ORIGINI E SVILUPPO
Con l’introduzione ufficiale del Boeing B-29 Superfortress nel teatro del Pacifico, l’8 maggio 1943, si palesò subito la necessità di un caccia di scorta a largo raggio in grado di operare ad alta quota. Nell’estate del 1943, l’United States Army Air Force (USAAF) stabilì quali dovessero essere le prestazioni di un simile aereo: 1) raggio d’azione 1.250 miglia (±2.000 km); 2) carburante per 20 minuti di combattimento più riserva per il ritorno; 3) velocità di crociera 250 mph (±400 km/h) a 25,000 ft (±7.600 m); 4) velocità massima oltre 500 mph (±800 km/h); 5) tangenza operativa 37,500 ft (±11,400 m); 6) rateo di salita di 2,500 fpm (feet per minute, ±13 m/s) a 27,000 ft (±8200 m). Poiché simili prestazioni erano molto difficilmente raggiungibili con un motore a pistoni, la specifica raccomandava un sistema di propulsione misto consistente in una turboelica per il volo di crociera e in un turboreattore per il decollo e gli spunti di velocità in combattimento. È noto infatti che i primissimi turbogetti militari di metà anni Quaranta avevano nei consumi un problema non indifferente, che comunque si risolse abbastanza presto con il progredire dello sviluppo tecnologico. Ulteriore richiesa era un angolo di visibilità anteriore di 12°.
Interessata alla “request for proposal” per questo caccia, la Consolidated Vultee (colloquialmente “Convair”, nome che prese però ufficialmente solo nel 1954, dopo che l’anno prima era diventata la Convair Division della General Dynamics), incaricò il capoprogettista della Vultee Field Division, Charles R. “Jack” Irvine, e il suo assistente Frank W. Davis, che era anche il pilota collaudatore della ditta, di lavorare in collaborazione con l’USAAF su un aereo che rispondesse alle specifiche. Il progetto di massima del “Model 102”, come la ditta chiamava l’aereo, fu sottoposto dalla Consolidated Vultee all’USAAF nel settembre 1943, e ricevette la designazione XP-81 dall’Air Materiel Command. La progettazione in dettaglio iniziò il 5 gennaio 1944, e l’11 febbraio 1944 l’USAAF stipulò con la Consolidated Vultee il contratto no. W33-038-ac-1887 (nome di progetto “MX-480”) del valore di circa 4,6 milioni di dollari per la costruzione di due prototipi per valutazione (numeri di serie 44-91000 e 44-91001) e una cellula per prove statiche.
Durante i primi stadi di sviluppo dell’aereo, ci furono forti dubbi sull’impianto propulsivo. Mentre per il turboreattore nella parte posteriore della fusoliera la scelta del General Electric I-40 (poi J33) era abbastanza scontata, quella del motore a prua per il volo di crociera non lo era affatto. Fu dapprima considerato il radiale Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp, il che avrebbe dato all’XP-81 un profilo vagamente simile a quello del Ryan FR-1 Fireball dell’US Navy, ma dopo alcuni test fu scelta la General Electric TG-100 (poi XT31), la prima turboelica americana, che sulla carta avrebbe garantito prestazioni superiori. Ma fu proprio la turboelica, che doveva essere il pezzo forte dell’aereo, a dare i peggiori problemi. Nell’aprile 1944 la General Electric notificò all’Air Materiel Command che ci sarebbe stato un ritardo significativo nella consegna della TG-100 a causa di difficoltà tecniche. La costruzione del primo prototipo fu dilazionata finché in giugno i progettisti cercarono un’alternativa per rimpiazzare la TG-100. Ciononostante, il 20 giugno 1944 seguì un altro contratto del valore di 3.744 milioni di dollari per i due prototipi, la cellula statica e i dati di test. Il contratto fu poi modificato per includere 13 YP-81 sotto il nome di progetto “MX-796”.
L’alternativa fu trovata installando un Packard V-1650-3 (il Rolls-Royce Merlin costruito su licenza), e l’USAAF procurò velocemente alla Consolidated Vultee il motore togliendolo da un P-51D Mustang. Gli ingegneri della Convair furono in grado di installare il nuovo motore sul prototipo in una settimana, nonostante le considerevoli modifiche strutturali che furono necessarie. Al motore fu aggiunto un radiatore del liquido di raffreddamento “a mento”, simile a quello del P-38 Lightning, posto sotto l’ogiva dell’elica, per la quale furono testate sia l’originale Hamilton Standard 11’2” del P-51D sia una Aeroproducts 12’. Sfortunatamente il Merlin aggiunse 950 libbre (±430 kg) al peso totale previsto in sede di progetto, senza contare che la potenza del Packard era sensibilmente minore a quella che ci si aspettava dalla TG-100 (960 hp al decollo e 1.720 hp ad alta quota in meno). Le tempistiche si erano fatte più rilassate e la costruzione del primo XP-81 (s/n 44-91000) fu finalmente completata alla fabbrica Vultee presso l’aeroporto di Downey, vicino Los Angeles, nel gennaio del 1945.
DESCRIZIONE TECNICA
L’XP-81 era un monoplano metallico ad ala bassa a sbalzo con struttura a rivestimento lavorante. La fusoliera semi-monoscocca era costruita utilizzando una lega di alluminio 24-SRT indurita per invecchiamento con le superfici esterne rivettate a filo. La fusoliera ospitava due serbatoi di carburante posizionati direttamente dietro l’abitacolo, per un totale di 811 galloni (±3.670 litri), ma essendo un caccia di scorta la dotazione poteva arrivare fino a 1.511 galloni (±5,720 litri) con l’utilizzo dei serbatoi ausiliari sganciabili. Il carrello era triciclo anteriore, una cosa ancora insolita al tempo per un caccia, e veniva azionato elettricamente.
L’abitacolo, pressurizzato, aveva una capottina a goccia a visibilità totale che era controllata dal pilota tramite una manovella sul lato sinistro della cabina di pilotaggio, ma era anche presente un sistema per lo sgancio di emergenza. Inizialmente era installato un seggiolino normale, ma in seguito questo fu rimpiazzato da un seggiolino eiettabile ricavato da quello del caccia XP-54 della stessa ditta, che essendo a elica spingente rendeva necessario un seggiolino di questo tipo per l’abbandono in emergenza dell’aereo. Poiché l’XP-81 era un caccia di scorta a largo raggio, era dotato di pilota automatico e il cockpit era pressurizzato e climatizzato tramite l’aria spillata dalla turboelica TG-100. Per quanto riguarda l’avionica, l’XP-81 era dotato di un apparecchio radio VHF (Very High Frequency) SCR 522-A, azionata dal lato destro della cabina di pilotaggio, dove si trovavano i radiocomandi. Per gli esemplari operativi erano previsti un ricevitore di radiofaro (beacon) BC-1206 e un sistema IFF SCR 695, mai installati nei prototipi.
L’ala, con profilo alare NACA a flusso laminare, era anch’essa in lega d’alluminio e la superficie alare, a rivestimento lavorante, era anch’essa rivettata a filo, con le teste dei rivetti fresate. A causa dei materiali relativamente pesanti utilizzati nelle ali, la superficie era relativamente liscia consentendo così una buona aerodinamica. La maggior parte della placcatura pesante era montata nel 34,5% frontale delle ali, e quindi consentiva un buon supporto per le armi e il carico bellico. Su ciascuna semiala erano prensenti diruttori che operavano automaticamente in sincronia con gli alettoni. Una caratteristica interessante era l’impianto termico antighiaccio che spillava l’aria calda dalla turboelica. Il carrello principale era dotato di freni a disco, che fungevano anche da freno di parcheggio.
L’apparato propulsivo era costituito da una turboelica General Electric TG-100 (poi ridesignata XT31-GE-1) posta a prua con la classica elica traente posta sul muso, con lo scarico dei gas ventrale, e un turboreattore General Electric/Allison I-40 (J33-GE-5) a poppa con il classico scarico in coda e un paio di prese d’aria dorsali sulla fusoliera. La turboelica XT31 fu il primo motore aeronautico di questo tipo sviluppato e costruito negli Stati Uniti, anche se basato su studi britannici. Ebbe diversi problemi, dovuti essenzialmente al fatto che la sua tecnologia era ancora tutta da mettere a punto; le frequenti perdite dei suoi 8 galloni (±30 litri) di olio lubrificante furono sempre un problema (per inciso, il J33 aveva 3,5 galloni (13 litri) di lubrificante. Il primo prototipo era dotato di un’elica quadripala Aeroproducts A542, mentre il secondo aveva invece una Hamilton Standard Hydromatic 4260. Il J33 invece era un turboreattore a compressore centrifugo a singolo stadio, sviluppato dalla General Electric sulla base del Rolls-Royce Derwent britannico, ma la produzione in serie era stata affidata alla Allison; è noto principalmente per essere stato il propulsore del Lockheed P-80/F-80 Shooting Star e del T-33.
LE VERSIONI
XP-81: i due prototipi (s/n 44-91000 e 44-91001) già descritti precedentemente. Il 44-91000 fece il primo volo il 7 febbraio 1945, il 44-91001 nel febbraio 1947 (non è conosciuto il giorno preciso). Il secondo prototipo si differenziava dal primo per la pinna ventrale più lunga e per l’utilizzo di un’elica a quattro pale Hamilton Hydromatic al posto della Aeroproducts utilizzata dal primo prototipo. Ridesignati ZXF-81 dopo il termine del programma di sviluppo.
YP-81: 13 esemplari di preserie, ordinati ma in seguito cancellati. L’YP-81 avrebbe avuto una turboelica General Electric TG-110 (XT41), più leggera e potente della TG-100; per sistemare il baricentro dovuto al nuovo motore, l’ala era spostata di 25 centimetri all’indietro. Il turbogetto sarebbe stato una nuova versione del J33 con maggior spinta. Sarebbe stato installato l’armamento, consistente in sei mitragliatrici Browning AN/M2 da 12,7×99 mm (.50 cal) con 400 proiettili per arma, oppure altrettanti cannoni da 20×110 mm Hispano T31 con 200 proiettili per arma, tre armi per semiala. Inoltre erano previsti due piloni subalari, uno per ogni semiala, per due bombe tra le 100 libbre (45 kg) e le 1.600 libbre (±725 kg), per un totale massimo di 1.450 kg. In alternativa, potevano essere montati serbatoi ausiliari, serbatoi di napalm o anche cariche di profondità, oppure 14 razzi HVAR (High Velocity Aircraft Rockets) da 5” (127 mm).
L’IMPIEGO OPERATIVO
Nel gennaio 1945 l’aereo fu parzialmente smontato e trasferito in autocarro da Downey al Muroc Dry Lake (oggi Edwards AFB): qui il primo XP-81 fece il suo primo volo il 7 febbraio 1945 (altre fonti indicano l’11), con Frank W. Davis ai comandi. Durante le prime dieci ore di test, l’XP-81 dimostrò buone caratteristiche di pilotaggio, eccetto per l’inadeguata stabilità direzionale alle basse velocità dovuta alla coppia di torsione del Merlin, che aveva costretto ad allungare la parte anteriore della fusoliera. Questo difetto fu risolto allargando l’impennaggio verticale di 38 cm e aggiungendo una corta pinna ventrale. Il secondo XP-81 fu modificato in fabbrica con un’estensione arrotondata dell’impennaggio verticale e con una lunga pinna ventrale. Un altro problema riscontrato furono gli spruzzi di olio sulla capottina dovuti all’elica Aeroproducts. Il Merlin fu utilizzato fino al 18 maggio 1945, completando 46 voli per un totale di 47 h 45’ di volo. Poi l’aereo tornò presso la Vultee a Downey, dove fu installata la turboelica TG-100 resasi finalmente disponibile, per tornare a Muroc col nuovo motore l’11 giugno.
Si trattava della prima turboelica mai costruita in America, e questo rese necessario un esteso e approfondito lavoro di valutazione e messa a punto a terra che durò diversi mesi, dal 23 giugno al 20 dicembre 1945. Naturalmente emersero problemi: la TG-100 era difficile da avviare e una volta in moto il pilota aveva difficoltà a controllare l’elica. L’affidabilità era bassa, cosa prevedibile per un motore di nuova concezione, e la ruota con le palette della turbina doveva essere sostituita in continuazione, talvolta dopo nemmeno mezz’ora di volo. Il radiatore dell’olio originale da 10 pollici (±25 cm) dovette essere maggiorato a 12 pollici (±30 cm). Ma il maggior problema era la risposta alla manetta, troppo ritardata (la scarsa accelerazione era un problema anche dei primissimi turbogetti, come lo Jumo 004 del Me 262): dalle parole del collaudatore Davis, 10 secondi per accelerare e 2 secondi per rallentare, e sia la spinta che la resistenza aerodinamica erano troppo forti per essere regolate quando questo accadeva. Il personale di terra concluse che sia l’elica che gli alberi di trasmissione dell’Aeroproducts A542 montata erano incompatibili con la TG-100 e che dovevano essere sviluppate nuove eliche espressamente concepite per questo nuovo tipo di motore. Inoltre fu raccomandato un sistema di messa in bandiera dell’elica in emergenza.
Il 21 dicembre 1945, a guerra già finita, il primo aereo americano propulso da una turboelica prese il volo. Si trattava del 47mo volo di prova dell’XP-81. Le prestazioni furono tutto sommato soddisfacenti, ma il volo si concluse dopo appena 5 minuti. Fu comunque subito notata un’eccessiva perdita di olio da parte della TG-100. La turboelica fu un’inesauribile fonte di problemi: eccessive vibrazioni dell’elica e continue perdite d’olio dal motore. Entrambi i prototipi fecero 69 voli con la TG-100 per un totale di sole 42 ore di volo, il che rende bene l’idea dei problemi causati da questo motore.
Per giunta la TG-100 non era capace di raggiungere la potenza prevista di ±1.715 kW (2.300 hp), ed erogava solo ±1.110 kW (1.490 hp). Ci si mise anche il turboreattore I-40, che forniva 250 libbre (±110 kg) di spinta in meno del previsto. Al posto delle previste 478 mph (769 km/h) al livello del mare furono raggiunte solamente 400 mph (643 km/h). La scelta del turboelica non era perciò più competitiva di quella di un normale motore a pistoni.
Nonostante tutto il pilotaggio dell’XP-81 era piuttosto facile, la manovrabilità era discreta e la velocità di salita buona, così come la leggerezza dei comandi. D’altra parte tutti i problemi nascevano in fondo dall’unità propulsiva adottata, ancora troppo sperimentale.
Il secondo prototipo, serial number 44-91001, fu costruito qualche tempo prima del novembre 1946, e fu pronto per il volo nel febbraio 1947. Non è nota la data esatta del primo volo, si pensa comunque in quello stesso mese. Secondo l’Air Force in totale i voli di entrambi i prototipi furono 116: 94 del primo prototipoe 22 del secondo (ma i conti non tornano: il secondo prototipo ebbe sempre la TG-100, il primo prototipo dovrebbe aver fatto 46 voli col Merlin e 48 con la TG-100, ma allora i voli con la TG-100 avrebbero dovuto essere 48+22=70 e non 69 come prima riportato).
Il 14 gennaio 1947 la Consolidated Vultee propose che fossero portati avanti ulteriori test nelle seguenti aree: 1) prove di armamento con Browning AN/M2 da 12,7 mm e Hispano T31 da 20 mm, bombe e razzi; 2) efficienza dell’impianto antighiaccio; 3) controllo e stabilità laterale; 4) pressurizzazione della cabina; 5) impianto elettrico.Tuttavia la grave carenza di prestazioni aveva fatto progressivamente perdere all’USAAF interesse per l’XP-81, e la Consolidated Vultee cercò fin dal dicembre del 1946 di salvare il programma migliorando il progetto. Il 31 dicembre la ditta propose all’Air Materiel Command di sostituire la TG-100 con la nuova TG-110 (che avrebbe comunque dovuto equipaggiare gli YP-81), e il J33-GE-5 con il J33-GE-19. L’Air Materiel Command era però scettico riguardo alla proposta, a causa della mole di lavoro, e quindi di tempo, che sarebbe occorsa per la riprogettazione. Agli inizi del 1947, il dipartimento responsabile della motoristica concluse il lavoro sulla TG-100. Il 27 gennaio 1947 il contratto per i 13 YP-81 di preserie venne cancellato nonostante la costruzione dei velivoli fosse stata completata a più dell’85%. I due prototipi continuarono a volare come aerei sperimentali fino al 9 maggio 1947, quando il governo USA decise di cancellare definitivamente il contratto di sviluppo dell’XP-81.
I due prototipi vennero incamerati dall’USAAF il 24 e 25 giugno 1947 e iniziarono a essere utilizzati come banchi di prova. Le sezioni dell’Air Materiel Command che curavano lo sviluppo di motori ed eliche erano alle prese con nuove tecniche di controllo delle eliche e necessitavano di un velivolo adatto a prove in galleria del vento, dato che non erano disponibili modelli adatti allo scopo. I due aerei furono così immagazzinati alla Muroc AAF (dal dicembre 1949 Edwards AFB) per un uso futuro in questo senso. Il 18 settembre 1947 diventò effettiva la disposizione del National Security Act del 26 luglio 1947 che faceva delle United States Army Air Forces un’arma indipendente, la United States Air Force. L’11 giugno 1948 la neocostituita USAF decise di cambiare il “mission symbol” dei caccia da “P” (“pursuit”, inseguimento) a “F” (“fighter”, caccia). Nonostante ormai non volasse più, l’XP-81 venne allora ribattezzato ZXF-81, con la “Z” che nel 1948 stava a significare “obsolete” e la X che da sempre sta a significare “experimental”. L’USAF finalizzò la cancellazione definitiva del progetto il 23 giugno 1948, con il pagamento di $4,578,231 alla Consolidated Vultee come risarcimento per il lavoro svolto.
I due XZF-81 languivano in magazzino con l’USAF che non sapeva cosa farsene, finché il 29 aprile 1949 furono cannibalizzati di tutte le parti riutilizzabili e finirono in un poligono di tiro a Muroc come bersagli fotografici. Cosa questa che li salvò tanto da poter essere recuperati: prima conservati al Flight Test Museum di Edwards, il cui curatore Doug Nelson li aveva ritrovati al photography & bombing range di Edwards nell’agosto 1994, oggi si trovano entrambi nei magazzini del National Museum of the United States Air Force alla Wright Patterson AFB a Dayton, Ohio, in attesa di restauro.
Come spesso succede, l’azienda costruttrice non si rassegnò facilmente al fallimento del progetto e cercò di riproporlo (o forse sarebbe meglio dire ripropinarlo) all’USAF cambiandone l’impianto propulsivo e cercandogli un nuovo ruolo. La proposta prevedeva l’uso del turboelica britannico Armstrong-Siddeley Double Mamba da 4.000 hp (±2980 kW) e un motore a reazione Rolls-Royce RB.41 Nene da 6.250 lbf (27,8 kN). La Consolidated Vultee pensava all’attacco al suolo con possibilità di esportare l’aereo, e nonostante il comprensibile scetticismo dell’Air Force, fu fatta un’indagine per esplorare la fattibilità di questa proposta. Il 14 settembre 1950 l’indagine si concluse con un rapporto del tutto negativo: almeno ⅔ della cellula avrebbero dovuto essere modificati per montare i nuovi motori; avrebbero dovuto essere riprogettate tutta una serie di parti quali serbatoi sganciabili, rotaie per i razzi, piloni subalari; e dulcis in fundo un’altra indagine stabilì che il turboelica dell’US Navy Douglas A2D Skyshark avrebbe surclassato l’XP-81 rimotorizzato sotto ogni aspetto, sottolineando che la complicazione del doppio motore dell’aereo Convair rispetto all’unica turboelica dello Skyshark complicava inutilmente le necessità di manutenzione e la catena logistica. Insomma, se l’USAF avesse avuto bisogno di un aereo da attacco di quel tipo, non avrebbe avuto senso affidarsi all’aereo Convair.
Per concludere, il velivolo in sé non era male, ma l’immaturità tecnologica dei primi motori a turbina portarono un sensibile ritardo nella messa a punto, e l’XP-81 arrivò ancora allo stadio di prototipo alla fine della seconda guerra mondiale, la quale portò inevitabilmente alla cancellazione dell’aereo. Comunque sia, la formula del caccia a propulsione mista era senza futuro; già nel 1946-1947 volarono i prototipi di due caccia a reazione dalle prestazioni decisamente migliori, l’F-84 e l’F-86, che avrebbero costituito la spina dorsale dell’USAF in Corea. Il concetto del caccia di scorta, pur con vari ripensamenti, non scomparirà comunque dai programmi dell’aviazione americana se non verso la seconda metà degli anni Cinquanta, dando ancora origine al McDonnell F-101 Voodoo.
DATI TECNICI
Prestazioni stimate con il motore TG-100 alla potenza nominale; l’armamento fu solo previsto (da en.Wikipedia).
Caratteristiche generali
Equipaggio: 1
Lunghezza: 13,61 m
Apertura alare: 15,39 m
Altezza: 4,21 m
Superficie alare: 39,48 m2
Peso a vuoto: 5.785 kg
Peso a pieno carico: 8.845 kg
Peso massimo in combattimento: 11.181 kg
Motori: 1 × turboelica General Electric T31-GE-3 da 1.700 kW (2.300 shp) di spinta + 2,7 kN (275 kg/sp) di spinta residua, con elica quadripala a giri costanti da 3,7 m di diametro; 1 × turboreattore centrifugo General Electric J33-GE-5 da 16,7 kN (1.703 kg/sp) di spinta
Prestazioni
Velocità massima: 769 km/h a livello del mare; 816 km/h a 9.100 m (30,000 ft) – per altre fonti 811 km/h. Secondo Steve Ginter, l’XP-81 fu ristretto a una velocità massima effettiva di 500 mph o Mach 0,74 (±800 km/h) poiché i test di picchiata non furono mai completati. La velocità più alta raggiunta fu 546 mph (TAS, “true air speed”) o Mach 0,745 (±879 km/h) durante il volo #90 il 4 settembre 1946.
Velocità di crociera: 443 km/h a 9.100 m (30,000 ft)
Raggio d’azione: 4.000 km (2.500 miglia)
Tangenza operativa: 14.000 m (47,000 ft)
Rateo di salita: 27 m/s
Carico alare: 520 kg/m2
Armamento (previsto):
Cannoni: 6 × 20 mm (0.787 in)
Bombe: 1.450 kg (3,200 lbs)
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BIBLIOGRAFIA E NOTE
La stragrande parte delle fonti dipende dal libro di Steve Ginter Consolidated Vultee XP-81, Air Force Legends Number 214, reperibile in PDF all’Internet Archive:
https://archive.org/details/consolidated-vultee-xp-81
https://en.wikipedia.org/wiki/Consolidated_Vultee_XP-81
http://joebaugher.com /usaf_fighters/p81.html
https://www.nationalmuseum.af.mil/Visit/Museum-Exhibits/Fact-Sheets/Display/Article/197525/convair-xp-81/
https://plane-encyclopedia.com/ww2/consolidated-vultee-xp-81/
https://www.whiteeagleaerospace.com/convair-xp-81-debut/
https://tanks45.tripod.com/Jets45/Histories/ConvairXP-81/xp-81.htm
http://www.aviastar.org/air/usa/consolidated_p-81.php
https://www.militaryfactory.com/aircraft/detail.php?aircraft_id=423
https://www.jetsprops.com/prototype/vultee-xp-81-mixed-power-fighter-prototype.html
https://internationalaviationhq.com/2021/05/05/convair-an-aviation-giant/
https://www.avionslegendaires.net/avion-militaire/convair-xp-81/
https://www.whiteeagleaerospace.com/convair-xp-81-escort-fighter/
La sigla “SDASM” sulle foto sta a indicare che queste sono “no known copyright restrictions” messe a disposizione dal San Diego AeroSpace Museum su Flickr. Non sono di qualità eccelsa ma sono sicuramente libere. Molti siti hanno le stesse immagini in versioni più nitide ma queste non sono state riutilizzate, nonostante siano tutte di provenienza USAF (perciò “public domain”) oppure Convair.
