La velocità del Blackbird

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Fin dagli albori dell’aviazione, la ricerca di velocità sempre più elevate ha spinto i progettisti a sforzi notevoli per raggiungere lo scopo. I vari conflitti, fornendo risorse illimitate, hanno indirettamente favorito lo sviluppo rapido dell’aviazione.

Perché l’aereo vola ? Saremmo portati a rispondere: perché ha le ali. Provate allora a togliere il motore. Otterrete un aliante, che vola solo sfruttando le correnti ascensionali o l’energia potenziale accumulata, dopo essere stato trainato da un aereo a motore. Potremmo allora togliere le ali. Sarebbe possibile volare senza ali ? Si, dipende dalla velocità, che dipende dal motore.

Nel primo conflitto mondiale, gli aerei erano limitati da motori decisamente poco potenti. Le ali, conseguentemente erano grandi e multiple. Le dimensioni erano contenute, meno di 10 metri per un caccia, il peso era ridotto ai minimi, dovendo compensare le scarse capacità di resistenza delle strutture lignee, l’elevata resistenza aerodinamica e così via. La velocità massima non superava, se non in pochi casi, i 200 km/h. Il periodo successivo vede un aumento della velocità, che arriva ai 350-400 km/h. Il progresso è spinto dalle gare, alcuni prototipi di idrovolanti raggiungono i 700 km/h.

Ma è solo col secondo conflitto mondiale che scompaiono, quasi ovunque,  i biplani, sostituiti da monoplani filanti e aerodinamici. La velocità che all’inizio è dell’ordine dei 500 km/h, a fine guerra sfiora gli 800 km/h, come sul P-51H, raggiungendo i limiti per i motori a pistoni. Si affacciano i primi aviogetti. Le dimensioni e i pesi aumentano. Nella guerra di Corea, solo cinque anni dopo, si affrontano i MiG-15 e gli F-86, con velocità sui 1000 km/h, alcuni superano il muro del suono in picchiata.

Nel 1958 l’F-104 supera Mach 2. Ed è presto seguito dai vari Mirage, MiG-21, ecc. I pesi aumentano ancora, a fronte di superfici alari, in proporzione, ridottissime. Il carico alare si alza sempre più. La corsa sembra inarrestabile. Anche tra i velivoli civili, l’obbiettivo Mach 2 viene raggiunto dal Tu-144 nel 1969 e poi dal Concorde. Nel 1964 volano per la prima volta il MiG-25 e l’XB-70, velivoli classe Mach 3.

Già nel 1962, in piena segretezza, compie i primi voli il prototipo del Lockheed A-12. L’aereo entra in servizio l’anno dopo. Compie i primi voli anche la variante da intercettazione YF-12. Nel 1964 è la volta dell’SR-71 Blackbird, operativo dal 1966. Ognuno di questi velivoli supera Mach 3.

Si, ma di quanto ? Quanto erano veloci ? Il record ufficiale parla di 3530 km/h. Ma non era certamente il limite massimo possibile. Circolano numerose leggende che attribuiscono all’aereo punte di 4 e persino 6 Mach. Storie simili si ritrovano anche a proposito delle navi, come la portaerei Enterprise (oltre 40 nodi, persino 50). Ci sono, è vero, diverse dichiarazioni più o meno attendibili.

Alcuni tecnici hanno fatto notare che i quadranti a bordo riportassero un massimo di Mach 4 e 500°C (CIT) e che dopo le missioni molti piloti avrebbero fatto intendere velocità vicine a Mach 4. Queste dichiarazioni non provano alcunché. La mia auto riporta sul contachilometri 280 km/h. Non potrebbe raggiungerli nemmeno in discesa. E’ normale che un indicatore riporti valori più alti del necessario.

In altri casi si possono trovare errori numerici all’interno dei libri o lo stesso pilota può ricordare il medesimo episodio con numeri differenti. Alcuni commentatori riportano le specifiche di progetto originali, senza verificare le eventuali modifiche successive (A-12: Mach 4 a 36576 metri). Poi ci sono i pessimisti, che osservando i grafici ci informano che il Blackbird aveva limiti non superabili. Vediamo se è vero.

L’SR-71 poteva volare in crociera per periodi prolungati a 3,2 Mach. Questa era la velocità ottimale. Il primo limite al superamento di questa velocità era dovuto alla temperatura nella presa del compressore (CIT=Compressor Inlet Temperature) che non doveva oltrepassare gli 800°F pari a 427°C. I motori erano garantiti per questa temperatura, che consentiva in condizioni medie di raggiungere 3,3 Mach. Era quindi impossibile una velocità maggiore ? Gli F-104 e gli F-4 avevano un limite di 117°C, raggiungibile a Mach 2. Eppure hanno superato questo limite in molte occasioni. L’aumento termico porta ad una riduzione della vita media del motore e se si insiste può portare al danneggiamento, con conseguenze fatali. Ma il Blackbird era già un aereo spinto ai limiti.

Torniamo al record. I 3530 km/h (27/7/1976) equivalgono a 3,32 Mach alla quota normale di crociera. Il 6/3/1990 un SR-71 ha infranto quattro record sulla distanza, in un volo “coast to coast”, con velocità medie sulle tratte tra 3419 e 3524 km/h. La punta massima, telemetrata tra le stazioni radar di St.Louis e Cincinnati è stata di 3609 km/h, Mach 3,4.  

L’YF-12A ha ottenuto un record ufficiale di Mach 3,14 (3331 km/h), il 1 maggio 1965, ma ha poi effettuato nei test il lancio di un AIM-47 Falcon a 3,2 Mach.

L’SR-71 nei test ha raggiunto 3,43 Mach. Un A-12 della CIA ha toccato 3,29 Mach (3494 km/h), l’8/5/1965. Poco rispetto alla velocità raggiunta nei test, con 538 KIAS, pari a Mach 3,56 (3780 km/h).

Notato nulla ? La conversione del valore dei Mach è sempre calcolata sulla velocità del suono in atmosfera standard (ISA). La temperatura, dopo aver raggiunto un minimo di -56,5°C a 11000 metri, si mantiene costante fino a 20000 metri, per poi aumentare lentamente. La temperatura dell’atmosfera reale può, però, differire in modo notevole, soprattutto a seconda della stagione, ma anche della latitudine. Non sono rari valori molto al di sotto, con punte che possono arrivare a -80°C. Così non è possibile a priori sapere quale sia il valore reale ad una certa quota. Questo implica che la velocità del suono può variare notevolmente e, soprattutto, che la temperatura nella presa d’aria può essere, anche per valori elevati di Mach, più che accettabile.

Una delle storie più note è stata scritta dal maggiore Brian Shul, secondo il quale il Blackbird poteva volare confortevolmente  in crociera a 3300 piedi/sec (3621 km/h) e il pilota aveva ancora due pollici di manetta rimanenti in caso di bisogno. Il 15/4/1986, su di un SR-71, attraversa il confine a 3420 km/h, quando l’RWR segnala i primi lanci di missili. L’aereo accelera a Mach 3,31 e sale di quota. Alla seconda serie di lanci, il comandante ordina di accelerare al massimo. La velocità passa i 3,45 Mach. La temperatura esterna è insolitamente bassa. Oltrepassando i 24400 metri di quota la velocità arriva a 3,5 Mach. L’aereo vira, uscendo dalla zona di pericolo oltre Tripoli, accelerando oltre il limite di progetto. Riportati i postbruciatori al minimo, inizia a rallentare, dopo aver coperto 1 miglio ogni 1,6 secondi (3620 km/h). Impossibile ? La stessa cosa sembra sia avvenuta in almeno un caso sopra il Vietnam.

Proviamo allora a calcolare il massimo teorico. Sembra che il limite di progetto per gli YF-12 ed SR-71 fosse di 3,5 Mach e per l’A-12 di 3,6 Mach. Uno studio della Lockheed, volto a verificare la possibilità di aumentare la velocità di progetto, si era scontrato con limiti fisici come la resistenza del divisorio del parabrezza al calore oltre 3,5 Mach, che poteva comprometterne l’integrità, oltre alla resistenza del vetro. Ma vi era un problema più grande. Le onde d’urto a 3,6 Mach potevano danneggiare le estremità alari. A 4 Mach, potevano entrare nelle presa d’aria, danneggiando i coni e sconvolgendo il flusso d’aria, provocando lo spegnimento dei motori. Limiti invalicabili.

E la quota massima ? Il limite operativo dell’SR-71 era di 25900 metri (85000 piedi), sempre che non fosse autorizzata un’altitudine maggiore. Se l’YF-12A si è limitato ad un massimo ufficiale di 24462 metri, il 1/5/1965, nel 1968 un SR-71A sarebbe salito fino a 26426 metri, record non omologato. L’A-12, più leggero e veloce, avrebbe raggiunto nel test del 9/7/1964 i 29337 metri e il 14/8/1965 i 27432 metri, non omologati. Impossibile ? Mica tanto, visto che i grafici riportano per l’A-12 una quota massima operativa appena sotto i 28965 metri (95000 piedi).

E il MiG-25 ? Valgono le stesse considerazioni. Il caccia poteva volare per periodi prolungati a Mach 2,5 con una punta massima di 2,83 Mach, con o senza missili ! Secondo una storia molto diffusa, un MiG-25, nel 1971 o 1972, a seconda delle fonti, in volo sopra Israele sarebbe stato telemetrato dai radar a Mach 3,2. Dopo l’atterraggio si è scoperto che i motori erano distrutti. Non ci sono prove evidenti. Se fosse vero sarebbe, semplicemente, precipitato molto prima. I motori, certo, avranno richiesto una bella revisione e quindi lo smontaggio. Il MiG-25 nei test è stato spinto oltre Mach 3. Ma l’aumento di velocità e temperatura diventa presto incontrollabile. E’ possibile, altresì, che il Foxbat abbia, semplicemente, incontrato le medesime condizioni di bassa temperatura ad alta quota. E’ chiaro che, in questo caso, vi sarebbero stati i margini per superare la linea rossa.

Fonti

SR-71 Blackbird (J.Goodall-Squadron signal)

https://www.cia.gov/library/readingroom/docs/DOC_0001316457.pdf

https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88507main_H-2179.pdf

Supersonic Speed Check – Tales from the SR-71 Blackbird

https://www.nasa.gov/pdf/736495main_Blackbird_FAQ.pdf

http://www.vfp62.com/SR-71.html

https://www.secretprojects.co.uk/threads/sr-71-puzzle.1445/

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