SR-71 Blackbird

En agosto de 1959 se elije como finalista el proyecto de Lockheed llamado A-12 y se comienza la fabricación de 12 aviones.

Como motor se elije el J58 de Pratt & Whitney, un turborreactor con postcombustión de 145 kN. El avión llevará dos motores instalados. La potencia máxima durante del despegue es la misma que la del transatlántico de la época Queen Mary.

A este motor se le añade un estatorreactor que se activará a partir de 3 Mach de velocidad. En este momento se cierran las entradas al compresor del J58, el aire pasa por los conductos externos y se quema en el postcombustor proporcionando el empuje supersónico continuo.

Los cálculos previos de la estructura prevén que la temperatura que alcanzará el borde de ataque de las alas será de 425º C, en fuselaje y las puntas del ala estarán entre 230º C y 260º C mientras que los puntos de salida de los motores alcanzarán lo 600º C.

En esta época el único material ligero que soporta esa temperatura es el titanio y el lugar donde existe ese material es en la Unión Soviética. Por lo que Lockheed, en plena guerra fría, tiene que inventarse todo tipo de pretextos para ir a Siberia y extraer el material para fabricar su avión que, una vez terminado, espiará los movimientos de misiles en Siberia, entre otros lugares.

El enfriamiento se conseguía mediante la conducción del combustible detrás de las superficies de titanio a la parte superior de las alas. No obstante, una vez que el avión aterrizaba nadie podía acercarse durante un tiempo ya que su cabina aún seguía caliente, alcanzando hasta los 300 °C. Se utilizó amianto como frenos no cerámicos, debido a su alta tolerancia del calor.

El primer vuelo tiene lugar el 24 de abril de 1962 con un motor de la época, el J75 de P&W. Al año siguiente el 3 de marzo de 1963 vuela con el J58. A partir de diciembre de 1964 comienza a fabricarse 31 aviones. Sin embargo, hasta julio de 1964 no se reconoce su existencia y se muestra al público en septiembre del 64.

El avión acabado era pintado en un azul oscuro, casi negro, para aumentar la emisión de calor interno, ya que el combustible era utilizado como disipador de calor para enfriar la aviónica, y como camuflaje en el cielo.

La estructura del avión extremadamente delicada. Las rayas rojas, que se encuentran en algunos SR-71, son marcas para prevenir a los técnicos de mantenimiento dañar la superficie del avión ya que en la zona central del fuselaje es delgada y sin apoyos internos exceptuando las costillas estructurales, separadas entre sí varios decímetros.

El avión se dilata unos 6 cm en la estructura, para ello se hace de chapa ondulada y las juntas tienen holgura en tierra, por donde pierde combustible durante la fase de llenado y durante el despegue. Al llegar a la temperatura nominal cuando la estructura se ha dilatado es reabastecido en vuelo.

Por otra parte el aceite hidráulico debe ser extremadamente viscoso para soportar las altas temperaturas de 500º C. en tierra es sólido y está en un depósito aparte. Antes de poner en marcha los motores, el hidráulico se calienta para licuarlo y poderlo pasar al avión, una vez allí se pueden poner en marcha los motores.

Tomas de aire

Una característica crítica del diseño para permitir velocidades de crucero superiores a Mach 3, mientras proporcionaba un flujo de aire subsónico hacia los turborreactores, eran las entradas de aire. Frente a cada toma de aire había un cono puntiagudo móvil llamado "púa" que estaba bloqueado en la posición más delantera cuando el avión estaba en tierra o volaba a velocidad subsónica.

Cuando el avión aceleraba, la púa se desbloqueaba a Mach 1,6 y empezaba a desplazarse al interior mediante un sistema mecánico, pudiendo trasladarse un máximo de 66 cm. El computador original de la toma de aire era un diseño analógico que, basándose en los datos del ángulo de ataque, de alabeo, guiñada y cabeceo, podía determinar cuánto desplazamiento necesitaba la púa.

La púa se retirara del frente de la onda de choque que se reflejara en la campana de la toma de aire al cono y de vuelta a la campana. Esto genera ondas de choque oblicuas, causando una pérdida de energía y reduciéndola hasta que se formase la onda de choque a Mach 1. La captura de la onda de choque dentro de la toma de aire reciba el nombre de "inicio de la toma". Las altas presiones se formaran dentro de la toma de aire y frente al compresor. Se diseñaron agujeros de sangrado y salidas alternas en las entradas de aire y los bastidores de los motores para compensar estas presiones y mantener la toma de aire iniciada.

Era tan importante la presión formada en la toma de aire que, a una velocidad crucero Mach 3,2, se estimaba que el 58% del empuje disponible provenía de la toma de aire, el 17% del compresor y el restante 25% del postquemador.

Fuselaje

Debido a los cambios extremos de temperatura en el vuelo, los paneles del fuselaje no eran encajados perfectamente en tierra sino que permanecían holgados. La alineación correcta sólo se conseguía cuando la estructura del avión aumentaba de temperatura debido a la resistencia del aire a altas velocidades, causando que la estructura se expandiese unos cinco centímetros.

Debido a esta característica y a la falta de un sistema de sellado para el combustible que pudiese tratar las altas temperaturas, el combustible JP-7 podía filtrarse a la pista de aterrizaje antes del despegue. El avión debía realizar una carrera corta con el fin de calentar la estructura y posteriormente ser reabastecido en el aire antes de salir a su misión.

Tecnología furtiva

Una serie de características del SR-71 fueron diseñadas para reducir su firma de radar. Los primeros estudios de invisibilidad al radar parecían indicar que una forma aplanada con laterales estrechos debería reflejar la mayor parte de las ondas de radar hacia un lugar que no fuese el punto de origen. Con este fin, los ingenieros de radar sugirieron añadir una curva aerodinámica alrededor del fuselaje y biselar las superficies de control verticales.

El avión también utiliza materiales de absorción de ondas de radar especiales, que se incluían en forma de dientes de sierra en la superficie, así como aditivos compuestos de cesio en el combustible para reducir la visibilidad al radar de las columnas de los gases expulsados. La eficacia general de estas medidas están discutidas, ya que el avión no incorporaba los elementos actuales de las tecnologías stealth, y era fácil de rastrear por radar, además de dejar una señal infrarroja cuando volaba a más de Mach 3.

Las características fueron útiles para propósitos de espionaje, ocultando el tipo de avión que se trataba. El enorme rendimiento en vuelo del SR-71 lo hacía prácticamente invulnerable a los intentos de ser derribado, siendo que nunca se pudo derribar un SR-71, a pesar de los más de 4.000 intentos por hacerlo.

Borde aerodinámico

El borde aerodinámico del SR-71 es una de las características únicas del avión. Los diseñadores descubrieron que este borde generaba vórtices a su alrededor, aumentando la sustentación del avión. A velocidades supersónicas este perfil genera ondas de choque que se sitúan debajo del perfil alar y fuselaje aumentado la sustentación del avión. Es el mismo efecto que un surfista cuando está sobre la cresta de una ola.

El ángulo de incidencia de las alas en delta podía reducirse, permitiendo una estabilidad mayor y menor resistencia a altas velocidades, además de mayor capacidad para el combustible lo que aumentaría la autonomía del avión. En consecuencia, el SR-71 podía realizar giros a alta aceleración hasta el punto de dejar el motor del avión sin absorber aire, lo que causaría un fallo de motor. Los pilotos eran advertidos de no realizar aceleración mayores a 3G, para mantener el ángulo de ataque bajo y permitir la entrada de aire suficiente en los motores.

El borde aerodinámico actuaba como extensiones del borde de ataque de las alas que sería utilizado para aumentar la agilidad en muchos cazas modernos como el F-5, F-16, F/A-18, MiG-29 y Su-27. Una vez descubiertas las ventajas durante las pruebas en el túnel de viento, la utilización de alas canard no era necesaria y se desecharon. El uso del borde aerodinámico forma parte del diseño de nuevas aeronaves no tripuladas furtivas, como el RQ-3 Dark Star, Boeing Bird of Prey, Boeing X-45 y X-47 Pegasus, ya que permite la estabilidad sin necesidad de alas de cola.

Combustible

En el desarrollo del SR-71, se comenzó utilizando una planta motriz alimentada por una suspensión de carbón, pero Clarence Johnson determinó que las partículas de carbón dañaban los componentes del motor. Luego comenzó con la investigación de un motor alimentado por hidrógeno líquido, pero los depósitos que necesitaba para guardar el hidrógeno criogénico no era apropiado en el factor de forma del avión.

Por tanto, se centraron en un sistema más convencional, aunque especializado. El desarrollo original del A-12 OXCART a finales de los años 1950, el combustible JP-7 tenía un punto de inflamabilidad relativamente alto (60 °C). De hecho, el combustible era utilizado como refrigerante y fluido hidráulico en el avión antes de ser quemado. El JP-7 contenía fluorocarbonos para aumentar su poder lubricante, un agente oxidante para poder arder en los motores y un compuesto de cesio, el A-50, para reducir la señal de radar de la salida de gases. El combustible era muy caro, costando entre 24.000 y 25.000 dólares USA la hora de operación del SR-71. En comparación, el U-2 costaba sólo un tercio.

El JP-7 resultaba extremadamente fluido y difícil de arder de una forma convencional. Cuando los motores del SR-71 se encendían, se inyectaba trietilburano, que ardía al contacto del aire para aumentar la temperatura y poder encender al JP-7. El uso del trietilburano también servía para iniciar los posquemadores.

Especificaciones del SR-71A

Generales

• Tripulación: 2

• Longitud: 32,72 m

• Envergadura: 16,94 m

• Altura: 5,64 m

• Superficie alar: 170 m²

• Peso en vacío: 30.600 kg

• Peso cargado: 77.000 kg

• Máximo peso al despegue: 78.000 kg

• Carga útil: 1.600 kg de sensores

• Planta motriz: 2 turborreactores con poscombustión continua Pratt & Whitney J58-1 de 145 kN de empuje cada uno.

Rendimiento

• Velocidad máxima: Mach 3,35 (3.530 km/h) a 24.000 m

• Alcance de combate: 5.400 km

• Alcance en traslado: 5.925 km

• Techo de servicio: 25.900 m

• Velocidad de ascensión: 60 m/s

• Carga alar: 460 kg/m²

• Relación empuje-peso: 0,382

Algunos record: