10 motivi per cui il P-51 Mustang dominava i cieli

Qual è il mio aereo da caccia preferito?

Nonostante alcuni forti contendenti, continuo a tornare al Mustang. Le curve aggraziate del Mustang attirano l'attenzione. Le prestazioni e i dettagli tecnici sono ciò che mi spinge a tornare. È il meglio dei due mondi: un'opera d'arte straordinaria e una meraviglia tecnica. Mentre l'affermazione artistica è incontestabile, approfondiamo un po' quella tecnica.

10: L'ala

A causa del suo sviluppo a metà della guerra, il Mustang fu il primo aereo a implementare una nuova teoria aerodinamica chiamata “flusso laminare”. Questo effetto, contrapposto al flusso turbolento, è una condizione sfuggente che è possibile con la corretta modellazione dell'ala e l'attenzione ai dettagli. Tutte le ali hanno una piccola quantità di flusso laminare nella parte anteriore dell'ala. Un progetto a flusso laminare estende questa regione alla maggior parte della superficie alare e può ridurre la resistenza aerodinamica dell'ala di un incredibile 25%-50%.

Purtroppo, l'applicazione pratica di solito non è all'altezza delle promesse teoriche. I difetti di fabbricazione e i danni di battaglia alterano la superficie dell'ala e i vantaggi del flusso laminare svaniscono quando la forma non è immacolata.

10: L'ala

La forma di un profilo alare a flusso laminare (la sezione trasversale dell'ala) è ottima anche per ridurre la resistenza aerodinamica alle alte velocità. Il flusso d'aria su un'ala accelera anche più della velocità dell'aereo. A velocità sufficientemente elevate, il flusso d'aria locale sull'ala supera la velocità del suono. Quando ciò accade, la resistenza aerodinamica aumenta fino a raggiungere livelli molto elevati e molto velocemente. Per continuare ad accelerare è necessaria molta più potenza del motore.

Il modellamento dell'ala del Mustang ha ridotto l'accelerazione del flusso d'aria e gli ha permesso di volare un po' più velocemente prima che la resistenza aerodinamica iniziasse a salire vertiginosamente.

9: Bassa resistenza aerodinamica

Oltre all'ottimo design dell'ala, il Mustang aveva anche una resistenza aerodinamica complessiva notevolmente bassa. Le prestazioni dell'aereo sono il risultato di molte piccole cose e di una grande attenzione ai dettagli. Un'ispezione ravvicinata del Mustang mostra la sua notevole pulizia. Non ci sono praticamente protuberanze, rigonfiamenti o prese d'aria in nessun punto dell'aereo.

La maggior parte degli altri aerei dell'epoca ne ha una moltitudine per risolvere vari dettagli di raffreddamento o di sistema. Il carrello d'atterraggio è un ottimo esempio. Il carrello principale è completamente chiuso da portelli che si adattano bene. Anche il ruotino di coda è retrattile, a differenza della maggior parte degli aerei di quest'epoca.

9: Bassa resistenza aerodinamica

Molte fonti parlano del sistema di radiatori sulla pancia che produce spinta aggiungendo energia termica al flusso d'aria. I dati dei test dimostrano che la spinta positiva prodotta è minima. Tuttavia, nella maggior parte delle condizioni di alta velocità, il sistema non produce alcuna resistenza aerodinamica netta. Questo effetto è importante, poiché la resistenza aerodinamica ad alta potenza può essere molto elevata.

A qualsiasi velocità, una minore resistenza aerodinamica significa una minore potenza del motore e un minore consumo di carburante. Questo si traduce in un aumento dell'autonomia dell'aereo, di cui parleremo in seguito.

8: L'autonomia

La maggior parte dei caccia prima del Mustang non era stata progettata per avere un'autonomia significativa. All'inizio della guerra, i caccia erano usati soprattutto come intercettori di bombardieri e le battaglie aeree si svolgevano vicino al campo di aviazione di provenienza del caccia. Fanno eccezione i caccia utilizzati per l'attacco al suolo o per altre missioni come la ricognizione fotografica.

Questo era lo scopo originario del Mustang, e quindi l'aereo era stato progettato per avere una maggiore autonomia. Mentre il Mustang entrava in servizio nel 1943, la US Army Air Force stava attuando una strategia di bombardamento diurno e cominciava a subire perdite di bombardieri terribilmente elevate a causa dei caccia nemici.

8: L'autonomia

L'USAAF iniziò a utilizzare il Mustang per la scorta dei bombardieri a lungo raggio. La bassa resistenza aerodinamica del Mustang lo rendeva in grado di volare con un consumo di carburante inferiore a quello degli altri caccia contemporanei, e quindi di volare ancora più lontano con lo stesso carburante. L'autonomia fu ulteriormente aumentata grazie a un serbatoio aggiuntivo in fusoliera e ai serbatoi di lancio delle ali (nella foto). Tutto ciò permetteva al Mustang di avere un raggio d'azione sufficiente per scortare i bombardieri in tutta la Germania e persino nell'Europa orientale, per poi tornare in Inghilterra.

Molti altri caccia a lungo raggio, come il P-38 e il P-47, si avvicinarono a questa capacità. Sebbene il Mustang avesse una minore manovrabilità rispetto ad alcuni dei caccia più leggeri, come lo Spitfire e il Bf 109, era superiore al P-38 e al P-47, che erano più grandi e più pesanti. Il Mustang aveva il giusto equilibrio.

7: Un'incredibile storia di sviluppo

Il Mustang ha una grande storia di origine. Prima della guerra, la North American Aviation - di proprietà della General Motors - aveva sviluppato una famiglia di aerei da addestramento di successo. Voleva disperatamente entrare nel lucroso settore dei caccia. Allo scoppio della guerra, l'azienda disponeva dei primi concetti per un caccia che incorporava gran parte delle più recenti idee in materia di ottimizzazione dei caccia, tra cui il nuovo concetto radicale di ala.

All'inizio del 1940, con la guerra che iniziava a scaldarsi, gli inglesi volevano urgentemente più caccia e chiesero alla North American di costruire dei P-40 su licenza. North American vide in questa richiesta l'opportunità di completare il proprio progetto originale di caccia e di avere un cliente immediato.

7: Un'incredibile storia di sviluppo

Gli inglesi accettarono l'offerta e ne nacque una magia. Ci sono tre ingredienti comuni per il successo di un programma di sviluppo rapido di un aereo: un team con le giuste competenze, i finanziamenti e gli strumenti necessari e una scadenza impegnativa ma realistica. Il team nordamericano li aveva tutti e tre ed è partito alla grande.

Sulla base del lavoro di ricerca e progettazione svolto in precedenza dal team, North American ha realizzato il prototipo del velivolo in soli tre mesi e mezzo e lo ha fatto volare pochi mesi dopo. Il team riuscì a risolvere i problemi e consegnò l'aereo iniziale agli inglesi nell'ottobre 1941, circa 18 mesi dopo la firma del contratto.

6: Merlin

Il Mustang e il Merlin erano una coppia perfetta. Il Rolls-Royce V12 Merlin da 27 litri è un motore amato da tutti, e per una buona ragione. Quando il Mustang entrò in servizio, tutti rimasero impressionati dalle sue solide prestazioni, soprattutto a bassa quota. Tuttavia, il motore Allison originale era dotato di un compressore a singola velocità e a singolo stadio, e la sua potenza calava rapidamente oltre i 4500 metri.

Il motore Merlin, recentemente aggiornato, era dotato di un compressore a due velocità e a due stadi, in grado di cambiare marcia e di continuare a produrre alti livelli di potenza ad altitudini molto più elevate.

6: Merlin

Sia gli inglesi che gli americani cominciarono a speculare su cosa avrebbe potuto fare l'aereo con il motore Merlin, e le squadre di entrambi i Paesi iniziarono a progettare il retrofit di un Mustang con il motore. Gli inglesi erano leggermente in vantaggio e il loro prototipo volò un mese prima degli americani, nell'ottobre del 1942.

Entrambe le squadre si resero subito conto che si trattava della combinazione giusta, con prestazioni ad alta quota superiori a qualsiasi altro caccia dell'epoca. La stragrande maggioranza dei Mustang costruiti utilizzò il motore Merlin, e il suo straordinario successo come bombardiere di scorta ad alta quota è dovuto proprio a questa accoppiata di motori. Il Merlin è stato naturalmente anche una parte fondamentale del successo del caccia Spitfire, del bimotore Mosquito e del bombardiere pesante Lancaster. La maggior parte dei Merlin utilizzati nella Mustang furono prodotti su licenza dal gigante automobilistico Packard di Detroit.

5 : Allison

Il motore Allison V-1710 V12 è stato certamente messo in ombra dal Merlin. I motori di base sono molto simili, con il successivo compressore Merlin come differenza principale. E il Merlin aveva un progetto di sovralimentazione di livello mondiale che mancava all'Allison. Tuttavia, i vantaggi del compressore Merlin si manifestano soprattutto alle alte quote.

Per le missioni in cui era richiesta una bassa altitudine, l'Allison era un valido concorrente. In effetti, ad altitudini inferiori, l'Allison era leggermente superiore, grazie alla mappatura della pressione del compressore. Per missioni come l'attacco al suolo, l'Allison era un motore quasi perfetto e l'aereo funzionava molto bene in quel ruolo.

5 : Allison

L'Allison, costruito dalla General Motors, probabilmente non riceve il giusto riconoscimento perché il P-47 entrò in servizio subito dopo il Mustang e, con un armamento maggiore, era un aereo da attacco al suolo ancora migliore. A causa dell'urgente necessità di caccia a lungo raggio e ad alta quota, la maggior parte della produzione di Mustang passò al modello con motore Merlin, che eclissò rapidamente il Mustang con motore Allison.

Ed è un peccato. Sono un fan di entrambi i velivoli, per ragioni diverse, e vorrei che l'Allison fosse più amato.

4: Cappottina a bolla

Il Mustang è stato uno dei primi aerei a sfoggiare una capote a bolla completamente libera. Questa innovazione si è concretizzata a metà della guerra con la maturazione della scienza dei materiali plastici polimerici. Si trattava di una soluzione ibrida che sostituiva la sezione centrale della capottina con una capottina in Perspex a bolla leggera che non conteneva alcuna ostruzione.

In questo modo si otteneva una migliore visibilità sia laterale che verticale. Tuttavia, poiché la cellula di base non era stata modificata, la visuale posteriore ne risentiva.

4: Cappottina a bolla

Entrambi gli aerei stavano attraversando un rapido ciclo evolutivo e la versione successiva di ciascun aereo (lo Spitfire Mk VIII e il P-51D) fece un ulteriore passo avanti. In entrambi i casi, il tettuccio fu allargato e la fusoliera posteriore abbassata per offrire una visuale libera in quasi tutte le direzioni. Questa idea aumentava leggermente la resistenza aerodinamica dell'aereo. Ma si tratta di un piccolo scambio per una migliore consapevolezza della situazione da parte del pilota.

Questo design del tettuccio divenne la norma per quasi tutti gli aerei da combattimento che vennero in seguito e rimane lo standard ancora oggi. Il tettuccio a bolla pulito ha contribuito fortemente all'aspetto “moderno” del P-51D rispetto alla fusoliera a dorso di rasoio e al tettuccio vetrato dei caccia precedenti.

3. Facile da costruire

Spesso le meraviglie dell'ingegneria sono l'equivalente di un orologio svizzero. Possono esibire prestazioni estreme, ma nel farlo rinunciano alla praticità. Sono proibitivi, difficili da mantenere o compromettono l'utilizzabilità per massimizzare le prestazioni primarie.

Un esempio di questo tipo di filosofia progettuale è un veicolo da corsa. Questi veicoli sono tipicamente costruiti a mano in volumi ridotti, sono destinati a durare solo per poche gare e sono sottoposti a una manutenzione accurata, spesso da parte dei loro creatori. La Mustang è l'opposto di questo.

FOTO: La fabbrica della North American Aviation a Inglewood, California, nel 1942

3: Facile da costruire

Come ci si aspetterebbe dall'influenza della più grande casa automobilistica del mondo, il P-51 è stato progettato fin dall'inizio per una redditizia produzione di massa e per l'efficacia operativa. Un esempio di questa filosofia sono l'ala e la coda. Nonostante il Mustang avesse probabilmente l'ala più performante della guerra, era anche tra le più semplici.

Questo non solo era economicamente vantaggioso da costruire, ma contribuiva alla maggiore precisione di fabbricazione necessaria per ottenere la sua efficienza aerodinamica. Le linee rette sono più facili da allineare quando si costruiscono gli attrezzi, soprattutto negli anni Quaranta senza l'uso dei moderni strumenti di misura. La General Motors vendette la North American nel 1948; oggi, dopo varie fusioni, la società fa parte della Boeing.

FOTO: Assemblaggio del carrello di atterraggio del P-51 nella fabbrica della North American Aviation a Inglewood, California, nel 1942.

2: Carrello d'atterraggio

I carrelli d'atterraggio principali dei caccia di quest'epoca erano diversi. La maggior parte di essi era costituita da carrelli di coda convenzionali, con alcune eccezioni a triciclo, come il P-38 e il P-39. La principale differenza di progettazione tra gli aerei taildragger è la direzione di retrazione del carrello: verso l'interno, verso l'esterno o verso poppa. Ciascuna disposizione presenta pro e contro.

I carrelli di atterraggio generano carichi elevati e quelli che si ritraggono verso l'esterno si collegano all'ala verso l'interno, dove sono più resistenti. Questa disposizione consente di risparmiare peso ed è stata utilizzata sullo Spitfire e sul Me-109. Questa disposizione ha anche un compromesso: tende a rendere la larghezza del carrello un po' stretta, il che può portare a problemi di stabilità in fase di atterraggio.

2: Carrello d'atterraggio

Il Mustang aveva un carrello retrattile verso l'interno che consentiva una posizione più ampia del carrello. Se un pilota atterra con un'ala bassa, un carrello più largo ha una migliore capacità di correggere l'angolo di rollio in fase di atterraggio, senza capovolgersi. Inoltre, un carrello a stance più ampia consente una maggiore forza di virata al suolo prima che l'aereo faccia perno sul carrello esterno e trascini un'estremità alare.

I piloti diSpitfire tendevano a gestire bene la disposizione degli ingranaggi, probabilmente grazie a un addestramento superiore. Tuttavia, più del 10% di tutti i Bf 109 andò perso in incidenti di atterraggio e decollo. Il carrello d'atterraggio ha probabilmente una forte influenza su questa statistica.

1: "Lofting conico"

Questo potrebbe essere il dettaglio più oscuro che contribuisce alla grandezza del Mustang. Come progettista di aerei, però, è uno dei miei preferiti. Il Mustang è stato uno dei primi velivoli a utilizzare un processo di progettazione geometrica denominato “Lofting conico”. Prima di entrare nel merito del perché di questo processo, iniziamo con alcune definizioni. Il “Lofting” è il processo di creazione della forma esterna dell'aereo e il “Loft” si riferisce alla forma finale.

Il termine loft deriva dall'industria navale, dove le forme degli scafi delle navi venivano disegnate (spesso in scala reale) in un loft sopra il cantiere. I primi sviluppi del settore aeronautico hanno preso in prestito molto dalla costruzione navale, compreso questo termine. In un linguaggio più moderno, il loft rappresenta l'insieme delle superfici esterne dell'aereo.

1: "Lofting conico"

Il termine “conica” si riferisce a un tipo di curva definita matematicamente. Una curva conica viene generata tagliando un piano attraverso un cono, da cui il nome. Anche il cerchio e l'ellisse sono curve coniche. Il vantaggio di una curva conica è che può essere descritta con un 'elevata precisione matematica e che è garantita una curva liscia senza inversione di curvatura (ammesso che sia costruita secondo la definizione).

Questo tipo di lofting offre due vantaggi correlati. In primo luogo, tende a produrre superfici aeronautiche molto lisce e continue, favorendo così una bassa resistenza aerodinamica. In secondo luogo, queste superfici tendono ad avere un aspetto molto gradevole alla vista. Se si osserva attentamente la fusoliera di un Mustang, se ne può vedere la prova. La cappottatura anteriore è una forma eccezionalmente ben progettata sia nelle sezioni trasversali che nel modo in cui le forme fluiscono dall'ogiva alla cappottina. La fusoliera di poppa, tra la capottina e la coda, è simile.

Il lofting conico è un dettaglio minore a livello pratico, ma è un'ulteriore caratteristica che pone il Mustang su un altro livello. Come nota a piè di pagina, i loft moderni sono generati da programmi di progettazione assistita da computer (CAD) e il lofting conico è una delle numerose tecniche ancora oggi implementate.

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