Windtunnels en het ontwerp van de F-16

Windtunneltesten

General Dynamics heeft voor het ontwerp van het prototype van de F-16 veel gebruik gemaakt van windtunnelmodellen en de expertise van Whitcomb. In de aanloop naar de Lightweight Fighter competitie tussen General Dynamics en Northrop zijn in 1.272 windtunneluren 78 verschillende configuraties getest. De windtunnelmodellen geven een goed inzicht in de ontwerpdilemma’s van Harry Hillaker, de hoofdontwerper van General Dynamics, en John Boyd de geestelijk vader van de Light weight Fighter. De belangrijkste variabelen die beproefd werden in de windtunnel waren:

• de vorm van de vleugel;
• de positie van de luchtinlaat;
• de positie en het aantal (één of twee) staarten;
• de vorm van de romp, het verloop van de romp in de vleugel;
• de bubble canopy.

Voor- en nadelen

Iedere ontwerpkeuze heeft uiteraard voor- en nadelen. Die moeten in verschillende combinaties getoetst worden aan de uitgangspunten van het ontwerp, waarbij ook gelet wordt op kosten. Een voorbeeld: een tweemotorig toestel heeft in theorie een grotere actieradius, maar is ook zwaarder en duurder. Toen John Boyd kon aantonen dat een eenmotorig vliegtuig met voldoende brandstof een vrijwel even grote actieradius had, was duidelijk waar voor Light Weight Fighter de voorkeur lag: één motor levert een lichter, kleiner en goedkoper vliegtuig op.*

*Uit veiligheidsoogpunt was voor de US Navy was een tweemotorig toestel een eis, vanwege het vliegen boven zee. De F-18 voldeed aan die eis.

Het toepassen van deze vleugelvorm was nieuw. Omdat de ontwerpers niet over data beschikten op basis waarvan ze voorspellingen konden doen, moesten ze die verzamelen met behulp van windtunneltests. Deze informatie is afkomstig uit één van weinige (openbare) bronnen die beschikbaar zijn over de windtunneltests.[1] De tests duurden van 1968 tot 1975, dus de gehele periode van de conceptie van het prototype (model 401) tot aan de uiteindelijke F-16.

Originele windtunnelmodellen

De F-16 verandert in het proces regelmatig flink van vorm voordat het uiteindelijke ontwerp tevoorschijn komt. De doorbraak in de ontwikkeling van het ontwerp van de YF-16 kwam toen de ingenieurs naar verluidt twee modellen doormidden zaagden en de voorkant van één (model 401F) monteerden aan de achterkant van de ander (model 785). Om de bezoeker mee te kunnen nemen in de gedachtewereld van de ontwerpers, hebben we geprobeerd voor de expositie een aantal van deze originele windtunnelmodellen op te sporen. Dat is niet gelukt, ondanks de vele contacten die we hebben gelegd, en e-mails die we naar diverse instanties hebben verstuurd. De modellen liggen niet op ‘logische’ of voor de hand liggende plaatsen in de VS zoals het officiële museum van de U.S. Air Force, Het Virginia Air and Space Center (bewaarplaats van de NASA collectie), of bij de fabriek van Lockheed Martin (voorheen General Dynamics), in Fort Worth. Het is zelfs zeer goed mogelijk dat ze niet meer bestaan. Verschillende deskundigen die we hebben gesproken zeiden dat het waarschijnlijk is dat ze zijn vernietigd toen ze niet meer nodig waren, of doormidden waren gezaagd. Dat is natuurlijk bijzonder jammer. De modellen geven immers een bijzondere  inkijk in de gedachtewereld van de ontwerpers, en het maakt de keuzes waarvoor zij stonden juist zo tastbaar.

[1] NASA Contractor report 3053 Aerodynamic Characteristics of forebody and nose strakes based on F-16 wind tunnel test experience (1979)

Windtunnelmodellen nagemaakt

Er is een bekende serie foto’s van fabrieksmodellen die weliswaar lijken op windtunnelmodellen, maar dat niet zijn. Ze zijn echter wel waardevol, want het zijn referentiemodellen voor de eigenlijke windtunnelmodellen, waarschijnlijk voor intern gebruik en presentatiedoeleinden binnen de fabriek van General Dynamics. Deze modellen, dicht bij de bron, die zoveel vertellen over de ontstaansgeschiedenis van de F-16, hadden we graag willen lenen voor de tentoonstelling. Ook dat is niet gelukt. Naar alle waarschijnlijkheid worden ze bewaard in de fabriek van Lockheed Martin, te Fort Worth.[2] De modellen die nu in de expositie hangen zijn gebaseerd op drie van deze referentiemodellen. Bob Kos, medewerker van het Nationaal Militair Museum heeft ze op basis van de foto’s met grote precisie en deskundigheid nagemaakt, op de klassieke manier, van hout. Zo hebben ook deze objecten weer hun eigen verhaal en herkomst gekregen. We gaan ze zeker bewaren!

[2] We hebben een voormalig medewerker gesproken die ze kent en zegt ze daar gezien te hebben.