Los
motores a reacción revolucionaron los viajes aéreos. Permitieron a los
diseñadores fabricar aviones que podían volar más rápido que los aviones
propulsados por hélice y con motor de gasolina de la época. Los
motores a reacción se fabricaron por primera vez en la década de 1930,
pero no entraron en servicio ni se produjeron a gran escala hasta la
década de 1940. Básicamente son motores que respiran aire y dependen de
la entrada de aire para propulsar el avión. Durante la Segunda Guerra
Mundial, Alemania fue el único país que poseía aviones a reacción. Pero
poco después de que terminó la guerra, otras naciones europeas,
estadounidenses y rusos se apoderaron de esta tecnología y adoptaron a
gran escala la propulsión a chorro para sus aviones. Su uso se extendió
rápidamente y se realizaron muchas mejoras en la propulsión a chorro, lo
que la hizo económica y asequible para su uso en aviones civiles a gran
escala. Actualmente, casi todos los aviones del mundo están propulsados
por un motor turborreactor, turbofan o turbohélice. Estos motores han
hecho que los viajes aéreos sean más rápidos y económicos que nunca.
Hay varios otros tipos de motores a reacción como ramjet, scramjet, etc.
En este artículo, daré una explicación breve pero exhaustiva sobre cómo
funcionan estos motores a reacción desde un punto de vista de
ingeniería.
PRINCIPIO BÁSICO
Todos
los motores a reacción funcionan según el mismo principio: producir
empuje para impulsar el avión hacia adelante. Todos los motores a
reacción tienen una entrada de aire por donde entra el aire. Este aire
se quema en la cámara de combustión con combustible y los gases de
escape calientes salen por una tobera, formando un propulsor en chorro.
El funcionamiento real de estos motores implica componentes y etapas
adicionales que se explicarán a continuación.
MOTOR TURBOJET Las etapas de un motor turborreactor.Imagen de Wikimedia.
Este es uno de los tipos de motores a reacción más antiguos que existen y equipó a los primeros aviones de combate. Es muy eficiente a velocidades de vuelo superiores a 800 km/h. Su funcionamiento depende de las siguientes etapas.
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Difusor:
Esta es la primera etapa del motor. Aquí el aire atmosférico entra con
una velocidad igual a la velocidad del avión y es frenado en el difusor.
Compresor:
El aire que sale del difusor tiene una velocidad insignificante y entra
al compresor. En este caso, el aire se comprime a alta presión con la
ayuda de un compresor axial.
Cámara de combustión: Después de la compresión, el aire ingresa a la cámara de combustión donde se rocía combustible y se produce la combustión.
Turbina:
Los productos de la cámara de combustión se encuentran a alta presión y
temperatura. Impulsan las palas de la turbina, que a su vez impulsan el
compresor y, por lo tanto, le permiten aspirar más aire. La turbina
también está acoplada a una unidad generadora en aviones para producir
electricidad.
Boquilla de salida:
Los gases que salen de la turbina se expanden y salen de la boquilla a
gran velocidad. Esto produce el empuje necesario e impulsa el avión
según la tercera ley de Newton.
Postquemador (opcional):
este componente está presente sólo en aviones militares. Básicamente
inyecta combustible en los gases de escape que salen de la turbina y la
combustión resultante produce un empuje adicional al aumentar la
velocidad y la temperatura del escape. Este empuje extra es muy útil
mientras el avión despega o vuela a velocidades supersónicas. El
postquemador se utiliza sólo durante períodos cortos (2-3 minutos), ya
que consume una gran cantidad de combustible y el aumento de la
temperatura del escape podría dañar la boquilla si se utiliza durante
períodos más prolongados.
USOS:
Los turborreactores se utilizaron ampliamente en aviones militares y
civiles desde finales de los años 1940 hasta los años 1970. Luego fueron
reemplazados gradualmente por turbofan que ahorraban más combustible.
Los turborreactores se siguen utilizando hasta el día de hoy, pero son
muy raros.
El bombardero B-52 tenía 8 motores turborreactores que ahora han sido sustituidos por turbofanes.
Un F-14 Tomcat con los motores en postcombustión al máximo durante el despegue
MOTOR TURBOFÁN
Las etapas de un motor turbofan. Imagen de Wikimedia.
Un turboventilador es casi idéntico a un turborreactor y consta únicamente de una etapa adicional: un ventilador.
Este
ventilador está presente delante del difusor y conectado al mismo eje
que acciona el compresor y la turbina en un turborreactor.
El
ventilador aspira aire a un ritmo más rápido hacia la etapa del
turborreactor y también proporciona un empuje de derivación adicional,
ya que parte del aire aspirado por el ventilador sale de los motores
desde fuera de la etapa del turborreactor y complementa el empuje del
jet que sale de las boquillas del turborreactor. turborreactor.
Dado
que un turbofan es básicamente un turborreactor con un ventilador para
producir empuje de derivación, también se le llama turborreactor de
derivación.
Estos
motores son muy eficientes a velocidades medias y altas. De ahí que
hayan sustituido casi por completo a los turborreactores en aplicaciones
civiles y militares. Los turbofan también han reemplazado a los
turbohélices en algunos aviones militares.
USOS:
Casi todos los aviones de combate modernos utilizan turbofanes de alta
potencia con postquemadores. Los misiles de crucero y los vehículos
aéreos no tripulados también utilizan turbofan. La mayoría de los
aviones comerciales han pasado a utilizar aviones propulsados por
turbofan.
GE-90-115B El motor turbofan más grande del mundo
MOTOR TURBOHÉLICE
Las etapas de un motor turbohélice.Imagen de Wikimedia.
La razón principal para el desarrollo del motor turbohélice fue la ineficiencia de los turborreactores a velocidades de vuelo inferiores a 800 km/h. Un motor turbohélice es muy eficiente incluso a bajas velocidades de vuelo.
Básicamente
consta de una hélice con engranajes conectada a un motor turborreactor.
Por tanto, el principio de funcionamiento sigue siendo casi similar.
Las etapas adicionales se explicarán aquí.
La
turbina de un motor turbohélice es más grande que la de un
turborreactor. Esto se debe a que la turbina de un turbohélice tiene que
impulsar la hélice además del compresor y los sistemas auxiliares como
generadores, mientras que la turbina de un turborreactor tiene que
impulsar sólo el compresor y los sistemas auxiliares.
La
hélice consume entre el 80 y el 90% de la potencia neta de la turbina y
el resto se deja para producir el empuje del jet. La hélice produce
empuje cambiando el impulso del aire a su alrededor.
La
rotación de la hélice provoca una reducción de la presión delante de
ella (aguas arriba). El aire en esta zona acelera hacia la hélice, pasa
sobre ella y aumenta la presión.
Así,
el aire detrás de la hélice (aguas abajo) tiene una velocidad mayor y
constituye el empuje. Este empuje se combina con la pequeña cantidad de
empuje del jet que sale de la boquilla e impulsa el avión hacia
adelante.
El
empuje producido por un turbohélice a velocidades de vuelo más bajas es
considerablemente mayor que el de los turborreactores. Por lo tanto,
encuentran una amplia aplicación en aviones de tamaño pequeño y mediano,
como transportes civiles y militares, que normalmente vuelan a
velocidades de 400 a 600 km/h.
El Airbus A400M es uno de los aviones más grandes propulsados por turbohélices.
USOS:
El avión propulsado por turbohélice más famoso es el transportador
C-130. El avión propulsado por turbohélice más rápido es el ruso Tu-95,
que está propulsado por 4 turbohélices contrarrotativos que giran a
velocidades supersónicas que permiten al avión volar cerca de 1000 km/h,
lo que es casi inaudito para un avión propulsado por turbohélice.
Hoy
en día, muchos transportes militares utilizan turbohélices debido al
gran empuje que se produce a bajas velocidades. Los pequeños aviones
civiles que son conscientes de la economía también utilizan aviones
propulsados por turbohélice. Curiosamente, los turbohélices también
encuentran aplicación en aerodeslizadores.
El Tu-95 es el avión propulsado por turbohélice más rápido. Cada motor tiene 2 juegos de hélices contrarrotativas.
MOTOR TURBO-EJE
Las etapas de un motor turboeje. Imagen de Wikimedia.
Este
motor se utiliza para propulsar todos los helicópteros del mundo. El
principio de funcionamiento es el mismo que el de un motor
turborreactor, pero los gases de escape no se utilizan para impulsar el
helicóptero hacia adelante.
El
aire comprimido se quema en la cámara de combustión y se utiliza para
impulsar una turbina. Los gases de escape salen por los lados y se
difunden hacia la atmósfera y proporcionan un empuje insignificante.
La
turbina hace girar como de costumbre el eje central, que a su vez hace
girar el compresor. Pero el eje también se extiende en la dirección
opuesta y se llama eje de potencia.
La
rotación de las palas de la turbina también hace girar este eje. El eje
de potencia está conectado al eje de las palas del rotor del
helicóptero a través de una caja de cambios.
Así giran los rotores de un helicóptero.
Los motores turboeje en un Chinook CH-47
MOTOR RAMJET
Las etapas de un motor ramjet. Imagen de Wikimedia.
Un
motor ramjet se utiliza cuando es necesario alcanzar velocidades
supersónicas en el rango de 2 a 4 veces la velocidad del sonido. Este es
el motor de respiración de aire más simple que existe, ya que no tiene
partes móviles como compresores o turbinas.
Consiste
en un difusor que comprime el aire según el principio de "compresión de
ariete". La compresión Ram es un tipo de compresión en la que la
energía cinética del aire de entrada se convierte en energía de presión
con la ayuda de un difusor, comprimiéndolo así.
El
aire que entra a velocidades supersónicas se reduce a velocidades
subsónicas antes de entrar en la cámara de combustión. Aquí, el
combustible se pulveriza y quema de forma similar a los turborreactores.
Pero el escape caliente no tiene turbina para hacer funcionar y todo el escape sale de la boquilla como empuje de chorro.
Lo
interesante es que este motor no se puede arrancar desde velocidad cero
y necesita moverse a alta velocidad para comenzar a funcionar, por lo
que a menudo se le conecta un turborreactor o un cohete propulsor para
impulsarlo a las velocidades requeridas.
Un
propulsor de cohete de combustible sólido es el accesorio más común
para los misiles propulsados por estatorreactores. Un turborreactor
acoplado a un estatorreactor se llama turborreactor y se utiliza en
aviones militares.
Misil BrahMos. Tenga en cuenta los difusores cónicos en la nariz para comprimir el aire de entrada.
USOS:
Este motor está restringido sólo para aplicaciones militares y se
utiliza casi exclusivamente en misiles. Los misiles modernos más
populares que utilizan un motor ramjet son el BrahMos y el Meteor.
MOTOR SCRAMJET
Las etapas de un motor scramjet. Imagen de Wikimedia.
Un
scramjet es un motor Ramjet de combustión supersónica, llamado así
porque es básicamente un motor ramjet donde la combustión del aire
ocurre a velocidades supersónicas en lugar de subsónicas. Su
funcionamiento es similar al de un motor estatorreactor. Un misil o
avión propulsado por scramjet debe acelerarse a 4 veces la velocidad del
sonido mediante una fuente externa, como un motor de cohete, antes de
que el scramjet pueda comenzar a funcionar.
Cuando
un avión está cerca del suelo y la presión atmosférica es muy alta, los
gases de escape que salen de la boquilla del motor están a una presión
más baja que el aire circundante.
El aire a alta presión presiona el gas por todos lados y lo comprime.
Los
diamantes son una serie de ondas de choque, expansiones y compresiones
de los gases de escape que continúan hasta que la presión del escape se
vuelve igual a la presión de la atmósfera circundante.
Cuando
se comprimen los gases de escape, los diamantes brillantes que se
forman en las ondas de choque son el resultado del exceso de combustible
que se enciende en el postquemador.
El
combustible queda atrapado en las ondas de choque de compresión y
expansión y, por lo tanto, cuando se enciende, aparece como una serie de
bolas brillantes.
Vectorización de empuje
La
vectorización de empuje es un método para manipular el empuje del motor
de una aeronave para lograr un control direccional o de altitud
adicional.
Básicamente
dirige el empuje en la dirección requerida para que el avión pueda
moverse en la dirección opuesta. Un sistema de este tipo puede permitir
que la aeronave gire en un radio muy corto e impartir una excelente
maniobrabilidad. La razón por la que la familia de aviones Su-30 es muy
popular en las exhibiciones aéreas es por sus boquillas de vectorización
de empuje que les permiten realizar maniobras muy complicadas.
El Harrier fue el primer caza operativo del mundo con vectorización de empuje.
La boquilla de vectorización de empuje en un Su-35S
El Su-35 muestra sus habilidades en TVC
CONCLUSIÓN
El
funcionamiento de los motores a reacción parece bastante simple y
existen desde hace 70 años, pero sólo un puñado de naciones tienen la
capacidad de diseñar motores a reacción y producirlos con éxito. Los
países que pueden fabricar aviones de combate de alta calidad también
necesitan importar motores de países como Estados Unidos y Rusia. ¿Por
que es esto entonces?
Esto
se debe a que los motores a reacción son fáciles de entender, pero
increíblemente complejos de diseñar y construir. Es el corazón de todo
objeto volador creado por el hombre. Un avión puede volar sin sistemas
de navegación ni radares, pero ni siquiera será un avión sin motor. Las
palas de la turbina de un motor a reacción funcionan a temperaturas
superiores a 1.000 °C durante cientos de horas a lo largo de su vida
útil. Tiene que estar fabricado con la composición perfecta de metales
para que no se induzca fatiga o fluencia con la temperatura y las
tensiones físicas asociadas. Un solo fallo provocará que el avión se
estrelle.
Actualmente,
los motores a reacción americanos y europeos tienen el índice de
fiabilidad más alto, seguidos de los motores rusos. China ha
desarrollado sus propios motores, pero duda en utilizarlos a gran escala
y sigue importando de Rusia porque no confían en su fiabilidad y
rendimiento. India intentó desarrollar un motor a reacción, pero pronto
abandonó el proyecto porque no cumplía con los parámetros de rendimiento
requeridos, incluso después de años de pruebas.
En
el futuro, veremos cómo los turbofan se vuelven más eficientes, los
misiles impulsados por ramjet y scramjet se vuelven más populares y
podrían surgir nuevos tipos de motores. Pero actualmente, el turbofan es
el rey y el turbohélice es la reina para impulsar un avión hacia
adelante y los turboejes gobiernan el mundo de los helicópteros.
Avión a reacción Caproni-Campini N.1 (CC.1 y CC.2)
Italian Aircraft of WWII
El Caproni-Campini N.1 utilizó una forma ingeniosa de propulsarse. El motor de pistón dentro del fuselaje impulsaba un ventilador con conductos y el combustible se purgaba y encendía en el aire comprimido emitido a través del tubo de escape. Con una velocidad máxima de solo 375 km/h (233 mph), el N.1 solo sirvió para demostrar que su concepto de propulsión era posible. Las limitaciones de diseño significaron que el desarrollo sería infructuoso y, a medida que el esfuerzo de guerra de Italia ganó impulso, los pensamientos se dirigieron a problemas más inmediatos.
Quizás sea sorprendente a primera vista que, habiendo sido la segunda nación en volar un avión propulsado por chorro de aire, Italia no figurara entre las naciones líderes en este campo de la tecnología. Pero, en realidad, el Caproni-Campini N.1 no era más que un monstruo ingenioso que empleaba un motor de pistón convencional para accionar un compresor de ventilador canalizado de paso variable con postcombustión rudimentario. Como tal, no hizo nada para promover la investigación de turbinas de gas y fue, a todos los efectos, un callejón sin salida técnico. El ingeniero Secondo Campini había creado una empresa en 1931 para realizar investigaciones sobre la propulsión a reacción y en 1939 persuadió a Caproni para que construyera un avión que albergara los frutos de este trabajo. a saber, la adaptación de un motor radial Isotta-Fraschini que acciona un compresor de ventilador canalizado; el aire comprimido se expulsó a través de una boquilla de área variable en la cola extrema de la aeronave y se pudo encender combustible adicional en el tubo de escape para aumentar el empuje. El biplaza de ala baja N.1 (a veces denominado CC.2) fue volado por primera vez en Taliedo el 28 de agosto de 1940 por Mario de Bernadi. Se llevaron a cabo varios vuelos de demostración, incluido uno de 270 km desde Taliedo a Gindoma a una velocidad media de 209 km/h, pero quedó claro desde el principio que el uso de un compresor de ventilador de tres etapas accionado por un motor de pistón limitar un mayor desarrollo, y el experimento se abandonó a principios de 1942 cuando Italia se enfrentó a prioridades más estrictas. Entonces.
Especificaciones
Características generales Tripulación: dos Longitud: 13,10 m (43 pies) Envergadura: 15,85 m (52 pies) Altura: 4,7 m (15 pies 5 pulgadas) Área alar: 36,00 m² (387,5 pies²) Peso en vacío: 3640 kg (8024 libras) ) Máx. peso de despegue: 4195 kg (9250 lb) Planta motriz: 1 motorrreactor de motor V12 refrigerado por líquido Isotta Fraschini de 670 kW, lo que da como resultado un motor de pistón de 6,9 kN (1550 lbf) que impulsa un compresor axial de tres etapas para el termorreactor con paletas de paso variable
Mientras Gudkov desarrollaba el avión, el motor fue desarrollado por AM Lyulka. "En
los años de guerra, el trabajo de desarrollo del motor RTD-1 de
AMLyulka continuó... En 1943, bajo el liderazgo de MIGudkov (uno de los
diseñadores del conocido caza con motor de pistón LaGG-3), una variante
del LaGG- 3 propulsado por el motor RTD-1 estaba siendo diseñado. El
motor iba a ser instalado en el diseño de "paso" en la parte inferior
del fuselaje con el escape del jet debajo de la cola [similar a Yak-15].
La velocidad máxima del El LaGG-3 modificado se estimó en 900 km/h". Dibujado por Jozef Gatial.
En 1943, Mikhail I. Gudkov comenzó a diseñar el
caza Gu-VRD, que iba a ser propulsado por un solo ejemplo del último
motor de Lyul'ka montado en un fuselaje "escalonado". Como
muchos de los primeros diseños de jets en todo el mundo, este era
realmente un fuselaje de avión de combate de pistón equipado con un jet
en lugar de la unidad de pistón, pero Gudkov había trabajado previamente
con SA Lavochkin en el caza de pistón LaGG-3 y sabía lo que estaba
haciendo. El Gu-VRD tenía
su motor colocado en la parte inferior del fuselaje detrás de la sección
de la nariz, dando en una vista lateral un "paso" detrás de la boquilla
del motor después del cual el fuselaje trasero tenía una sección
transversal mucho más pequeña; como veremos, esta disposición iba a ser utilizada por otros aviones de combate soviéticos de primera generación. El
Gu-VRD era un monoplaza y tenía una toma de aire en el morro y un tren
de aterrizaje con rueda de cola y estaba armado con un cañón ShVAK de 20
mm y una ametralladora BS de 12,7 mm (0,5 pulgadas); la
carga interna de combustible era de 400 kg (8821b), la autonomía
estimada era de 700 km (435 millas) y el tiempo hasta los 5000 m (16 404
pies) era de 1,39 minutos.
El 10 de marzo, la documentación del proyecto se
presentó a los círculos oficiales pero, después de la evaluación del
Consejo de Comisarios del Pueblo, fue rechazada, simplemente porque se
consideró que un motor adecuado que proporcionara la potencia requerida
no estaría disponible durante algún tiempo. II
Safronov, uno de los funcionarios, escribió el 17 de abril
"aparentemente, el avión volaría a la velocidad declarada, pero el
problema es que, a día de hoy, no hay motor, solo el nombre de su
diseñador". Por lo tanto,
debido a los retrasos con el motor Lyul'ka, el Gu-VRD nunca se
construyó, y cuando el trabajo en la última unidad de potencia S-18 de
Lyul'ka estaba en marcha, el OKB de Gudkov se había disuelto. VRD significa Vozdooshno-Reaktivnyy Dvigatel, o Air Reaction Engine. Gudkov' La
presentación de Lyul'ka también señaló que estaba trabajando en un
bombardero rápido propulsado por dos de los motores de empuje de 14,7 kN
(3,3051b) de Lyul'ka. Tenía
un peso de despegue estimado de 6.500 kg (14.3301b), una velocidad
máxima de al menos 780 km/h (485 mph) a 600 m (1.969 pies) de altitud y
un alcance de al menos 1.200 km (746 millas).
En la primavera de 1943, Lyul'ka y su equipo se
mudaron a Moscú y el 20 de mayo, especialistas del Comisariado del
Pueblo evaluaron su nuevo motor y juzgaron que no estaba lo
suficientemente desarrollado, por lo que claramente no había ninguna
posibilidad de que se construyera una unidad de potencia prototipo. . Como
resultado, y para ayudar con el desarrollo general de esta nueva forma
de propulsión, el Instituto Central de Motores de Aviación (TsIAM)
estableció un laboratorio de investigación de motores a reacción durante
el agosto siguiente con Lyul'ka como director.
A pesar de que la génesis del turborreactor comenzó mucho antes de la Segunda Guerra Mundial, se necesitaría la guerra para acelerar el desarrollo de este nuevo motor hasta el punto de que, al final de las hostilidades, los aviones a reacción se habían desbordado en la batalla. Alemania puede, por algunos, ser considerada líder en tecnología de turborreactores durante la guerra, pero Estados Unidos y Gran Bretaña no se quedaron atrás. Japón tampoco se quedó de brazos cruzados en la producción de su propio turborreactor, pero necesitaría conocimientos alemanes para impulsar sus industrias. Uno de esos resultados fue un avión histórico en los anales de la historia de la aviación japonesa: el Nakajima Kitsuka.
Debido a que el Kitsuka (que en japonés significa "Wild Orange Blossom") fue probablemente el avión japonés más importante en utilizar un motor a reacción como motor, parece apto para proporcionar una descripción general del desarrollo de turborreactores japoneses en esta sección. El primer turborreactor de flujo axial fue patentado en 1921 por el francés Maxime Guillaume. Sin embargo, la tecnología de su época no fue suficiente para realizar un modelo funcional. En 1930, el inglés Frank Whittle diseñó un turborreactor con un compresor centrífugo y, a pesar de que se mostró relativamente poco interés en él, patentó su concepto. En 1933, el alemán Hans von Ohain diseñó un turborreactor similar al de Whittle, pero no sería hasta 1936 que Ernst Heinkel se interesó por el motor y contrató a von Ohain para continuar su trabajo. En marzo de 1937, esto resultó en el Heinkel HeS 1, el primer motor a reacción alemán, aunque en realidad un demostrador de hidrógeno. El mes siguiente, Whittle probó su primer motor a reacción, el WU o Unidad Whittle.
Por esta época, el contralmirante Kōichi Hanajima se dio cuenta del trabajo de Whittle, así como del de Secondo Campini, un italiano que comenzó a trabajar en un termojet y un avión para usarlo: el Campini Caproni N.1 en 1934. Esto reavivó su interés en propulsión a chorro y utilizando su posición como jefe de la división de motores del Dai-Ichi Kaigun Kōkū Gijutsu-shō, se encargó de que se realizaran estudios en dichos motores. Hanajima se acercó a la Universidad Imperial Tōkyō y al Mitsubishi Jūkōgyō K.K. y juntos se investigaron todo tipo de cohetes y motores a reacción, como los estatorreactores. Para decepción de Hanajima, los resultados generaron poco interés oficial.
En 1938, la empresa alemana BMW comenzó su investigación sobre turborreactores y se construyó el prototipo Heinkel He 178 V1 para probar el turborreactor HeS 3 que se estaba desarrollando a partir del anterior HeS 1. A fines de 1938, Messerschmitt comenzó a trabajar en lo que se convertiría en el primer jet del mundo. caza para entrar en servicio de escuadrón, el Me 262. En Japón, ya pesar de la falta de interés mostrado en la propulsión a reacción, el capitán Tokiyasu Tanegashima fue nombrado jefe del Taller de Prueba de Motores y Soporte de Campo de Kūgishō. Se le otorgó una pequeña suma para financiar la investigación de motores a reacción, aunque, con la ayuda del profesor Fukusaburō Numachi, inicialmente centraría sus esfuerzos en los turbohélices. Ambos hombres pudieron contratar a Ishikawajima-Shibaura Turbine Company y a Ebara Seizō K.K. para ayudar a construir una serie de motores de prueba que usaban compresores y turbinas de gas, pero estos trabajos no dieron frutos.
En 1939, BMW había probado su primer diseño de turborreactor de flujo axial y el 27 de agosto de ese año el He 178 V1 realizó su primer vuelo, el primer avión con turborreactor en volar. En febrero de 1940, el Ministerio del Aire británico ordenó dos ejemplares del avión de investigación E.28 / 39 de la Gloster Aircraft Company para que sirvieran como avión de prueba para los motores de Whittle. 1940 también vio al italiano N.1 volar por primera vez y Heinkel comenzó las pruebas de planeo del prototipo de caza a reacción He 280 mientras esperaba sus dos turborreactores HeS 8 ahora en desarrollo (el He 280 no entró en producción). En noviembre, Junkers probaría el turborreactor Jumo 004 y la propuesta de caza a reacción de Gloster, el Meteor, se ordenó en febrero de 1941. También en noviembre, Lockheed comenzó a trabajar en el turborreactor de flujo axial L-1000, el primer avión estadounidense. Finalmente, en diciembre, se probó por primera vez el turborreactor W.1X de Whittle, un motor listo para volar.
Japón, sin embargo, no estaba inactivo en 1940. A principios de año, Tanegashima, con la ayuda de Mitsui Seiki Kogyo KK, creó un compresor de pistón libre para una turbina de gas basado en un diseño de Junkers, pero no fue un éxito como medio. para propulsión de aeronaves. Otro intento fue probado por un departamento diferente. Bajo el liderazgo del teniente comandante Osamu Nagano, jefe de la división de motores de aviones de Kūgishō, y Masanori Miyata, que dirigía la sección de piezas eléctricas de Kūgishō, construyeron una pequeña turbina de gas de compresor de pistón libre, que generaba una décima parte de un caballo de fuerza a 12.000 rpm que impulsaba una magneto que encendía una lámpara. A pesar de esta medida de éxito, la apatía por parte de la IJN continuó obstaculizando el progreso. Tanegashima pronto se dio cuenta de que la industria japonesa no era capaz de construir un motor de pistón libre y cambió sus estudios a chorros de flujo axial.
El 15 de mayo de 1941, el Gloster E.28 / 39 voló por primera vez, pero anteriormente, en abril, el He 280 V1 de Heinkel había volado con propulsión a chorro en su vuelo inaugural, el primer caza a reacción en volar. En 1942 se puso a prueba el Junkers Jumo 004, mientras que BMW centró sus esfuerzos en el BMW 003 Sturm. Heinkel recibió instrucciones de concentrarse en el desarrollo del HeS 011, un turborreactor que alimentaría la segunda generación de aviones alemanes. El 18 de julio, el Messerschmitt Me 262 voló con turborreactor, convirtiéndose en el segundo caza a reacción en volar, y el 2 de octubre, el caza a reacción estadounidense Bell XP-59 Airacomet realizó su vuelo inaugural. En ese momento, los ingenieros y científicos japoneses se habían enterado del vuelo del He 178 como prueba de que una aeronave propulsada por un motor a reacción era factible. Este fue solo el impulso que la debilitada investigación del motor a reacción japonés necesitaba desesperadamente.
Como resultado, se tomaron dos caminos diferentes con renovado vigor. El primero empleó el principio del termojet (como lo usa Secondo Campini) y se llamó Tsu-11. Si bien este motor debía seleccionarse para su uso en el modelo 22 de Kūgishō Ōka, se descubrió que no era adecuado como motor para un avión a reacción. La segunda ruta, la de un motor a reacción puro, se siguió adelante. El vicealmirante de Kūgishō, Misao Wada, fue el hombre que supervisó el desarrollo de un turborreactor y el primer resultado fue el TR-10. Este tenía un compresor centrífugo de una sola etapa con una turbina de una sola etapa y, en esencia, se construyó adaptando un turbocompresor. El motor fue construido por Ebara Seizō K.K. Cuando el TR-10 se probó por primera vez en el verano de 1943, su rendimiento no cumplió con las expectativas. El TR-10 pasó a llamarse Ne 10 y el motor se desarrolló aún más agregando cuatro etapas axiales en la parte delantera de la entrada del motor. Esto redujo la carga en el compresor centrífugo, bajó las RPM del motor y produjo más empuje. El motor a reacción revisado se denominó Ne 12. El problema con el Ne 12, sin embargo, era su gran peso, por lo que se tomaron medidas para aligerar el motor, lo que resultó en el Ne 12B.
1944 fue un año siniestro para Japón. Cuando las islas Marianas de Saipan y Tinian fueron arrebatadas a los japoneses por las fuerzas estadounidenses en julio y agosto, Japón se encontró muy cerca de las Superfortalezas Boeing B-29. Antes de esto, las incursiones de B-29 tenían que volar desde bases remotas en China e India, por lo que el bombardeo de objetivos japoneses era relativamente raro. Desde Saipan y Tinian, los B-29 estaban mucho más cerca, podían ser más activos y los japoneses eran muy conscientes de esto. Además, se supuso que solo sería cuestión de tiempo antes de que las principales islas japonesas fueran el objetivo de la invasión. En agosto de 1944, el Kaigun Koku Hombu convocó a una reunión para discutir los cambios en la estrategia aérea para combatir la amenaza aérea y terrestre, así como para considerar el avión que se utilizaría. El Kaigun Koku Hombu invitó a los diseñadores de aviones de Nakajima y Kawanishi a asistir y el resultado de esta reunión fue la propuesta de tres clases de aviones denominados Kōkoku Heiki (una traducción literal es "Empire Weapon"). La primera clase, o Kōkoku Heiki No.1, fue la adaptación de los aviones actuales para aceptar una bomba de 800 kg (1.760 lb) con la que sus pilotos emprenderían misiones shimpū y apuntarían a barcos de invasión enemigos. Si la bomba sobrecargaba la capacidad de carga de la aeronave, entonces se utilizarían unidades RATO (Despegue Asistido por Cohete) para hacerlas volar. Kōkoku Heiki No.3 iba a ser un avión de motor radial convencional diseñado por Kawanishi como Tokkō-ki, que se usaría para misiones shimpū, pero este proyecto pronto se abandonó (tal vez porque el IJN iba a construir el Nakajima Ki- similar similar). 115 como Showa Toka). Sería Kōkoku Heiki No.2 el que proporcionó la semilla para Nakajima Kitsuka. Este "Arma Imperio" iba a ser un avión que utilizaría el Tsu-11 y, cuando estuviera disponible, el turborreactor Ne 12.
Sin embargo, tres meses antes de la reunión, se estaban realizando esfuerzos para obtener el Me 262 de Alemania. En mayo de 1944, los japoneses negociaron los derechos de fabricación del Me 262 y los alemanes aceptaron inicialmente la liberación. Sin embargo, el acuerdo no se concluyó debido a la gran cantidad de modificaciones que se encontró que requería el diseño después de su prueba de vuelo. No fue hasta julio de 1944 que se dieron órdenes de proporcionar a los japoneses los planos del caza Me 262 y los turborreactores Junkers Jumo 004 y BMW 003.
El 22 de julio de 1944, Reichsmarschall Hermann Göring autorizó la licencia del Me 262 a Japón y la entrega de un avión de muestra. Sin embargo, el submarino japonés I-29 había salido de Lorient, Francia, el 16 de abril con un turborreactor Junkers Jumo 004 de muestra y planes para el turborreactor Me 262 y BMW 003 entre su cargamento. También a bordo del submarino estaba el comandante técnico Eiichi Iwaya, que llevaba consigo una parte de la documentación sobre el caza y los turborreactores alemanes. El 14 de julio, el I-29 había llegado a Singapur. Iwaya, que buscaba llegar a Japón lo antes posible, desembarcó de la I-29 y se llevó solo una parte de la documentación alemana. Desde Singapur, Iwaya voló a Tōkyō. El 26 de julio, las interceptaciones del código aliado señalaron la ubicación de la I-29 y el USS Sawfish la envió al fondo cerca del Canal Balintang en el Estrecho de Luzón, llevándose la preciosa carga con ella.
Cuando Iwaya llegó a Japón, todo lo que poseía de los archivos alemanes con respecto al Me 262 y los turborreactores era una sola copia de una sección transversal del turborreactor BMW 003A. La noticia posterior de la pérdida de la I-29 fue un golpe aplastante, pero no fatal de ninguna manera. Al estudiar el documento BMW 003A, los japoneses encontraron que tenía un diseño similar al Ne 12, pero en lugar del compresor centrífugo, el motor alemán utilizó un compresor de flujo axial de ocho etapas. Se consideró que este método era superior al Ne 12 y, como tal, los esfuerzos deberían concentrarse calificado en la construcción del equivalente japonés al BMW 003A. A pesar de la decisión en contra, el trabajo en el Ne 12B continuó. Cuatro empresas participaron en el desarrollo del nuevo turborreactor. A cada uno se le debía proporcionar una copia de la sección transversal del BMW 003A y otros datos disponibles y construir sus propias versiones. Ishikawajima-Shibaura Turbine Company iba a desarrollar el Ne 130, Nakajima Hikōki K.K. el Ne 230, Mitsubishi Jūkōgyō K.K. el Ne 330, y Kūgishō avanzaría con el Ne 20.
Después de la conferencia de agosto con Kaigun Koku Hombu, Ken'ichi Matsumura, diseñador jefe de Nakajima y con la ayuda de Kazuo Ōno, produjo una serie de dibujos conceptuales para el Kōkoku Heiki No.2. Dentro de Nakajima, el nuevo avión recibió el nombre en clave Maru-Ten. El 14 de septiembre de 1944, los representantes de IJN se reunieron con Nakajima en su planta de Koizumi para discutir los conceptos que se habían presentado. El diseño que se destacó se basó en una descripción del Me 262 proporcionada por el comandante técnico Eiichi Iwaya, quien, mientras estaba en Alemania, pudo ver y estudiar el jet alemán. Por lo tanto, el dibujo de Matsumura tenía un parecido exterior con el Me 262. Después de revisar el concepto, el diseño fue aprobado como el Kōkoku Heiki No.2. De acuerdo con la misión shimpū de la aeronave, el diseño inicial no tenía tren de aterrizaje y debía ser lanzado desde rampas de catapulta, reforzadas con unidades RATO. El rango calculado fue de apenas 204 km (127 millas) debido al motor designado, el Ne 12, que quemaba combustible a un ritmo rápido. Al nivel del mar, la velocidad estimada era de 639 km / h (397 mph). Una sola bomba fijada al avión era el único armamento. Otra característica fue la inclusión de alas plegables para permitir que la aeronave se escondiera en cuevas y túneles y se protegiera de los bombardeos.
El 8 de octubre, Kūgishō ordenó a Kazuo Yoshida, director de planta de Nakajima, que tuviera una maqueta de madera de la aeronave terminada y lista para su inspección antes de fin de mes. Además, se le dijo a Nakajima que terminara los planos estructurales iniciales para la misma fecha. Esto se ordenó para que la producción de la aeronave pudiera comenzar sin demora. Desafortunadamente, los retrasos serían un problema importante. La IJN prometió que el Ne 12 estaría listo para las pruebas en noviembre de 1944 y en poco tiempo a partir de entonces, los motores de producción estarían disponibles. Basado en esta suposición, Nakajima debía construir treinta aviones a fines de diciembre de 1944. Debido a la prisa por producir el avión, surgieron una miríada de problemas con el diseño que requirieron cambios. Un problema importante fue la falta de materiales de guerra críticos que requirieron el uso de sustitutos y trajeron demoras adicionales. Para agravar el problema, a Nakajima le preocupaba que el Ne 12B no estuviera listo a pesar de las promesas de la IJN.
Mientras tanto, Kūgishō procedió con el Ne 20. Los ingenieros se vieron obligados a utilizar aleaciones que no cumplían con los estándares del motor alemán y serían una fuente de problemas durante las pruebas. El diseño del Ne 20 era más pequeño que el del BMW 003A, pero conservaba la forma de la cámara de combustión del motor alemán. Si bien usó el mismo tamaño de quemador que el BMW 003A, solo usó doce en lugar de dieciséis debido al tamaño más pequeño. Kūgishō redactaría y perfeccionaría el diseño del Ne 20 hasta diciembre.
El 9 de diciembre de 1944, la IJN convocó una reunión para discutir el progreso y las perspectivas del Kōkoku Heiki No 2. En base a los problemas que Nakajima estaba teniendo con la aeronave, sin mencionar las dudas sobre el Ne 12, se revisó el cronograma de producción. Se pidió a Nakajima que produjera el primer prototipo en febrero de 1945 para su uso en pruebas estáticas. También fue durante esta reunión que se revisaron las especificaciones de la aeronave. En lugar de una bomba fija, ahora el piloto podría lanzar la bomba. También se cambió el papel de la aeronave. Ya no se usaría para una misión shimpū, sino para un apoyo aéreo cercano, el avión actuando como un bombardero de ataque rápido. Como consecuencia de estos cambios, el diseño tuvo que incorporar un tren de aterrizaje. La IJN emitió sus especificaciones para el nuevo avión, que ahora se llama Kitsuka, y los documentos solicitados:
Alcance: no más de 5,3 m (17,3 pies) con las alas plegadas
Longitud: no más de 9,5 m (31,1 pies)
Altura: no más de 3,1 m (10,1 pies)
Planta motriz: dos motores a reacción Ne 12
Velocidad máxima: 513 km / h (319 mph) con bomba de 500 kg (1102 lb)
Alcance: 204 km (127 millas) con una bomba de 500 kg (1,102 lb) o 278 km (173 millas) con una bomba de 250 kg (551 lb)
Velocidad de aterrizaje: 148 km / h (92 mph)
Carrera de despegue: 350 m (1148 pies) con dos botellas RATO de 450 kg (992 lb)
Maniobrabilidad: la aeronave tenía que ser muy maniobrable, tener un radio de giro corto y ser estable en velocidad para facilitar el seguimiento del objetivo.
Protección: Vidrio a prueba de roturas para la marquesina. Parabrisas delantero para tener 70 mm de vidrio antibalas. 12 mm de placa de blindaje de acero debajo y detrás del piloto. Los tanques de combustible deben ser del tipo sándwich de 22 mm
Instrumentación básica: tacómetro, altímetro, horizonte artificial, indicador de velocidad del aire, compás de compuerta de flujo modelo O tipo 1, manómetro de combustible, manómetro de aceite, medidor de temperatura del aceite, medidor de temperatura del tubo de escape y un calentador eléctrico de tubo de Pitot
Equipo básico: paracaídas tipo O, extintor automático, batería seca tipo 3, receptor de radio tipo 3, balsa salvavidas tipo 1 y un peso de reserva de 30 kg (66,1 lb)
1945 se abriría con más desgracias para la máquina de guerra japonesa. Las tropas japonesas fueron expulsadas de Birmania a partir del 5 de enero y los B-29 bombardearían Tōkyō al día siguiente. Temprano de dos días, Matsumura y Ōno, junto con otros involucrados en el proyecto Kitsuka, discutieron la posibilidad de usar el turborreactor Ne 20 en lugar del Ne 12. En el debate, algunos sugirieron que el Ne 20 no estaba tan desarrollado como el Ne 12 y retrasaría el progreso si se usa. Por otro lado, algunos argumentaron que el Ne 12 no estaba logrando resultados significativos. Al final, el consenso fue que el Ne 12 debería permanecer como la central eléctrica solo porque se proyectaba que estaría listo antes del Ne 20.
El 28 de enero de 1945, la maqueta de madera del Kitsuka finalmente estaba lista para su inspección en la planta de Koizumi de Nakajima. El vicealmirante Misao Wada y su personal visitaron la planta e inspeccionaron la maqueta con la presencia de Matsumura y Ōno. A los inspectores de Kūgishō les quedó claro que el Kitsuka era un avión muy simple que podía construirse en 7.500 horas-hombre. En comparación, se necesitaron 15.000 horas-hombre para construir un Mitsubishi A6M Reisen. Después de la inspección, se le dijo a Nakajima que hiciera dos pequeños ajustes al Kitsuka. El primero involucró el parabrisas. Originalmente, el parabrisas delantero era redondeado, pero ahora se deseaba que tuviera paneles planos. Este cambio puede haber sido sugerido para permitir la instalación futura de una mira de pistola reflectora porque dicha vista requiere paneles planos para evitar problemas de visión debido a la distorsión del dosel. La segunda alteración fue hacer que el dosel se deslizara hacia atrás en lugar de abrirse hacia un lado. Al final de la reunión, se le dijo a Nakajima que detuviera todo el trabajo en el Nakajima J5N1 Tenrai y también se le informó a la compañía que podían esperar que el Nakajima G8N1 Renzan también fuera cancelado. Estos cambios en la producción y el desarrollo se realizaron para acelerar la próxima producción del Kitsuka. A finales de enero también se completó el borrador del diseño final del Ne 20 y casi de inmediato se comenzó a trabajar para construir el primer motor. La División de Motores Aero de Kūgishō proporcionó 400 máquinas-herramienta e ingenieros y trabajadores comenzaron a trabajar día y noche para realizar el Ne 20.
Febrero de 1945 se abrió con los muelles navales japoneses en Singapur atacados y destruidos por bombarderos B-29 junto con los continuos combates en Filipinas. Se solicitó una segunda inspección del Kitsuka el 10 de febrero. Presentes en la inspección, entre los otros ingenieros y personal de Kūgishō, estaban el Comandante Técnico Iwaya y el hombre que estaba destinado a volar el Kitsuka, el Teniente Comandante Susumu Takaoka. El Kitsuka recibió la aprobación final y la producción debía comenzar de inmediato, incluso antes de que el Kitsuka hubiera sido probado en vuelo. Los primeros cinco aviones Kitsuka, del N ° 1 al N ° 5, iban a servir como prototipos y ninguno estaría equipado con blindaje o tanques de combustible autosellantes. Además, los dos primeros aviones no estarían equipados con el aparato de transporte de bombas. Febrero también vería el Ne 12B probado por primera vez.
Desafortunadamente para Kitsuka, el bombardeo de EE. UU. Aseguró que la producción no transcurriera sin problemas. Debido al número cada vez mayor de ataques contra los centros industriales de Japón, se consideró que era solo cuestión de tiempo antes de que la planta de Nakajima Koizumi atrajera la atención de los bombarderos estadounidenses. Por lo tanto, el 17 de febrero, el personal de ingeniería de Kitsuka se trasladó a Sano en la prefectura de Tochigi. A pesar del movimiento, una parte considerable de la construcción del componente Kitsuka permaneció en Koizumi mientras que las alas, el ensamblaje de la cola y la parte central y trasera del fuselaje fueron construidas por Kūgishō en Yokosuka. Ante nuevos bombardeos, la producción se dispersó entre las fábricas de gusanos de seda y los edificios de la prefectura de Gunma (al noroeste de Tōkyō).
Marzo llegó con una llamarada de humo y fuego mientras Estados Unidos intensificaba su campaña de bombas incendiarias contra las ciudades de Japón. Tōkyō y Nagoya eran objetivos particulares, las ciudades en llamas iluminaban el cielo nocturno. El 26 de marzo, el primer motor Ne 20 fue probado con éxito desde una cueva en un acantilado en Yokosuka. Con el éxito del Ne 20, el equipo de ingeniería de Kitsuka comenzó a considerar seriamente la sustitución del Ne 12B por el Ne 20. Estaba claro que el Ne 20 superó al Ne 12B y, en base al mayor potencial de empuje, se decidió que el Kitsuka debería usar el Ne 20 incluso si eso significaba un retraso más largo mientras el motor estuviera disponible. Aunque la producción actual de Kitsuka aún no incluía los montajes del motor, se requirió una revisión de los planes de diseño de la aeronave para acomodar el Ne 20. Para el 31 de marzo, estas revisiones se completaron y el programa Kitsuka entró en una etapa de finalidad.
Con el Kitsuka revisado, algunas de las especificaciones se ajustaron de la siguiente manera:
Velocidad máxima: 620 km / h (385 mph) con una bomba de 500 kg (1,102 lb) al nivel del mar
Alcance: 351 km (218 millas), al nivel del mar, a plena potencia
Carrera de despegue: 500 m (1640 pies) con dos botellas RATO de 450 kg (992 lb)
Velocidad de aterrizaje: 92 km / h (57 mph)
Carga de bomba: 500 kg (1,102 lb) como de costumbre con la capacidad de transportar una bomba de 800 kg (1,763 lb); un bastidor Tipo 3 se usaría para la bomba más grande
Protección: Reduzca el grosor del vidrio a prueba de balas a 50 mm y agregue 12 mm de blindaje en la parte delantera de la cabina, mientras que los tanques de combustible incorporarían un sistema automático de extinción de incendios.
Los ingenieros que trabajaban en el Ne 20 encontraron que, aunque la prueba inicial del motor fue un éxito, había muchos problemas que resolver. Al principio, las cuchillas eran propensas a agrietarse, pero esto se superó pronto. Se instaló un arrancador eléctrico en el rotor del compresor que podía hacer girar el motor a 2250 rpm; el motor alcanzaría las RPM máximas dentro de los 10-15 segundos posteriores al arranque del motor. Se utilizó gasolina para arrancar el motor y, una vez en funcionamiento, el combustible se cambió a un destilado de raíz de pino con un 20-30% de gasolina. Lo que se estaba convirtiendo en un problema era cómo colocar el cono de la cola. El teniente comandante Osamu Nagano y su equipo, junto con el capitán Tokiyasu Tanegashima, trabajaron para perfeccionar el Ne 20. El empeoramiento de la situación de los bombardeos hizo que el equipo Ne 20 se trasladara a Hadano en la prefectura de Kanagawa, a tres horas de Yokosuka.
Arte de MUNEO HOSAKA
Instalado en los almacenes de una fábrica de tabaco, el grupo Ne 20 estaba formado por 10 agentes y 200 hombres. Aquí, se crearon dos estaciones de prueba de banco y continuaron el desarrollo y las pruebas de Ne 20. El proceso reveló numerosos defectos. En una etapa se encontró que la presión del compresor de flujo axial era demasiado baja. Nagano llegó a la conclusión de que la curvatura de los estatores no era correcta, por lo que los sacó, los dobló sobre un yunque y luego los reinstaló. Estos fueron probados en el segundo Ne 20 que se construirá. Sin embargo, surgió otra dificultad con los cojinetes de empuje del compresor, que se quemaba muy rápidamente. Nagano resolvió el problema revisando los rodamientos y los anillos de los rodamientos. Un problema que reapareció fue el agrietamiento de la cuchilla. Las hojas estaban hechas de acero al manganeso-cromo-vanadio y no de la aleación de níquel más adecuada. A continuación, estas palas se soldaron al disco y, como tales, las palas no tenían la fuerza para soportar las tensiones de funcionamiento del motor. Después de una o dos horas de funcionamiento, aparecerían grietas en las raíces de la cuchilla en el punto donde se conectaban al disco. La solución fue engrosar las palas, pero esto redujo la eficiencia del motor. Sin embargo, el Ne 20 pudo funcionar durante cuatro o cinco horas antes de que aparecieran las grietas y, aunque el motor podría haber funcionado más tiempo, no había garantía de cuándo ocurriría la falla de la cuchilla. Con estos resultados mejorados, se comenzó a trabajar para producir una pequeña cantidad de motores.
El 25 de abril de 1945 vería completado el primer fuselaje de Kitsuka. A continuación, se sometió a pruebas de esfuerzo y carga que comenzaron el 20 de mayo, pero con la estipulación de que el fuselaje no debía sufrir daños durante las pruebas. Nakajima estaba programado para producir 24 aviones Kitsuka en junio de 1945 y con la disponibilidad de seis motores Ne 20. En la superficie, el proyecto Kitsuka parecía estar avanzando. La realidad fue una historia muy diferente.
El 13 de junio, el vicealmirante Wada celebró una reunión para discutir el Kitsuka. Wada abordó una serie de cuestiones que se estaban volviendo problemáticas. El programa G8N1 Renzen de Nakajima tuvo que detenerse para liberar la capacidad de producción del Kitsuka como avión de ataque especial y como interceptor. Más preocupante era que a menos que se conservaran las existencias de aluminio, el suministro se agotaría en septiembre de 1945. En el mejor de los casos, incluso con la conservación, para fines de 1945 no habría más aluminio disponible. Como resultado, solo quedaría acero y madera y el uso de tales materiales habría provocado, nuevamente, una revisión del diseño de Kitsuka. El golpe final fue que los combustibles de aviación de alto grado solo estarían disponibles para la serie de motores radiales Homare. Todos los demás motores, incluido el Ne 20, tendrían que arreglárselas con combustible de peor calidad. Esto, junto con una derrota tras otra para el ejército japonés, arrojó una nube muy seria sobre el proyecto Kitsuka y algunos ya no vieron el valor de continuar con el avión. Otros, sin embargo, tenían un fuerte deseo de que el Kitsuka se completara porque pondría a Japón en la era del jet.
El 25 de junio de 1945, se completó el primer Kitsuka pero sin sus motores. Aunque externamente el Kitsuka se parecía al Me 262, eso era todo. Las alas del Kitsuka tenían un barrido total de 13 °, la línea central de las alas estaba a 9 °. Las ranuras de la punta del ala eliminaron la pérdida de la punta descubierta durante las pruebas en el túnel de viento y se instalaron flaps divididos y alerones inclinados para compensar la pesada carga del ala. Se utilizaron aspas aerodinámicas de la serie K de Nakajima: una superficie aerodinámica K 125 en la raíz del ala y una superficie aerodinámica K 309 en la punta del ala. Las alas eran de construcción de doble larguero con nueve nervios de soporte principales, todos cubiertos con revestimiento de acero y duraluminio. Se utilizaron bisagras de aleta Mitsubishi A6M Reisen en las aletas del borde de salida y las puntas de las alas se fabricaron con láminas de madera y acero. El ala exterior se dobló hacia arriba. El Kitsuka tenía una ligera forma de ala de gaviota gracias a un diedro de 5 ° del tramo central y un diedro de 2 ° del ala exterior. Todas las superficies de control estaban cubiertas de tela. El fuselaje tenía una ligera forma triangular, estando compuesto por tres secciones (nariz, sección central y popa). La sección central tenía la envergadura del ala central incorporada y gran parte de esta y las otras dos secciones se construyeron con chapa de acero debido a la falta de duraluminio en cantidad. Veinticuatro mamparos estaban contenidos dentro del fuselaje completo con dos mamparos que se unían donde se unían cada sección, que luego se atornillaban para completar el fuselaje. Se instalaron dos depósitos de combustible, uno delante y otro detrás de la cabina. La cola del Kitsuka era bastante convencional y la línea del fuselaje de popa se mantenía alta para que el estabilizador no se viera afectado por la salida del chorro. Para el tren de aterrizaje del triciclo, el tren principal (para incluir el sistema de frenos) de un Mitsubishi A6M Reisen se modificó para adaptarse al Kitsuka y las ruedas de 600 mm x 172 mm se retrajeron en el ala. La rueda de nariz de 400 mm x 140 mm se tomó de la rueda trasera de un Kūgishō P1Y Ginga y se replegó hacia la parte trasera de la nariz.
Después de ensamblar, el Kitsuka se desarmó, se cargó en camiones y se trasladó a la planta Koizumi de Nakajima, donde lo esperaban dos motores Ne 20. Para el 27 de junio, el Kitsuka se había vuelto a armar y los motores instalados, y dos días después se habían completado las comprobaciones de peso y equilibrio. Luego, el Kitsuka fue declarado listo para las pruebas de vuelo. El 30 de junio de 1945, ambos motores Ne 20 del Kitsuka se pusieron en marcha y funcionaron durante un breve período. Las pruebas de vuelo no se pudieron realizar en el aeródromo de Koizumi porque la pista era demasiado corta y tenía muchas restricciones de aproximación. La base aérea de Misawa (Misawa Hikōjō), en la prefectura de Aomori, a 684 km (425 millas) al norte de Tōkyō, también se consideró ya que tenía aproximaciones abiertas y rara vez la visitaban los cazas aliados de largo alcance. Sin embargo, por la gran distancia se descartó. Finalmente, se decidió que el aeródromo de la Base Aérea de Kisarazu (Kisarazu Hikōjō) sería la ubicación del primer vuelo porque estaba mucho más cerca de Yokosuka que Misawa. Una vez más, el Kitsuka fue desmontado, cargado en camiones y trasladado al aeródromo de Kisarazu, adyacente a la bahía de Tōkyō.
A su llegada, el Kitsuka se volvió a montar y se preparó para su primer vuelo. Desafortunadamente, el 14 de julio, durante las pruebas del motor, se ingirió una tuerca suelta que rompió por completo las palas de uno de los compresores. El daño al motor fue tan extenso que las reparaciones simplemente no fueron posibles y el reemplazo fue la única opción. Esto retrasó el vuelo durante muchos días. Mientras se reparaba el Kitsuka, el personal del 724 Kōkūtai, que había sido designado una unidad de ataque especial y que haría volar al Kitsuka en servicio, se había reunido en Yokosuka después de su formación el 1 de julio de 1945. El 15 de julio, el nuevo La unidad se trasladó a la Base Aérea de Misawa donde comenzó a entrenar utilizando bombarderos portaaviones Aichi D3A1 y D3A2 (conocidos como Val para los Aliados), que habían sido relegados al rol de entrenamiento.
El 27 de julio, el teniente Wada realizó con éxito algunas pruebas de taxi con el Kitsuka. Las pruebas de taxi de alta velocidad, sin embargo, fueron preparadas por el piloto de pruebas designado por Kitsuka, el teniente comandante Susumu Takaoka. Dos días después de las pruebas iniciales de rodaje, Takaoka corrió el Kitsuka a 129 km / h (80 mph) y luego aplicó los frenos para probar su efectividad. Encontró que su poder de frenado no era adecuado, aunque sintió que el problema no era tan grave como para detener las pruebas de vuelo. Las pruebas en tierra finalmente se completaron el 6 de agosto, la misma fecha en que Hiroshima fue devastada por la bomba atómica "Little Boy" lanzada desde el B-29 "Enola Gay". La noticia de esta huelga pronto llegó a los equipos, técnicos e ingenieros de Kitsuka.
El 7 de agosto de 1945 vería excelentes condiciones de vuelo y el Kitsuka estaba listo para volar. Los informes meteorológicos indicaron un viento suroeste de 24 km / h (15 mph) y un viento cruzado que soplaba desde la derecha a través de los 1.692 m (5.550 pies) de longitud de la pista 20 que apuntaba hacia la bahía de Tōkyō. A la Kitsuka solo se le dio una carga parcial de combustible para mantener el peso a 3,150 kg (6, 945 libras); esto permitió aproximadamente 16 minutos de tiempo de vuelo. No se instalaron botellas RATO para poder evaluar las características de despegue de la aeronave. Takaoka subió a la cabina y se preparó para despegar. A su señal, los turborreactores Ne 20 se pusieron en marcha y pronto estaba rodando hacia el inicio de la pista. Una vez allí, extendió los flaps a 20 ° y mantuvo los frenos puestos. Para no causar un bloqueo del compresor, Takaoka lentamente aflojó los aceleradores del motor hacia adelante y cuando ambos habían alcanzado las 11,000 rpm, soltó los frenos y la Kitsuka comenzó a rodar. Veinticinco segundos más tarde y después de una carrera de 725 m (2378 pies), el Kitsuka despegó y entró en los libros de historia como el primer avión japonés en volar.
A 610 m (2000 pies), Takaoka se niveló. Se le ordenó no retraer el tren de aterrizaje ni superar los 314 km / h (195 mph). Como piloto de pruebas, estaba acostumbrado a escuchar el rugido de un motor de avión convencional y utilizaba ese ruido como un medio para detectar problemas. Sin embargo, Takaoka no estaba preparado para el gemido de los turborreactores que no le decían casi nada fuera de lo que informaban sus instrumentos. Rodeó el aeródromo de Kisarazu, manteniéndolo a la vista en caso de una falla y debido a que la velocidad del aire seguía aumentando, Takaoka tuvo que acelerar constantemente para evitar exceder el límite de velocidad de marcha hacia abajo. Una breve prueba de la sensibilidad del control mostró que el timón estaba rígido, los alerones pesados pero estaban funcionando y los elevadores respondían demasiado. Cuando se acabó el tiempo de vuelo, Takaoka se mostró cauteloso sobre cómo aterrizaría. No quería dejar caer los turborreactores por debajo de las 6.000 rpm, ya que eso corría el riesgo de un apagón del que probablemente no se recuperaría a tiempo. Por lo tanto, eligió una caída larga y poco profunda, bajó sus flaps 40 ° y bajó los turborreactores a 7.000 rpm. En el momento del aterrizaje, solo necesitó un frenado moderado para detener el Kitsuka usando solo un poco menos de 610 m (2,000 pies) de pista. Takaoka llevó al Kitsuka de regreso a la rampa en medio de una multitud de hombres que lo vitoreaban. El tiempo total de vuelo fue de 11 minutos. En su informe inmediato sobre el vuelo, Takaoka declaró que no había experimentado problemas con los motores y no tenía recomendaciones para mejorar la aeronave. Durante su interrogatorio, los técnicos habían quitado las carcasas de los turborreactores Ne 20 y habían examinado cada motor. No encontraron fallas y, por lo tanto, dieron autorización a Kitsuka para otro vuelo, programado para el 10 de agosto de 1945.
Para el segundo vuelo, se almacenó más combustible y se utilizaron botellas RATO; esto permitiría un vuelo más largo y probaría las unidades RATO como propulsores. Takaoka volvería a pilotar el Kitsuka. Antes del vuelo, Takaoka examinó las botellas RATO que estaban colocadas en la parte inferior del fuselaje y encontró fallas en el ángulo en el que estaban colocadas. Sin embargo, ajustarlos habría llevado demasiado tiempo y, por lo tanto, en lugar de 800 kg (1,763 lb) de empuje, las botellas se redujeron a 400 kg (881 lb) cada una.
El día del segundo vuelo, el poder aéreo aliado estaba muy activo y cualquier intento de vuelo estaba destinado a ser visto poniendo en peligro a los Kitsuka. En consecuencia, se decidió esperar hasta el día siguiente, el 10 de agosto. Sin embargo, sería recordado por la redacción del Rescripto Imperial sobre la Terminación de la Guerra por parte del gabinete japonés a instancias del Emperador Hirohito, aunque la población no tenía conocimiento de esto.
El 11 de agosto de 1945 compartió un patrón meteorológico similar al día en que el Kitsuka había volado por primera vez. La diferencia era que habían llegado varios funcionarios de alto rango de la IJN y la IJA para presenciar el segundo vuelo. Una vez más, Takaoka subió a la cabina del piloto, hizo una señal para que arrancara el motor y se dirigió a la pista. Como antes, extendió los flaps 20 °, y después de recibir la señal de despegue, lentamente abrió los aceleradores hasta que los motores alcanzaron las 11,000 rpm antes de soltar los frenos y el Kitsuka rodó hacia adelante. A los cuatro segundos del despegue, Takaoka activó las unidades RATO. Inmediatamente, la aceleración hizo que el morro del Kitsuka se levantara y la cola se estrellara contra la pista. Takaoka luchó por bajar el morro golpeando la palanca hacia adelante, pero no recibió respuesta de los ascensores de la aeronave. Las dos unidades RATO ardieron durante un total de nueve segundos y durante ocho de esos segundos Takaoka estuvo indefenso e incapaz de corregir la condición de nariz hacia arriba. Un segundo antes de que las unidades se quemaron, los ascensores finalmente entraron en vigor y el morro bajó con tanta fuerza que Takaoka estaba seguro de que el neumático delantero había explotado cuando tocó la pista. Takaoka sintió una sensación de desaceleración cuando el Kitsuka llegó a la mitad de la pista: su velocidad en ese punto era de 166 km / h / 103 mph. Un segundo después, con la sensación de desaceleración aún presente, Takaoka decidió abortar el despegue y cortó la energía a los motores. Desafortunadamente, el problema de los frenos que Takaoka había descubierto durante las pruebas de taxis de alta velocidad ahora volvió a perseguirlo.
A pesar de la aplicación máxima de los frenos, el Kitsuka no mostró signos de desaceleración y Takaoka se estaba quedando rápidamente fuera de la pista. Mientras se acercaba a una de las calles de rodaje, Takaoka apretó el freno izquierdo en un intento de hacer que el Kitsuka bajara su ala izquierda al suelo para reducir la velocidad (conocido como bucle de tierra). El morro del Kitsuka se giró levemente, pero esto puso al avión en un curso intensivo con un grupo de hangares y edificios. Takaoka invirtió el frenado, manteniendo el freno derecho. El Kitsuka regresó a la pista y, a pesar de que Takaoka apretó los frenos, fue en vano. La aeronave se quedó sin asfalto y cruzó los 100 m (328 pies) de césped antes de que el tren de aterrizaje se atascara en una zanja de drenaje y colapsara. El Kitsuka se deslizó a lo largo de su vientre hasta que finalmente se detuvo al borde del agua de la bahía de Tōkyō. El daño al Kitsuka era extenso. Además del tren de aterrizaje destrozado, los dos motores Ne 20 resultaron gravemente dañados, habiendo sido sacudidos de sus monturas pero aún permanecieron unidos a las alas. Las evaluaciones iniciales sugirieron que el daño era tan severo que Kitsuka no podía repararse. En el lado positivo, la aeronave no se incendió y las causas del accidente se investigaron rápidamente. El Capitán IJN Itō, que estuvo presente durante el vuelo, agradeció que el Kitsuka no volara con el morro alto durante la quema de RATO. Si eso hubiera sucedido y una vez que las botellas de RATO se hubieran cortado, lo más probable es que el Kitsuka se hubiera estrellado contra el suelo. Una cámara cinematográfica capturó el vuelo y la película se reveló para ver si podía arrojar algo de luz sobre el accidente.
El 15 de agosto, se estudió la película del vuelo desafortunado, pero no resultó concluyente si el Kitsuka estaba en el aire una vez que se agotaron las botellas de RATO, como se sospechaba. Esto habría explicado el fuerte impacto del tren de aterrizaje delantero en la pista y la sensación de desaceleración que experimentó Takaoka. En cualquier caso, el Kitsuka nunca volvería a volar porque a las 12.00 pm se transmitió por la radio el Rescripto Imperial sobre la Terminación de la Guerra, poniendo fin a la Segunda Guerra Mundial.
El final de la guerra no vería realizado ninguno de los planes de producción de Kitsuka. Nakajima, a finales de diciembre de 1945, debía haber producido 200 Kitsukas. En realidad, Nakajima completó solo uno con 22 más en construcción. El Kyūshū Hikōki K.K. También a finales de año había producido 135 aviones Kitsuka, pero solo pudo comenzar la construcción de dos aviones, iniciada en julio de 1945, que quedó inconclusa al final de las hostilidades. Estaba previsto que un tercer productor, el Sasebo Naval Arsenal (Sasebo Kaigun Kōshō), comenzara la producción del Kitsuka en septiembre de 1945 y que 115 se completaran a finales de diciembre. La cuarta línea de producción iba a estar en el Arsenal Aéreo Naval de Kasumigaura con el comienzo de la construcción de Kitsuka programado para octubre de 1945; 80 aviones debían estar terminados a finales de diciembre.
Se planearon varias variantes del Kitsuka, ninguna de las cuales vería completarse con la capitulación. Uno de ellos era un entrenador de dos asientos. Dada la naturaleza del Kitsuka, se apreció que se necesitaría un entrenador para ayudar a la conversión de los pilotos acostumbrados a aviones con motor de pistón convencionales a las peculiaridades de un avión propulsado por turborreactor. Cinco de los fuselajes Kitsuka en producción por Nakajima fueron modificados al incluir una segunda cabina para el instructor. Fuera de la inclusión de la cabina adicional, se desconoce exactamente qué otros cambios se hicieron en el Kitsuka para acomodarlo. Si hubiera un paralelo al entrenador de dos asientos German Me 262B-1a, el tanque de combustible trasero se habría quitado para dejar espacio para la cabina del instructor. La solución alemana a la pérdida de combustible fue utilizar los dos portabombas delanteros para tanques de descarga. Se desconoce si Nakajima consideró el uso de tanques de caída (ya que los Kitsuka podrían usarlos) o simplemente aceptó la resistencia reducida por conveniencia. El entrenador de dos asientos sería la única variante del Kitsuka en llegar a la fase de producción.
Se planeó que algunos de los biplazas fueran modificados para funciones de reconocimiento. La cabina del instructor debía ser removida y reemplazada por un puesto de tripulación para un observador. Debía tener una radio Tipo 96 Modelo 3 a su disposición para usarla en la transmisión de información del objetivo a otras aeronaves. Se desconoce si se instalarían cámaras, pero no sería descabellado concluir que el observador al menos habría tenido una cámara de mano.
Se discutió una versión interceptora del Kitsuka, como se mencionó anteriormente, y se consideraron una serie de arreglos generales para ello. Uno de ellos fue la inclusión de un solo cañón Tipo 5 de 30 mm con 50 rondas de municiones instaladas en la nariz. Un segundo diseño consistió en presentar alas ampliadas y extendidas que incorporan flaps y ranuras de avance de doble filo. Un interceptor más definitivo fue reemplazar los motores Ne 20 con turborreactores Ne 130 o Ne 330. Se agregaría un segundo cañón en la nariz. Curiosamente, parece que si la IJA hubiera usado el Kitsuka, los cañones Tipo 5 serían reemplazados por dos cañones Ho-155 de 30 mm. Esto puede haber sido una solución provisional si el propio Ki-201 Karyū de la IJA no se materializó. Con el mayor peso, la estructura del Kitsuka, incluido el tren de aterrizaje, se habría fortalecido. Se concibió un modelo de cazabombardero para el interceptor definitivo al incluir un accesorio para una sola bomba de 500 kg (1,102 lb) u 800 kg (1,763 lb).
Como se planeó originalmente, se propuso un modelo de Kitsuka para misiones shimpū. Similar al Kitsuka tal como se construyó, esta versión debía llevar una bomba de 500 kg (1,102 lb), una bomba de 250 kg (551 lb) o dos cañones Tipo 99 de 20 mm. Con este último, se podría suponer que los cañones se utilizarían para la autodefensa y para disparar al objetivo antes de embestir la aeronave contra la víctima utilizando cualquier combustible y munición restante como elemento explosivo secundario. Una variante de este Kitsuka era utilizar un riel de lanzamiento de 200 m (656 pies) que Kūgishō había estado diseñando y que esperaban tener listo para las pruebas en septiembre de 1945. Usando un cohete propulsor, el Kitsuka dejaría el riel de lanzamiento a 220 km / h ( 137 mph) a una aceleración de entre tres y cuatro 'g'.
En lo que respecta al 724 Kōkūtai, con el final de la guerra nunca verían su avión Kitsuka. Se planeó que para noviembre de 1945 la unidad tendría su base cerca de Yokosuka en un sitio a lo largo de la península de Miura, al oeste de la bahía de Tōkyō. Se esperaba que para entonces la unidad hubiera recibido dieciséis Kitsukas. Además, la unidad debía utilizar uno de los puñados de hidroaviones de reconocimiento Kawanishi E15K1 Shiun (que significa 'Nube Violeta'; cuyo nombre en código es Norm por los Aliados), que fueron retirados del servicio activo tras su desastroso debut en combate en 1944. desde un puerto cercano, ubicaría los objetivos de envío, los marcaría y luego merodearía en el área para transmitir señales de radio. Los Kitsukas se lanzarían rápidamente y, mediante las señales de radio recibidas a través del sistema Kuruku, atacarían las naves a bajo nivel con bombas y tácticas de embestida. Si la versión de reconocimiento del Kitsuka hubiera entrado en producción, el 724 Kōkūtai la recibiría como reemplazo del mucho más vulnerable Shiun.
Finalmente, con el cierre de la guerra, ninguno de los sucesores de turborreactores proyectados para el Ne 20 entraría en producción. Un prototipo del Ishikawajima Ne 130 se había completado en junio de 1945, pero las pruebas estaban inconclusas cuando terminó la guerra. Nakajima comenzó el desarrollo del Ne 230 en mayo de 1945 y tenía tres en construcción en agosto de 1945. Sin embargo, ninguno de los motores se completó o probó. Mitsubishi no pudo construir un Ne 330, por lo que permaneció en el tablero de diseño.
Una nota sobre el uso del nombre Kitsuka en oposición al más común Kikka. Kitsuka es la traducción correcta de caracteres kanji. Sin embargo, se pronuncia "kikka". Kikka se usó en los informes de posguerra ya que fonéticamente se aproximaba a Kitsuka y, por lo tanto, se ha convertido en el nombre aceptado de la aeronave. Ninguno de los nombres es incorrecto. Además, algunas fuentes usan la designación J9Y1 (oa veces J9N1) para el Kitsuka. Si bien es lógico para la versión interceptora del Kitsuka, no hay evidencia en fuentes japonesas en tiempos de guerra que respalden la designación. También se puede encontrar la designación J8N1 utilizada, pero esto no es compatible.
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