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.
Boyd começava os combates dando vantagem aos seus oponentes, que iniciavam em sua posição 6h. Começado o combate, Boyd conseguia “frear” seu F-100 no ar, aplicando a manobra que ele batizou 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
Boyd começou 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 jatos F-86 Sabres. A tática dos pilotos americanos na Coreia era basicamente a do P-38 na Segunda Gerra, 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 fato 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.
Estudo Ataque Aéreo
Durante os anos 1950 os pilotos de bombardeiro 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 atômicas. 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 táticas. Todo mundo no governo dos EUA acreditava 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 por bombardeiros estratégicos.
A porção ar-ar do currículo do 3597th Flying Training Squadron não tinha quase nada. Não existia nem um manual de táticas e o treinamento era focado em tiro com canhão contra alvos rebocados por outras aeronaves.
Boyd foi aceito 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 Vietnã.
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 táticas e como manter o nariz do avião sobre o alvo usando os pedais num “dogfight”.
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 Treinamento”, “Pesquisa e Desenvolvimento” e a menos desejada divisão “Acadêmica”. O comandante da FWS Vernon “Sprad” Spradling colocou Boyd como chefe da divisão Acadêmica, mas só depois que Boyd teve garantias de que poderia “afinar” a parte de tática 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 pegou o curso de engenharia do Georgia Institute of Technology e decidiu escrever seu manual de tática 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 ano. Clique 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 tático da manobra para os pilotos novatos.
Isso tudo aconteceu quando a aviação de caça na USAF era uma espécie de bebê do SAC (Strategic Air Command) e quando os generais achavam que o “dogfight” tinha acabado.
Em uma 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 ativou os planos para a fabricação de um novo caça tático 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 táticas 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
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 ativando 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 objetivo 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?
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 projeto 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:
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.
Depois de desenvolver a Teoria E-M, o próximo objetivo de Boyd foi comparar os caças americanos com seus rivais soviéticos. Para isto, ele voou para a base de Wright-Patterson a fim de coletar 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 planejado 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.
No começo de 1965, Boyd foi para o Vietnã e brifou os pilotos de F-105 sobre táticas de caça. Depois disso, Boyd fez um tour pelas bases da Europa para dar palestras sobre a teoria E-M.
Por fim, ele brifou o 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 Vietnã
No Vietnã, 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 páreo 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 Vietnã 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 planejava 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 adotar um novo caça projetado para a Marinha em seu inventário, como aconteceu com o F-4 Phantom. Boyd foi levado ao Pentágono para salvar o projeto F-X da estratégia da Marinha.
F-X
O F-X tinha tido seu peso baixado para 28.735kg, mas ainda assim era pesado, muito complexo, muito caro e tinha uma asa muito pequena. A aeronave era planejada 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 projetado 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 adentro do espaço aéreo inimigo e sustentar um “dogfight”. Boyd estava feliz com um pequeno radar, mas o pessoal da eletrônica 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 projeto e antes do primeiro voo do protótipo.
O ano de 1967 foi o pior da USAF no Vietnã. 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 Vietnamitas. Depois da guerra, somente um piloto da USAF tinha o status de Ás (os outros dois eram WSOs), com 5 “kills”, enquanto o Vietnã 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 rotacionava 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 Vietnã 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 fato, a introdução dos mísseis requeria que os caças tivessem mais manobrabilidade que os anteriores, para escapar dos mísseis.
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 projeto. A aeronave voltou a ter 19.000kg de peso, com performance boa, mas inferior à planejada 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 projetado 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 projeto 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 Comitê House Armed Services dizendo que o futuro do F-X esbarrava no projeto de asas móveis (swing-wing).
O Comitê acabou não aceitando o projeto com asas móveis, e o F-X se transformou no caça F-15 Eagle. A USAF não precisou comprar outro projeto de caça da Marinha.
Apesar da popularidade do filme “Top Gun” de 1986, o projeto de geometria variável do F-14 Tomcat tornava-o pesado, suas turbinas eram fracas para seu tamanho e ele tinha pouca manobrabilidade.
Fighter Mafia
Um F-16 demonstra seu raio de curva
em comparação com um F-4E Phantom
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 projeto 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 projeto 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.
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.
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 Vietnã numa base secreta na Tailândia e partiu para lá em abril de 1972, quando o protótipo do projeto do caça leve foi aprovado.
Depois do caça F-86, os projetistas americanos desenvolveram uma crescente fascinação pela sofisticação nos caças, pela incorporação do avanço nas tecnologias. Mas as aeronaves foram se tornando cada vez maiores, com preços cada vez mais elevados e redução nos números da frota. Do P-51 ao F-15 Eagle, cada novo caça americano custou em média 2,4 vezes mais que seu antecessor, mas o F-15 em 15 anos de produção não atingiu 1/10 da produção de 15.000 Mustangs, fabricados em 1/3 do tempo.
O F-104 deveria ter se tornado o equivalente americano ao MiG-21, mas como o F-100 Sabre, acabou virando um caça-bombardeiro, ao invés de um caça “puro”, tarefa para a qual não obteve sucesso no Vietnã. A USAF acabou tendo que usar o caro e pesado Phantom II para enfrentar o ágil, leve e barato MiG-21.
O Phantom II tinha sido desenvolvido originalmente como interceptador para a Marinha dos EUA, jamais tinha sido imaginado como “dogfighter”. Sua aquisição pela USAF por imposição política era considerada anátema pela Força.
Sobre o Vietnã, os pilotos americanos não conseguiram repetir as “kill” rates favoráveis da Guerra da Coreia. Ao invés de 10:1 (mais recentemente revisada para baixo), a “kill rate” caiu para 3:1 e depois tornou-se favorável aos vietnamitas.
Parte do problema era o dogma de que os dias do “dogfight” tinham acabado e que os mísseis resolveriam todos os problemas.
Em 1965, a USAF começou a formular o conceito do seu Fighter Experimental (FX), que deu origem ao F-15 e o Advanced Day Fighter (ADF), que resultou no F-16.
O FX acabou ficando mais pesado para enfrentar o surgimento do MiG-25 Foxbat, capaz de atingir Mach 3. Para John Boyd, que teve forte influência no F-15, o caça acabou ficando mais pesado e não saiu como ele imaginava inicialmente.
Mas Boyd conseguiu influenciar com mais força o projeto do ADF, juntamente com Pierre Sprey, que trabalhava como assistente do Secretário de Defesa, como analista de sistemas. Os dois formavam a “Fighter Mafia”, juntamente com o piloto de testes Charles E. Meyers.
Segundo Boyd, “a manobrabilidade é um problema de energia”. Quando você manobra uma aeronave precisa de energia, pois perde-se energia ganhando altitude, velocidade ou ambos. Normalmente perde-se energia fazendo curvas.
O que acontece é que o arrasto supera o empuxo, e nesse ponto tem-se uma taxa de energia negativa. A taxa negativa tem que sair da altitude, velocidade ou de uma combinação das duas. Atinge-se um ponto, mesmo com usando “after-burner” (pós-combustor), no qual o arrasto é maior que o empuxo. Nessa situação de vetor negativo, multiplica-se o arrasto pela velocidade, e tem-se quanta energia é preciso para o caça se elevar.
Nasce o YF-16
A teoria E-M de Boyd mostrou que o FX necessitaria de um motor com uma razão potência-para-peso significativamente melhor que os projetos daquele tempo. O motor turbofan F-100 selecionado para o F-15, acabou também criando a possibilidade de equipar um caça leve monomotor com alta performance.Mas o pensamento tradicional da USAF antes de 1970 igualava peso leve com curto alcance. Em algum grau, isso era justificado pela tecnologia dos anos 1950 usada no MiG-21, que tinha “pernas curtas”.
No final dos anos 1960, Boyd e Sprey planejaram um caça designado F-XX, com peso de 25 mil libras (11.340kg), dedicado à superioridade aérea de alta persistência. Estudos posteriores conseguiram reduzir esse peso para 17.000lb (7.700kg).
O conceito de Boyd encontrou muita oposição, pois muitos o viam como uma ameaça ao pensamento tradicional e para o projeto do F-15 Eagle.
Em 1971, Boyd estava trabalhando para o Air Force Prototype Study Group. Consequentemente, ele pode empurrar o conceito num tempo em que os testes de voo competitivos de protótipos estavam retornando à voga, depois dos controversos pacotes de aquisição que resultaram no F-111.
O vice-secretário da Defesa David A. Packard conseguiu fazer o projeto LWF (Lightweight Fighter) sair da prancheta, seguindo os parâmetros definidos pelo secretário da USAF, Robert C. Seamans, que definiu que as verbas seriam limitadas, com metas de performance e especificações militares mínimas. Não havia garantia nenhuma de que encomendas seriam feitas.
Quatro contratos de US$ 100 milhões foram fechados para o Programa LWF em 1972, com a General Dynamics ficando com US$ 38 milhões para desenvolver e voar dois YF-16, enquanto a Northrop ficou com US$ 39 milhões para dois protótipos do rival YF-17.
A Pratt & Whitney também recebeu para desenvolver uma versão modificada do turbofan F100 e a General Electric para o novo motor YF101.
Quando a USAF submeteu a RFP à indústria para o LWF, ela especificou três objetivos: o projeto resultante deveria explorar totalmente as vantagens das tecnologias emergentes, reduzir os riscos de incertezas envolvendo o desenvolvimento e a produção em escala do novo caça e prover o DoD com uma variedade de opções tecnológicas que satisfizessem as necessidades de hardware dos militares.
Ao invés de tentar superar os dados técnicos dos caças russos, a USAF decidiu otimizar o LWF para altitudes operacionais de 30 a 40 mil pés (9 a 12 mil metros) e velocidade de Mach 0.6 a 1.6, sem tentar igualar a performance do MiG-25 Foxbat.
O LWF não foi projetado tendo em vista o canto superior direito do envelope de performance, mas para uma vasta gama de condições de voo, com ênfase em taxa de curva, aceleração e alcance. Esta combinação de parâmetros permitiriam ao caça interceptar e engajar o MiG-21, MiG-23, Su-7 e o Su-24.
Decola o LWF
O LWF tinha metade do peso do F-15, custo muito mais baixo, pequeno tamanho e alta performance em velocidades abaixo de Mach 1.6 e altitudes abaixo de 40 mil pés.
A indústria reconhecia que apesar da hostilidade da USAF, as variantes do LWF tinham grande potencial de exportação pelo FMS, incluindo a substituição do F-104 na Europa. Projetos da Boeing, General Dynamics, LTV, Northrop e Rockwell foram apresentados.
A Northrop propôs um projeto de dois motores, de olho num projeto de desenvolvimento para substituir o F-5 como caça de exportação. Os projetos da Boeing e a General Dynamics eram claramente os líderes desde o começo e o projeto da Northrop o mais fraco dos seis.
Mas no meio do processo da competição, alguns compradores potenciais do exterior manifestaram preocupação em comprar aviões monomotores, por causa do recorde de acidentes do F-104. A USAF então decidiu que um dos dois competidores finalistas deveria ter dois motores. A Northrop era a única competidora com um projeto bimotor e foi selecionada por “default”.
Quando a General Dynamics teve seu projeto selecionado por mérito, a Boeing ficou um pouco irritada com sua derrota, devido à mudança de regra no meio da competição pela USAF, mas não protestou da decisão.
Dos dois projetos sobreviventes, agora designados General Dynamics YF-16 e Northrop YF-17, o último era um projeto relativamente convencional, até um certo ponto uma ampliação do F-5, enquanto o YF-16 era um desenho completamente novo, incorporando muitas tecnologias inovadoras, que iam além do caro F-15. Entre elas:
- Fly by Wire. O YF-16 não tinha conexão direta entre o piloto e as superfícies de controle da aeronave. Ao invés disso, o manche e os pedais eram conectados a computadores quádrulos redundantes que diziam aos profundores, ailerons e leme o que fazer. Isto dava várias vantagens em relação aos antigos sistemas. Tinha resposta mais rápida, automaticamente corrigindo rajadas e termais sem esforço do piloto. Podia ser programado para compensar problemas aerodinâmicos e voar como um avião ideal. E, mais importante, possibilitou uma forma segura de voar um projeto de instabilidade controlada.
- Estabilidade negativa. Todos os projetos anteriores eram aerodinamicamente estáveis, isto é, o centro de gravidade era bem na frente do centro de sustentação e do centro de pressão (arrasto). O YF-16 foi o primeiro caça aerodinamicamente instável. Com o centro de gravidade bem atrás, a tendência do avião é elevar o nariz e baixar a traseira. O voo nivelado é criado com o profundor elevando a traseira, trabalhando junto com as asas ao invés de ir contra elas, reduzindo o arrasto. A aeronave está sempre no limite do voo controlado, com uma tendência de nariz para cima, que é controlada pela fly-by-wire.
- Altas cargas “G”. Os caças anteriores tinham um limite de 7Gs, principalmente pela limitação humana, mesmo com o emprego de trajes G. Mas o assento do piloto do YF-16 foi reclinado 30 graus, muito além dos 13 graus convencionais. Assim, a habilidade dos pilotos de suportar Gs foi elevada a 9Gs, reduzindo a distância vertical entre o coração e a cabeça. Adicionalmente, o tradicional manche central foi substituído por um lateral, com o braço do piloto sendo apoiado para suportar o peso 9 vezes maior que o normal.
- Visão do piloto. Em adição à visão 360 graus e visão lateral sem precedentes, o canopy do YF-16 foi projetado sem arcos frontais no hemisfério frontal.
- Prevenção de crescimento: Tradicionalmente, espaço para crescimento era considerado um ativo. Caças adquiriam peso à medida que novas capacidades era adicionadas, o custo subia e a performance caía. O F-15 foi feito com espaço de sobra para crescimento, já o YF-16 foi feito propositadamente para não crescer.
- Raio de combate e persistência: A General Dynamics escolheu uma turbina turbofan, essencialmente a mesma do F-15. Usando uma só turbina ajudou a reduzir o peso e o arrasto. Usando um turbofan ao invés de jato puro, obteve alta eficiência no consumo de combustível. Adicionalmente, os projetistas criaram um design “blended body”, com a asa gradualmente engrossando na raiz e fundindo-se com a fuselagem, sem a junção visível usual. Essa solução criou espaço para combustível. Com uma alta fração de combustível e motor de alta eficiência, o YF-16 quebrou o preconceito que dizia que aeronaves pequenas tinham pouco alcance.
- Integração com radar: O YF-16 não levava mísseis guiados por radar, só mísseis guiados por calor de alcance visual. Seu pequeno tamanho e espaço limitavam o alcance do seu radar. Entretanto, foi equipado com um pequeno radar avançado, com excelente capacidade “look-down”. Mais importante ainda era a integração do radar para o combate visual, que projetava uma imagem no HUD mostrando exatamente onde estava localizado o alvo.
O competidor YF-17 que era maior que o YF-16, tinha dois motores a jato puro, mas sua aceleração era melhor, pois o “fan” tem um “delay” maior para sair do “idle” para “full power”.
A Northrop argumentava que seu projeto de dois motores tinha mais segurança, citando a experiência do F-5. A USAF não foi persuadida, em parte porque um avião de dois motores que perde um motor em combate é praticamente inútil e a probabilidade de falha no motor dobra quando se tem dois deles.
O caça de mais alta performance, com melhor manobrabilidade transiente, maior alcance e mais baixo custo saiu vencedor e em 1976, o YF-16 foi escolhido no lugar do YF-17.
A USAF estava então numa posição desconfortável de ter um projeto de caça leve que podia manobrar mais e ter maior alcance que seu “orgulho e jóia”, o F-15 de superioridade aérea. Em condições de combate reais, em velocidades de Mach 1.2 ou abaixo, o F-16 tinha uma significativa vantagem sobre o F-15. Até certo ponto, o problema foi resolvido com a designação do F-16 como “swing fighter”, para as funções ar-ar e ar-solo, enquanto o F-15 continuou com a missão puramente ar-ar.
Provavelmente o maior ativo do F-16 no seu desenvolvimento foi sua grande impopularidade com o “establishment” da USAF. Sabendo que seu avião estava em constante ameaça de ser cancelado, os engenheiros da General Dynamics foram inspirados a fazer todo o possível para manter a performance e prevenir o crescimento. Por exemplo, o F-15 tinha aproximadamente 25% de titânio, o F-16 foi limitado a 2%. Foi usada também uma entrada de ar fixa para baixar o custo, embora uma variável pudesse dar melhor performance acima de Mach 1.5.
O F-16 foi desde então um sucesso em todos os sentidos. A USAF o utilizou pesadamente e com sucesso em missões ar-solo na Guerra do Golfo de 1991 e em todos os outros conflitos. A Força Aérea de Israel também teve grande sucesso no seu emprego.
O conceito original de caça diurno foi perdido antes do início da produção em série, com a fuselagem sendo estendida como a versão biplace, com capacidade ar-solo adicionada. Ao longo das versões produzidas, o F-16 foi se tornando maior, mais pesado e mais capaz, incluindo o míssil AMRAAM e mais ponto duros para armas. Mesmo assim, ele não ganhou tanto peso quanto poderia ganhar e desse modo o trabalho de John Boyd não foi em vão.
E o YF-17?
O Northrop YF-17 (apelidado de Cobra) foi aproveitado na nova competição VFAX. Ele acabou se
transformando no F/A-18 Hornet e foi adotado pela US Navy e pelo US Marine Corps, para substituir o A-7 Corsair II e o F-4 Phantom II, complementando o F-14 Tomcat.
Alguns criticaram a Marinha, que outrora “forneceu” caças à Força Aérea e agora tinha selecionado o perdedor da concorrência da USAF.
O projeto original, que seguiu o conceito de caça leve idealizado por John Boyd, ironicamente acabou crescendo até virar o F/A-18E/F Super Hornet dos dias atuais, que tem tamanho similar ao F-15. O Super Hornet acabou substituindo o F-14 no inventário da US Navy, onde realiza as tarefas de caça, avião tanque e guerra eletrônica.
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