P-61 Black Widow

Genesis

Le Northrop P-61 Black Widow (une espèce d'araignée très venimeuse) fut le premier chasseur américain spécifiquement conçu l'interception nocturne et l'utilisation d'un radar. Ce bimoteur à deux poutres et nacelle centrale fit son premier vol le 26 mai 1942 et le premier modèle de série quitta les lignes d'assemblage en octobre 1943. Il sera retiré définitivement du service en 1954. Il ne sera cependant jamais produit en grande quantité mais sera utilisé dans les escadrons de chasse nocturne de l'USAAF sur les théâtres européen, méditerranéen, du Pacique, et d'Asie sud-orientale.

L'histoire commence en Angleterre en août 1940, plus d'un an avant l'entrée en guerre des Etats-Unis. L'US Air Officer à Londres ,le lieutenant-général Delos C Emmons, fut initié à cette période aux recherches britanniques concernant le radar débutées en 1936. Equipement qui joua un rôle primordial durant la bataille d'Angleterre pour contrer les offensives de la Luftwaffe. L'officier américain fut ainsi informé au sujet du nouveau radar aéroporté d'interception (AI - Airborne Intercept Radar) qui devait permettre aux avions de s'affranchir des stations au sol. En septembre 1940, via la mission Tizard de nombreux éléments des recherches britanniques sont échangés avec l'Amérique en vue d'une production locale. Dans le même temps la British Purchasing Commission, organisme évaluant les avions produits par l'Oncle Sam pour une une éventuelle acquisition ... déclara le besoin urgent pour un chasseur de haute altitude, rapide, destiné à l'intercetion des bombardiers nocturnes allemands attaquant Londres. Ces avions devaient assurer une couverture aérienne continue au dessus de la cité, la nuit et pour ce faire disposer d'une autonomie de vol de 8 heures. Ces avions devaient embarquer bien entendu l'AI et être équipés de tourelles de tir (à canons) multiples. Des constructeurs américains, dont Jack Northrop furent contacter et commencèrent à étudier la question.

The Northrop P-61 Black Widow (a very poisonous spider species) was the first American fighter designed specifically for night interception and the use of a radar. This twin-engined, two boomed aircraft with central crew gondola made its first flight May 26, 1942 and the first production model left the assembly lines in October 1943. It will be permanently withdrawn from service in 1954. However, it will never be produced in large quantities but will be used in night fighter squadrons of the USAAF on European, Mediterranean, Pacific, and South-East Asia theaters.

The story begins in England in August 1940, more than a year before the entry into the war the United States. The Air Officer in London Lt. Gen. Delos C. Emmons, was initiated at that time to the British research on the radar started in 1936. Equipment that played a key role during the Battle of Britain to counter the offensive of the Luftwaffe . The American officer was well informed about the new airborne intercept radar (AI) that would allow aircraft to overcome the ground stations. In September 1940, via the Tizard Mission many elements of UK research is exchanged with America for a local production. At the same time the British Purchasing Commission, assessing aircraft produced by Uncle Sam for a possible acquisition ... declared the urgent need for a high-altitude and high-speed fighter, for the intercetion of German night bombers attacking London. These aircraft were to provide continuous air cover over the city at night and to do that have an 8 hour flight range. These aircraft were to embark of course the AI and be equipped with multiple gun turrets. US manufacturers, including Jack Northrop were contacted and began to study the issue.

Emmons de retour au USA, développa les spécifications précises du nouveau intercepteur de nuit qu'il envoia vers la fin de 1940 au Air Technical Service Command (ATSC)à Wright Field (Ohio). Ces spécifications exigeaint la réalisation d'un chasseur lourd, puissant, à plusieurs moteurs. Tout celà dans le plus grande discrétion, le radar étant un équipement ultra-secret. Le chef de recherche de Northrop (Vladimir H. Pavlecka) fut informé le 21 octobre 1940 sous couvert de discrétion (prises de notes interdites) de la finalité du radar AI; l'interception d'avions ennemis durant des vols à faible visibilité ... Pavlecka transmet son rapport verbal à Jack Northrop le jour suivant. Les spécifications américaines et anglaises étant fort similaires, Northrop était déjà bien avancé dans son étude. Ainsi, le 5 novembre, le constructeur put proposer au Air Material Command un design préliminaire. Le seul concurrent fur le Douglas XA-26A mais ce fut finalement Northrop qui remporta la mise. Après le blanc-sein de l'USAAC, Northrop commença la mise-au-point de ce qui deviendra le plus imposant et un des plus mortel intercepteur utilisé par les USA durant la deuxième guerre mondiale.

La première proposition de Jack Northrop était un long fuselage de type gondole flanqué de deux poutres accueillant les moteurs à 18 cylindres radiaux Pratt & Whitney R-2800-10 Double Wasp, développant 2000 cv, prolongées à l'arrière par un double empenage. La gondole centrale accueillait un équipage de trois hommes, le radar et deux tourelles de tir à quatre canons. Ces armes étant des .50 in (12.7 mm) M2 Browning à long tube (91 cm) perforés. Ces tourelles étaient situés sur le nez et à l'arrière de la gondole centrale. Le train d'atterissage était de type tricycle; les éléments latéraux se repliant dans les ailes. La bête était imposante avec ses 20 m d'envergure et ses 14 m de long, avec un poids estimé de plus de 10000 kg, trop pour beaucoup pour être utilisé comme chasseur ! Certaines alternatives furent étudiées avant la finalisation du projet ... comme l'adoption d'un seul stabilisateur vertical et le déplacement des tourelles de nez et arrière vers le dos le ventre de la gondole ainsi que l'incorporation d'un second tireur.

Emmons returned to USA, developed the detailed specifications of the new night interceptor that he fent to the end of 1940 at the Air Technical Service Command (ATSC) at Wright Field (Ohio). These specifications demanded a heavy powerful and multi-engined fighter. All with the utmost discretion, the radar being a top-secret equipment. The Northrop research chief (Vladimir H. Pavlecka) was informed 21 October 1940 under the guise of discretion (forbidden notes) the purpose of the AI radar; the interception of enemy aircraft during low visibility flight ... Pavlecka transmits its verbal report to Jack Northrop next day. The American and British specifications are very similar, Northrop was already well advanced in its study. Thus, on November 5, the manufacturer could propose to the Air Material Command preliminary design. The only competitor was Douglas XA-26A but it was finally Northrop who won the bet. After the agreement of the USAAC, Northrop began at the development of what will become the largest and one of the deadliest interceptor used by the US during World War II.

The first proposal of Jack Northrop was a long fuselage type gondola flanked by two booms welcoming engines of 18-cylinder radial Pratt & Whitney R-2800-10 Double Wasp, developing 2000 hp, extended at the rear by a double tail. The central gondola hosting a three-man crew, the radar and two quadruple gun turrets. These arms being .50 inches (12.7 mm) M2 Browning long perforated tube (91 cm) . These turrets were located on the nose and rear of the central gondola. The landing gear was tricycle; the side members folding into the wings. The beast was impressive with its 20 meter wingspan and 14 m long, with an estimated weight of over 10000 kg too much for many to be used as a fighter! Some alternatives were considered before finalizing the draft ... as the adoption of a single vertical stabilizer and moving the nose and rear turrets towards the back and belly of the gondola and the incorporation of a second gunner.

YP-61 pre-production prototype

src: Wikipédia

Fin novembre 1940, Jack Northrop retourna vers un équipage de trois homme et le double stabilisateur vertical arrière. Cependant, pour une plus grande puissance de feu, la tourelle ventrale fut abandonnée et quatre canons de 20 mm (.79 in) Hispano M2 (calibre peu utilisé sur les chasseurs US) furent installés dans les ailes. Ces canons furent ensuite repositionnés dans le ventre de la gondole. Le Northrop Specification 8A fut proposé au Army Air Material Command le 5 décembre 1940, qui retourna un courrier le 17 décembre invitant Northrop à poursuivre ses travaux, moyennant quelques changements. Un contrat pour deux prototypes et deux maquettes pour essais en soufflerie fut signé le 10 janvier 1941. Le Northrop Specification 8A fut rebaptisé, XP-61, par le War Department.

In late November 1940, Jack Northrop back to a three-man crew and the double rear vertical stabilizer. However, for greater firepower, the ventral turret was abandoned and four Hispano M2 guns of 20 mm (.79 in, caliber rarely used on US fighters) were installed in the wings. These guns were then repositioned in the belly of the gondola. The Northrop 8A Specification was proposed to the Army Air Material Command 5 December 1940, which returned a letter, December 17, inviting Northrop to continue its work, with some changes. A contract for two prototypes and two models for wind tunnel tests was signed 10 January 1941. Northrop 8A Specification was renamed, XP-61, by the War Department.

En Mars 1941, une demande de mise en conformité des carburateurs (dans le cadre d'une uniformisation du matériel) décidée par le Comité de normalisation de la Marine/Armée aurait pu engendrer un retard estimé au minimum de deux mois dans le développement du XP-61 ... mais le comité reviendra sur sa décision et l'écueil fut évité. Le 2 avril 1941, l'Air Corps Mockup Board rencontra Northrop pour inspecter la maquette du XP-61. Plusieurs changements furent requis comme la relocalisation des canons d'ailes sous le ventre de la gondole comme précité. Ils étaient placés juste derrière le train avant, très rapprochés les uns des autres, s'écartant peu du centre de la gondole. Cette dispostion sur un espace très restreint, permettait d'éviter la convergence des tirs inhérent aux armes installées dans les ailes. L'espace libéré dans les ailes (munitions y compris) permet également d'accroître la capacité interne en carburant d'environ 400 L (2044 l à 2445 l). Au rayon changement, notons encore l'ajout exigé de points d'emport pouvant accueillir des réservoirs largables, de réducteurs de flammes sur les échappements. Ces changements occupèrent les ingénieurs pendant un mois, augmentant le retard du projet. Treize modèle de pré-série pour les essais seront complétés et baptisés YP-61 (ou P-61).

In March 1941, a request for compliance of carburettor (through standardization of equipment) decided by the Navy/Army Standards Committee y could have resulted in an estimated delay of at least two months in development of XP-61 ... but the committee will reconsider its decision and the pitfall was avoided. On April 2, 1941, the Air Corps Mockup Board met Northrop to inspect the model of the XP-61. Several changes were required as the relocation of the wing guns under the belly of the gondola as above. They were placed just behind the front, very close to each other, deviating little from the center of the gondola. This dispostion on a very small area, would avoid the fire convergence inherent to weapons installed in the wings. The space released in the wings (including ammunition) also increases fuel internal capacity of 400 L (2044 l to 2445 l). At he change level, note again demanded adding pots to accommodate drop tanks, flame-reducers on exhausts. These changes occupied engineers for a month, increasing the project's delay. Thirteen pre-series model for testing will be completed and baptized YP-61 (or P-61).

A la mi-1941, la difficulté à incorporer l'affût circulaire la tourelle dorsale General Electric sur le XP-61, provoqua son remplacement par un affût piédestal comme utilisé sur les tourelles supérieures des bombardier B-17, B-24 et B-25 entre autres. Pour les essais de vol, une tourelle factice sera utilisée. En février 1942, le sous-traitant Curtiss notifia à Northrop que l'hélice 4-pales C5424-A10 envisagée pour le XP-61 ne serait pas disponible pour les essais de vol. Elle sera remplacée à titre provisoire par une hélice Hamilton Standard. Le poids à vide du prototype était de 10157 kg et au décollage de 13459 kg. Les moteurs étaient deux R-2800-25S Double Wasp radials. L'équipement radio comprenait deux radios de commandement SCR-522As et trois autres type de radios (SCR-695A, AN/APG-1, et AN/APG-2).

In mid-1941, the difficulty in incorporating of circular mount of the General Electric dorsal turret on the XP-61, led its replacement by a pedestal mount like on the upper turret of B-17, B-24 and B 25 bombers among others. For flight trials, a dummy turret will be used. In February 1942, the subcontractor Curtiss notified to Northrop that 4-blade propeller C5424-A10 considered for the XP-61 would not be available for tests. It will be replaced provisionally by Hamilton Standard propeller. The empty weight of the prototype was 10157 kg and 13459 kg in take-off. The engines were two R-2800-25S Double Wasp radials. The radio equipment included two command radios SCR-522As and three other types of radios (SCR-695A, AN / APG-1 and AN / APG-2).

Le 1 septembre 1941, 150 P-61 furent commandés, suivis par une commande de 450 autres avions le 12 février 1942.

On September 1, 1941, 150 P-61 were ordered, followed by a command 450 other aircraft 12 February 1942.

P-61Bs on the assembly line at Northrop, 1944

src: Wikipédia

Design

Le P-61 est un bimoteur de construction entièrement métallique, de configuration bipoutre et monoplan à aile moyenne, qui fut spécifiquement conçu pour la pénétration et la chasse nocturne. Il était équipé d'un radar de recherche SCR-720 (portée de 8 km), d'origine britannique et modifié par le MIT (Massachusetts Institute of Technology), installé dans le nez de la nacelle centrale. Un radar d'allerte de queue SCR-695 complétait le dispositif. L'avion était dirigé par un équipage de trois hommes : un pilote, un mitrailleur et un opérateur radar. L'imposante verrière étaient à deux niveaux, le mitrailleur étant installé plus haut que le pilote.

The P-61 is a twin-engined, all-metal construction, twin boomed and mid wing monoplane configuration aircraft, which was specifically designed for penetration and night hunting. It was equipped with a search radar SCR-720 (range of 8 km), British-born amended by the MIT (Massachusetts Institute of Technology), installed in the nose of the central gondola. A SCR-695 tail warning radar completed the radar device. The plane was headed by a crew of three: a pilot, a gunner and a radar operator. The imposing glass roof were in two levels, the gunner being installed above the pilot.

La nacelle centrale abritait le longeron principal de la voilure, les réservoirs de carburant, les systèmes d'alimentation et leurs systèmes de contrôle ainsi que les câbles des commandes de vol, les commandes des moteurs et du pas des hélices, la radio et l'IFF (Identification ami ou ennemi) mais surtout le bâti de la tourelle dorsale ainsi que ses systèmes de commande en rotation et en élévation ; les magasins de munitions pour les quatre mitrailleuses lourdes Browning M2 de 12,7 mm ( .50 in), le calculateur de commande gyroscopique de tir GE2CFR12A3, ainsi que les liaisons vers les consoles de tir du mitrailleur et de l'opérateur radar. Ce dernier était installé à l'arrière de la nacelle centrale (accès à l'avion via une petite trappe avec échelle sous le ventre). Son poste était isolé du cockpit avant et disposait d'une verrière de forme conique.

The central gondola housed the main longeron of the wing, fuel tanks, power systems and their control systems as well as flight control cables, engine and propeller pitch controls , radio and IFF (Identification Friend or Foe) but above the frame of the dorsal turret and its traverse/elevation system controls and ; stores of ammunition for the four heavy machine guns Browning M2 12.7 mm (.50 in), the gyro control computer GE2CFR12A3 of shooting, as well as links to the firing consoles of gunner and radar operator. The latter was installed at the back of the central gondola (access to the aircraft through a small hatch with ladder under the belly). His position was isolated from the front cockpit and had a conical canopy.

Command Pannel
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Son armement était composé de de quatre canons Hispano M2 (.79 in) de 20 mm situés dans la partie basse de la nacelle centrale, et de quatre mitrailleuses Browning M2 ( .50 in) de 12,7 mm (les deux centrales légèrement surélevées) disposée dans une tourelle dorsale télécommandée (pas toujours montée selon les différends modèles ou selon la volonté de l'équipage).. L'absence de la tourelle était due principalement à un manque de disponibilité du mécanisme identique à celui installé sur le bombardier B-29 jugé prioritaire pour les livraisons.

Its equipment consisted of four guns Hispano M2 (.79 in) of 20 mm located in the lower portion of the central gondola, and four guns Browning M2 (.50 in) 12.7 mm (both central slightly raised) mounted in a remote-controlled dorsal turret (not always installed depending on the production model or the will of the crew). The absence of the turret was mainly due to a lack of availability of the mechanism identical to the one installed on the B-29 bomber identified as a priority for deliveries.

Le Black Widow était propulsé par deux moteurs en étoile Pratt & Whitney R-2800-25S Double Wasp, montés dans les deux poutres latérales. Ces moteurs étaient suralimentés par des compresseurs mécaniques double-étage à deux vitesses. Pour un gain de place et de poids, il n'y avait pas de turbocompresseurs installés. Ces derniers auraient permis d'augmenter la vitesse de pointe de 80 km/h et le plafond opérationnel de 10000 pieds (3048 m). Les nacelles des moteurs accueillaient également les logements du train d'atterrissage principal. Il se déployait vers l'avant et se repliait vers l'arrière. Chaque roue était tournée vers l'intérieur de la jambe du train d'atterrissage. Les trappes de chaque train principal étaient en deux pièces de tailles égales. L'élément secondaire du train d'atterrissage (se rétractant vers l'arrière) était situé à l'avant de la nacelle de l'équipage (trappe double), le pilote et le mitrailleur accédaient à l'appareil à cet endroit également.

The Black Widow was powered by two radial engines Pratt & Whitney Double Wasp R-2800-25S, mounted in the two side booms. These engines were supercharged by dual-stage mechanical compressors at two speeds. To save space and weight, there was no installed turbochargers. The latter would have increased the top speed of 80 km/h and operational ceiling of 10,000 feet (3048 m). The engine gondolas also welcomed the housing of the main landing gear. It unfolded forward and fell back to the rear. Each wheel was turned towards the inside of the landing gear leg. The doors of each main gear were two pieces of equal size. The secondary element of the landing gear (retracting backwards) was at the front of the crew gondola (double door), the pilot and the gunner were accessing to the plane via this location also.

Pratt & Whitney R-2800-65W	SCR-720 radar
src: Wikipédia	src: Wikipédia

Les deux poutres latérales se terminent par une large dérive et une gouverne de direction en forme de triangle rectangle. Les deux dérives sont reliées par l'empennage horizontal de forme rectangulaire. La configuration du stabilisateur horizontal et de la gouverne de profondeur était très aérodynamique. Les prises d'air d'alimentation des moteurs (du même type que pour le F4U Corsair) se situent sur les bords d'attaque, à quelques dizaines de centimètres de part et d'autre des nacelles moteurs. Le contrôle de l'avion en roulis se faisait via les "Zap flaps" (volets rétractables sur toute l'envergure) et des destructeurs de portance (ou spoilerons) couplés à 2 petits ailerons placés à l'extrémité du bord de fuite, en bout d'aile. Dirigés vers la surface supérieure de l'aile, ils modifiaient le flux d'air et diminuaient la portance par réduction locale de la vitesse d'écoulement. L'avion ne présentait que très peu d'angles ou de bords anguleux ; du point de vue aérodynamique, le design de cet avion était très net et ses lignes fluides.

The two side booms end with a large vertical stabilizer drift and a right triangle-shaped rudder. Both fins are connected by the rectangular horizontal stabilizer. The configuration of the horizontal stabilizer and the elevator assembly was very aerodynamic. The air intakes of the engines (the same type as for the F4U Corsair) are on the leading edges, a few tens of centimeters either side of the engine gondolas. The control of the aircraft about the roll axis was done via the "Zap flaps" (retractable shutters on the full scope) and spoilers (or spoilerons) coupled to two small fins placed at the end of the trailing edge, in wingtip. Directed towards the upper surface of the wing, they alter the airflow and decreased lift by local reduction of the flow velocity. The aircraft had little corners or sharp edges; on the aerodynamic point of view, the design of this aircraft was very clear with flowing lines.

Sources:

• Wikipédia
• WWII Vehicles
• Lemaire Soft
• joebaugher