4 Marzo 1954 – 70 Anni di F-104

Il 4 Marzo 1954, 70 anni fa, costituisce un anniversario importante per l’evoluzione tecnica dell’aviazione militare ma anche per buona parte dell’industria aeronautica europea che, successivamente, fu coinvolta in un certo senso nelle conseguenze di quel giorno.

In quella data infatti fece il primo volo un aereo con caratteristiche e prestazioni allora straordinarie e che erano a tutti gli effetti apparenti già dalla sua forma unica.

 

Quel giorno volò per la prima volta il Lockheed XF-104, primo prototipo di quello che, in buona parte dell’Europa, sarebbe diventato il simbolo delle sue capacità di difesa aerea. Il volo dell’XF-104, dalla base di Edwards in California, fu effettuato dal pilota collaudatore della ditta, di fama internazionale, Tony LeVier che, al suo rientro da quel primo volo, venne accolto e salutato da “Kelly” Johnson, il capo progettazione della ditta e artefice di quello che sarebbe di lì a poco diventato famoso come F-104 STARFIGHTER – Cacciatore di Stelle.

Già le prima immagini dell’aereo dettero subito l’idea della velocità, ciò che permane ancora oggi, e che sarebbe stata ben superiore a quella dei caccia allora in servizio, tipi di aerei che da sempre, per definizione, sono stati considerati i più veloci e la sua storia ha confermato questa prima immediata sensazione.

Parlando del processo di progettazione di un aereo da combattimento è doveroso ed essenziale citare un esempio per tutti: il Lockheed F-104 STARFIGHTER. Vediamo come è nato questo aereo, unico:

1. per l’epoca in cui è stato progettato,
2. per la quantità di innovazioni tecniche introdotte, molte per la prima volta
3. per gli obiettivi nelle prestazioni anch’esse uniche per l’epoca,
4. per i tempi oltremodo brevi in cui un aereo così innovativo e prestante venne progettato e realizzato
5. per avere raggiunto gli obiettivi di prestazioni straordinarie che ci si era preposti

 

 

Nel 1951 Clarence L. “Kelly” Johnson (capo della progettazione dei cosiddetti Shunk Works, della Lockheed California, da lui fondati all’interno della ditta durante la Seconda Guerra Mondiale per sviluppare rapidamente progetti innovativi senza “interferenze esterne” visitò, insieme a ufficiali dell’USAF (l’aviazione americana: United States Air Force) e rappresentanti di altre ditte aeronautiche, la Corea.

Vi erano andati per parlare coi piloti che combattevano quella guerra nell’aria, delle loro esigenze basate sull’esperienza dei combattimenti in corso e quindi di ciò che desideravano in un aereo da caccia per battere il nemico, la richiesta unanime fu: velocità più alta e quota di volo più alta.

A dicembre 1952 un gruppetto di tre persone sempre della Lockheed-California, lo stesso “Kelly” Johnson, come capo della progettazione, Dick Heppe, aerodinamico e Bill Ralston, futuro Project Engineer dell’XF-104, dopo avere elaborato, come parte di un gruppetto di progettazione di sole sette (!) persone, nei mesi precedenti, le idee per un nuovo caccia da superiorità aerea, volarono a Dayton (Ohio), presso la Wright-Patterson Air Force Base, già allora centro di ricerca dell’USAF, per presentare tali idee ai responsabili dell’aviazione.

Tornati a casa, a Burbank, sulla base dei risultati dell’incontro, raccolti in una “specifica di requisito” buttata giù in fretta da uno degli ufficiali su circa una pagina e mezza (!), si decise di lanciare la progettazione del nuovo caccia, ancora prima che, a marzo 1953, comunque in tempi molto stretti, l’USAF assegnasse il contratto di sviluppo per l’aereo.

Appena un anno più tardi, il 4 marzo 1954 lo XF-104 fece il primo volo come promesso dai progettisti all’USAF!

Seguì una radicale riprogettazione dell’aereo, centrata sull’installazione del nuovo e innovativo motore, specificamente progettato per impiego supersonico, il General Electric J79 che richiese, tra l’altro, l’allungamento sostanziale della fusoliera di ben 1,68 m.

Il primo volo del successivo YF-104 col nuovo motore avvenne il 17 febbraio 1956 e, il 27 aprile 1956 l‘aereo raggiunse per la prima volta la velocità di progetto di Mach 2 (cioè il doppio della velocità del suono).

E fu nel febbraio 1958, ovvero circa 5 anni dopo la visita a Dayton dei progettisti con la loro idea per il primo caccia da Mach 2, che la prima versione di serie dell’aereo, l’F-104A, entrò in servizio con l’USAF.

Lo sviluppo certamente più interessante dell’aereo si ebbe quando, riprogettato per ampliarne le capacità d’impiego in senso questa volta multiruolo, e non più per il solo impiego inizialmente previsto come caccia da superiorità aerea, la variante che ne risultò, denominata F-104G, dette luogo a quello che, probabilmente, è stato il più grande programma di collaborazione internazionale nella produzione di un aereo da combattimento.

In esso furono coinvolte ben 7 nazioni – oltre agli Stati Uniti anche Belgio, Canada, Germania, Giappone, Italia e Olanda – le cui industrie aeronautiche ebbero modo, con tale programma industriale del massimo livello tecnico, di fare un salto di qualità.

Dell’F-104 in totale sono stati costruiti nelle diverse nazioni complessivamente il notevole numero, parliamo di una produzione aeronautica e non in tempi di guerra, di 2.578 aerei.

 

 

Ricordiamo anche che l’Italia ha costruito l’ultima versione dell’aereo, l’F-104S che ampliava ulteriormente le sue capacità nei vari ruoli d’impiego.

Lo Starfighter ebbe inoltre una notevole diffusione entrando in servizio con le Aeronautiche di ben 15 nazioni, raddoppiando quindi in pratica quelle che parteciparono alla sua produzione.

Ma progettare l’XF-104 fu un processo facile ?

Ricordiamo cosa rappresentò all’epoca, con incomparabilmente più modesti strumenti di progettazione rispetto a oggi, tale aereo: primo caccia di produzione in serie – non un aereo  sperimentale – capace di una velocità di Mach 2 e con capacità di mantenere una velocità di crociera supersonica senza l’utilizzo del motore in regime di post-combustione (che consentiva l’incremento della spinta base di oltre il 50 % ma a prezzo di consumi specifici più che doppi); primo aereo destinato alla produzione a installare l’innovativo motore General Electric J79 sopra citato; ala trapezoidale sottilissima, ovvero con minimo spessore relativo (3,36 % della corda, cioè della larghezza dell’ala, e richiedente una guaina di protezione sui bordi quasi taglienti) e ridotta superficie da cui elevatissimo carico alare, per massime prestazioni di velocità; conseguenza di questa scelta fu l’introduzione degli ipersostentatori (flap) “soffiati” (BLC – Boundary Layer Control – ovvero controllo dello strato limite che scorre su una superficie) con aria compressa spillata dall’ultimo stadio del compressore del motore per incrementare sostanzialmente la portanza dell’ala, altrimenti molto ridotta, nelle fasi di decollo e atterraggio; utilizzo dei flap anche in combattimento (combat flap) per aumentare la portanza, in questo caso necessaria per le manovre anche a velocità elevata; introduzione di sistema automatico d’incremento della stabilità su tutti i 3 assi di manovra dell’aereo; introduzione di prese d’aria con semicono ottimizzate per il regime di volo supersonico a Mach 2, per generare in tali condizioni onde d’urto oblique per una maggiore spinta del motore (recuperando la pressione dinamica dell’aria dovuta alla velocità); detentore di entrambi i record mondiali di velocità con 2.259,538 km/h cioè Mach 2,064 (Mach 2 ad alta quota equivale a 2.124,6 km/h) e di quota, oltre 27.000 m, ma anche di salita; fu anche il primo aereo ad avere installato il cannone da 20 mm Vulcan a 6 canne rotanti capace di 6.000 colpi/minuto, ancora oggi di largo impiego sui più recenti caccia americani.

Non meno interessante tuttavia, e ulteriore evidenza della lungimiranza dei progettisti, che, pur capace di prestazioni estreme, l’aereo sia stato anche progettato per essere di relativamente semplice, rapida ed economica costruzione in grande serie, era infatti prevista la capacità di arrivare a produrne fino a 20 al giorno.

Anche le installazioni impiantistiche erano progettate per la massima accessibilità e conseguente facile manutenzione, da sempre un pesante fardello economico e di disponibilità operativa della flotta, per gli aerei più complessi e prestanti.

Inutile dire che tutte le innovazioni citate generarono non pochi problemi, purtuttavia i tempi per giungere alla messa in servizio, come detto, furono oltremodo ridotti.

Per concludere, l’evidenza della superba progettazione aerodinamica dell’F-104, intuitiva al solo guardarlo ma le cui motivazioni tecniche erano solide ben oltre l’apparenza estetica, si deduce dal fatto che l’aereo ha una limitazione nella velocità massima di Mach 2 imposta per progetto.

Ma questa non deriva da problemi aerodinamici, a parte l’eventuale riscaldamento cinetico della struttura volando a oltre Mach 2 causato dalle limitazioni dovute alle temperature delle leghe d’alluminio con cui era in buona parte costruito, ma che si manifesterebbero nel caso di un prolungato volo non compatibile con la quantità di carburante in genere trasportato da un caccia – e che era il motivo della limitazione alla velocità di crociera a Mach 2,02 del Concorde che, lui si, volava per alcune ore a tali velocità critiche per il prolungato riscaldamento cinetico della struttura anch’essa realizzata massimamente in alluminio.

Nell’F-104 invece la velocità non doveva superare Mach 2 per il limite di temperatura in ingresso al compressore del motore.

In effetti, utilizzando senza le dette limitazioni la spinta del motore, e in qualche volo risulta sia stato fatto, l’incrocio tra la curva crescente all’aumentare della velocità rappresentante la resistenza aerodinamica e quella, anch’essa crescente con la velocità, della spinta sviluppata dal motore – questo grazie al citato recupero di pressione dinamica in regime supersonico dovuto alle prese d’aria appositamente progettate – individua la massima velocità teorica cui poteva arrivare l’F-104 a Mach 2,26 ovvero ben 2.400 km/ora !

Per chiudere, diremmo quindi che ce n’è abbastanza per entusiasmarsi ancora oggi alla vista di tale aereo, di cui il 4 marzo 2024 ricorre l’anniversario del primo volo, ben 70 anni fa !

Ingegner Sergio Coniglio