El Short SC.1 fue el primer avión a reacción británico de ala fija de despegue y aterrizaje verticales (VTOL). Fue desarrollado por Short Brothers. Estaba propulsado por una disposición de cinco turborreactores Rolls-Royce RB.108, cuatro de los cuales se utilizaban para el vuelo vertical y uno para el vuelo horizontal convencional. El SC.1 tiene la distinción de ser el primer avión VTOL de ala fija británico y el primero en realizar la transición entre los modos de vuelo vertical y horizontal; también fue el primer avión con capacidad VTOL y con un sistema de control de vuelo por cable.
El SC.1 fue diseñado y producido en respuesta a un requerimiento del Ministerio de Suministros (MoS) de una aeronave adecuada para realizar estudios de vuelo sobre el concepto VTOL, así como específicamente de la transición entre el vuelo vertical y el horizontal. Se utilizaron dos prototipos para realizar pruebas de vuelo entre 1957 y 1971. Los datos de investigación del programa de pruebas del SC.1 contribuyeron al desarrollo del Hawker Siddeley P.1127 y del posterior Hawker Siddeley Harrier, el primer avión VTOL operativo.
En octubre de 2012, el Short SC.1 recibió el primer premio Engineering Heritage Award de Irlanda del Norte como reconocimiento a sus importantes logros en el campo de la ingeniería."SC1 gets NI's first Engineering Heritage Award." BBC News, 4 October 2012.
Desarrollo
Durante la década de 1940, varias naciones se interesaron en desarrollar aviones viables capaces de realizar despegues y aterrizajes verticales (VTOL). Durante la década de 1950, Gran Bretaña había probado en vuelo el Rolls-Royce Thrust Measurement Rig, un avión VTOL tosco pero pionero, que voló con éxito según lo previsto, demostrando la viabilidad del concepto y proporcionando datos útiles sobre los que basarse.Lean and Chinn 1965, p. 4. Sin embargo, si bien el Thrust Measuring Rig había proporcionado información valiosa para el diseño de aviones VTOL, como la necesidad de un sistema de autoestabilización, adolecía de algunas deficiencias que socavaban su valor como plataforma para investigaciones más detalladas, como el retraso en el control y la falta de superficies aerodinámicas. Existía la necesidad de un avión que aprovechara la experiencia adquirida con el Thrust Measuring Rig y explorara áreas más allá de su limitada capacidad.
El SC.1 tiene su origen en una propuesta de Short Brothers para cubrir una solicitud de licitación del Ministerio de Suministros (MoS) (ER.143T) por un avión de investigación de despegue vertical, que se había emitido en septiembre de 1953. El 15 de octubre de 1954, el Ministerio aceptó el diseño propuesto y rápidamente se firmó un contrato por dos aviones que cumplieran con la Especificación ER.143D. Tal como estaba previsto, el avión iba a ser utilizado para realizar una serie de pruebas de vuelo para investigar su comportamiento durante la transición entre los modos de vuelo vertical y horizontal, para determinar el nivel óptimo y mínimo de asistencia requerida del autoestabilizador durante el proceso de transición, para descubrir posibles problemas operativos y para desarrollar ayudas y equipos de apoyo relacionados para el piloto que desarrollasen un sistema de aproximación y aterrizaje todo tiempo.Lean and Chinn 1965, p. 4.
Short construyó dos prototipos, denominados XG900 y XG905.Lean and Chinn 1965, p. 4.
Diseño miniaturadeimagen|Prototipo del Short SC.1 XG900 en Yeovilton. right|miniaturadeimagen|Short SC.1 XG900 en el salón SBAC de 1961, mostrando los carenados de las oleo patas y las rejillas de entrada automáticas de los motores de sustentación, agregadas a mediados de 1960. derecha|miniaturadeimagen|Perfil a color del Short SC.1 XG900.
El Short SC.1 era un avión monoplaza de ala baja y sin cola de ala delta, de aproximadamente 3628 kg de peso total (máximo de 3492 kg para vuelo vertical).Lean and Chinn 1965, p. 5. Estaba propulsado por cuatro motores ligeros de sustentación Rolls-Royce RB.108 montados verticalmente, que proporcionaban un empuje vertical total de 3900 kg, junto con un único motor de crucero RB.108 en la parte trasera del avión, destinado a proporcionar empuje para el vuelo horizontal. Los motores de sustentación se montaron verticalmente en pares, uno al lado del otro, en una bodega central, de modo que la línea de empuje resultante pasaba cerca del centro de gravedad del avión. Estos pares de motores podían girarse hacia adelante y hacia atrás para producir un empuje vectorial para la aceleración/desaceleración a lo largo del eje longitudinal de la aeronave.
Durante el vuelo convencional, los motores de sustentación se apagarían; antes de comenzar la transición del vuelo horizontal al vertical, se pondrían en marcha utilizando aire comprimido del único motor de crucero. El aire comprimido proporcionaba la rotación inicial del motor, pero también tenía que haber una caída de presión desde la admisión hasta el escape, ya que el aire comprimido por sí solo no era adecuado para alcanzar el ralentí.Lean and Chinn 1965, p. 5. Fue necesario un desarrollo considerable de la entrada de aire en el túnel de viento y en vuelo, porque al inicio de la transición desde el vuelo horizontal, los motores montados verticalmente debían tolerar un viento cruzado igual a la velocidad del vuelo hacia adelante sin sobretensiones ni vibraciones excesivas. La uniformidad de flujo requerida se logró con la ayuda de un conjunto de 7 branquias con bisagras, que se abrían hacia una posición orientada hacia adelante para dirigir el aire hacia una cámara que alimentaba los motores. El comportamiento de un RB.108 montado verticalmente en términos de reingestión y erosión del suelo se investigó con una instalación representativa de la prevista para el SC.1 durante las operaciones en tierra en un Meteor en el aeródromo de Hucknall.Rolls-Royce Aero Engines, Bill Gunston 1989, Patrick Stephens Limited, , p.157 Inicialmente, se instalaron una serie de escotillas en las toberas de salida de los motores de sustentación para mantener un ambiente de baja presión debajo de los motores y garantizar que el rotor del motor "girara" en la dirección correcta antes de suministrar el aire comprimido para el arranque; debido a la efectividad de los cambios en el diseño del motor y de la admisión, las escotillas se volvieron innecesarias.Lean and Chinn 1965, pp. 5–6.
El diseño de la cabina era en su mayor parte convencional, pero complicado por la gran cantidad de sistemas que el piloto tenía que monitorear.Lean and Chinn 1965, p. 5. Para su función como avión de investigación, contaba con un completo equipo de registro.Lean and Chinn 1965, p. 10.
La palanca de aceleración común para los cuatro motores de sustentación vertical era el único control primario adicional en la cabina; se operaba de manera similar a la palanca de paso colectivo de un helicóptero. Se requerían dos maneras de control de la actitud del avión en función de su velocidad horizontal; se utilizaban superficies aerodinámicas durante el vuelo convencional y boquillas de chorro de aire para la transición desde el vuelo horizontal, en estacionario y vertical. Aire purgado de los cuatro motores de sustentación (aproximadamente el 10 por ciento del flujo de aire de admisión) se suministraba a las toberas variables de morro, cola y punta de ala, para controlar el cabeceo, el balanceo y la guiñada a bajas velocidades, durante las que no habría suficiente flujo de aire sobre las superficies aerodinámicas para que los controles convencionales fueran efectivos.Winchester 2005, p. 223.Lean and Chinn 1965, pp. 5–6.
El SC.1 también estaba equipado con el primer sistema de control "fly-by-wire" instalado en un avión VTOL.Lean and Chinn 1965, pp. 6–7. Este sistema de control con señalización eléctrica, que también incluía el autoestabilizador, no sólo transfería señales de los controles de la cabina, como la posición de la palanca, sino que también monitoreaba las señales de retroalimentación de los servos para proporcionar estabilidad a los sistemas en sí. El sistema permitía en total tres modos de control de las superficies aerodinámicas y/o de control de las toberas:
Superficies aerodinámicas y toberas de chorro de aire controladas eléctricamente mediante tres servomotores independientes (con funcionamiento a prueba de fallos "en paralelo de tres vías" o "triplex") en combinación con tres sistemas de control del autoestabilizador ("full fly-by-wire"). Modo híbrido, en el que las boquillas estaban controladas por un servo/autoestabilizador y las superficies aerodinámicas estaban vinculadas directamente a los controles manuales. Modo directo, en el que todos los controles estaban vinculados a la palanca de control.
Los Modos 1 y 2 se seleccionaban en el suelo; siempre que el autoestabilizador estaba en uso, el piloto tenía disponible una palanca de anulación de emergencia con la que volver al modo de control directo en vuelo.Lean and Chinn 1965, p. 7. Se comparaban los resultados de los tres sistemas de control y se aplicaba una "regla de la mayoría", asegurando que un fallo en un solo sistema fuera anulado por los otros dos sistemas (presumiblemente correctos). Cualquier fallo en una ruta de "vuelo por cable" se le indicaba al piloto como una advertencia, que podía elegir ignorar o responder cambiando al control directo (manual).Lean and Chinn 1965, pp. 7–8.
Al igual que otros aviones VTOL, el Short SC.1 sufría de una pérdida de empuje vertical debido al efecto suelo. La investigación sobre esto realizada en modelos a escala sugirió que para el SC.1 estas pérdidas estarían entre el 15 y el 20 por ciento a la altura del tren de aterrizaje.Wyatt, L.A. Tests on the Loss of Vertical Jet Thrust due to Ground Effect on Two Simple VTOL Planforms, with Particular Reference to the Short SC1 Aircraft (R & M No. 3313). London: HMSO. Retrieved: 12 December 2007. Los depósitos de combustible estaban ubicados a lo largo de los bordes de ataque del ala y en depósitos de "bolsas" instalados entre los largueros del ala principal.Winchester 2005, p. 223. El SC.1 estaba equipado con un tren de aterrizaje triciclo; aunque no se retraía, el tren de aterrizaje se podía colocar en dos posiciones alternativas, adecuadas para aterrizajes convencionales y verticales.Lean and Chinn 1965, p. 5. Las patas fijas del tren de aterrizaje fueron diseñadas específicamente para el vuelo vertical; cada pata llevaba un par de ruedas giratorias resistentes al calor, mientras que el tren de aterrizaje trasero también estaba equipado con frenos de disco. Se utilizaron oleos de carrera larga para amortiguar los aterrizajes verticales. El robusto tren podía soportar una velocidad de descenso de 5,5 m por segundo.Winchester 2005, p. 222.
Pruebas miniaturadeimagen| El primer Short SC.1, XG900, en la feria de la SBAC de 1958 en Farnborough.
Construido en la fábrica de Short en Belfast, Irlanda del Norte, el primer prototipo del SC.1, el XG900, realizó por primera vez las pruebas iniciales del motor en estas instalaciones. Después de ser transportado por mar a Inglaterra, el avión, que inicialmente estaba equipado sólo con el motor de propulsión, fue entregado al Royal Aircraft Establishment (RAE) en Boscombe Down para comenzar el programa de pruebas de vuelo. El 2 de abril de 1957, el prototipo realizó el vuelo inaugural del modelo, que también fue su primer vuelo de despegue y aterrizaje convencionales (CTOL).Lean and Chinn 1965, p. 4.