El prototipo YF-23 de Northrop logró un vuelo supersónico de Mach 1.43 a 50,000 pies sin usar postcombustión en la base Edwards.
El primer vuelo validó el supercrucero del YF-23 en Edwards
El 18 de septiembre de 1990, el piloto de pruebas de Northrop Paul Metz aceleró el Prototipo de Vehículo Aéreo 1 del YF-23 sobre la Base de la Fuerza Aérea Edwards. La aeronave alcanzó Mach 1.43 en vuelo nivelado a 50,000 pies de altitud y conservó la velocidad supersónica sin inyectar combustible adicional en los conductos de postcombustión.
Con ese vuelo se cumplió la directriz de validación técnica prevista en la Solicitud de Propuestas emitida por el Departamento de Defensa de Estados Unidos en septiembre de 1986 para el programa Caza Táctico Avanzado. Los sensores de instrumentación del Centro de Pruebas en Vuelo de la Fuerza Aérea transmitieron registros continuos de telemetría al control de tierra.
La documentación técnica mostró que la aeronave sostuvo el perfil de la misión con empuje militar máximo en seco. Por esa razón, la prueba confirmó la viabilidad industrial de operar aeronaves de superioridad aérea con crucero supersónico continuo sin postcombustión, dentro de los parámetros exigidos para el programa ATF.
El consorcio de Northrop y McDonnell Douglas equipó el PAV-1, con registro de la Fuerza Aérea 87-0800, con dos motores turbofán Pratt & Whitney YF119-PW-100. Cada propulsor certificó empuje en la clase de las 35,000 libras y una relación empuje-peso superior a la de configuraciones operativas de la década anterior.
Datos técnicos centrales de los prototipos YF-23
- El PAV-1 alcanzó Mach 1.43 en vuelo nivelado a 50,000 pies sobre Edwards.
- El PAV-2 registró Mach 1.6 en régimen de supercrucero puro durante noviembre de 1990.
- La flota de demostración acumuló 50 despegues y 65 horas de vuelo documentadas.
- El YF-23 midió 20.6 metros de longitud y 13.3 metros de envergadura.
- El peso en vacío de la plataforma alcanzó 14,970 kilogramos.
Los motores YF119 y YF120 definieron dos rutas de propulsión
El ciclo termodinámico del YF119 operó con un compresor de baja presión de tres etapas impulsado por una turbina de una sola etapa. Las aleaciones metálicas y las tolerancias mecánicas soportaban temperaturas de entrada a la turbina significativamente mayores que las de los turbofanes F100 instalados en la flota de F-15.
Además, los ingenieros de Pratt & Whitney ensamblaron estas unidades con toberas convergentes-divergentes rectangulares y sin sistemas de vectorización de empuje. Así, la masa de gases circuló por un trayecto fijo que aumentaba la eficiencia mecánica del flujo y mejoraba la integración aerodinámica con el contorno dorsal del fuselaje.
El 26 de octubre de 1990, el grupo de contratistas trasladó a Edwards el segundo prototipo, designado PAV-2 y matriculado 87-0801. Esta unidad efectuó su primer despegue y su evaluación cinemática inicial con dos motores de ciclo variable General Electric YF120-GE-100, instalados en sustitución de la planta motriz de Pratt & Whitney.
Durante las misiones de evaluación de noviembre, las mediciones de radar del polígono de pruebas del desierto de Mojave registraron que el piloto Jim Sandberg llevó el PAV-2 hasta Mach 1.6 en supercrucero puro. El YF120 modificaba la relación de derivación interna mediante válvulas hidráulicas y compuertas del estator.
La célula del YF-23 integró baja resistencia y firma térmica reducida
El propulsor General Electric operaba como turbofán convencional en la pista y durante las trayectorias de aproximación. Después adoptaba una configuración de flujo interno equivalente a la de un turborreactor de baja derivación, lo que aumentaba la presión específica de salida de gases durante el cruce de la barrera del sonido.
Mediante la última revisión técnica de diseño de 1987, el Departamento de Defensa fijó la línea exterior de la estructura del YF-23. También exigió una célula aerodinámica de mínima área frontal, capaz de soportar las cargas estructurales derivadas del vuelo transónico constante y del mantenimiento de números de Mach altos.
Para cumplir esos requisitos, el departamento de aerodinámica de Northrop montó una planta alar con geometría de diamante y un ángulo de flecha de 40 grados en el borde de ataque y en el borde de fuga. La estructura principal integró materiales compuestos termoplásticos y bismaleimidas en sus largueros.
Los calculistas del programa omitieron el empenaje tradicional e instalaron una cola en “V”, formada por dos alerones trapezoidales de gran superficie inclinados a 50 grados. Esta disposición redujo el área mojada total de la aeronave y disminuyó la fricción superficial durante las fases de aceleración continua.
El escape integrado redujo la señal infrarroja del supercrucero
Para reducir las firmas térmicas derivadas de las temperaturas de combustión prolongada del supercrucero sin aumentar la resistencia aerodinámica, la división de estructuras de McDonnell Douglas fabricó una configuración de escape asimétrica integrada. Las góndolas de las turbinas quedaron hundidas en la intersección longitudinal entre el intradós alar y el fuselaje principal.
Los conductos posteriores de gases calientes dirigían el flujo hacia depresiones maquinadas en la superficie superior de la estructura de cola. El revestimiento de estas trincheras de escape incluyó módulos de baldosas de material cerámico poroso, que absorbían la irradiación calórica directa generada por los motores.
La geometría física del carenado mezclaba una capa límite de aire frío procedente del borde de ataque con el flujo caliente. De ese modo, la intensidad infrarroja primaria disminuía durante las fases de empuje militar máximo, sin alterar la configuración externa de baja resistencia que requería el supercrucero.
Entre el 27 de agosto y el 30 de diciembre de 1990, el Comando de Sistemas Aeronáuticos de la Fuerza Aérea contabilizó 50 despegues y acumuló 65 horas de vuelo documentadas sobre la flota de demostración YF-23, con perfiles de vuelo en corredores del suroeste de Estados Unidos.
Las pruebas midieron alcance supersónico y empleo de armamento
Las escuadras mixtas de pilotos militares y civiles de las empresas fabricantes operaron con suministro constante de aviones cisterna KC-135 Stratotanker asignados. Ese apoyo permitió extender los tiempos efectivos de registro de datos por encima de la barrera del sonido durante las etapas prolongadas de supercrucero del PAV-1 y del PAV-2.
Los ordenadores de telemetría de la Fuerza Aérea cuantificaron el consumo de combustible interno por milla náutica recorrida. También certificaron radios operativos continuos a velocidades supersónicas estadísticamente superiores al alcance cinemático de cualquier plataforma de combate de cuarta generación dependiente de quemadores de postcombustión.
Las divisiones de evaluación táctica cuantificaron que la velocidad inercial constante de Mach 1.6, alcanzada por el PAV-2 con motores General Electric, aumentaba la envolvente cinemática y la capacidad de interceptación aire-aire. Para conservar la baja resistencia, el fuselaje incorporó una bodega de armamento empotrada en la línea central ventral.
Esa bodega fue dimensionada para el misil de medio alcance AIM-120 AMRAAM y para el proyectil de guía térmica AIM-9 Sidewinder. Los ensayos de expulsión efectuados en los túneles de viento del Centro de Desarrollo Arnold, en Tennessee, certificaron la operatividad de los trapecios neumáticos de eyección.
La selección del YF-22 cerró las pruebas y envió los prototipos a museos
Los trapecios neumáticos desplazaban mecánicamente la munición inerte fuera de los vórtices de alta presión y del flujo acústico destructivo de la bodega abierta. Por ello, el armamento se separaba del fuselaje principal con una trayectoria controlada a velocidades sostenidas que impedían el uso de esquemas de caída libre por gravedad.
El 23 de abril de 1991, el secretario de la Fuerza Aérea, Donald Rice, anunció la adjudicación formal del contrato de desarrollo de ingeniería y fabricación del programa ATF a la asociación de Lockheed, Boeing y General Dynamics por su propuesta YF-22, junto con la selección del motor Pratt & Whitney YF119.
Después de esa decisión, el Pentágono canceló las líneas presupuestarias asignadas a los ensayos de vuelo de la aeronave descartada. También paralizó todas las operaciones logísticas y de mantenimiento en pista sobre los fuselajes del PAV-1 y del PAV-2, que quedaron bajo custodia física tramitada por la NASA.
La NASA coordinó el remolque de ambas aeronaves hacia el Centro de Investigación de Vuelo Dryden en 1996, aunque no autorizó partidas para recuperaciones ni restauraciones funcionales. Luego, el Departamento de Defensa transfirió el PAV-2 al Museo Nacional de la Fuerza Aérea, en Wright-Patterson, y ubicó el PAV-1 en el Western Museum of Flight, en Torrance.