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quinta, 11 outubro 2018 16:02

John Boyd, o piloto de caça que mudou a arte do combate aéreo Destaque

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 A foto abaixo mostra os dois caças que foram projectados segundo as ideias de um piloto chamado John Boyd. Não é à toa que o F-16 e o F-18 tornaram-se excelentes aviões de combate e ainda são considerados “benchmark” para outros projectos.

Durante os anos 1950, John Boyd era muito conhecido na aviação de caça nos EUA. Seu apelido era “Forty-Second Boyd” ou “Boyd Quarenta Segundos”, porque ele desafiava outros pilotos em combates aéreos de 40 segundos contra o seu Sabre F-100, oferecendo US$ 40 caso fosse derrotado.

Como instrutor da Fighter Weapons School (FWS), Boyd lutou contra pilotos da USAF, dos Marines e da US Navy e contra pilotos de outros países, que recebiam treinamento pelo Defense Assistance Pact. Mas nunca foi vencido.

Boyd começava os combates dando vantagem aos seus oponentes, que iniciavam na sua posição 6h. Começado o combate, Boyd conseguia “travar” o seu F-100 no ar, aplicando a manobra que ele baptizou de “flat-plating the bird”, obrigando o oponente a ultrapassá-lo (overshoot), finalizando o desafiante com uma rajada certeira e com “guns, guns, guns” no rádio. O mito do “Forty-Second Boyd” irritou por muito tempo os pilotos de caça.

Na Coreia

MiG-15-versus-F-86

Boyd começou a sua participação tarde na Guerra da Coreia, onde só conseguiu avariar um MiG-15 em combate. Mas ele era considerado o melhor no seu esquadrão e nos voos durante o conflito, aprendeu a razão da vantagem do F-86 sobre o MiG-15.

Os pilotos americanos dominaram os céus da Coreia: a “kill rate” nos últimos meses da guerra chegou a 14:1 a favor do F-86 e no final 792 MiGs foram abatidos, para 78 jactos F-86 Sabres. A táctica dos pilotos americanos na Coreia era basicamente a do P-38 na Segunda Guerra, ou seja, eles mergulhavam sobre as formações de caças inimigas e evitavam entrar em “dogfight” com os MiG.

John Boyd posteriormente debruçou-se sobre a questão dos Sabre versus MiG-15, pois ficou perplexo pelo facto de que no papel o MiG-15 era superior ao F-86. Então qual a razão do F-86 ter sido tão superior na prática? Boyd reconheceu que o “canopy” em bolha do Sabre dava uma melhor consciência situacional (SA – Situation Awareness) aos pilotos americanos e os controles totalmente hidráulicos lhes permitiam uma transição de manobras ofensivas para defensivas mais rápida que os pilotos soviéticos.

Uma capacidade de observação melhor e uma agilidade maior foram as chaves para o sucesso dos pilotos de Sabre.

mig-15-f86-drw

Estudo Ataque Aéreo

Durante os anos 1950 os pilotos de bombardeiros da Segunda Guerra Mundial estavam comandando a USAF e a Força não tinha espaço para pilotos de caça. A Força atingiu o status independente em 1947 e estava centrada no conceito de bombardeiro estratégico.

A defesa nacional americana era baseada na doutrina de Eisenhower de “retaliação maciça”, com aeronaves e bombas atómicas. A USAF recebeu a maior porção do orçamento do Pentágono em 1961 e o Comando Aéreo Estratégico chefiado pelo general Curtis LeMay recebeu a maior parte da verba da USAF.

A missão primária da aviação de caça naquela época era a interceptação de bombardeiros inimigos e o lançamento de armas nucleares tácticas. Todos  no governo dos EUA acreditavam que a próxima guerra seria nuclear.

Da Coreia, John Boyd foi transferido para a Base Aérea de Nellis, que era o lugar mais movimentado nessa época na USAF, apesar da preferência da Força Aérea por bombardeiros estratégicos.

A porção ar-ar do currículo do 3597th Flying Training Squadron não tinha quase nada. Não existia nem um manual de tácticas e o treino era focado em tiro com canhão contra alvos rebocados por outras aeronaves.

Boyd foi aceite como aluno no curso de três meses da Fighter Weapons School. A FWS foi criada em 1949 em Nellis e foi predecessora da U.S. Navy Fighter Weapons School, mais conhecida como “Top Gun”. A escola da Marinha foi criada 20 anos depois, por causa dos resultados da Guerra do Vietname.

Em Fevereiro de 1956, na newsletter da Fighter Weapons School, Boyd publicou um dos seus mais raros escritos. o título era: “A Proposed Plan for Fighter Vs. Fighter Training”. Boyd escreveu sobre diferentes manobras tácticas e como manter o nariz do avião sobre o alvo usando os pedais num “dogfight”.

F-100

O ponto mais importante que Boyd estava tentando mostrar era um novo modo de pensar o combate aéreo: os pilotos não deveriam se concentrar apenas no movimento, mas também nos efeitos da velocidade e nas contramedidas que o inimigo faria quando a manobra estivesse completa.

Em meados dos anos 1950, a Fighter Weapons School tinha três divisões: a mais prestigiada “Operações e Treino”, “Pesquisa e Desenvolvimento” e a menos desejada divisão “Académica”. O comandante da FWS Vernon “Sprad” Spradling colocou Boyd como chefe da divisão Académica, mas só depois de Boyd ter garantias de que poderia “afinar” a parte de táctica do curriculum.

No final da década de 1950, Boyd escolheu ingressar no Air Force Institute of Technology (AFIT), um programa de bolsa de estudos da USAF. Ele tirou o curso de engenharia do Georgia Institute of Technology e decidiu escrever o seu manual de táctica antes de deixar a Fighter Weapons School.

No começo de 1960, Boyd terminou o estudo de 150 páginas chamado “Aerial Attack Study” que tornou-se o manual oficial de tática da USAF no mesmo anoClique aqui para baixar o manual original em PDF.

Boyd revolucionou as manobras básicas de combate aéreo compilando todas as manobras e contra-manobras num único manual. Somando-se às descrições técnicas das manobras, Boyd explicou o significado táctico da manobra para os pilotos novatos.

Isso tudo aconteceu quando a aviação de caça na USAF era uma espécie de bebé do SAC (Strategic Air Command) e quando os generais achavam que o “dogfight” tinha acabado.

Numa década, o “Aerial Attack Study” tornou-se o manual de forças aéreas do mundo todo. Ele mudou para sempre o modo como combate aéreo seria travado.

Estudo Energia-Manobrabilidade

Boyd tinha 34 anos de idade quando começou seus estudos no Georgia Institute of Technology no Outono de 1960. No ano seguinte John F. Kennedy tornou-se o presidente dos EUA e Robert McNamara o secretário da Defesa, que activou os planos para a fabricação de um novo caça táctico para a US Navy e para a Força Aérea e o general Curtis LeMay tornou-se o Air Force Chief of Staff.

O SAC tomou conta da USAF, ferindo a aviação de caça, mas isto serviu como fundamento para uma das maiores realizações de Boyd.

John Boyd estudou engenharia mecânica, que incluía termodinâmica, o estudo da energia. A segunda leia da termodinâmica (a lei da entropia) é especialmente interessante pois postula que num sistema fechado a desordem aumenta.

No inverno de 1962, Boyd numa conversa com um colega de classe Charles E. Cooper sobre as leis da termodinâmica sobre conservação e dissipação de energia, imaginou que elas poderiam ser aplicadas às tácticas dos caças.

Para Boyd, não era mais a velocidade nem a potência o que habilitava um piloto a manobrar melhor que o adversário. Era o nível de energia!

Se Boyd pudesse analisar o “dogfight” em termos de energia, ele poderia desenvolver equações para a performance de um caça.

Kennedy e McNamara

President_Kennedy_and_Secretary_McNamara_1962

Quando Boyd graduou-se no Georgia Institute of Technology foi transferido para a Base Aérea de Eglin, que era o lugar onde a USAF testava suas novas armas.

O presidente John F. Kennedy chegou à conclusão de que a doutrina de “retaliação maciça” aumentava a possibilidade de uma guerra convencional. Por isso ele decidiu que a América necessitava de uma abordagem mais balanceada para a guerra. Substituiu a doutrina de “retaliação maciça” pela “resposta flexível” e colocou a administração Kennedy em rota de colisão com os “generais bombardeiros” liderados por LeMay.

O secretário da Defesa Robert McNamara cancelou o programa do F-105 e obrigou a USAF a comprar o F-4 Phantom que tinha sido desenvolvido para a US Navy. A USAF então acabou activando o seu programa para um novo caça denominado F-X.

Boyd tinha sido promovido a major e durante seu tempo livre desenvolveu a teoria da energia, que agora ele chamava de “theory of excess power”. As pessoas começaram a chamá-lo de “Mad Major” e alguns achavam que ele não batia muito bem da cabeça.

Em Eglin, Boyd conheceu Tom Christie, cujo trabalho era livrar a USAF totalmente do Exército, pois a Força Aérea ainda usava as tabelas de bombardeiro do US Army. A tarefa de Christie era desenvolver novas tabelas.

Tom Christie compreendeu as ideias de Boyd com relação à energia cinética e energia potencial. O objectivo de Boyd era transformar o envelope de performance de um caça num gráfico. O que impressionou Christie foi o entusiasmo de  Boyd, que encarava sua ideia como uma missão que ele tinha que realizar.

Boyd mudou o nome de sua teoria para “Energy-Maneuverability” (Energia- Manobrabilidade). Ele começou o estudo com duas curvas de perseguição: quantos Gs seriam necessários para corrigir um ângulo de tiro e quanto a performance da aeronave seria degradada com isso?

Splash MiGs

Boyd precisava de um bocado de horas de computador para provar sua tese, mas ele era apenas um major e não poderia ter acessos aos computadores de Eglin. Foi aí que Tom Christie entrou para ajudar.

Eles desenvolveram as equações de Boyd usando o pequeno computador Wang de Christie e depois usaram um mainframe IBM 704 de Englin com os códigos de Christie, para usar o tempo valioso do computador de grande porte. Na verdade eles roubaram tempo de computação da USAF, pois o projecto de Teoria E-M não tinha um código de autorização oficial.

O núcleo da teoria E-M de Boyd era a razão potência e arrasto. Boyd queria saber quão rápido um piloto poderia ganhar energia quando ele empurrava a manete de um avião para potência máxima. Boyd queria normalizar a informação para que cada aeronave pudesse ser comparada, não importando seu peso.

Isto porque Boyd não queria comparar a energia total, mas sim a energia específica, que é a energia total dividida pelo peso. A mudança no nível de energia poderia ser estudada na base da diferença entre a potência disponível dos motores e o arrasto da aeronave.

A equação simples de Boyd para a energia específica em excesso (Ps) é potência (T) menos o arrasto (D) sobre o peso (W), multiplicado pela velocidade (V). Este é o cerne da teoria E-M que mudou o design e as táticas dos caças para sempre:

E-M Formula

O secretário da Defesa McNamara decidiu comprar o caça F-111 tanto para a USAF como para a US Navy. Esta aeronave era um mamute de 38,5 toneladas de peso e que usava tecnologia de geometria variável para aumentar e diminuir o enflechamento das asas em voo.

Em 1962, Boyd encontrou-se com o engenheiro da General Dynamics responsável pelo F-111, Harry Hillaker. Boyd reclamou com Hillaker que o F-111 tinha pouca potência e que o mecanismo de geometria variável era muito complicado para ser usado em voo e ainda era sujeito à rachaduras e fadiga.

Boyd já tinha feito alguns cálculos E-M do F-111 e sabia que a USAF estava prestes a cometer um erro, se adquirisse o F-111.

Boyd e Hillaker concordaram que eles iriam desenvolver um caça menor e mais manobrável. Observar no gráfico abaixo, que o F-16 supera em taxa de curva (graus/seg) o F-4 e o MiG-21 em todas as velocidades, à 11.000m de altitude. Isso foi conseguido graças à teoria de Boyd.

F-16, F-4 MiG-21 comparados

Depois de desenvolver a Teoria E-M, o próximo objectivo de Boyd foi comparar os caças americanos com seus rivais soviéticos. Para isto, ele voou para a base de Wright-Patterson a fim de recolher os dados da Divisão de Inteligência Estrangeira.

Boyd e seu amigo Christie começaram então a alimentar o computador IBM com dados de performance dos caças soviéticos. Boyd tinha planeado mostrar os gráficos das diferenças entre as taxas de energia dos caças americanos e russos.

Mas para espanto de Boyd, os gráficos mostravam que numa grande parte do envelope de performance, o caça soviético era superior às aeronaves de caça americanas.

O F-4 Phantom era muito pesado e não tinha uma área de asa grande para fechar nas curvas como o MiG-21 a grande altitude. O único lugar em que o F-4 poderia vencer o MiG-21 era em baixas altitudes e em alta velocidade.

A pior notícia porém era que o novo F-111 era inferior que qualquer aeronave soviética em qualquer velocidade e altitude. Quando Boyd terminou os gráficos, ele começou a falar com os pilotos de Eglin e voltou a Nellis para fazer o mesmo.

No começo de 1965, Boyd foi para o Vietname e falou com os pilotos de F-105 sobre tácticas de caça. Depois disso, Boyd fez um tour pelas bases da Europa para dar palestras sobre a teoria E-M.

Por fim, ele falou sobre a sua teoria com chefe do Tactical Air Command, General Walter Campbell Sweeney Jr e o General Bernard Schriever, chefe do Air Force Systems Command, para que os generais de quatro estrelas soubessem da pobre performance do F-111 comparado às aeronaves soviéticas.

No Vietname

F-4 no Vietnã

No Vietname, o F-105 e o F-4 Phantom eram as aeronaves erradas para as tarefas que estavam cumprindo. O F-105 estava sendo usado como avião de ataque, enquanto o grande e pesado F-4C estava sendo usado como caça e não era adversário para o MiG.

Boyd também mostrou que os mísseis ar-ar americanos Sparrow e Sidewinder  tinham uma performance sofrível e podiam ser facilmente evitados em manobras evasivas.

Na primavera de 1966, Boyd recebeu ordens de transferência para a Tailândia como piloto de F-4 Phantom, o que era justamente o que ele queria. A Guerra Aérea no Vietname estava quente, mas as forças americanas não estavam indo bem. Em 1965, os americanos tinham perdido 171 aeronaves.

Para diminuir as perdas, os F-4C receberam ordens para voar fazendo cobertura aos F-105s, mas o F-4C era muito grande e pesado para “dogfights” contra os mais manobráveis e ágeis MiG-21.

 

Não havia canhão no Phantom e o envelope de lançamento dos primeiros mísseis Sparrow e Sidewinder era tão pequeno, que um piloto tinha que ser extremamente proficiente para atingir a posição de tiro.

As ordens de Boyd para a Tailândia foram repentinamente suspensas e ao invés de ir para a guerra, ele foi enviado para o Pentágono no verão de 1966. O programa do caça F-X da USAF estava com problemas.

O problemático F-X perseguia a definição “Bigger-Higher-Faster-Farther” (“Maior, Mais Alto, Mais Rápido e Mais longe”) da USAF. A US Navy fez seu papel, quando os almirantes tiveram sucesso com o Secretário de Defesa McNamara, prometendo que a Marinha aceitaria o F-111, se ela pudesse continuar o desenvolvimento do motor TF30 e do míssil Phoenix.

A Marinha planeava testar a compatibilidade do F-111 com navio-aeródromo e depois recusar o avião, indo ao Congresso para dizer que já tinha um motor e míssil pronto e com o dinheiro alocado para o F-111, iria desenvolver um novo caça naval. Esse caça viria a se tornar o F-14 Tomcat.

A USAF corria o risco de ter que adoptar um novo caça projectado para a Marinha em seu inventário, como aconteceu com o F-4 Phantom. Boyd foi levado ao Pentágono para salvar o projecto F-X da estratégia da Marinha.

F-X

O F-X tinha tido seu peso reduzido para 28.735kg, mas ainda assim era pesado, muito complexo, muito caro e tinha uma asa muito pequena. A aeronave era planeada para ser um caça multifunção. Boyd queria um caça pequeno, de um só motor e muito manobrável, que tivesse uma relação peso-potência melhor que qualquer outro caça no mundo.

O F-X deveria perder e ganhar energia mais rápido que qualquer outro caça, para dominar os céus nas próximas décadas. O F-X foi o primeiro caça americano projectado mediante as especificações de manobra E-M, com o “dogfight” em mente. Boyd queria que o F-X fosse mais manobrável que qualquer caça inimigo, mas ele não definiu nenhum valor de performance com relação à velocidade ou capacidade de curva.

Ao invés disso, Boyd queria uma aeronave com alta relação peso-potência para atingir excelente aceleração. Ele queria uma grande asa com manobrabilidade e energia suficiente para desengajamento e separação e para retornar ao combate em vantagem.

Deveria haver combustível suficiente para voar bem dentro do espaço aéreo inimigo e sustentar um “dogfight”. Boyd estava feliz com um pequeno radar, mas o pessoal da eletrónica queria detectar um MiG a 40 milhas náuticas, o que resultava num disco de radar enorme e por causa disso, um alto arrasto aerodinâmico da fuselagem.

Boyd insistiu em ter um canhão interno. Seus cálculos mostraram que a performance aerodinâmica obtida com as asas móveis do F-111 eram anuladas pelo peso extra que o sistema trazia com ele, mas a USAF ainda insistia nessas asas.

A teoria E-M de Boyd permitiu pela primeira vez na história do desenvolvimento dos caças a análise de todo o envelope de manobra de um caça desde o projecto e antes do primeiro voo do protótipo.

O ano de 1967 foi o pior da USAF no Vietname. Estava claro que a Força Aérea não tinha um caça de superioridade aérea. A “kill rate” de 10:1 da Coreia caiu próxima da paridade e era até mesmo vantajosa para os Norte Vietnameitas. Depois da guerra, somente um piloto da USAF tinha o status de Ás (os outros dois eram WSOs), com 5 “kills”, enquanto o Vietname do Norte tinha 16 ases que eram veteranos de combate e lutaram no ar por anos.

A USAF continuou a tradição da Guerra da Coreia e rodava os pilotos para tarefas administrativas, depois de 100 missões. Por causa disso, pilotos de transporte e do SAC tinham que ser treinados para pilotar caças.

Em 1967, a União Soviética introduziu dois novos caças: o MiG-23 de asas móveis (geometria variável) e o rápido MiG-25. O MiG-23 não foi levado tão a sério pela USAF, mas o MiG-25 foi considerado uma grande  ameaça. Foi dito que o MiG-25 podia alcançar a velocidade de Mach 2.8 e isto aumentou a prioridade do programa F-X.

Depois da Segunda Guerra Mundial, a USAF afirmou que o tempo dos “dogfights” tinha terminado e que agora a guerra seria com mísseis e o apertar de botões. Mas o Vietname mostrou que John Boyd estava certo sobre as ineficiências do novo Sparrow e Sidewinder e que a USAF ainda precisava de caças com canhão. De facto, a introdução dos mísseis requeria que os caças tivessem mais manobrabilidade que os anteriores, para escapar dos mísseis.

F-15 prototype

O Tactical Air Command queria o F-X com velocidade máxima de Mach 3.0, o que iria afetar seriamente a capacidade de manobra da aeronave. Boyd insistiu na velocidade máxima de Mach 2.0, quando começou a perder a batalha pelo projecto. A aeronave voltou a ter 19.000kg de peso, com performance boa, mas inferior à planeada anteriormente.

O maior temor da USAF de que a US Navy não aceitasse o F-111B nas operações em navio-aeródromo tornou-se real. Os almirantes informaram que a Marinha já tinha projectado seu próprio caça chamado F-14 Tomcat e se o Congresso liberasse o dinheiro alocado para o F-111B, a Marinha iria fabricar o F-14 com ele.

A Marinha disse que a velocidade máxima do F-X era lenta em comparação com o MiG-25 e por isso o projecto do F-X deveria ser cancelado. Os almirantes disseram que o F-14 faria tudo muito melhor que o F-X e que a Marinha ficaria feliz em “ajudar” a USAF e venderia seu caça para a Força irmã.

A USAF enfrentou as acusações dizendo que a velocidade máxima do F-X era de Mach 2.5 e que combinada com o míssil AIM-7 Sparrow, seria suficiente para conter o MiG-25. Boyd realizou audiências no Comité House Armed Services dizendo que o futuro do F-X esbarrava no projecto de asas móveis (swing-wing).

O Comité acabou não aceitando o projecto com asas móveis,  e o F-X se transformou-se no caça F-15 Eagle. A USAF não precisou comprar outro projecto de caça da Marinha.

Apesar da popularidade do filme “Top Gun” de 1986, o projecto de geometria variável do F-14 Tomcat  tornava-o pesado, suas turbinas eram fracas para o seu tamanho e ele tinha pouca manobrabilidade.

Fighter Mafia

 

John Boyd não desistiu da sua visão de um pequeno caça altamente manobrável, com alta razão peso-potência. Ele sugeriu que a USAF deveria ter um avião de “backup”, caso o projecto do F-15 falhasse.

Boyd, o coronel Everest Riccioni e Pierre Sprey formaram a “Lightweight Fighter Mafia” para promover suas ideias no Pentágono. Boyd não estava feliz com a  maneira com que a USAF tinha mudado o projecto original do F-15.

Ele queria um projeto de caça simples diurno, com 9.000kg de peso, e com menos arrasto, com uma performance muito melhor que o F-15. Riccioni conseguiu a verba para que a Northrop desenvolvesse o estudo inicial do YF-17 e a General Dynamics o do YF-16.

YF-16

Enquanto isso, a mídia focava no alto custo do F-15 e na baixa performance do F-14 Tomcat. O governo Nixon pressionou o Secretário da Defesa Melvin Laird para colocar o sistema de aquisições militares na linha.

Laird deu a missão ao seu assistente David Packard, que aprovou o projeto do caça leve (lightweight fighter project). A USAF ativou oficialmente o projeto em dezembro de 1970. A “Lightweight Fighter Mafia” queria procedimentos realistas para a competição entre os protótipos. Ambos os caças teriam que voar em cenários realistas de combate contra caças MiG mantidos em segredo numa base no complexo de Nellis.

YF-17

Os estudos do caça leve mostraram que o caça teria melhor performance que o F-15 Eagle, mas esta informação deveria ser mantida em segredo, porque a Força Aérea não queria que o protótipo fosse superior ao F-15.

Em Abril de 1972, o Secretário de Defesa Laird aprovou a construção dos caças competidores. No final de 1971, Boyd recebeu ordens para ir ao Vietname numa base secreta na Tailândia e partiu para lá em Abril de 1972, quando o protótipo do projecto do caça ligeiro foi aprovado.

 

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