I Douglas D-558-2 Skyrocket (citati anche, indifferentemente, come D-558-II) furono una famiglia di aeroplani sperimentali statunitensi costruiti dalla Douglas Aircraft Company in collaborazione con il National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) e con la U.S. Navy; gli Skyrocket, sviluppati a partire dal D-558-1 Skystreak, vennero impiegati in un lungo programma di test di volo ad alta velocità tra la fine degli anni quaranta e la metà degli anni cinquanta.
Il secondo dei tre Skyrocket costruiti divenne, il 20 novembre 1953, il primo velivolo pilotato a superare Mach 2, vale a dire il doppio della velocità del suono.
Storia Sviluppo Alle origini dell'ala a freccia L'idea che un'ala a freccia, cioè con una forma in pianta inclinata all'indietro, potesse contribuire a ridurre la resistenza aerodinamica alle alte velocitàLa presenza di un angolo di freccia innalza il numero di Mach critico, ovvero la velocità di volo alla quale sulla superficie dell'ala iniziano ad essere presenti zone in cui l'aria raggiunge Mach 1 e compaiono fenomeni di comprimibilità. Si veda e quindi a migliorare le prestazioni di un aereo era stata sviluppata indipendentemente dagli statunitensi e dai tedeschi nel corso della seconda guerra mondiale. L'ingegnere aeronautico Robert T. Jones del Langley Memorial Aeronautical Laboratory della NACA aveva iniziato a studiare l'aerodinamica delle ali a freccia tra la fine del 1944 e l'inizio del 1945..
I test in galleria del vento di un modello con un marcato angolo di freccia (condotti da Jones sotto la supervisione di Theodore von Kármán) diedero buoni risultati, dimostrando che le ali a freccia hanno buone caratteristiche aerodinamiche fino a velocità ampiamente supersoniche (le prove si spinsero fino a Mach 1,72). Tuttavia nella zona nota come regime transonico, tra circa Mach 0,75 e Mach 1,25 (cioè a velocità comprese fra tre quarti e cinque quarti della velocità del suono), i dati erano ambigui o poco chiari..
Il programma D-558
Il Douglas D-558-2 fu il risultato di un programma di ricerca finanziato dalla marina militare statunitense, la U.S. Navy, e portato avanti in collaborazione con la ditta di costruzioni aeronautiche Douglas Aircraft Company. Tale programma, noto come D-558, era finalizzato originariamente a studiare il comportamento dei velivoli nel regime transonico. Come si è detto, infatti, quando a metà degli anni quaranta ebbe inizio il programma, l'aerodinamica delle alte velocità era in gran parte sconosciuta ed esigenze di tipo militare, oltre che scientifico, imponevano che la fattibilità pratica del volo supersonico venisse studiata approfonditamente..
Mentre la Douglas e la U.S. Navy portavano avanti il programma D-558, la Bell Aircraft Corporation faceva procedere in parallelo, in collaborazione con lo U.S. Army, il programma XS-1 – il quale avrebbe portato nel 1947 al primo volo supersonico della storia. Mentre la Bell e l'esercito si dedicarono allo sviluppo di un velivolo a razzo, capace di alte velocità e accelerazioni ma dotato di un'autonomia molto ridotta, la Douglas e la marina (seguendo la visione della NACA) preferirono impiegare sul loro D-558 un motore a turbogetto, che consentiva di rimanere in volo per periodi più prolungati e permetteva quindi di raccogliere quantità proporzionalmente maggiori di dati..
Tra il maggio e l'agosto 1945, subito dopo la fine della guerra, una delegazione della marina statunitense si recò presso il centro di ricerca aeronautica tedesco di Braunschweig; l'enorme quantità di dati sull'aerodinamica delle ali a freccia raccolta nel periodo finale del conflitto dagli scienziati tedeschi (le ricerche dei quali si erano concretizzate in alcuni velivoli militari con ala a freccia effettivamente operativi, come il Messerschmitt Me 262) diede agli americani la conferma che le loro intuizioni erano valide.
Nel 1945 ebbero luogo negli Stati Uniti due conferenze di presentazione di simulacri per il D-558; durante la seconda di queste conferenze, che si tenne tra il 14 e il 17 agosto, si decise alla luce delle novità provenienti dalla delegazione europea di dividere il programma D-558 in due fasi.
Il programma, per il quale erano stati stanziati 6 888 444,80 dollari, sarebbe dunque iniziato con una prima fase che si poneva l'obiettivo di esplorare le possibilità dei velivoli transonici ad ala dritta, e che avrebbe portato alla costruzione di tre esemplari del velivolo sperimentale Douglas D-558-1 Skystreak; essi vennero testati tra il 1947 e il 1953. Per una trattazione delle vicende del D-558-1 si rimanda alla voce specifica. La seconda di queste due fasi prevedeva la costruzione di un velivolo sperimentale ad ala a freccia, e aveva l'obiettivo di studiare il comportamento in volo di questo tipo di velatura.. Essa avrebbe portato al Douglas D-558-2 Skyrocket.
Una terza fase avrebbe dovuto concludersi con la realizzazione di un simulacro per un aeroplano da combattimento veloce progettato sfruttando le conoscenze accumulate nel corso delle fasi uno e due; tuttavia il programma si fermò al termine della seconda fase. Dal momento che l'autorità navale per la ricerca (Office of Naval Research) era particolarmente interessata anche al volo ipersonico (a velocità dell'ordine di Mach 5) il team della Douglas progettò poi un velivolo capace di Mach 6 e designato D-558-3, che però a sua volta non venne costruito..
I lavori per la progettazione e la costruzione del D-558-2, guidati dall'ingegnere aeronautico Ed Heinemann in collaborazione con lo specialista in aerodinamica Kermit Van Every, durarono dal 1945 all'inizio del 1948.
Tecnica
Il Douglas D-558-2 Skyrocket era un monoplano dalla linea affusolata, dotato di una piccola ala con un marcato angolo di freccia e di impennaggi cruciformi in coda a loro volta a freccia. Le ali avevano un angolo di diedro leggermente negativo, e presentavano una lieve rastremazione inversa: lo spessore dell'ala era del 10% della corda alla radice e del 12% all'estremità. Nella versione definitiva dell'aereo (che subì diverse modifiche nel corso dei test) le caratteristiche aerodinamiche dell'ala alle alte velocità erano migliorate da una coppia di paretine antiscorrimento disposte simmetricamente a circa un terzo dell'apertura di ciascuna semiala; le prestazioni a bassa velocità o ad alti angoli d'attacco erano migliorate da alette Handley-Page sul bordo anteriore dell'ala e da ipersostentatori di curvatura sul bordo posteriore. L'angolo di freccia dell'ala era di 35 gradi..
Le superfici di coda (stabilizzatore e deriva) erano inclinate all'indietro di 40 gradi per evitare interferenze tra le onde d'urto generate dall'ala e dall'impennaggio al passaggio attraverso la cosiddetta "barriera del suono". Per prevenire il rischio di perdite di controllo pericolose, a loro volta possibili a causa dei fenomeni di compressibilità dell'aria che si verificano a velocità prossime a Mach 1, uno stabilizzatore interamente mobile sostituiva i normali equilibratori.
La struttura era costruita prevalentemente in alluminio, con ampio uso di fogli di magnesio per il rivestimento. Dovendo resistere alle considerevoli sollecitazioni del passaggio oltre la velocità del suono il D-558-2 era caratterizzato da un'elevata robustezza strutturale. I fattori di carico limite erano 12 g (ultimate load, fattore calcolato su un margine di sicurezza) e 7,33 g (limit load, carico limite previsto per le condizioni di servizio).
La fusoliera aveva una forma ogivale molto affusolata e penetrante; inizialmente l'abitacolo era completamente affondato nella fusoliera (come quello dell'X-1), ma a causa della pessima visibilità causata da questa configurazione dopo i primi test in volo venne introdotto un tettuccio "a goccia" simile a quello del D-558-1. A causa di una certa instabilità in rollio, messa in evidenza da queste stesse prove, venne anche ingrandita la deriva..
La motorizzazione dell'aereo variò molto nel corso dell'evoluzione dei tre esemplari. Inizialmente per il velivolo era previsto un turbogetto Westinghouse con compressore assiale appartenente alla famiglia dei J-24, J-30 e J-34;. la versione a turbogetto definitiva ebbe installato il J-34. Fino al 1950 gli Skyrocket a turbogetto decollarono sempre da terra in modo completamente autonomo; a partire da quell'anno, però, i motori a turbogetto vennero sostituiti dal propulsore a razzo a quattro camere di combustione Reaction Motors LR-8 e i due aerei già costruiti vennero adattati ad essere lanciati in volo da un Boeing P2B (denominazione della marina statunitense del Boeing B-29 Superfortress). Il terzo velivolo fu invece dotato fin dall'inizio di un sistema di propulsione ibrido, con il motore a turbogetto installato insieme al razzo.
Impiego operativo NACA 143 Il primo dei tre Skyrocket costruiti (matricola 37973, NACA 143) volò per la prima volta il 4 febbraio 1948.. Inizialmente equipaggiato con un motore Westinghouse J-34-40 e configurato esclusivamente per decollare autonomamente da terra, l'aereo venne modificato nel 1954-1955 con l'installazione di un razzo Reaction Motors LR-8-RM-6LR-8 era la designazione secondo la U.S. Navy del motore che lo U.S. Army chiamava LR-11, il quale era stato installato anche sull'X-1. Si veda e adattato ad essere lanciato in volo da un aereo-madre. Il NACA 143 eseguì 123 missioni di volo, tutte tranne una portate a termine da piloti della Douglas come parte di un programma della ditta appaltatrice per testare le performance del velivolo. L'unico volo del NACA 143 con un pilota della NACA ebbe luogo il 17 settembre 1956 per consentire al collaudatore John McKay di familiarizzarsi con il nuovo motore a razzo. I test in volo eseguiti da questo esemplare confermarono le predizioni sul comportamento del velivolo provenienti dalle prove in galleria del vento, salvo per il fatto che a velocità superiori a Mach 0,85 la resistenza era minore del previsto.
NACA 144 Anche il secondo esemplare, matricola 37974, NACA 144, iniziò la sua carriera con un motore a turbogetto. I piloti della NACA Robert A. Champine e John H. Griffith portarono a termine 21 voli in questa configurazione per studiare la calibrazione degli indicatori di velocità e per eseguire ricerche sulla stabilità laterale e longitudinale oltre che sulla controllabilità del velivolo. Nell'agosto 1949, nel corso di queste missioni, i collaudatori si imbatterono in alcuni fenomeni di stallo aerodinamico collegati al volo ad elevati angoli d'attacco; essi rappresentavano un problema piuttosto serio perché costituivano una limitazione grave e potenzialmente pericolosa delle prestazioni dell'aereo, e perciò la NACA decise di approfondire la questione.
Nel 1950 la Douglas sostituì il turbogetto Westinghouse con il razzo Reaction Motors. Un pilota della compagnia, William B. Bridgeman, portò per sette volte l'aeroplano a una velocità di Mach 1,88 e toccò, il 15 agosto 1951, la quota di 24 368 metri (79 494 piedi); batté così il record di altitudine dell'epoca, anche se il primato non venne omologato ufficialmente.
Nella configurazione con il motore a razzo un bombardiere quadrimotore P2B portava l'aereo (agganciato sotto il suo ventre e parzialmente occultato nella stiva originariamente destinata alle bombe) fino a una quota di 9 144 metri (30 000 piedi), per poi lanciarlo.
Bridgeman incontrò problemi di instabilità laterale nel corso dei suoi voli; la NACA cercò di superare queste difficoltà con una serie di 20 voli ai comandi di Albert Scott Crossfield, in cui vennero raccolte grandi quantità di dati sui carichi delle ali e dei piani di coda, sulla stabilità longitudinale, sulla qualità complessiva del controllo sull'aeroplano, sulla portanza, sulla resistenza e sul comportamento del velivolo in presenza di fenomeni di aeroelasticità.
Un nuovo record non ufficiale di quota venne battuto da Marion Carl, un tenente colonnello dei Marines, il 21 agosto 1953; lo Skyrocket raggiunse in quell'occasione i 25 370 metri (83 235 piedi).