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L'aereo - Spitfire
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Supermarine Spitfire Mk.1
Pilota dell'aereo riprodotto: forse Robert Stanford-Tuck
Nazionalità: Gran Bretagna
Divisione: 92° Squadrone Royal Air Force
Gruppo di Combatimento: ????
Squadrone di Combattimento: ??
Anno: 1940
Costruttore: Airfix
Item: 60748
Descrizione: War Bird Collection NO.69
Scala: 1/72
Il Supermarine Spitfire
Il Supermarine Spitfire fu un caccia monoposto monomotore ad ala bassa, prodotto dalla ditta britannica Supermarine Aviation Works negli anni trenta e quaranta. Impiegato in Europa, Nord Africa, Australia e Asia, divenne uno degli aerei-simbolo della Seconda guerra mondiale soprattutto per il suo efficace e decisivo contributo alla vittoriosa resistenza inglese all'aggressione tedesca, durante la Battaglia d'Inghilterra e gli anni del conflitto.
Nella Battaglia d'Inghilterra, condivise con lo Hawker Hurricane il difficile compito della difesa del territorio dagli attacchi della Luftwaffe. Impiegato dalle aviazioni di numerosi paesi alleati - quali l'Unione Sovietica, l'Australia e gli Stati Uniti d'America - è stato l'unico caccia alleato prodotto per tutta la durata della guerra.
Realizzato in una quarantina di versioni diverse, è probabilmente l'aereo con evoluzione progettuale e costruttiva superiore a qualsiasi altro modello, in tutta la storia del volo.
Includendo i 2556 Seafire, ne vennero prodotti 20.351 esemplari fino al 1947, quando l'ultimo Mk.24 uscì dalle linee di montaggio. Dopo la guerra fu ancora a lungo impiegato dalle forze aeree di Francia, Paesi Bassi, Grecia, Turchia, Belgio, India, Italia e Cecoslovacchia.
L'ultima missione operativa di prima linea della RAF fu compiuta il primo aprile 1954 da uno Spitfire ricognitore PR19 del No. 81 Squadron RAF. Ma lo Spitfire continuò ad essere utilizzato ancora per tre anni dal Temperature and Humidity Flight, per misurazioni meteorologiche, fino al giugno 1957, quando fu congedato. È stato considerato dall'asso britannico Johnnie Johnson «il miglior caccia difensivo convenzionale della guerra».
Storia del progetto
1)Sviluppo
Lo Spitfire fu il capolavoro di Reginald Joseph Mitchell, già noto come progettista di idrovolanti per la Coppa Schneider, vinta nel 1927 da uno dei suoi aerei: il Supermarine S.5. Altri due suoi progetti, l'S.6 e l'S6.B, l'avevano ancora vinta nel 1929 e nel 1931. L'S.6B aveva anche innalzato il record mondiale di velocità, a 655 km/h. Nel 1934, Mitchell presentò alla Royal Air Force il Supermarine Type 224 a un concorso per la selezione di un nuovo tipo di caccia. Ma l'aereo si rivelò un fallimento. La sua velocità massima era di soli 367 km/h, ed impiegava 9 minuti e 30 secondi per raggiungere i 4.575 metri, mentre il sistema di raffreddamento era difettoso. Il concorso fu vinto dal Gloster Gladiator, ma Mitchell non si rassegnò. Quando l'Air Ministry, sempre nel 1934, emise la specifica F 5/34, che richiedeva un aereo con abitacolo coperto, carrello retrattile ed un armamento di 8 mitragliatrici, Mitchell propose il Supermarine Tipo 300, il futuro Spitfire. Il Tipo 300, secondo l'idea originale di Mitchell, era, in sostanza, il più piccolo e più semplice aereo da combattimento che si potesse costruire attorno al motore Rolls-Royce PV-12.
Due vincitori emersero nettamente: lo F.36/34, poi diventato l'Hurricane, e l'F.37/34, che era il Type 300, battezzato poi Spitfire.
L'approvazione del Ministero dell'Aria, per la realizzazione del prototipo F.37/34, giunse nel gennaio 1935. Il modello possedeva una struttura lineare, una fusoliera a semiguscio in lega leggera, e un'ala a longherone unico, rivestita in metallo, tranne gli alettoni ricoperti in tela verniciata. Questo primo velivolo (K50549) volò per la prima volta il 5 marzo 1936, alimentato, come previsto dalle specifiche, da un Merlin "C", denominazione del motore Rolls-Royce PV-12, da 900 hp (671 kW).
Il primo volo, di otto minuti, fu effettuato il 5 marzo 1936, dall'aeroporto di Eastleigh, meglio conosciuto oggi come Southampton Airport. A condurlo in volo fu il capitano Joseph "Mutt" Summers, capo collaudatore della Vickers che, nei primi quattro voli fece sostituire l'elica e il motore. Lo Spitfire fu valutato molto buono ma non perfetto. Il timone era troppo sensibile e la velocità massima deludente, 531 km/h, meno dell'Hurricane che aveva volato cinque mesi prima. Con una nuova elica in legno raggiunse 560 km/h.
Nel frattempo l'Air Ministry aveva redatto una seconda specifica, la F.16/36, relativa alla produzione e agli sviluppi del caccia. Il 3 giugno 1936, a meno di due mesi dal primo volo del prototipo, la Supermarine ricevette un'ordinazione per 310 Spitfire I, ampliata l'anno successivo con altri 200 velivoli.
Ogni Spitfire costava circa 9.500 sterline. I componenti più costosi erano la fusoliera, lavorata e rifinita a mano, con un costo di 2.500 sterline, poi il motore Rolls-Royce Merlin, a 2.000, seguito dalle ali a 1.800 sterline al paio, mitragliatrici e carrello, entrambi a 800 sterline al pezzo, e l'elica, a 350.
L'Air Ministry suggerì, per il nuovo apparecchio costruito presso gli stabilimenti Vickers-Armstrongs, un certo numero di nomi, tutti con la stessa iniziale del costruttore, S di Supermarine. Si proposero diverse alternative, tra le quali Shrew, Megera, e Shrike, Averla. Il nome Spitfire fu suggerito da Sir Robert MacLean, il direttore della Vickers-Armstrongs all'epoca, il quale chiamava la propria figlia Ann «a little spitfire» (una piccola sputafuoco), un modo di dire elisabettiano per indicare una persona impetuosa. Il nome era stato usato precedentemente anche per designare il Type 224.
Intanto, tra il 1937 e il 1938, il prototipo K5054 veniva sottoposto a continui test. Dopo l'installazione delle mitragliatrici si notò la tendenza delle stesse ad incepparsi nel momento in cui ci si spingeva ad alta quota, questo a causa della bassa temperatura dell'aria e della formazione di ghiaccio, che ne bloccava i meccanismi di fuoco. Per ovviare al problema venne studiato un lungo e complicato sistema per inviare aria calda proveniente dal motore e prevenire quindi la formazione del ghiaccio. Inoltre, grazie all'adozione di un nuovo impianto di scarico "a coda di pesce", si riuscì ad ottenere 70 hp supplementari dal motore Merlin, il che garantì l'aumento della velocità massima a 579,36 km/h.
Per poter restare al passo con i progressi della tecnica e delle capacità richieste dalle esigenze operative, lo Spitfire fu prodotto in 46 versioni, 33 terrestri e 13 navali, sette delle quali fondamentali, con decine di allestimenti specifici. Ogni versione era contraddistinta dalla dicitura Mk. (dall'inglese Mark, modello, tipo) seguita da un numero romano, fino alla versione 20, e da numeri arabi le successive, in quanto nel periodo postbellico la RAF cambiò criteri di designazione.
2)Tecnica
Il prototipo K5054 venne distrutto in fase di atterraggio il 4 settembre 1939 a Farnborough dal Flight Lieutenant "Spinner" White, che morì subito dopo. Fu seguito nel luglio 1938 dal primo Spitfire di serie, il K9787, il primo Mk.I. Questo differiva alquanto dal prototipo di Mitchell, che nel frattempo era morto di cancro - a 42 anni - l'11 giugno del 1937. Il suo successore, l'esperto ingegnere Joseph Smith, assieme alla sua squadra di oltre cento persone, tra ingegneri e disegnatori, continuò a lavorare fino al 1947 al suo sviluppo, apportando diverse modifiche. La più importante era la nuova e più robusta struttura dell'ala che ora permetteva allo Spitfire picchiate fino a 756.38 km/h. I flap possedevano una maggiore capacità, e la portata del serbatoio di carburante era salita del 12%, da 284 litri a 318. Un nuovo tettuccio "a goccia" dava maggior spazio al pilota. In seguito, l'elica in legno bipala, montata sui primi 75 aerei prodotti, sarebbe stata sostituita da una De Havilland a tre pale a due passi. Tale elica avrebbe incrementato la velocità dello Spitfire solo marginalmente, innalzando, però, la quota di tangenza massima di 914 metri, anche se con una lieve riduzione della sua velocità di salita del 14%, da 771 metri a 663 metri al minuto.
Il carrello d'atterraggio era posto in alto rispetto al suolo possedeva una carreggiata molto stretta, con perni di rotazione posti sotto la fusoliera. La meccanica del carrello era pure rudimentale, con una pompa a mano necessitante di 48 giri per assicurare la retrazione.
L'abitacolo disponeva di un sedile in bachelite, di parti trasparenti in perspex e di comandi piuttosto convenzionali, principalmente una barra di comando con impugnature "a badile" situata al centro collegata a comandi azionati da cavi d'acciaio. Gli alettoni erano di tipo Frise, privi di trim, ma si poteva regolare a terra il bordo d'uscita una sola volta. Timone ed elevatore erano mossi da catene chiuse da cavi d'acciaio, duplicati per sicurezza, e incrociati per ottenere il corretto movimento dell'elevatore. Sui comandi di coda il pilota, per regolare gli assetti di volo, poteva agire anche con i trim, mentre è interessante rimarcare che i controlli di coda erano metallici, ma rivestiti (sia timone che equilibratori) in tela. Non tutto l'equipaggiamento dello Spitfire era moderno: l'elica in particolare era obsoleta. L'Mk.I aveva una semplice elica bipala in legno, a passo fisso. Era economica e pesava appena 37 kg, ma non era certo ideale per un velivolo tanto prestante (le eliche a passo variabile hanno un rendimento migliore perché adattano l'incidenza della pala alle varie condizioni di volo; alto valore di passo per decollo e salita e basso per la crociera), con giusto un'ogiva aerodinamica a copertura del mozzo dell'elica. La blindatura era assente sia per il pilota che per i serbatoi, una soluzione adottata in funzione di una struttura leggera che non compromettesse le prestazioni.
Dotato di due flap (ipersostentatori del bordo d'uscita) per semiala, totalmente metallici a due posizioni: aperto / chiuso. Non potevano essere usati per le fasi di decollo, soltanto la versione navalizzata: il Seafire, aveva questa possibilità, grazie all'installazione ad una posizione intermedia di 18 gradi.
L'impianto idraulico era provvisto di una pompa azionata dal motore a 1.800 psi di pressione e veniva usato per il solo carrello dal MkII in poi. L'impianto pneumatico possedeva due bombole e azionava freni, flap, armi ed altri dispositivi.
I serbatoi per il carburante erano due: da 218 e 168 litri, per un totale di 386 litri, posti uno sull'altro a metà fusoliera, giusto davanti all'abitacolo. Essi erano originariamente privi di protezioni, ma in seguito vennero sia protetti che integrati da unità aggiuntive esterne, fino ad un massimo di 773 litri, con la possibilità di aumentare ulteriormente la dotazione grazie ad un serbatoio interno, situato nel lungo elemento posteriore di fusoliera, con altri 132 litri.
Il motore era un Merlin a 12 cilindri a V, originariamente alimentato con carburante a 87 ottani e successivamente, sperimentando rapporti di compressione maggiori, con carburante a 130-150 ottani. Il radiatore era posto sotto l'ala destra e usava una miscela 70% di acqua e 30% di glicol etilenico il cui serbatoio era sistemato dietro all'elica, mentre l'olio di lubrificazione era stipato in un serbatoio situato sotto il motore, dove era posta anche la presa d'aria del carburatore. Standard era anche la dotazione di strumenti come la radio rice-trasmittente e almeno due bombole di ossigeno per il volo ad alta quota. All'epoca (metà anni trenta) nessuno dei due sistemi era usuale sui caccia.
3) Armamento
L'armamento standard installato nella cosiddetta "Ala A", era di quattro mitragliatrici Browning da 7.7 mm, dotate di 300 colpi ciascuna, posizionate per sparare al di fuori del disco dell'elica, in una batteria alare collimata per far convergere la raffica ad una certa distanza dal muso.
I primi Spitfire furono consegnati però con solo quattro mitragliatrici (due per ala), perché vi era scarsità di Browning. Altre quattro furono installate più tardi. Le prove di tiro dimostrarono che le Browning funzionavano perfettamente sia a terra che a bassa quota, ma che il freddo estremo ad alta quota tendeva a congelare le armi, specialmente quelle più esterne. Dato che le mitragliatrici sparavano da un portello aperto, l'aria fredda scorreva dentro la canna senza ostacoli. Bisognò escogitare un sistema di riscaldamento, con condotti che canalizzavano l'aria dal radiatore del motore alle armi, e compartimenti per intrappolare l'aria calda nell'ala. Toppe di stoffa rossa furono usate per proteggere le armi dal freddo, dall'umidità e dalla sporcizia, finché non venivano azionate e che oltre a tutto permettevano di guadagnare qualche chilometro in velocità max riducendo la resistenza aerodinamica. Nella primavera del 1940 furono introdotti i proiettili incendiari "De Wilde" che raddoppiavano, approssimativamente, l'efficacia delle Browning.303, molto apprezzati dai piloti, perché con i loro brillanti lampi all'impatto, davano una chiara conferma che stavano colpendo il bersaglio. Nel giugno 1939 fu montato su ogni ala un cannoncino Hispano da 20 mm, con un caricatore a tamburo da 60 colpi, in sostituzione di due delle quattro mitragliatrici Browning. Nota come ala "B", questa ala fu collaudata su uno dei primi Spitfire I di produzione, nel febbraio 1939. Questo velivolo divenne il prototipo dello Spitfire IB di cui vennero consegnati 30 esemplari entro l'agosto 1940 per prove sperimentali. Tuttavia, in servizio non furono di pieno gradimento e vennero ritirati in quanto il caricatore a tamburo, dopo qualche colpo, provocava l'inceppamento del cannone.] I frequenti inceppamenti erano dovuti soprattutto al fatto che l'ala non era sufficientemente rigida per l'Hispano, ma anche al montaggio su di un fianco dei cannoncini, allo scopo di contenere il più possibile nell'ala il caricatore con i colpi. Nel gennaio 1940, il Pilot Officer George Proudman usò il prototipo con i cannoncini in combattimento, ma dovette riferire che l'arma a dritta si era bloccata dopo aver sparato un solo colpo, mentre quella a sinistra aveva sparato 30 colpi prima di incepparsi. Casualmente un Dornier Do 17 fu abbattuto da uno Spitfire armato di cannoni ai primi del marzo 1940. Nel giugno 1940 i primi Spitfire armati di cannone vennero forniti allo Squadrone 19, ma gli Hispano si rivelarono fortemente inaffidabili e se uno dei due si inceppava, il rinculo dell'altro spostava lateralmente l'aereo influenzando negativamente la mira. In combattimento il cannone risultò così inaffidabile che il 19º chiese uno scambio dei suoi aerei con quelli più usurati, ma armati di mitragliatrici, di una unità di addestramento operativo. Lo scambio venne effettuato in settembre, ma nel mese precedente la Supermarine aveva perfezionato una più efficace installazione per il cannone con un migliorato meccanismo di alimentazione. Il sistema di caricamento a tamburo venne sostituito da uno a nastro, basato sul disegno del francese Chatellerault, allo scopo di aumentare la quantità di munizioni a disposizione. La ditta britannica, dall'ottobre in poi, consegnò i nuovi velivoli (equipaggiati anche di quattro mitragliatrici alari) al 19º che li utilizzò in combattimento. Il meccanismo a nastro, però, che utilizzava una molla tenuta carica dal rinculo, aggiunse ulteriori 8 kg al peso dell'arma che normalmente pesava 50 kg. Ma l'affidabilità degli Hispano non fu mai elevata. Normalmente si inceppavano ogni 1500 colpi, ma sugli aeroporti improvvisati e polverosi, come quelli improvvisati sulla spiagge della Normandia e del deserto, la media si dimezzava. Inoltre, alle quote sempre più alte raggiunte dagli Spitfire, erano soggette più delle Brownings a malfunzionamenti da congelamento.
4)L'ala ellittica
L'ala di forma ellittica, in gran parte opera di Beverley Shenstone, che aveva lavorato con Ernst Heinkel in Germania, era un diretto risultato della richiesta di Mitchell per un'ala sottile, ma abbastanza spessa - e strutturalmente abbastanza forte - nel punto in cui incontrava la fusoliera, per contenere armi e carrello retratto. Il numero delle Brownings 303 era, infatti, salito ad otto, seguendo le raccomandazioni dello Squadron Leader Ralph Sorely dell'Operational Requirements dell'Air Ministry, così l'ala doveva essere abbastanza lunga da contenerle. "L'ellisse - dichiarò Shenstone - era semplicemente la forma che ci permetteva di ottenere l'ala più sottile possibile con sufficiente spazio all'interno per trasportare la struttura e le cose che volevamo stiparvi dentro". Negli anni successivi, Shenstone fu sempre pronto a ripetere che la famosa ala dello Spitfire non era copiata da quella dell'elegante Heinkel He 70, un piccolo aereo postale e potenziale bombardiere a tuffo della Luftwaffe, che volò per la prima volta nel 1932. Sta di fatto che la Rolls-Royce era così entusiasta del potenziale dell'He 70 come piattaforma di volo per motori sperimentali, che inviò una squadra in Germania per comprarne uno. E il Governo tedesco approvò l'affare, ma soltanto in cambio di un numero di motori Rolls-Royce Kestrel.
La battaglia d'Inghilterra
Quando, il 12 agosto 1940, ebbe inizio la battaglia d'Inghilterra, l'ordine di battaglia della RAF schierava 19 Squadron di Spitfire I. Da un confronto con il suo principale antagonista, il Messerschmitt Bf 109, lo Spitfire risultava più veloce e notevolmente più maneggevole, ma il caccia tedesco poteva vantare un armamento più efficace, poteva superare l'avversario britannico in velocità ascensionale, in picchiata e poteva operare a quote più elevate. Nel periodo tra il 10 luglio ed il 31 ottobre 1940, anche a causa delle tattiche troppo rigide della RAF rispetto agli schemi estremamente flessibili dei tedeschi, si persero 352 Spitfire, con un rapporto vittorie/sconfitte leggermente negativo rispetto al Bf 109 (1,4:1); 242 Spitfire abbattuti da Bf 109 contro 168 Bf 109 abbattuti dagli Spitfire. In ogni caso gli Spitfire consegnati durante la Battaglia, tra nuovi e ricondizionati, ammontarono a oltre 400 pertanto non vi fu mai una carenza di macchine, grazie anche al vero mulo della RAF, l'Hurricane, di cui sul finire dell'estate 1940 esistevano 2.300 esemplari (con 1.800 prodotti dopo lo scoppio della guerra, dato che al 1º settembre 1939 i dati parlano di 497 apparecchi).
Fonte: Wikipedia
Supermarine Spitfire
The Supermarine Spitfire is a British single-seat fighter aircraft used by the Royal Air Force and other Allied countries before, during, and after World War II.
Many variants of the Spitfire were built, using several wing
configurations, and it was produced in greater numbers than any other
British aircraft. It was also the only British fighter produced
continuously throughout the war. The Spitfire continues to be popular
among enthusiasts; nearly 60 remain airworthy, and many more are static exhibits in aviation museums throughout the world.
The Spitfire was designed as a short-range, high-performance interceptor aircraft by R. J. Mitchell, chief designer at Supermarine Aviation Works, which operated as a subsidiary of Vickers-Armstrong from 1928. Mitchell pushed the Spitfire's distinctive elliptical wing with cutting-edge sunken rivets (designed by Beverley Shenstone) to have the thinnest possible cross-section, helping give the aircraft a
higher top speed than several contemporary fighters, including the Hawker Hurricane. Mitchell continued to refine the design until his death in 1937, whereupon his colleague Joseph Smith took over as chief designer, overseeing the Spitfire's development through its multitude of variants.
During the Battle of Britain,
from July to October 1940, the public perceived the Spitfire to be the
main RAF fighter, though the more numerous Hurricane shouldered a
greater proportion of the burden against Nazi Germany's air force, the Luftwaffe.
However, Spitfire units had a lower attrition rate and a higher
victory-to-loss ratio than those flying Hurricanes because of the
Spitfire's higher performance. During the battle, Spitfires were
generally tasked with engaging Luftwaffe fighters—mainly Messerschmitt Bf 109E-series aircraft, which were a close match for them.
After the Battle of Britain, the Spitfire superseded the Hurricane to become the backbone of RAF Fighter Command, and saw action in the European, Mediterranean, Pacific, and South-East Asian
theatres. Much loved by its pilots, the Spitfire served in several
roles, including interceptor, photo-reconnaissance, fighter-bomber, and
trainer, and it continued to serve in these roles until the 1950s. The Seafire was a carrier-based adaptation of the Spitfire that served in the Fleet Air Arm from 1942 through to the mid-1950s. Although the original airframe was designed to be powered by a Rolls-Royce Merlin engine producing 1,030 hp (768 kW), it was strong enough and adaptable enough to use increasingly powerful Merlins and, in later marks, Rolls-Royce Griffon
engines producing up to 2,340 hp (1,745 kW). As a result, the
Spitfire's performance and capabilities improved over the course of its
service life.
Development and production
1)Origins
In 1931, the Air Ministry released specification F7/30, calling for a modern fighter capable of a flying speed of 250 mph (400 km/h). R. J. Mitchell designed the Supermarine Type 224 to fill this role. The 224 was an open-cockpit monoplane with bulky gull-wings and a large, fixed, spatted undercarriage powered by the 600-horsepower (450 kW), evaporatively cooled Rolls-Royce Goshawk engine. It made its first flight in February 1934. Of the seven designs tendered to F7/30, the Gloster Gladiator biplane was accepted for service.
The Type 224 was a big disappointment to Mitchell and his design
team, who immediately embarked on a series of "cleaned-up" designs,
using their experience with the Schneider Trophy seaplanes as a starting point. This led to the Type 300, with retractable undercarriage and a wingspan
reduced by 6 ft (1.8 m). This design was submitted to the Air Ministry
in July 1934, but was not accepted. It then went through a series of changes, including the incorporation of a faired, enclosed cockpit, oxygen-breathing apparatus, smaller and thinner wings, and the newly developed, more powerful Rolls-Royce PV-XII V-12 engine, later named the "Merlin". In November 1934, Mitchell, with the backing of Supermarine's owner Vickers-Armstrong, started detailed design work on this refined version of the Type 300.
On 1 December 1934, the Air Ministry issued contract AM 361140/34, providing £10,000 for the construction of Mitchell's improved Type 300, design. On 3 January 1935, they formalised the contract with a new specification, F10/35, written around the aircraft. In April 1935, the armament was changed from two .303 in (7.7 mm) Vickers machine guns in each wing to four .303 in (7.7 mm) Brownings, following a recommendation by Squadron Leader Ralph Sorley of the Operational Requirements section at the Air Ministry.
On 5 March 1936, the prototype (K5054) took off on its first flight from Eastleigh Aerodrome (later Southampton Airport). At the controls was Captain Joseph "Mutt" Summers, chief test pilot for Vickers, who is quoted as saying "Don't touch anything" on landing. This eight-minute flight came four months after the maiden flight of the contemporary Hurricane.
K5054 was fitted with a new propeller, and Summers flew
the aircraft on 10 March 1936; during this flight, the undercarriage was
retracted for the first time. After the fourth flight, a new engine was fitted, and Summers left the test flying to his assistants, Jeffrey Quill and George Pickering. They soon discovered that the Spitfire was a very good aircraft, but not perfect. The rudder was
oversensitive, and the top speed was just 330 mph (528 km/h), little
faster than Sydney Camm's new Merlin-powered Hurricane. A new and better-shaped wooden propeller allowed the Spitfire to reach
348 mph (557 km/h) in level flight in mid-May, when Summers flew K5054 to RAF Martlesham Heath and handed the aircraft over to Squadron Leader Anderson of the Aeroplane & Armament Experimental Establishment (A&AEE). Here, Flight Lieutenant Humphrey Edwardes-Jones took over the prototype for the RAF. He had been given orders to fly the aircraft and then to make his
report to the Air Ministry on landing. Edwardes-Jones' report was
positive; his only request was that the Spitfire be equipped with an
undercarriage position indicator. A week later, on 3 June 1936, the Air Ministry placed an order for 310 Spitfires, before the A&AEE had issued any formal report. Interim reports were later issued on a piecemeal basis.
2)Design
Airframe
In the mid-1930s, aviation design teams worldwide began developing a new generation fighter aircraft. The French Dewoitine D.520 and the German Messerschmitt Bf 109, for example, were designed to take advantage of new techniques of monocoque
construction, and the availability of new, high-powered, liquid-cooled,
in-line aero engines. They also featured refinements such as
retractable undercarriages, fully enclosed cockpits, and low-drag,
all-metal wings. These advances had been introduced on civil airliners
years before, but were slow to be adopted by the military, who favoured
the biplane's simplicity and manoeuvrability.
Mitchell's design aims were to create a well-balanced,
high-performance fighter aircraft capable of fully exploiting the power
of the Merlin engine, while being relatively easy to fly. At the time, with France as an ally,
and Germany thought to be the most likely future opponent, no enemy
fighters were expected to appear over Great Britain. German bombers
would have to fly to the UK over the North Sea,
and Germany did not have any single-engine fighters with the range to
accompany them. To carry out the mission of home defence, the design was
intended to allow the Spitfire to climb quickly to intercept enemy
bombers.
The Spitfire's airframe was complex. The streamlined, semi-monocoque, duralumin-skinned fuselage featured a number of compound, vertical curves built up from a skeleton of 19 formers,
also known as frames, starting from frame number one, immediately
behind the propeller unit, to the tail unit attachment frame. The first
four frames supported the glycol header tank and engine cowlings. Frame
five, to which the engine bearers were secured, supported the weight of
the engine and its accessories. This was a strengthened double frame
which also incorporated the fireproof bulkhead, and in later versions of
the Spitfire, the oil tank. This frame also tied the four main fuselage
longerons to the rest of the airframe. Behind the bulkhead were five U-shaped half-frames which accommodated
the fuel tanks and cockpit. The rear fuselage started at the 11th frame,
to which the pilot's seat and (later) armour plating were attached, and
ended at the 19th, which was mounted at a slight forward angle just
forward of the fin. Each of these nine frames was oval, reducing in size
towards the tail, and incorporated several lightening holes
to reduce their weight as much as possible without weakening them. The
U-shaped frame 20 was the last frame of the fuselage proper and the
frame to which the tail unit was attached. Frames 21, 22 and 23 formed
the fin; frame 22 incorporated the tailwheel opening and frame 23 was
the rudder
post. Before being attached to the main fuselage, the tail unit frames
were held in a jig and the eight horizontal tail formers were riveted to
them.
A combination of 14 longitudinal stringers and four main
longerons attached to the frames helped form a light, but rigid
structure to which sheets of alclad stressed skinning were attached. The fuselage plating was 24, 20, and 18 gauge
in order of thickness towards the tail, while the fin structure was
completed using short longerons from frames 20 to 23, before being
covered in 22 gauge plating.
The skins of the fuselage, wings, and tailplane were secured by dome-headed rivets, and in critical areas such as the wing forward of the main spar
where an uninterrupted airflow was required, with flush rivets. From
February 1943 flush riveting was used on the fuselage, affecting all
Spitfire variants. In some areas, such as at the rear of the wing and the lower tailplane
skins, the top was riveted and the bottom fixed by brass screws which
tapped into strips of spruce bolted to the lower ribs. The removable wing tips were made up of duralumin-skinned spruce formers. At first, the ailerons, elevators, and rudder were fabric-covered, but
combat experience showed that fabric-covered ailerons were impossible to
use at high speeds, a light alloy replaced the fabric, enhancing
control throughout the speed range.
Elliptical wing design
In
1934, Mitchell and the design staff decided to use a semi-elliptical
wing shape to solve two conflicting requirements; the wing needed to be
thin to avoid creating too much drag,
but it had to be thick enough to house the retractable undercarriage,
armament, and ammunition. An elliptical planform is the most efficient
aerodynamic shape for an untwisted wing, leading to the lowest amount of
induced drag. The ellipse was skewed so that the centre of pressure, which occurs at the quarter-chord
position, aligned with the main spar, preventing the wings from
twisting. Mitchell has sometimes been accused of copying the wing shape
of the Heinkel He 70, which first flew in 1932, but as Beverley Shenstone, the aerodynamicist
on Mitchell's team, explained: "Our wing was much thinner and had quite
a different section to that of the Heinkel. In any case, it would have
been simply asking for trouble to have copied a wing shape from an
aircraft designed for an entirely different purpose".
The wing section used was from the NACA 2200 series, which had been adapted to create a thickness-to-chord ratio of 13% at the root, reducing to 9.4% at the tip. A dihedral of 6° was adopted to give increased lateral stability.
A wing feature that contributed greatly to its success was an
innovative spar boom design, made up of five square tubes that fitted
into each other. As the wing thinned out along its span, the tubes were
progressively cut away in a similar fashion to a leaf spring; two of these booms were linked together by an alloy web, creating a lightweight and very strong main spar. The undercarriage legs were attached to pivot points built into the
inner, rear section of the main spar, and retracted outwards and
slightly backwards into wells in the non-load-carrying wing structure.
The resultant narrow undercarriage track was considered an acceptable
compromise as this reduced the bending loads on the main-spar during
landing.
Ahead of the spar, the thick-skinned leading edge of the wing
formed a strong and rigid, D-shaped box, which took most of the wing
loads. At the time the wing was designed, this D-shaped leading edge was
intended to house steam condensers for the evaporative cooling system
intended for the PV-XII. Constant problems with the evaporative system
in the Goshawk led to the adoption of a cooling system which used 100% glycol. The radiators were housed in a new radiator-duct designed by Fredrick Meredith of the Royal Aircraft Establishment (RAE) at Farnborough, Hampshire. This used the cooling air to generate thrust, greatly reducing the net drag produced by the radiators. In turn, the leading-edge structure lost its function as a condenser,
but it was later adapted to house integral fuel tanks of various sizes — a feature patented by Vickers-Supermarine in 1938. The airflow through the main radiator was controlled by pneumatic
exit flaps. In early marks of the Spitfire (Mk I to Mk VI), the single
flap was operated manually using a lever to the left of the pilot's
seat. When the two-stage Merlin was introduced in the Spitfire Mk IX,
the radiators were split to make room for an intercooler radiator; the
radiator under the starboard wing was halved in size and the intercooler
radiator housed alongside. Under the port wing, a new radiator fairing
housed a square oil cooler alongside of the other half-radiator unit.
The two radiator flaps were now operated automatically by a thermostat.
Another wing feature was its washout. The trailing edge of the wing twisted slightly upward along its span, the angle of incidence decreasing from +2° at its root to -½° at its tip. This caused the wing roots to stall
before the tips, reducing tip-stall that could otherwise have resulted
in a wing drop, often leading to a spin. As the wing roots started to
stall, the separating air stream started to buffet (vibrate) the
aircraft, warning the pilot, allowing even relatively inexperienced
pilots to fly it to the limits of its performance. This washout was first featured in the wing of the Type 224, and became
a consistent feature in subsequent designs leading to the Spitfire. The complex wing design, especially the precision required to
manufacture the vital spar and leading-edge structures, caused some
major delays in the production of the Spitfire at first. The problems
increased when the work was put out to subcontractors, most of whom had
never dealt with metal-structured, high-speed aircraft. By June 1939,
most of these problems had been resolved, and production was no longer
held up by a lack of wings.
All the main flight controls were originally metal structures with fabric covering. Designers and pilots felt that having ailerons which required a degree
of effort to move at high speed would avoid unintended aileron reversal,
throwing the aircraft around and potentially pulling the wings off. Air
combat was also felt to take place at relatively low speeds and
high-speed manoeuvring would be physically impossible. Flight tests
showed the fabric covering of the ailerons "ballooned" at high speeds,
adversely affecting the aerodynamics. Replacing the fabric covering with
light alloy dramatically improved the ailerons at high speed. During the Battle of Britain, pilots found the Spitfire's ailerons were
far too heavy at high speeds, severely restricting lateral manoeuvres
such as rolls and high-speed turns, which were still a feature of
air-to-air combat.
The Spitfire had detachable wing tips which were secured by two
mounting points at the end of each main wing assembly. When the Spitfire
took on a role as a high-altitude fighter (Marks VI and VII and some
early Mk VIIIs), the standard wing tips were replaced by extended,
"pointed" tips which increased the wingspan from 36 ft 10 in (11.23 m)
to 40 ft 2 in (12.24 m). The other wing-tip variation, used by several Spitfire variants, was
the "clipped" wing; the standard wing tips were replaced by wooden
fairings which reduced the span by 3 ft 6 in (1.07 m). The wing tips used spruce formers for most of the internal structure with a light alloy skin attached using brass screws.
The light alloy split flaps at the trailing edge of the wing were also pneumatically operated via a finger lever on the instrument panel. Only two positions were available; fully up or fully down (85°). Flaps
were normally lowered only during the final approach and for landing,
and the pilot was to retract them before taxiing.
The ellipse also served as the design basis for the Spitfire's
fin and tailplane assembly, once again exploiting the shape's favourable
aerodynamic characteristics. Both the elevators and rudder were shaped
so that their centre of mass was shifted forward, reducing
control-surface flutter. The longer noses and greater propeller-wash
resulting from larger engines in later models necessitated increasingly
larger vertical, and later, horizontal tail surfaces to compensate for
the altered aerodynamics, culminating in those of the Mk 22/24 series,
which were 25% larger in area than those of the Mk I
Armament
Due to a shortage of Brownings, which had been selected as the new
standard rifle calibre machine gun for the RAF in 1934, early Spitfires
were fitted with only four guns, with the other four fitted later. Early tests showed that, while the guns worked perfectly on the ground
and at low altitudes, they tended to freeze at high altitude, especially
the outer wing guns, because the RAF's Brownings had been modified to
fire from an open bolt. While this prevented overheating of the cordite used in British ammunition, it allowed cold air to flow through the barrel unhindered. Supermarine did not fix the problem until October 1938, when they added
hot air ducts from the rear of the wing-mounted radiators to the guns,
and bulkheads around the gunbays to trap the hot air in the wing. Red
fabric patches were doped over the gun ports to protect the guns from cold, dirt, and moisture until they were fired.
The decision on the arming of the Spitfire (and the Hurricane) is told in Captain C. H. Keith's book I Hold my Aim.
Keith held various appointments with the RAF dealing with designing,
development and technical policy of armament equipment. He organised a
conference, with Air Commodore Tedder in the chair, on 19 July 1934. He
says "I think it can be reasonably contended that the deliberations of
that conference made possible, if not certain, of the winning of the
Battle of Britain, almost exactly six years later". At that meeting, scientific officer Captain F.W. 'Gunner' Hill
presented charts based on his calculations showing that future fighters
must carry no less than eight machine-guns, each of which must be
capable of firing 1,000 shots a minute. Hill's assistant in making his
calculations had been his 14-year-old daughter.
Even if the eight Brownings worked perfectly, pilots soon
discovered that they were not sufficient to destroy larger aircraft.
Combat reports showed that an average of 4,500 rounds were needed to
shoot down an enemy aircraft. In November 1938, tests against armoured
and unarmoured targets had already indicated that the introduction of a
weapon with a calibre of at least 20 mm was urgently needed. A variant on the Spitfire design with four 20 mm Oerlikon cannon had been tendered to specification F37/35, but the order for prototypes had gone to the Westland Whirlwind in January 1939.
In June 1939, a Spitfire was fitted with a drum-fed Hispano
in each wing, an installation that required large blisters on the wing
to cover the 60-round drum. The cannon suffered frequent stoppages,
mostly because the guns were mounted on their sides to fit as much of
the magazine as possible within the wing. In January 1940, P/O George
Proudman flew this prototype in combat, but the starboard gun stopped
after firing a single round, while the port gun fired 30 rounds before
seizing. If one cannon seized, the recoil of the other threw the aircraft off aim.
Nevertheless, 30 more cannon-armed Spitfires were ordered for
operational trials, and they were soon known as the Mk IB, to
distinguish them from the Browning-armed Mk IA; they were delivered to
No. 19 Squadron beginning in June 1940. The Hispanos were found to be so
unreliable that the squadron requested an exchange of its aircraft with
the older Browning-armed aircraft of an operational training unit. By
August, Supermarine had perfected a more reliable
installation with an
improved feed mechanism and four .303s in the outer wing panels. The
modified fighters were then delivered to 19 Squadron.
Source: Wikipedia
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