados con los motores con capacidad VTOL. Pronto se comprendió que tales esfuerzos requerirían trabajar con un fabricante de motores extranjero; por lo tanto, durante marzo de 1960, se firmó un acuerdo inicial de cooperación entre MAN Turbo y el fabricante británico de motores Rolls-Royce Limited . ^{[ 4 ]} Según los términos del contrato de 10 años establecido, Alemania adquiriría conocimientos sobre los últimos avances en tecnología de motores a reacción a través de Rolls-Royce, así como un acuerdo de desarrollo conjunto en el que se compartiría el trabajo, se minimizarían los conflictos de producción y se alcanzaría un consenso mutuo en las decisiones clave. ^{[ 4 ]} En marzo de 1960, el BMVg emitió un contrato de desarrollo a MAN Turbo para un motor turborreactor ligero de un solo eje , mientras que Rolls-Royce actuaría como subcontratista principal en el proyecto; el resultado de sus esfuerzos de colaboración para el contrato sería el motor turbofán Rolls-Royce/MAN Turbo RB153 . ^{[ 4 ]}

El motor RB.153 fue inicialmente una versión ampliada relativamente sencilla del anterior motor Rolls-Royce RB108 , desarrollado para vuelos supersónicos sostenidos. Sin embargo, a principios de 1960, surgió interés en su desarrollo como planta motriz adecuada para aeronaves VTOL. ^{[ 4 ]} En consecuencia, se desarrollaron nuevos modelos del motor para satisfacer los requisitos específicos de su nueva función VTOL, incluyendo el RB.153.17 y el motor de sustentación RB.153.25. No obstante, en diciembre de 1961, debido a cambios en las prioridades del BMVg para el VTOL previsto, se requirieron modificaciones considerables en el motor. Por lo tanto, el desarrollo del RB.153 se archivó en favor del motor Rolls-Royce RB145 . ^{[ 6 ]}

Tanto Heinkel (basado en el Heinkel He 231) ^{[ 7 ] [ 8 ]} como Messerschmitt ( Messerschmitt Me X1-21 ) ^{[ 9 ] [ 10 ]} habían desarrollado diseños para cumplir con los requisitos del vuelo VTOL y, para 1959, las dos compañías, junto con Bölkow , habían creado una empresa conjunta , llamada EWR , para desarrollar y fabricar un avión de combate supersónico previsto, designado como VJ 101 D. Según la concepción, el avión de producción VJ 101 D iba a estar propulsado por el motor Rolls-Royce/MAN Turbo RB153, que iba a estar equipado con un aparato de deflexión de empuje. ^{[ 11 ]} A finales de 1960, EWR presentó su concepto VJ 101 D al BMVg. ^{[ 12 ]} Tras realizar una revisión de la propuesta, el BMVg decidió emitir un pedido de dos aeronaves experimentales con el fin de evaluar su capacidad para cumplir con el requisito permanente de interceptor. ^{[ 12 ]}

En consecuencia, se desarrollaron dos prototipos de aeronaves, conocidos como VJ 101 C ; estos estaban propulsados ​​por el motor turborreactor RB145, más ligero, que se montó en góndolas giratorias. ^{[ 13 ] [ 12 ]} Sin embargo, el desarrollo del VJ 101 C no sería sencillo; una complicación importante fueron los requisitos cambiantes del BMVg, que decidió cambiar el perfil de misión previsto de la aeronave del rol de interceptor a un caza más general, lo que impuso el requisito de que fuera capaz de una mayor autonomía de vuelo a baja altitud, entre otros atributos de rendimiento. ^{[ 14 ]} La nueva propuesta había fusionado las características de diseños anteriores de Bölkow, Heinkel y Messerschmitt en una plataforma elegante y aerodinámica. El VJ 101 C presentaba ciertas similitudes en apariencia con el Bell XF-109 estadounidense , ya que ambos aviones tenían una configuración comparable en cuanto a la presencia de motores pareados instalados en góndolas giratorias ubicadas en las puntas de las alas. Además de los motores de las puntas de las alas, se instalaron dos propulsores de sustentación adicionales en el fuselaje , que servían para complementar a los motores principales durante el vuelo estacionario.

El VJ 101 C contaba con un sistema electrónico de control de vuelo, conocido como sistema « fly-by-wire ». ^{[ 15 ]} Se comprendió que sería de vital importancia mantener la controlabilidad durante la fase de vuelo estacionario, en particular la capacidad de respuesta de los motores y el aumento de la estabilidad de la aeronave. Los sistemas de control, desarrollados por la empresa estadounidense Honeywell y la empresa alemana Bodenseewerk , realizaban diversas funciones en todo el régimen de vuelo del VJ 101 C, incluyendo el control de actitud durante el vuelo estacionario y la transición del vuelo estacionario al vuelo aerodinámico horizontal. ^{[ 16 ]} Inicialmente se utilizaron sistemas de control de dos canales, pero las pruebas revelaron la necesidad de sistemas de control de tres canales para tener en cuenta los casos de fallos de aterrizaje forzoso. Tras el cambio a sistemas de control de tres canales, esto permitió que el sistema se utilizara en todos los rangos de vuelo con control de vector de empuje; el primer sistema de este tipo que se desarrolló. ^{[ 17 ]} Después de que el programa dejó de considerarse como sucesor del F104G Starfighter, se mantuvo como un programa de desarrollo para explorar y probar sus conceptos de control de vuelo. ^{[ 15 ]}

Para probar el concepto de propulsión, EWR construyó un banco de pruebas, llamado Wippe (balancín), a principios de 1960. El sencillo dispositivo incorporaba una cabina rudimentaria fijada a una viga horizontal, que tenía un motor de sustentación montado verticalmente en el centro, con el propósito de realizar pruebas preliminares de un solo eje del sistema de control. ^{[ 18 ]} Posteriormente se ensambló un banco de pruebas de vuelo estacionario, que tenía el fuselaje esquelético del VJ 101C junto con un total de tres motores Rolls-Royce RB108 instalados en las posiciones aproximadas que ocuparían en la versión final apta para el vuelo. Cada uno de los pequeños motores podía generar un empuje máximo de 9,3 kN (2100 lb _f ) , suficiente para elevar el banco de pruebas. A partir de mayo de 1961, se realizaron pruebas iniciales desde una columna telescópica , y en marzo de 1962, el nuevo banco de pruebas realizó con éxito su primer vuelo libre. ^{[ 19 ]} Las pruebas adicionales realizadas con una "piel" de tela para simular el fuselaje y las alas también resultaron exitosas, demostrando un control satisfactorio en todas las estaciones y condiciones climáticas. ^{[ 19 ]}  

Se completaron dos prototipos, conocidos como X-1 y X-2 . ^{[ 20 ]} El X-1 iba a estar equipado con una disposición de seis motores RB145: dos montados verticalmente en el fuselaje para sustentación y cuatro dentro de las góndolas giratorias, cada uno capaz de generar 2750  lbf de empuje. El X-2 iba a tener los motores giratorios equipados con un postquemador , lo que les permitiría producir un empuje húmedo de 3840  lbf cada uno. A su vez, se proyectaba que esto permitiría a la aeronave alcanzar su velocidad de diseño de Mach 1.8. ^{[ 13 ]}

Aunque los motores de la góndola eran capaces de producir el empuje suficiente para permitir que la aeronave se mantuviera en vuelo estacionario estable solo con empuje seco, las preocupaciones sobre la suavidad de la transición del empuje seco al recalentamiento llevaron a la aprobación de un requisito para que la aeronave tuviera la capacidad de despegar verticalmente con recalentamiento. En consecuencia, esto requirió la adopción de un tubo de recalentamiento muy corto para proporcionar la distancia al suelo necesaria. ^{[ 13 ]} Los motores recalentados presentaban una tobera de dos posiciones relativamente simple, que podía alternar entre recalentamiento y no recalentamiento; el conducto de entrada también podía moverse hacia adelante cuando la aeronave se desplazaba a bajas velocidades o durante un vuelo estacionario, lo que abría una entrada de aire auxiliar. ^{[ 13 ]}

El 10 de abril de 1963, el X-1 realizó su primer vuelo estacionario. ^{[ 20 ]} El 20 de septiembre de 1963, tuvo lugar la primera transición del vuelo estacionario al vuelo horizontal. El X-1 se exhibió públicamente por primera vez en el Salón Aeronáutico de Hannover de mayo de 1964. El VJ 101C X-1 voló un total de 40 vuelos aerodinámicos, 24 vuelos estacionarios y 14 transiciones completas. En el transcurso de estas pruebas, la barrera del sonido fue rota por primera vez por una aeronave de despegue vertical; sin embargo, el 14 de septiembre de 1964, un defecto en el piloto automático provocó que el X-1 se estrellara, sufriendo algunos daños como resultado. El 29 de julio de 1964, el VJ 101 C voló a Mach 1.04 sin utilizar un postquemador. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

El 12 de junio de 1965, el segundo prototipo, X-2 , realizó su primer vuelo. ^{[ 20 ]} El 22 de octubre de 1965, el X-2 realizó una transición exitosa con un nuevo sistema de piloto automático instalado. Las pruebas continuaron posteriormente con el X-2 , que a diferencia del X-1 estaba equipado con postquemadores. Sin embargo, el proyecto fue cancelado en 1968. El interceptor VJ 101 D Mach 2 propuesto nunca se completó. Hoy, el VJ 101 C X-2 está en exhibición pública en el Flugwerft Schleissheim . Si bien el VJ 101C no llegó a la producción, varios otros proyectos de la época para desarrollar aviones de combate VTOL con capacidad supersónica, incluidos el Mirage IIIV y el Hawker Siddeley P.1154 (un paralelo supersónico de lo que se convertiría en el Hawker Siddeley Harrier , un avión de combate VTOL subsónico que entró en servicio operativo), finalmente tuvieron destinos similares. El avión de despegue y aterrizaje vertical Harrier y, mucho más tarde, el Lockheed Martin F-35 Lightning II , han demostrado desde entonces el potencial de los cazas VTOL (despegue y aterrizaje vertical).

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