10 redenen waarom de P-51 Mustang het luchtruim domineerde

Wat is mijn favoriete gevechtsvliegtuig?

Ondanks een aantal sterke kanshebbers blijf ik terugkomen bij de Mustang.De sierlijke rondingen van de Mustang trekken je aan. De prestaties en technische details zorgen ervoor dat ik terug blijf komen. Het is het beste van twee werelden: een prachtig kunstwerk en een technisch hoogstandje. Hoewel de kunstclaim onbetwistbaar is, duiken we wat dieper in de technische claim.

10: De vleugel

Omdat de Mustang halverwege de oorlog werd ontwikkeld, was hij het eerste vliegtuig dat een nieuwe aerodynamische theorie implementeerde die “laminaire stroming” werd genoemd. Dit effect, in tegenstelling tot turbulente stroming, is een ongrijpbare conditie die mogelijk is met de juiste vleugelvormgeving en aandacht voor detail. Alle vleugels hebben een kleine hoeveelheid laminaire stroming aan de voorkant van de vleugel. Een ontwerp met laminaire stroming breidt dit gebied uit tot het grootste deel van het vleugeloppervlak en kan de weerstand van de vleugel met een ongelofelijke 25%-50% verminderen.

Helaas blijft de praktische toepassing meestal achter bij de theoretische belofte. Fabricagefouten en gevechtsschade veranderen het oppervlak van een vleugel en de voordelen van laminaire stroming verdwijnen als de vorm niet perfect is.

10: De vleugel

De vorm van een laminaire stroming (de dwarsdoorsnede van de vleugel) is ook erg goed voor lage weerstand bij hoge snelheden. De luchtstroom over een vleugel versnelt zelfs sneller dan de luchtsnelheid van het vliegtuig. Als de snelheid van het vliegtuig hoog genoeg is, zal deze lokale luchtstroom over de vleugel de geluidssnelheid overschrijden. Wanneer dit gebeurt, neemt de luchtweerstand heel snel toe tot een heel hoog niveau. Om te blijven versnellen heb je veel meer motorvermogen nodig.

De vormgeving van de Mustang vleugel verminderde deze luchtstroomversnelling en maakte het mogelijk om iets sneller te vliegen voordat de luchtweerstand dramatisch begon te stijgen.

9: Lage luchtweerstand

Naast het geweldige vleugelontwerp had de Mustang ook een opmerkelijk lage totale luchtweerstand. De prestaties van het vliegtuig zijn de optelsom van veel kleine dingen en veel aandacht voor detail. Een nauwkeurige inspectie van de Mustang laat zijn opmerkelijke netheid zien. Er zijn vrijwel nergens oneffenheden, uitstulpingen of inlaatopeningen op het vliegtuig te vinden.

De meeste andere vliegtuigen uit die tijd hebben een groot aantal van deze om verschillende koelings- of systeemdetails aan te pakken. Het landingsgestel is een geweldig voorbeeld. Het hoofdlandingsgestel is volledig omsloten door deuren die goed passen. Het staartwiel is ook intrekbaar, in tegenstelling tot de meeste vliegtuigen uit deze tijd.

9: Lage luchtweerstand

Veel bronnen hebben het over het buikradiatorsysteem dat stuwkracht produceert door warmte-energie toe te voegen aan de luchtstroom. De testgegevens laten zien dat er heel weinig positieve stuwkracht wordt geproduceerd. Onder de meeste omstandigheden bij hoge snelheid produceert het systeem echter geen nettoweerstand. Dit effect is belangrijk, omdat de koelweerstand bij hoog vermogen behoorlijk groot kan zijn.

Bij elke snelheid betekent minder weerstand een lager motorvermogen en een lager brandstofverbruik. Dit vertaalt zich in een groter vliegbereik, waar we het nu over zullen hebben.

8: Bereik

De meeste gevechtsvliegtuigen voor de Mustang waren niet ontworpen voor een groot bereik. In het begin van de oorlog werden jachtvliegtuigen vooral gebruikt als bommenwerpers en de luchtgevechten vonden plaats in de buurt van het vliegveld waar de jachtvliegtuigen vandaan kwamen. De uitzondering hierop waren jachtvliegtuigen die werden gebruikt in een grondaanval rol of voor andere missies zoals foto-verkenning.

Dat was het oorspronkelijke doel van de Mustang en daarom werd het toestel ontworpen voor een groter bereik. Toen de Mustang in 1943 in dienst kwam, voerde de US Army Air Force een strategie van daglichtbombardementen uit en begon afschuwelijk veel bommenwerperverliezen te lijden door vijandelijke jagers.

8: Bereik

De USAAF begon de Mustang te gebruiken voor bommenwerperescorte op lange afstand. De lage luchtweerstand van de Mustang betekende dat hij kon vliegen met een lager brandstofverbruik dan andere moderne gevechtsvliegtuigen en dus nog verder kon vliegen op dezelfde brandstof. Het bereik werd verder vergroot met een extra romptank en vleugeldruppeltanks (op de foto). Dit alles gaf de Mustang voldoende bereik om bommenwerpers overal in Duitsland en zelfs tot in Oost-Europa te escorteren en terug te keren naar Engeland.

Verschillende andere langeafstandsjagers zoals de P-38 en P-47 benaderden dit vermogen. Hoewel de Mustang minder wendbaar was dan sommige lichtere gevechtsvliegtuigen, zoals de Spitfire en Bf 109, was hij superieur aan de P-38 en P-47 die groter en zwaarder waren. De Mustang had de juiste balans.

7: Verbazingwekkend ontwikkelingsverhaal

De Mustang heeft een geweldig verhaal. Voor de oorlog had North American Aviation - voor het grootste deel eigendom van General Motors - een familie succesvolle trainingsvliegtuigen ontwikkeld. Het bedrijf wilde dolgraag in de lucratieve jachtvliegtuigenindustrie stappen. Bij het uitbreken van de oorlog beschikte het over de eerste concepten voor een jachtvliegtuig dat veel van de nieuwste ideeën op het gebied van jachtvliegtuigoptimalisatie bevatte, waaronder het radicale nieuwe vleugelconcept.

Begin 1940, toen de oorlog op volle toeren begon te draaien, wilden de Britten dringend meer gevechtsvliegtuigen en vroegen North American om P-40's onder licentie te bouwen. North American zag dit als een kans om hun originele gevechtsvliegtuigontwerp af te maken en direct een klant te hebben.

7: Verbazingwekkend ontwikkelingsverhaal

De Britten waagden een gok met het aanbod en er volgde magie. Er zijn drie gemeenschappelijke ingrediënten voor een succesvol snel vliegtuigontwikkelingsprogramma: een team met de juiste expertise, de benodigde financiering en hulpmiddelen, en een uitdagende maar realistische deadline. Het Noord-Amerikaanse team had ze alle drie en het ging van start.

Op basis van het eerdere onderzoeks- en ontwerpwerk van het team rolde North American het prototype vliegtuig uit in slechts drie en een halve maand, en het vloog een paar maanden later. Het team was in staat om problemen op te lossen en leverde het eerste vliegtuig aan de Britten in oktober 1941, ongeveer 18 maanden nadat het contract was getekend.

6 : Le Merlin

De Mustang en de Merlin waren een match made in heaven. De 27-liter Rolls-Royce V12 Merlin is een motor die bij iedereen geliefd is, en dat is niet voor niets. Toen de Mustang in dienst kwam, was iedereen onder de indruk van zijn solide prestaties, vooral op lage hoogtes. De originele Allison-motor had echter een enkeltraps supercharger en zijn vermogen nam snel af boven 4500 meter.

De meest recent opgewaardeerde Merlin motor had een tweetraps supercharger die kon schakelen en een hoog vermogen kon blijven leveren op veel grotere hoogtes.

6: De Merlin

Zowel de Britten als de Amerikanen begonnen te speculeren over wat het vliegtuig zou kunnen doen met de Merlin motor en teams in beide landen begonnen projecten om een Mustang uit te rusten met de motor. De Britten hadden een kleine voorsprong en hun prototype vloog een maand eerder dan de Amerikanen in oktober 1942.

Beide teams realiseerden zich al snel dat het de juiste combinatie was, met prestaties op grote hoogte die alle andere gevechtsvliegtuigen van dat moment overtroffen. Een grote meerderheid van de gebouwde Mustangs gebruikte de Merlin motor en het verbazingwekkende succes als bommenwerper escorte op grote hoogte is te danken aan deze combinatie van motoren. De Merlin was natuurlijk ook een centraal onderdeel van het succes van het Spitfire jachtvliegtuig, de tweemotorige Mosquito en de Lancaster zware bommenwerper. De meeste Merlins die in de Mustang werden gebruikt, werden in licentie geproduceerd door autogigant Packard in Detroit.

5 : Allison

De Allison V-1710 V12 motor werd zeker overschaduwd door de Merlin. De basismotoren zijn opmerkelijk gelijkaardig, met de latere Merlin supercharger als voornaamste verschil. En de Merlin had een supercharger van wereldklasse die de Allison niet had. De voordelen van de Merlin supercharger zijn echter het grootst op grotere hoogtes.

Voor missies waarbij een lage hoogte vereist was, was de Allison een waardige concurrent. Sterker nog, op lagere hoogtes was de Allison iets superieur, vanwege de pressure mapping van de supercharger. Voor missies zoals grondaanvallen was de Allison een bijna perfecte motor en het vliegtuig functioneerde uitstekend in die rol.

5 : Allison

De door General Motors gebouwde Allison krijgt waarschijnlijk niet het juiste krediet omdat de P-47 kort na de Mustang in dienst kwam en, met meer bewapening, was het een nog beter grondaanvalsvliegtuig.

Vanwege de dringende behoefte aan langeafstandsjagers die op grote hoogte konden vliegen, ging het grootste deel van de Mustang-productie naar het Merlin-model dat de Allison Mustang al snel overschaduwde. En dat is jammer. Ik ben fan van beide vliegtuigen, om verschillende redenen, en ik zou willen dat de Allison wat meer aandacht kreeg.

4: Bubbel kap

De Mustang was een van de eerste vliegtuigen met een volledig vrije kap. Deze innovatie kwam er halverwege de oorlog toen de wetenschap van polymeerplastic zich ontwikkelde. Dit was een hybride oplossing waarbij de middelste kapsectie werd vervangen door een licht bubbelvormig perspex baldakijn dat geen obstructies bevatte.

Dit zorgde voor een beter zicht, zowel lateraal als verticaal. Maar omdat het basis airframe niet was aangepast, had het zicht naar achteren er nog steeds onder te lijden.

4: Bubbel kap

Beide vliegtuigen maakten een snelle evolutiecyclus door en de volgende versie van elk vliegtuig (de Spitfire Mk VIII en de P-51D) ging een stap verder met dit idee. In beide gevallen werd de kap vergroot en de achterste romp verlaagd om een onbelemmerd zicht in bijna alle richtingen te geven. Dit idee verhoogde de luchtweerstand van het vliegtuig enigszins. Maar dat is een kleine ruil voor een beter omgevingsbewustzijn van de piloot.

Dit baldakijnontwerp werd de norm voor bijna alle gevechtsvliegtuigen die daarna kwamen en is nog steeds de standaard. De strakke baldakijn droeg sterk bij aan het “moderne” uiterlijk van de P-51D in vergelijking met de scheermesvormige romp en de glazen kap van eerdere jachtvliegtuigen.

3. Gemakkelijk te bouwen

Vaak zijn technische hoogstandjes het equivalent van een Zwitsers horloge. Ze kunnen extreme prestaties leveren, maar ze geven daarbij praktisch nut op. Ze zijn ofwel onbetaalbaar duur, moeilijk te onderhouden of ze compromitteren bruikbaarheid om hun primaire prestatiemetriek te maximaliseren.

Een voorbeeld van een dergelijke ontwerpfilosofie is een racewagen. Ze worden meestal met de hand gebouwd in kleine aantallen, gaan naar verwachting maar een paar races mee en worden vakkundig onderhouden, vaak door hun makers. De Mustang is het tegenovergestelde hiervan.

FOTO: North American Aviation fabriek in Inglewood, Californië in 1942

3: Gemakkelijk te bouwen

Zoals je zou verwachten van de invloed van 's werelds grootste automaker, werd de P-51 vanaf het begin ontworpen voor winstgevende massaproductie en operationele effectiviteit. Een voorbeeld van deze filosofie is de vleugel en de staart. Ondanks dat de Mustang aantoonbaar de best presterende vleugel van de oorlog had, was het ook een van de eenvoudigste.

Dit was niet alleen kosteneffectief om te bouwen, maar het droeg ook bij aan de hogere productienauwkeurigheid die nodig was om de aërodynamische efficiëntie te bereiken. Rechte lijnen zijn gemakkelijker uit te lijnen bij het bouwen van gereedschap, vooral in de jaren 1940 zonder het gebruik van moderne meetinstrumenten. General Motors verkocht North American in 1948; tegenwoordig is het bedrijf na verschillende fusies onderdeel van Boeing.

FOTO: Assemblage van het landingsgestel van de P-51 in de fabriek van North American Aviation in Inglewood, Californië in 1942

2: Landingsgestel

Er waren verschillende oplossingen voor het hoofdlandingsgestel op jachtvliegtuigen uit dit tijdperk. De meeste waren conventionele staartdragers, met een paar driewielige uitzonderingen zoals de P-38 en P-39. Het belangrijkste ontwerpverschil tussen de staartdraagvliegtuigen is de richting waarin het landingsgestel wordt ingetrokken: naar binnen, naar buiten of naar achteren. Elke lay-out heeft voor- en nadelen.

Het landingsgestel genereert hoge belastingen en het naar buiten intrekkende landingsgestel sluit binnenboord aan op de vleugel, waar het sterker is. Dit bespaart gewicht en werd gebruikt op de Spitfire en Me-109. Deze lay-out heeft ook een compromis: het maakt de breedte van het landingsgestel wat smal, wat kan leiden tot stabiliteitsproblemen bij het landen.

2: Landingsgestel

De Mustang had ee n naar binnen schuivend landingsgestel waardoor het landingsgestel breder was. Als een piloot landt met een vleugel laag, is een breder landingsgestel beter in staat om de rolhoek bij de landing te corrigeren, zonder dat hij doordraait. Bovendien zorgt een bredere stand van het landingsgestel voor grotere draaikrachten op de grond voordat het vliegtuig op het buitenste landingsgestel draait en een vleugeltip meesleurt.

Spitfire piloten konden over het algemeen goed overweg met de plaatsing van het landingsgestel, waarschijnlijk door superieure training. Echter, meer dan 10% van alle Bf 109's gingen verloren bij ongelukken met landen en opstijgen. Dit landingsgestel heeft waarschijnlijk een sterke invloed op deze statistiek.

1: Conische lofting

Dit is misschien wel het meest obscure detail dat bijdraagt aan de grootsheid van de Mustang. Als vliegtuigontwerper is het echter een van mijn favorieten. De Mustang was een van de eerste vliegtuigen die gebruik maakte van een geometrisch ontwerpproces dat “Conic Lofting” werd genoemd. Voordat we ingaan op waarom dit belangrijk is, beginnen we met enkele definities. “Lofting” is het proces van het creëren van de externe vorm van het vliegtuig en de ‘Loft’ verwijst naar deze uiteindelijke vorm.

De term loft komt uit de scheepsbouwindustrie, waar de vormen van scheepsrompen (vaak op ware grootte) werden getekend op een loft boven de scheepswerf. De vroege vliegtuigontwikkeling leende veel van de scheepsbouw, inclusief deze term. In moderner taalgebruik staat de loft voor de verzameling externe vliegtuigoppervlakken.

1: Conische lofting

“Conisch” verwijst naar een soort wiskundig gedefinieerde kromme. Een kegelsnede ontstaat door een vlak door een kegel te snijden, vandaar de naam. Onder andere een cirkel en een ellips zijn kegelkrommen. Het voordeel van een kegelsnede is dat hij met hoge wiskundige precisie beschreven kan worden en gegarandeerd een gladde kromme is zonder omkering van kromming (ervan uitgaande dat hij volgens de definitie is opgebouwd).

Dit type lofting biedt twee gerelateerde voordelen. Ten eerste heeft het de neiging om vliegtuigoppervlakken te produceren die zeer glad en ononderbroken zijn, en dus een lage luchtweerstand bevorderen. Ten tweede zien deze oppervlakken er erg mooi uit voor het oog. Als je goed naar de romp van een Mustang kijkt, kun je het bewijs hiervan zien. De voorste motorkap is een uitzonderlijk goed ontworpen vorm, zowel in de dwarsdoorsneden als in de manier waarop de vormen vloeien van de spinner naar de kap. De achterste romp tussen de baldakijn en de staart is vergelijkbaar.

Conische lofting is een klein detail op praktisch niveau, maar het is nog een kenmerk dat de Mustang op een ander niveau plaatst. Als voetnoot: moderne lofts worden gegenereerd door computerondersteunde ontwerpprogramma 's (CAD) en conic lofting is een van de technieken die vandaag de dag nog steeds wordt toegepast.

Als u dit verhaal leuk vond, klik dan op de bovenstaande Volgen knop om meer van dit soort verhalen van Autocar te zien

Fotolicentie: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.en