XF5U-1: El “Panqueque Volador”

Muchos aviones pasan a la historia por sus capacidades o por sus cualidades en batalla, por los pilotos quienes los operaban e hicieron hazañas a bordo de ellos, pero algunos otros pasan a la historia por sus características peculiares y diseños… “absurdos”. Ese es el caso del XF5U-1, un caza que por su extraña forma y diseño poco ortodoxo paso a la historia, convirtiéndose en un referente cultural estadounidense del siglo pasado y que hoy es mejor recordado por su extraño concepto que por su historia. Historia que, por cierto, apenas si está registrada.

A lo largo de este artículo desvelaremos la historia de este avión y veremos como obtiene su característico nombre y como se volvió un referente cultural en Estados Unidos a lo largo del siglo XX.

Un Ala Volante Diferente

Se considera como Ala Volante o Avión sin cola a toda aquella aeronave monoala donde el motor, los controles, sistemas, tripulación, etc., se encuentran dentro del fuselaje. Tiende a carecer de timones convencionales, pero se le puede equipar con estructuras exteriores que tratan de cumplir con la misma función para permitir el control y operación del aparato, (Dabrowski, 1996).

Debido a la ausencia de timones y alerones convencionales, las alas volantes son aparatos muy difíciles de manejar a pesar de que entregan muchas ventajas operativas como una mayor capacidad de carga, una silueta más baja y una firma de calor menor, por lo que son más difíciles de detectar tanto para el ojo humano como por los sistemas electrónicos.

Estas serían las razones que defendería el diseñador Charles H. Zimmerman quien creía fervientemente en la teoría de las alas volantes, en especial la de los aviones discoidales que son mucho más complejos. Esta clase de aparatos, como su nombre indica, poseen una forma circular o discoidal. Su peculiar forma debe actuar como un ala que proporciona una capacidad de maniobra superior al de los aviones convencionales, siendo capaz de hacer maromas mucho más extremas y cerradas con facilidad. Por lo que un avión discoidal podría dar un giro mucho más rápido que uno convencional.

Norton (2008) explica que un avión discoidal tiene un aumento considerable en su velocidad máxima de aterrizaje y de despegue, la relación que existía en un avión de la época como el Curtiss P-40 Warhawk o el A6M1 Zero era de 4:1 mientras que estos aviones discoidales tenían una relación 10:1. Esto quiere decir que un avión de esta índole aterrizaba y despegaba de forma más eficaz; en tramos más cortos y en menor tiempo, así que podrían alistarse para ambas tareas en tiempo récord.

Por si fuese poco, debido a la ligereza que tendrían y a la forma de su fuselaje, los motores podrían crear la suficiente sustentación como para superar las características del aparato y permitirle hacer estas tareas de forma vertical, es decir, desplazarse como un helicóptero.

Estas características sin duda eran revolucionarías para le época y es por eso que Zimmerman se esforzó en poder hacer de estos aparatos una realidad, sin embargo, y a diferencia de otros grandes diseñadores del momento, Zimmerman no contaba con el apoyo de las grandes compañías aeronáuticas ni mucho menos del ejército. Es por eso que tuvo que esforzarse mucho más para lograrlo.

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V-162: Un Primer Intento de Avión Discoidal

Usando la poca influencia que poseía, Zimmerman logro convencer a algunos ingenieros quienes lo apoyaron en su idea de construir un avión discoidal. Este pequeño equipo, que podemos llamar de “fanáticos”, se unió a él sin cuestionar demasiado su idea y tan pronto como fue formado se pusieron manos a la obra.

Hasta 1937 este pequeño equipo se dedicó a construir modelos a escala de lo que sería un futuro aparato discoidal. Usando madera y algunos componentes de aeronaves reales, diseñaron y fabricaron diversos modelos que servían de ejemplo de cómo podrían lucir y como debían estar dispuestos para acoplar al piloto y todo el sistema motriz. Fue una tarea ardua, pero al final consiguieron construir un primer prototipo funcional de esta clase de aviones, al cual llamaron V-162.

El V-162 cumplía a la perfección con su nombre puesto que tenía un diámetro de aproximadamente 91 cm o 3 pies, (Norton, 2008). Estaba diseñado para ser pilotado por un solo hombre quien, en lugar de estar sentado sobre un asiento, estaba recostado bocabajo sobre una superficie rígida e incómoda. Poseía dos motores eléctricos rudimentarios que le ayudaban a propulsarse y volar. Lo más peculiar de este avión discoidal es que sus alerones y timones estaban articulados, ya que también cumplían con la función de ascensores.

En términos básicos, toda su estructura estaba diseñada para estabilizar al avión y permitirle maniobrar en vuelo. Esto es una característica algo típica de las alas volantes, pero se ve radicalmente modificada en los aviones discoidales por la forma de su fuselaje.

V-162 fue llevado a un campo de pruebas donde se planeaba ponerlo en vuelo y observar que tan fiable era el diseño, pero más allá de la incapacidad de Zimmerman de conseguir a un piloto que lo operara, la compañía aeronáutica Vought Aircraft Companies se interesó bastante por el avión y tras una pequeña reunión lo nombraron ingeniero consultor.

En ese mismo instante el V-162 fue llevado a las instalaciones de Vought donde sería sometido a un par de pequeñas pruebas para corroborar su eficiencia. Debido a que su diseño para nada ortodoxo y a que fue construido de forma rudimentaria, tanto Vought como Zimmerman no esperaban resultados sorprendentes, pero consiguieron lo impensable al hacer que el avión volara.

Conectando un control remoto a los sistemas de operación del V-162, dos pilotos lograron hacer volar el extraño avión por un par de minutos y corroboraron que era posible operarlo, pero había toda una lista de fallas que había que solucionar antes de hacer más pruebas. Estos fueron los puntos más importantes:

• Vibraciones altas; Provocadas por las hélices que afectaban el rendimiento del avión y su fuselaje.
• Baja maniobrabilidad; Generada por la falta de alerones y timones convencionales.
• Sistema de control dañado; Por la enorme turbulencia que las hélices creaban.
• Dimensiones inadecuadas.

Hasta 1939 Zimmerman trabajo en nuevos diseños que pudieran solucionar los problemas encontrados en el V-162, pero fue contactado por la U.S. Navy antes de tan si quiera comenzar a remodelar el prototipo. El extraño aparato había llamado la atención de la marina estadounidense y tras inspeccionar el avión discoidal quedo ligeramente fascinado y hablaron con Zimmerman para producir un prototipo más auténtico y estable. El V-162 quedo atrás y era momento de iniciar un nuevo avión.

V-173: El Avión Preliminar

En 1939 la marina firmo un contrato con Zimmerman y Vought donde se comprometían a financiar la producción de una versión preliminar del anterior V-162, esta versión debía ser más estable y adecuada para sus estándares, (Norton, 2008). No se sabe con exactitud cuánto dinero recibieron para producir el avión, pero lo cierto es que dentro de los proyectos del momento el nuevo avión discoidal no era importante ni mucho menos prioritario para la marina. Tenía su atención, pero eso no significaba que le destinarían todos sus recursos para crearlo.

Se hicieron muchos cambios en el ahora llamado V-173, para empezar el fuselaje estaría hecho de madera y tela para hacerlo ligero. Sus dimensiones fueron las siguientes; Tenía una envergadura de 7.1 m; una longitud de 8.1 m y una superficie de 39.7 m² lo que lo hacía ligeramente más pequeño que el V-162 original.

Los motores eléctricos se reemplazaron por un par de Continental A-80 de 80 CV, así mismo las hélices se modificaron para portar tres palas de 5 metros de envergadura extraídas de los F4U-4 Corsair, debido a sus dimensiones el avión recibió un tren de aterrizaje frontal fijo que inclino el avión 22.3° con respecto al suelo. Era una inclinación demasiado pronunciada para un avión, pero era necesario para poder acoplar las palas en las hélices.

Una característica peculiar del V-173 era que sus motores estaban conectados a un sistema de ejes que les permitiría a las hélices girar en caso de un fallo en los motores. Estos ejes sobresalían del fuselaje y funcionaban como un soporte para ayudar a que las hélices no chocaran contra la cabina.

Como se había mencionado, en el V-162 el piloto se tenía que recostar para operar el avión, esto se replicó en el V-173 porque de esta manera el perfil del avión sería considerablemente mucho más bajo, sin embargo, se descubrió que esto era un grave error de diseño. En dicha posición el campo de visión del piloto estaba limitado al frente, por lo que le era imposible detectar amenazas u objetivos que provinieran desde otros ángulos, especialmente desde atrás. Para solucionar este inconveniente se diseñó un asiento reclinable cuya posición en el fuselaje estaba tan atrasada que el piloto debía inclinarse hacia el frente para alcanzar los controles del avión y para observar los instrumentos. Esta postura era tan incomoda que provocaba un fuerte dolor de espalda, (Norton, 2008).

Todos estos cambios, en combinación con el reducido presupuesto que tenía el proyecto, llevaron a que no hubiese un prototipo funcional sino hasta finales de 1941 cuando el V-173 fue llevado a las instalaciones del Comité Asesor Nacional para la Aeronáutica (NACA por sus siglas en inglés).

Aquí, el V-173 fue sometido a pruebas de vuelo en un túnel de viento y se descubrieron algunos detalles interesantes. Los “elevones” —sistemas combinados que actúan como elevadores y alerones— no funcionaban de forma adecuada y el V-173 tendía a perder el control con facilidad. Las corrientes de aire muy fuertes, maniobras exageradas o condiciones muy desfavorables podían provocar que los motores se estropearan o que el avión no pudiera maniobrar.

Los elevones se reemplazaron por superficies exteriores que sobresalían del fuselaje tanto por encima como por los lados, solucionando parcialmente el problema de la pérdida de control. Por otro lado, los motores fueron probados en un campo de pruebas en tierra en la primera mitad de 1942, aquí se descubrió que las hélices de dos palas generaban vibraciones demasiado fuertes, mientras que las de tres mitigaban ligeramente dichas oscilaciones e impedían que el fuselaje se dañara ante una exposición constante y prolongada.

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La parte más interesante de la historia del V-173 tiene lugar el 23 de noviembre de 1942, cuando el avión fue llevado al campo de pruebas de Stratford, Connecticut para volar por primera vez en su larga y fatídica vida como prototipo. El piloto seleccionado para operarlo fue Boone T. Guyton quien demostró que los aviones discoidales eran todo menos eficientes y superiores como tanto aseguraba Zimmerman en sus postulados.

El V-173 alcanzó un peso bruto de 1.3 toneladas, lo que lo hacía considerablemente más ligero que otros aviones de la época, por ejemplo, el Messerchmitt Bf 109 A pesaba 1.9 toneladas (Lepage, 2009). Pese a esta ligereza, el V-173 tenía un rendimiento que no se puede describir de otra forma sino como pésimo. Su velocidad máxima registrada fue de 193 km/h, mientras que la de crucero se fijó en 120 km/h, para ser un caza era extremadamente lento. Solo en picada podía alcanzar una velocidad moderada de 222 km/h y esto con algo de esfuerzo.

En comparativa, el Bf 109 alcanzaba una velocidad de hasta 570 km/h, lo que lo hacía versátil y altamente maniobrable. Como podemos ver, el V-173 nunca podría alcanzar un caza alemán, aunque sus motores fuesen llevados por encima de sus capacidades.

Lo único reconfortante para su pésimo rendimiento en vuelo era su capacidad de despegue y aterrizaje. Se demostró que el V-173 solo necesitaba recorrer 60 metros de distancia antes de poder despegar y necesitaba recorrer la misma distancia para aterrizar, esto era todo un logro puesto que cualquier otro caza necesitaba de pistas del doble de largo para efectuar estas tareas de forma adecuada. También se descubrió una característica muy peculiar y es que cuando el avión intento despegar con el viento de frente a 40 km/h y con los motores puestos a una velocidad de 55 km/h, el V-173 comenzaba a levitar, lo que le otorgo el sobrenombre de “Flying Pancake” o “Panqueque Volador”.

Resulto que los motores creaban la suficiente sustentación como para permitirle levitar en condiciones específicas, esto le permitía despegar y aterrizar sin necesidad de recorrer la pista. De forma accidental, el V-173 logro un vuelo vertical como el de un helicóptero y esto fascino a Zimmerman y a la marina puesto que disponer de aviones capaces de despegar sin la necesidad de una pista, o al menos de una no tan larga, permitía obtener una ventaja táctica frente al enemigo.

Esto abrió las puertas a Zimmerman para indagar en la tecnología VTOL o de Despegue Vertical, pero antes debía demostrar que el V-173 era confiable.

Como era habitual el V-173 estuvo plagado de problemas de diseño al igual que su antecesor el V-162, así que se debían corregir todos los problemas de maniobrabilidad y de velocidad. Para empezar, se comenzó a desarrollar una nueva serie de motores que le permitieran alcanzar velocidades superiores, pero estos estarían disponibles hasta 1945.

Las superficies exteriores que actuaban como elevones se reemplazaron por completo por elevadores y alerones convencionales que se adaptaron a la forma del fuselaje, esto le ayudaría a mantenerse estable. Guyton describió que en picada la palanca de controles y otros sistemas se sometían a fuerzas excesivas, un mal manejo de estas en dicha condición podría provocar la ruptura de los mismos y por ende que el avión se estrellara. De hecho, Guyton tuvo que realizar dos aterrizajes forzosos debido a este mismo problema.

Las hélices tripalas seguían generando fuertes vibraciones que afectaban al fuselaje y a los sistemas, era necesario corregir esto si se deseaba que el V-173 fuese más maniobrable y resistente.

El 30 de junio de 1942 se le entrego a la marina un documento en cual se solicitaba la construcción de un prototipo final, pero sería el 17 de noviembre, tras las pruebas en Connecticut, que sería aprobada. El V-173 dejo mucho que desear, pero se podía mejorar y es por ello que la marina les dio una última oportunidad a Zimmerman y Vought de demostrar que este avión podía superar a un caza convencional.

XF5U-1: Un Diseño Final

El 17 de noviembre de 1942 la marina firmo un contrato con Vought para la construcción de un nuevo avión al cual ellos llamaron XF5U-1, la compañía por su parte lo nombro VS-315 y las especificaciones fueron muy claras: convertirlo en un caza competitivo.

Zimmerman y Vought se pusieron manos a la obra y diseñaron un nuevo avión, mientras tanto el V-173 se convirtió en un banco de pruebas para probar nuevas tecnologías y conceptos que ayudaran al definitivo XF5U-1 a volar y ser tan capaz como un caza de la época.

Para la construcción del XF5U-1 se puso al mando al ingeniero E. J. Greenwod quien ayudaría a refinar el modelo del ya anticuado V-173. Bajo su dirección se tuvo listo un modelo de madera el 7 de junio de 1943 que incorporaba todas las nuevas mejoras que se tenían planeadas para el prototipo preliminar, además de que estaba recubierto de “Metalite”, un material compuesto patentado por Vought que consistía en madera de balsa y aluminio en capas, (Winchester, 2005).

Entre los cambios más destacables se encuentra un tren de aterrizaje retráctil que disminuyo el ángulo de elevación respecto al suelo a 18.7°. Se instalaron seis ametralladoras Browning M2 de calibre .50 aunque también se pensó en intercambiarlas por un par de cañones de 20 mm los cuales nunca fueron instalados. También poseía puntos de anclaje para bombas de hasta 454 kg o en su defecto un par de depósitos de combustible adicionales.

Los motores se reemplazaron por los aún más potentes Pratt & Whitney R-2000-7 Twin Wasp de 1350 hp, un complejo sistema de ejes y engranajes permitía que la potencia de los motores se invirtiera 90 grados lo que generaba que cada hélice rotara hacia una dirección diferente. Esto se hizo así para reducir la velocidad de vuelo durante los aterrizajes. Los ejes que ayudaban a rotar las hélices en caso de emergencia se conservaron.

Las predicciones indicaban que los nuevos motores le permitirían al XF5U-1 volar a una velocidad de hasta 684 km/h, lo que lo convertía en un caza veloz y altamente maniobrable. Pero había un problema, los motores se sobrecalentaban demasiado rápido y solo podían garantizar un tiempo de vuelo de 90 minutos, tras ese tiempo era demasiado probable que se estropearan u ocurriera una falla catastrófica que los comprometiera. Para refrigerar los motores, se diseñaron un par de ventiladores en las tomas de aire que estaban dispuestos en medio de los motores y la cabina.

Había muchos planes en cuanto al sistema motriz, incluyendo el desarrollo de nuevos motores experimentales con designación XR-2000(D)-2 turboalimentados de 1600 hp y un sistema de refrigeración de agua que en el papel le otorgaría la increíble velocidad de 885 km/h. Con ayuda de Lepage, 2009, podemos encontrar la siguiente perspectiva; el caza a reacción alemán Messerchmitt Me 262 podía alcanzar una velocidad de crucero de 870 km/h y una máxima de hasta 1,050 km/h, el XF5U-1 haciendo uso de hélices podía igualar al famoso “Tiburón alemán”.

Pero como era habitual, el XF5U-1 heredo todos los problemas de sus antecesores. La vibración seguía siendo un problema constante que no se pudo resolver ni si quiera cuando las hélices tripalas fueron reemplazadas por unas nuevas de cuatro palas, las cuales incluso llegaron a ser más perjudiciales que beneficiosas. Estas hélices provocaban que el avión cabeceara y se desestabilizara por momentos repentinos, se ideo una solución que era integrara amortiguadores, pero los que necesitaba eran experimentales al igual que novedosos, así que nunca estuvieron disponibles.

Panthers de Observación: Pz.Beob.Wg V Panther

Por otro lado, el sobrecalentamiento de los motores se pudo solucionar mediante la instalación de cajas de cambios más sofisticadas y completas, lo cual permitió mantener los motores a temperaturas más adecuadas. Las ventilas ayudaron a mantener los motores en condiciones mucho más optimas, pero aun así se recomendó que el tiempo de vuelo no superara los 90 minutos para no desgastar los sistemas.

El 25 de junio de 1945 en Stratford se completo el primer prototipo oficial del XF5U-1, apodado “Flying Flapjack” y durante los siguientes meses fue sometido a pruebas de vuelo y de resistencia, pero para ese momento la guerra en Europa había finalizado y Japón ya no representaba una amenaza seria puesto que ya estaba acabada y próxima a rendirse.

Tras la rendición de Japón el ejército estadounidense comenzó a priorizar los aviones a reacción que eran tan rápidos como el XF5U-1 y debido a que era una tecnología innovadora y que demostró ser eficiente, el proyecto del Panqueque Volador comenzó a quedar en el olvido.

Hasta 1947 el XF5U-1 siguió volando como parte de pruebas y pequeños eventos aeronáuticos, pero con las hélices quedando atrás y debido a su enorme complejidad e ineficiencia el 17 de marzo de ese mismo año el proyecto llego a su fin.

Se ordeno el desmantelamiento inmediato del modelo de madera y el prototipo final, pero por fortuna el prototipo preliminar, el V-173, se logro conservar y hoy en día se encuentra expuesto en el museo Smithsoniano donde está expuesto al público.

Aún no Llega el Ocaso

Aunque el proyecto del Panqueque Volador quedo rápidamente en el olvido para el ejército, desde su llegada al museo ha sido un objeto de gran interés para el público y los historiadores estadounidenses, quienes le tienen un aprecio tan poco ortodoxo como su diseño y se han dedicado a indagar cuanto puedan en la historia olvidada del XF5U-1, logrando traerlo a la vida de nuevo en sus relatos.

Y más recientemente el juego para PC, War Thunder, agrego al XF5U-1 como avión de recompensa premium por su aniversario, lo que ha atraído la atención de millones de jugadores de todo el mundo quienes comenzaron a mostrar interés en el avión por su extraña forma.

Lo que antes era un aparato aéreo mayormente conocido en Estados Unidos, hoy en día gracias a las nuevas tecnologías lo ha convertido en una especie de estrella digital que se ha ganado el aprecio e interés de miles de personas. Probablemente, será gracias a esto que en el futuro conozcamos más de este extraño avión.

Conclusión

El XF5U-1 y sus antecesores fueron una serie de aviones discoidales que debían superar las características técnicas de los cazas convencionales. Sin embargo, su complejidad de diseño y las limitaciones tecnológicas del momento impidieron que el proyecto pudiera alcanzar su meta, la llegada del motor a reacción y los cazas jets terminaron por sepultar un proyecto que había nacido muerto, pero que tenía un atisbo de esperanza.

En el camino se logro crear uno de los primeros aparatos VTOL de la historia que más adelante ganarían enorme relevancia y darían origen a lo que hoy en día conocemos como helicópteros. Parte de la historia de este extraño avión aun vive gracias a las nuevas tecnologías quienes han traído a la vida al XF5U-1 como nunca antes. 

Bibliografía

• Dabrowski H. P. (1996), Nurflügel Ein Streifzug durch die Geschichte deutscher und internationaler Entwicklungen, Alemania, Waffen-Arsenal.
• Norton B, (2008), U.S. Experimental & Prototype Aircraft Projects: Fighters 1939-1945, Estados Unidos, Hardcover.
• Winchester J. (2005) X-planes and Protytpes From Nazi Secret Weapons to the Warplanes of the Future, Estados Unidos, Hardcover.
• Lepage J. D. (2009) Aircraft of the Luftwaffe, 1935-1945 An Ilustrated Guide, Estados Unidos, McFarland.