Maradva a hidegháborús ’60-as években, néhány, függőlegesen fel (és le)szálló (VTOL) tervezetről lesz szó, nyugatról és keletről egyaránt, a teljesség igénye nélkül. Az ötletet a világháború után feltámadó német repülőipar három terméke adta, ezért elsőként ezek következnek.

Mind a NATO, mind a Varsói Szerződés stratégái arra a riasztó következtetésre jutottak, hogy bármilyen (nem-nukleáris vagy nukleáris), köztük kitörő háború elsődleges célpontjai a repülőterek lesznek. Ez persze nem meglepő: az ezeken állomásozó, új, gyakran már szuperszonikus sugárhajtásúak megvédhették a saját területeket, miközben akár atomcsapást mérhettek az ellenségre. A nyugati típusok kevésbé, az oroszok egy kicsit jobban alkalmasak voltak ugyan burkolatlan pályáról való üzemelésre, de alapvetően nem nélkülözhették a reptereket. Azok viszont elég jó célpontot is nyújtottak kiterjedésük miatt. A saját erők megőrzésére a repülőszázadok széttelepítése megoldást kínált, és bár épültek tartalék repterek, és használtak autópálya-szakaszokat viszonylag rendszeresen, ennél is jobb módszereket kerestek az illetékesek.

SATS, ZELL

Legegyszerűbb lett volna, ha a meglévő harci gépek semmilyen, vagy minimális módosítással alkalmasak lettek volna arra, hogy nagy reptér nélkül szálljanak fel. Kezdetben még a SATS rövidítésű elképzelésről volt szó (Short Airfield for Tactical Support, azaz Rövid Reptér a Taktikai (Légi)támogatáshoz), mely katapulttal és fékezőkábelekkel felszerelt, így csak igen rövid futópályát igénylő reptereket képzelt el. Mivel az elsődleges front feltehetően a két Németország területe lett volna, ezért az NSZK a Luftwaffe F-104-eseivel kezdte meg a kísérleteit, együttműködésben az amerikaiakkal. A telepített katapult a Starfighterben dolgozó J79 hajtómű stabil verziója, a gázgenerátorként használt LM 1500 két példányát alkalmazva hozott létre nagy nyomást, és végső soron egy szánon át gyorsította fel a vadászgépeket. Bár a dolog működött, még mindig nem az igazi volt.

Ezért a következő lépés az volt, hogy egy standard vadászbombázót egy óriási rakétamotor, és egy állvány segítségével néhány méteren belül emelnek a levegőbe, majd fékhoroggal és (rugalmas) fékezőkötelekkel felszerelt, immár tényleg nagyon rövid kifutókon, utakon szállhat le. A teszteket az amerikaiak kezdték Zero-Length Launch néven (kb. nulla indítási hossz, általában ZELL rövidítéssel), és már az ’50-es években sor került F-84G, majd F-100D vadászbombázók indításaira. Az első NSZK-beli start 1966-ban történt, miután ’63-ban az USA-ban az Edwards légibázison kezdték meg a kísérleteket a németek. A 20 fokos szögbe állított, 13 tonnás Starfighternek 28 tonnás tolóerejű, szilárd üzemanyagú rakéta segített az indulásban, no meg az utánégetővel dolgozó saját J79-ese. Az indítás hangja minden bizonnyal maradandó élményt okozott a fültanúknak.

Egy német F-104 Starfighter startol ZELL eljárással, valószínűleg még az Edwards légibázis területén folytatott kísérletek idején. Kivehető, hogy milyen rövid volt az indítórámpa. A német légierő a ’60-as években, sőt még utána is sokáig kereste a „levegő Ferrarijának” méltó utódját, többek közt VTOL vadászgépek képében is (forrás)

Egy hamisítatlan hangulatú, korabeli bemutató film, mind a SATS, mind a ZELL programról. A videóban előbbi van később, 8:47-től. Látható, hogy a SATS esetében a katapultáláshoz nagyjából a belépőél vonalában voltak a gépen a rögzítőpontok, nem az orrfutón. A fékezést pedig rugalmas szalagok végezték. Ezek mind eltérések a US Navy által használt metódustól (orrfutós katapultálás és drótkötelek), pedig a partner a tengerészet (tengerészgyalogság?) volt, nem az USAF, mint ahogyan a ZELL-nél

A Szovjetunióban is folytattak gyakorlatilag ugyanilyen kísérleteket a MiG-19 kissé módosított, SM-30 jelű változatával, még az ’50-es években. Ott azonban nem csak a rejtett telepítés és az első csapással szembeni túlélőképesség miatt kezdték el a teszteket, hanem azért is, mert a távol-keleti és az északi területeken nagyon kevés volt a reptér, miközben vadászgépekre szükség volt az északi sark felől támadó amerikai bombázók megállítására. A PU-30 jelzésű, teherautó vontatta kilövőállványról indítható vadászt egy 16 tonna tolóerejű, PRD-22 típusú, automatikusan leváló rakéta segített a levegőbe emelni. A hajtóművek teljes gázzal mentek, és a begyújtó rakéta 4,5 g túlterheléssel repítette a magasba a 15 fokos rámpáról a gépet. A start idejére, 3 másodpercre blokkolták a MiG vezérlését, a rakéta bekötési csomópontjánál a törzskereteket megerősítették, és a katapultülést is módosították, hogy a pilóta számára kényelmesebb legyen az indítás. Az oroszok a fékhorgos megoldás mellett extra méretű fékernyőkkel és rugalmas, az orrfutóba beakadó kötelekkel felszerelt, rövid futópályás megoldást is teszteltek a gép leszállásához. Bár így sikerült az elvárt 400 m-en belül megállítani a tesztgépet, természetesen ez az eljárás túl körülményes lett volna a katonaságnál. Külön érdekesség, hogy az első SM-30 (SM-30M) a MiG-19 létező, pilóta nélküli változatának egyik példányából lett átalakítva, azaz a fenti módosítások mellett megkapta a pilótafülkét és a szükséges kiegészítő rendszereket.

Az SM-30, még a JaZ-210G vontatón, majd a rámpáról épp felszállva. A szovjeteknek végül az sem tetszett a módszerben, hogy kilométerekről látható porfelhőt vert fel a start (forrás: fenti, lenti)

A kísérleti indítások egyébként elég jól mentek, de a ZELL egyik országban sem lett rendszeresítve. Az eldugott indítóállásokon esetlegesen tárolt atombomba őrzése is nagy gond volt, de hiányzott a műszaki háttér, és a leszállás sem volt megoldva igazán megnyugtatóan. A kilövőállások mobilitása sem volt az igazi, mivel a rámpával együtt szállított vadászgép mindenképpen túlméretes rakomány volt, és nem feltétlen fért át hidakon, alagutakon, szűk utcákon, villanyvezetékek alatt. (Sőt, az SM-30 esetében az derült ki, hogy még ehhez a megoldáshoz sem elég fejlett az északi, szibériai úthálózat…) Ráadásul közben védelmi feladatoknál a légelhárító rakéták, támadó bevetéseken pedig a robotrepülőgépek vették át a pilóta vezette gépek helyét az előzőleg elképzelt szerepkörökben.

A következő lépés tehát olyan, immár kifejezetten a VTOL követelményeknek megfelelő gépek előállítása volt, amelyek leszállni is képesek úgy, mint a helikopterek. („Következő lépés” logikailag legalábbis, mivel a valóságban a ZELL, a SATS, és a most ismertetendő projektek gyakorlatilag párhuzamosan futottak.)

A nyugat egységesíteni próbál: NBMR

A NATO szakértői a hidegháború elején egy igen értékes felismerést tettek. A keleti blokkban a Szovjetunió többé-kevésbé egységes fegyverzettel árasztotta el a befolyása alá tartozó országok, és persze saját hadseregét, ami nyilván logisztikailag igen előnyös volt. Ezzel ellentétes volt a helyzet nyugaton. Csak az amerikai haderő volt elég nagy ahhoz, hogy az egyre összetettebb, modern fegyverzet kifejlesztésére több hazai céget is eltartson, mégis, az európai NATO-tagországok szintén számtalan tervezőirodával rendelkeztek. Utóbbi alatt elsősorban az Egyesült Királyságot és Franciaországot kellett érteni, hiszen ekkor még a (nyugat-)német gyárakat nemzetközi szerződések tiltották el a munkától. Hogy a NATO is profitálhasson az egységes(ebb) fegyverzetből, a szervezet bizottságot alakított, és NATO Basic Military Requirement (NATO Alapvető Katonai Követelmények) néven hoztak ki tulajdonképpen pályázati felhívásokat repülőgépek fejlesztésére. Ezeket elvileg majd’ minden tagállam rendszeresítette volna.

Az NBMR-1 egy könnyűvadászt kívánt megteremteni, összhangban azzal, hogy ne csak logisztikailag történjen előrelépés, hanem a gépek növekvő bonyolultságának is gátat szabjanak. Néhány, igazán kevéssé ismert európai pályázón túl nevezték a kiírásra a később Northrop F-5-ösként ismertté vált amerikai gépet, de a nyertes a Fiat G.91 lett. Az egész NBMR-1 sztori is megérne egy külön posztot, de most a későbbiek fényében a G.91 győzelme a fontos, és hogy a németek és az olaszok rendszerbe is állították a gépet.

Az NBMR-2 egy tengerészeti járőrgépet keresett, és nem meglepő módon ezúttal sem jött össze az együttműködés, de azért a Breguet Atlantique szolgálatba állt a franciáknál és a németeknél is.

A VTOL gépekre az igényt az NBMR-3 kiírás tartalmazta, de mindjárt kettébontva: a 3a lett a szuperszonikus vadászgép, a 3b pedig a transzszonikus nukleáris csapásmérő. Tekintettel a nagy technológiai rizikóra, az NBMR-3a (vagy AC.169a) nem tartalmazott részletes elvárásokat, a tervezőirodákra bízták a szerintük optimális kialakítás megtalálását. Csak annyi volt kikötve, hogy az új vadászgépnek 2 Mach sebességet kell elérnie, és képesnek kell lennie a VTOL repülésre. A pályázók között több angol terv is volt, közülük említésre érdemes a Vickers Supermarine (BAC) Type 583V, de ez is rajzasztalon maradt. A későbbi részekben kicsit részletesebben lesz szó a Fokker-Republic D.24 Alliance és a Dassault Mirage Balzac/IIIV típusokról, valamint a Hawker Siddeley P.1154-esről. Igazából a 3a kategóriába tartozott volna az NBMR kibocsátása előtt már megkezdett EWR VJ 101C, mégis a 3b-n vettek vele részt a német cégek. A 3b-ről, valamint a 3a és 3b során létrehozott gépek logisztikai (szállítógépes) támogatására vonatkozó 4-es és 22-es számú NBMR-ről szintén a következő részekben lesz szó.

A hírneves Supermarine tervezőiroda 583-as projektjének helyből felszálló verziója. Az eredetileg változtatható szárnynyilazású tengerészeti vadásznak tervezett gépet egyetlen, Bristol-Siddeley BS100 hajtóművel látták volna el. Ez négy elforgatható kiömlőnyílása révén biztosította a függőleges tolóerőt, csakúgy, mint a kisebb teljesítményű Pegasus (forrás)

2019 áprilisi kiegészítés: számítógépes grafikán a Supermarine 583V (forrás)

A nyugatnémet repülőipar a sűrűjébe veti magát

A bonni kormány, mint már szó volt róla, egészen közelről érezte a szovjet hadosztályok NDK-beli csoportosításának erejét, illetve a VSz frontrepülőinek fenyegetését például repterei ellen. Így a világháborús korlátozásokat követően újra létrehozott, nagy nevű tervezőintézetek munkához is láttak, és az ország 1955-ös NATO-tagságát követően, szinte egyből megkezdték a repterekről független, VTOL gépek koncepcióinak kidolgozását.

Az extravagáns Triebflügel, ami a szárnyvégekre szerelt torlósugárhajtóművekkel forgatta meg az ily módon rotorként funkcionáló három szárnyat, és így emelkedett fel a függőlegesen álló gép. És ami sosem készült el (forrás)

A Focke-Wulf – mely még ’44-ben tette le az asztalra a Triebflügel névre hallgató, ma is meglehetősen futurisztikusnak ható tervét – ezúttal a 860 jelű modelljével jelentkezett. De a Henikel, a Bölkow és a Messerschmitt is javasolta a saját ötletét. A négy gyár egyaránt az ún. farokra ülő technológiát választotta, vagyis gépük a törzs hátsó részén, a megfelelően kiterjesztetett vezérsíkokon és a szárnyakon lévő kerekeken ült a földön, és így emelkedett fel függőlegesen a magasba. A munkaórák előrehaladtával a He 231 először átalakult egy normál földi helyzetű géppé (lásd a képeket), majd a hajtóművek elhelyezését megváltoztatva, kialakult azok elforgatása is. Ekkor már VJ 101A-ként is említették a tervezetet (VJ: Vertikal Jäger, azaz VTOL vadászgép). A Messerschmitt is módosította elképzeléseit, és szintén „vízszintes” helyzetű gépre váltott, de belső elhelyezésű hajtóművekkel (VJ 101B). A hivatalos szervek azt javasolták a tervezőirodáknak, hogy együttesen készítsenek el egy, a formálódó elvárásoknak megfelelő, szuperszonikus, helyből felszálló vadászgépet. A Messerschmitt és a Heinkel, miután eltérő terveiket összedolgozták, a Bölkow-val állt össze, Entwicklungsring-Süd (kb. Déli Kutatási Konzorcium), röviden általában EWR néven. Ezek után természetesen az EWR kapta a megbízást a hadügyminisztériumtól 1959 decemberében.

A VJ 101C tervei két emelő, és négy emelő/menethajtóművel számoltak. Azt a német mérnökök is nagyon jól tudták, hogy az ilyen kialakítású gépek a csak függőleges manőverekre szolgáló hajtóműveiket a repült idő szinte teljes egészében plusz súlyként cipelik magukkal. Márpedig minden repülőgépnél kulcsfontosságú a minél kisebb felszállósúly. Azt is tudták, hogy az angolok a Hawker (Siddeley)-nél a Bristol újszerű hajtóművével terveznek egy VTOL vadászgépet, ami nem használ külön emelőhajtóműv(ek)et. Ez viszont azzal járt, hogy a hamarosan Pegasus néven ismertté vált, új sugárhajtóműnek igen nagy tolóerőt kellett leadni felszálláskor is, ami hatalmas levegőigényt, így pedig átmérőt tett szükségessé. A vele összemérhető teljesítményű hajtóművek nagyjából 1 méteres átmérővel rendelkeztek, de a Pegasus ezeknél 20%-kal nagyobb volt. Márpedig a tömeg mellett egy szuperszonikus vadászgépnek még egy lényeges tervezési megkötése volt: a minél kisebb törzskeresztmetszet. A Pegasus hajtotta Hawker P.1127 üzemszerűen nem is tudta átlépni a hangsebességet, míg a németek 2-2,3 Mach tempóra számítottak új gépüknél. Ezért úgy vélték, jobb lesz több, kis átmérőjű hajtóművet alkalmazni, amikhez külön emelőhajtóművek csatlakoznak. (Bár nyilván nem véletlen alakult így, de ilyen szempontból mellékes, hogy a VJ 101C-nél aztán ez a kétféle feladatkört betöltő hajtómű ugyanaz a típus lett.)

A Focke-Wulf 860-as terve. Az egyébként megszokott vonalvezetésű, szuperszonikus vadászgép a függőleges fel- és leszálláshoz a képen jól látható módon támasztókarokat nyitott, továbbá, hogy a pilóta legalább minimálisan lásson a föld felé, lehajtható volt az egész orr-része (forrás)

Két, utólag (2018. 06. 29.) a posztba illesztett képen a Focke-Wulf különleges, farokra ülő típusa (forrás: Facebook)

A He-231 evolúciója. A képeket követve látható, hogy többször teljes mértékben átdolgozták a terveket a mérnökök, hogy a lehető legjobb megoldást találják meg az adott feladatra, illetve, hogy minél több lehetséges elrendezést vizsgáljanak meg. A farokra ülő dizájn esetében (kép forrása: fent) a pilóta fekvő pozíciója és a kicsiny terhelhetőség okozott gondot, majd jött az elforgatható, de normál, hátsó kiömlőnyílású, négy hajtóműves elrendezés, végül a már VJ 101A-nak is nevezett, forgatható, szárnyvégi hajtóműves kialakítás (lent és lejjebb)

A Messerschmitt P.1227 jelű tervének egyik korai kialakítása (fent), meglehetősen egyedi elhelyezésű és „kapcsolású” hajtóműrendszerrel, majd az egyszerűsített verzió (lent), immár csupán három, de jóval erősebb hajtóművel – kétségkívül letisztultabb, egyszerűbb konstrukció (forrás: Mike Hirschberg prezentációja, 11. és 12. dia)

A legéletképesebbnek bizonyult rivális, a Hawker P.1127. A típus számos jellegzetessége megfigyelhető ezen a képen: a kis méret, a tandem futók, a Pegasus hajtómű elülső kiömlőnyílásai (itt letakarva a fúvóka), a farokból kinyúló részben a stabilizáló, sűrített levegőt kifújó rendszer és a kicsi, hegyes orr (forrás)

Ugyanakkor az angolokkal együttműködés alakult ki a hajtóművek terén, mivel ezen a területen túl nagynak ítélték a németek lemaradásukat, és ezzel nem akarták túlságosan elhúzni időben a VJ 101 programot. Még 1958 októberében megalakult a MAN-Turbomotoren GmbH, majd másfél évvel később 10 évre szóló együttműködési szerződést kötött a Rolls Royce-szal. Először RB.153-17 néven kezdték meg az akkor már kipróbáltnak számító RB.108 emelőhajtómű módosítását, hogy az képes legyen hosszú idejű működésre és 2,3 Mach sebesség melletti üzemre is. Eredeti feladatkörében persze nem volt szüksége ilyen paraméterekre az RB.108-asnak, viszont ma sem lebecsülendő módon 8,7:1-hez tolóerő/tömeg arányt produkált. Azonban ahogy a VJ 101C fejlesztése haladt előre, nyilvánvalóvá vált, hogy – első körben legalábbis – egy kísérleti típus fog épülni, amihez elég lesz fele akkora tolóerő is. Így a RR/MAN RB.145 néven folytatódott az 1,23 tonna tolóerejű sugárhajtómű tervezése, mindjárt kétféle verzióban. Az egyik, melyet a VJ 101C csak a VTOL módban használt, rövid fúvócsővel rendelkezett, a másik, amit pedig a normál repüléshez is, az hosszabb, hatékonyabb fúvócsövet és később utánégetőt is kapott. A 9 fokozatú axiális kompresszor a gyűrűs égőtérbe továbbította a levegőt, és az távozás előtt egy kétfokozatú turbinának adta le a kompresszor hajtásához szükséges energiát.

Az RB.145, azaz a Rolls Royce RB.108 emelőhajtómű módosított, eggyel több kompresszorfokozattal és további segédberendezésekkel ellátott változata. Tolóerő/tömeg aránya még mindig 6:1-hez volt (forrás: Aeronautical Reserach in Germany 453. o.)

A VJ 101C méretei szinte megegyeztek a leváltandó Starfighterrel, viszont maximális tömege csak annak felét tette ki. Így aztán a hat RR/MAN hajtóműnek az F-104 J79-esénél alig valamivel nagyobb tolóereje, maximális felszálló tömeg mellett, az amerikai gép 0,54-es értékéhez képest kb. 1,2 tolóerő/tömeg arányt biztosított a VJ 101C-nek. Két RB.145 a pilótafülke mögött, függőlegesen került beépítésre, beömlőnyílásaikat pedig egy közös lemez fedte, mely csak a le- és felszálláskor nyílt fel. A Rolls Royce által tervezett szárnyvégi gondolákban egymás felett volt a további, oldalanként 2-2 hajtómű, melyek a repülés minden fázisában dolgoztak. A nagy sebességre tekintettel ezek közös beömlőnyílását Mach-kúppal szabályozták. Természetesen az igazi különlegesség a gondolák forgathatósága volt. A főleg alumíniumból készült, de a hőnek kitett részeken acélt és kevés titánt is tartalmazó gondolákat a vízszintestől 96 fokig lehetett elfordítani. A „+6” fokos elfordításra a lebegés közbeni manőverezéshez volt szükség. A gondolákat egyiktől a másikig egy közös tengely kötötte össze és fordította el, melyet négy, együttműködő, Dowty-Rotol gyártotta hidraulikus aktuátor mozgatott, és amely az üzemanyag- és hidraulikavezetékeket is kivitte hozzájuk. (Utóbbira a hajtóművek vezérléséhez volt szükség.) A kis sebességű repülés közben nem volt elegendő a légáramlás az RB.145-ösök táplálásához, ezért ilyenkor a gondolák első része kissé előrecsúszott, hogy többlet felületet biztosítson a légbeszíváshoz. Ez számos képen jól megfigyelhető, és más formában sok repülőgépen alkalmazzák a módszert.

A VJ 101C X2 főbb belső elemei. Egy másik, sokszor közölt röntgenrajz alapján, és talán ez a valószínűbb, az összekötő tengely nem ténylegesen egyetlen egyenes tengely volt, mint ahogyan itt be van rajzolva. A farokrészben még fékernyő is volt! (forrás: AIAA tanulmány, 13. o. alapján)

A VJ 101C repülése teljesen olyan volt, mint a többi korabeli vadászgépé, kivéve természetesen a függőleges le- és felszállást. Ebben az üzemmódban a vezérlés átváltott a hajtóművek tolóerejének, illetve a gondolák elfordításának változtatására. A süllyedést vagy emelkedést az egyetlen gázkarral szabályozta a pilóta, értelemszerűen ez a tolóerő egyidejű növelését jelentette minden hajtóműnél. A botkormány azonban szintén a teljesítményeket változtatta ekkor, nem pedig a kicsi vagy nulla vízszintes sebesség miatt hatástalan aerodinamikai kormányfelületeket térítette ki. Előre/hátra mozgatáskor az elöl lévő két RB.145 csökkentette/növelte a tolóerőt, a gondolákban lévők pedig növelték/csökkentették a sajátjukat, így a gép az orrát leadta/megemelte. A botkormány oldalra kitérítése a megfelelő oldali gondolákban visszavette, illetve növelte a teljesítményt, így hossztengelye körül megdöntve a VJ 101C-t. Ezzel azonban igen óvatosan kellett bánni, mert túl erős manővernél a gép pillanatok alatt átfordulhatott, és a földhöz csapódhatott. Az oldalkormány pedáljai tették lehetővé az orr jobbra-balra fordítását, ekkor volt szükség a gondolák függőlegesen túli elfordítására. A gondolák ekkor ellentétesen tértek ki kissé, de természetesen azonos mértékben. A pilótát a szokatlan manőverekben automatika segítette, amely például beavatkozás nélkül lekapcsolta a másik oldali megfelelő hajtóművet, ha a párja meghibásodott. Egyidejűleg, a kieső tolóerő miatt, a többi hajtóművet is visszavette 50%-os teljesítményre, nehogy egyéb elmozdulások történjenek. Ekkor a gép még viszonylag kontrolláltan süllyedhetett tovább a felszínig, de természetesen emelkedni már nem tudott.
Az X1 lebegés közben, nyitott fékszárnyakkal és előretolt első részű, 90 fokos helyzetű gondolákkal (forrás)

A VJ 101C tesztelése

Hogy a szokatlan repülési fázisokat, illetve magát az emelő plusz emelő/menethajtómű koncepciót előzetesen teszteljék, két egyedi próbapad is épült.

Az első a Wippe (Libikóka) névre hallgatott. A szerkezet, nevéhez illően, egy tengely körül tudott elfordulni, de csak az egyik karja volt meg. Ennek végében volt beépítve egy pilótaülés, közvetlenül mögötte, a forgáspont felé eső részen pedig egyetlen RB.108-ast helyeztek el. Az egyszerű, de igen zajos szerkezetet az emelőhajtómű viselkedésének szinte veszélytelen, de nagyon pontos felmérésére használták. A német mérnökök tudni akarták a legapróbb részletekig, hogyan reagálnak a sugárhajtóművek a lebegés közbeni teljesítmény-változtatásokra, és hogyan „érzi” majd a pilóta a vezérlésüket, mivel csak ezekre számíthatott VTOL repüléskor.

Felül a Wippe, alul a már „lebegőképes” Schwebestegell, utóbbi már a külső burkolatokkal (forrás: Mike Hirschberg prezentációja, 17. és 18. dia)

Miután a Wippe tesztjei jól alakultak, eggyel előbbre léptek, és a Schwebestegell („Lebegő Próbapad”) nevű eszközt készítették el. Ez már a VJ 101C konkrét kialakítását követte, mivel kereszt alakjának három pontján helyeztek el egy-egy RB.108-ast. Az elöl lévő pilótaálláshoz (túlzás lenne fülkének nevezni) került egy hajtómű, és emellett jobbra és balra, oldalt, a kereszt másik szárának végeiben is voltak RB.108-asok. Így a Schwebestegell ugyanúgy három tolóerő-vektorra támaszkodott, mint a tervezett repülőgép. A futómű, a pilóta helyzete és más hasonló dolgok jól közelítették a későbbi, valódi VJ 101C-ét. A tesztelést kikötve kezdték meg, 1962. március elsején. 13-án viszont már szabadon lebegett a szerkezet, amihez a rácsszerkezet egy részét alul burkolattal egészítették ki. Így már szimulálni tudták a párnahatást, míg a fedetlen rácsszerkezeten átáramlott volna a talajról visszaverődő levegő. A Schwebestegell segítségével nem csak a kialakítást vizsgálták meg, hanem sort kerítettek többféle automatikus vezérlőrendszer próbáira is. Ehhez gyors kormánymozdulatokat produkáltak, valamint súlyokat ejtettek a szerkezetre, így szimulálva például erős széllökések vagy a hajtóművekből kijövő gázok beszívása okozta tolóerő-csökkenéseket. Minden esetre az világossá vált, hogy a pilóta néha képtelen lenne elég gyorsan reagálni lebegés közben, amikor maximálisan le volt kötve a figyelme, ezért szükség van automatikus rásegítésre a vezérlőrendszerben. Mind a németek készítette, mind az amerikai Honeywell rendszere megfelelőnek bizonyult, ezért a VJ 101C-be a két fél közös fejlesztése került.

A sikeresnek bizonyuló próbapadok után következhetett a valódi repülőgép megépítése. Az EWR két, nem teljesen egyforma gépet tervezett: X1 jellel a VTOL tulajdonságok vizsgálatára egyet, és X2-ként egy másodikat, amely már utánégetős hajtóművekkel volt ellátva a gondolákban, hogy 1,4 Machig kiterjesszék vele a repülési tartományt. Az RB.145 1961-ben már a fékpadi tesztekig jutott, így mire 1962 végére elkészült a VJ 101C X1, beépíthették a gépbe. A Starfighterre hasonlító, de nem T-vezérsíkos és 39 fokos nyilazású, felsőszárnyas gép bevetési elektronika helyett kiterjedt telemetriai-adatátviteli rendszert vitt magával. Bár tervezték, végül is radar nem került az orrába. Minden esetre a cégnél az „Álomvadász” nevet kapta a valóban remek vadászgépnek kinéző X1. Egy másik újdonság is figyelmet érdemelt: a pilóta a Martin Baker Mk.7 katapultülésben foglalt helyet (GA7 néven említi pár forrás). Ez volt az egyik első nulla-nullás ülés, azaz amelyik nulla vízszintes sebesség mellett, akár a földön álló gépből kilőve is megmentette a pilótát. Ilyesmire már a szokásosan felszálló típusoknál is lett volna igény, de a VTOL gépeknél különösen fontos volt, hogy nagyon kis magasságból, akár vízszintes sebesség nélküli manőverek közben is biztonságosan hagyhassa el a gépet a személyzet.

Az első VJ 101C a kifutón áll. A hajtóművek jókora számozással voltak ellátva a kép készítésekor, és a gondolák első része előre van csúsztatva (forrás)

Átmeneti repülés közben. A törzs hátsó része alatt pótvezérsík is van (forrás)

A VJ 101C egyébként képes volt normál fel- és leszállásra, és az első repülés így is történt a típussal. Előtte azonban az amerikai berepülőpilóta, George Bright, aki már a Wippét és a Schwebestegellt is kezelte, egy teleszkopikus oszlophoz rögzítve végzett lebegési teszteket az elkészült géppel, 1962 decemberében. 70 lebegésre került sor, összesen csupán 66 perc időtartamban, mivel a hat, teljes gázzal dolgozó hajtómű számára csak 15 percre volt elég az X1 üzemanyagkészlete. Hogy a föld közelében csökkentsék az idegen tárgyak beszívásának kockázatát, rácsozat került a gondolák kiegészítő beömlőire, ugyanakkor a két elülső RB.145 zárófedelét eltávolították. A szabad lebegést a következő év áprilisában kezdték. Az első, igazi felszállásra, amikor a futóművek még rögzítve voltak, és normál nekifutással történt a start, 1963. augusztus 31-én került sor. A kezelhetőség megfelelő volt, bár a vízszintes vezérsík a vártnál kevésbé volt hatékony, ezért, valamint normál leszálláskor is kis mértékben működtették a gondolák elforgatását.

A védőrácsozat a plusz levegőt biztosító, „nyitott” helyzetben rögzített gondolákon (forrás)

Mivel a VJ 101C mai szóval mondva technológiai demonstrátornak épült, katonai rendszerei lényegében nem voltak, viszont jelentősen felműszerezték egyébként, hogy minél több paramétert mérhessenek a tesztek alatt. A beépített, kábelek és egyéb kiegészítő dolgok nélkül is 58,6 kg-nyi telemetriai berendezés 126 paramétert rögzített. Egy, a leszállt gépre csatlakoztatható terminálon lehetett gyorsan adatokhoz jutni, de volt egy földi vevőállomás a manchingi reptéren, később pedig egy mobil értékelőállomás is rendelkezésre állt. A terminálon 61, a reptéri állomáson pedig 72 paramétert lehetett leolvasni, a többit már csak speciálisabb eszközökkel (laborban, a tervezőirodában). A berepülés általában az Ingolstadt melletti Manchingban zajlott, de például a szuperszonikus tesztekhez már más helyszínt kellett keresni. Ezért került sor a mobil telemetriai állomás alkalmazására, melyet úgy terveztek, a Luftwaffe C-160 Transall gépei elszállíthassák a kívánt helyszínre. A feljegyzések szerint a 126 különböző adat alkotta információáramnak csak 1,4%-a veszett el a telemetria hibájából – ne feledjük, mindez a ’60-as években, amikor az adatok egy része még analóg, a másik már digitális formában került rögzítésre.

Az orrba telepített elektronika az orrkúp nélkül (forrás)

Az első, hagyományos felszállás (27 perces repülés max. 3000 m-en, rögzített futókkal) során máris megkezdték figyelni a gép viselkedését kis sebességeken. A gondolákat fokozatosan fordították egyre „függőlegesebb” helyzetbe, 70 fokos állásig, közelítve a VTOL gépek fő attrakcióját, egyben legbonyolultabb manőverét, az átmenetet a függőleges és a vízszintes repülés között. Ekkor a minimális, stabil repülést biztosító sebesség mintegy 120 km/h volt, egyelőre még 2 km feletti magasságban. Ezt követően hagyományos felszállás és hozzá függőleges leszállás, majd fordított párosítás volt a program, és ezután végezte el Bright az első, teljes átmenetet, 1963. szeptember 20-án. Figyelemreméltó, hogy ekkor összesen csak 1 óra 46 perc repült idő volt a gépben, és egy év sem telt még el az első, az X1-essel végzett lebegési tesztek óta!

A VJ 101C, csakúgy, mint a VTOL gépek mindegyike, a hajtóműveire volt utalva, amikor a levegőbe emelkedett, mivel nulla vízszintes sebessége miatt szárnyain nem keletkezett aerodinamikai felhajtóerő. Viszont a talajközeli hatások negatívan hatottak mind a hajtóművek teljesítményére, mind a gépre magára. A talajtól nem messze kilépő, forró gázsugarak közeli és távoli, vagy „reflektív” és „konvektív” hatást gyakoroltak a gépre.

A VJ 101C kialakításának megfelelően kiáramló gázok főbb áramlási vonalai (forrás: AIAA tanulmány, 28. o. ábrái)

A közeli hatáshoz tartozott, az aerodinamikai erőkön felül, a forró gázok által a gép külső borítására, főleg futóműveire (gumik, aknaajtók, az aknák belseje), továbbá magára a kifutópályára (beton, burkolatlan talaj, netán hajók fedélzete) gyakorolt hőterhelés. A gépet magát azonban megfelelő anyagokból elkészítve, a hőterhelés nem volt igazán nagy kihívás, viszont a felszínre gyakorolt hatást egyéb módokon kellett kezelni (lásd az X2-nél). A VJ 101C esetében a közeli hatások 3 méter magasság felett megszűntek. Addig az áramlások miatt a teljes tolóerő 2%-ának megfelelő szívóerő húzta vissza a gépet, efelett pedig egy rövid ideig az RB.145-ösök által kifújt gázok párnahatása miatt 4%-os többlet érvényesült.

Miután a VJ 101C elemelkedett, és a gondolák lefelé forgatásával elkezdett vízszintes sebességet gyűjteni, belépett a távoli hatás befolyásolta zónába. A nagy mennyiségű, forró gáz a gép környezetében töltötte ki a teret, mielőtt teljesen elkeveredve hatása elenyészett volna. Persze nem egyenletesen oszlott el a forró levegő, hanem a gép kialakításának, hajtóművei helyzetének megfelelően koncentrálódva bizonyos térrészekben. Ahogy a gép áthaladt valamely irányban ezen a területen, a hajtóművek ismét beszívták a hőmérséklete miatt kisebb sűrűségű levegőt. Ez természetesen a sűrítési viszonyszám romlását eredményezte az RB.145-ösökben, hiszen az ugyanannyi térfogatú beszívott levegő kisebb tömegű volt, tehát kevesebbet tudott továbbítani a kompresszor az égőtérbe, mivel annak belső aerodinamikai viszonyai változatlanok voltak. A teljesítménycsökkenés, amelyet a 90 fokos pozícióban álló gondolákból és az emelőhajtóművekből kiáramló gázsugarak okoztak, a VJ 101C 54 km/h-s sebességénél érte el a csúcsát, majd efelett már gyorsan csökkent a hatás. Az említett sebességnél az áramlási viszonyok miatt az égéstermékek a legnagyobb arányban jutottak vissza éppen a beömlőnyílásokhoz.

A vízszintes sebesség változásával a géphez képest a fentieknek megfelelően változott a kiáramló égéstermékek áramlása, ha a gondolák már nem pont 90 fokban álltak . Legfelül a 0-22 km/h közti állapot, ekkor az áramlás elkerüli a gépet. Középen, a 22-44 km/h közötti sebességnél kritikus a helyzet, ekkor jut vissza a legtöbb „használt” levegő a beömlők környékére. Végül is a VJ 101C 45 km/h felett kerüli el a közvetlen beszívást, amint az alul látható. (Ezek a sebességek azért nem illenek össze a fentebb olvasható 54 km/h-val, mert a képen az RVTO módszer szerinti eljárás tapasztalatai vannak megadva, nem a „normál” függőleges felszálláskor mérhető érték.) Ugyanez a sebesség a Harrier esetében, mivel annak csak oldalt vannak beömlői, nem felül, már 107 km/h. A gázáramlás egyre „laposabban” éri a gépet, lásd fenti ábrát, ezért a felfelé néző beömlőkkel rendelkező VJ 101C hamarabb kilép a kritikus sebességtartományból, mint az angol gép. (forrás: AIAA tanulmány, 29. o. alapján)

A már említett, lebegés közbeni orsózó mozgás is egy volt az óvatosan kezelendő helyzetek közül. Az ábra ránézésre is mutatja, hogy egy bizonyos szög után, amikor a feláramlás a (most: bal felőli) szárnyat elérte, a folyamat pozitív visszacsatolású volt, vagyis a gép még jobban meg-, majd végül átbillent volna, nem sok jóval kecsegtetve a pilótát (forrás: AIAA tanulmány, 29. o.)

A VJ 101C X2 VTOL tapasztalatai

A kívánalmak fejlődésével, változásával, és a tervezés előrehaladtával kissé megváltozott a VJ 101 program. A C terv X1 és X2 példányát már egyértelműen csak kísérleti gépnek tekintették, a cél immár a megváltoztatott elrendezésű, szolgálatba állítható, 2 Machra képes VJ 101D lett. Az ehhez szükséges, új, de szintén brit-német közös hajtómű (RB.153-61) fékpadi tesztjei is megkezdődtek még 1963-ban. Addig is, az utánégetős X2-re számítottak, mint igazi szuperszonikus VTOL kísérleti gépre, mivel az X1 csak enyhe siklásban tudta átlépni a hangsebességet.

Az X2 rögzített teszthez előkészítve, behúzott futóművekkel (forrás)

A poszt 2018 április bővítése: valószínűleg az X2, leszerelt hajtómű-burkolatokkal (forrás)

Mielőtt az X2 elkészült volna, az X1 még számos, általában rövid repülést végzett. Ezek során fokozatosan terjesztették ki az elért paramétereket, főleg a sebességet. Az eredeti terveket meghaladva, a transzszonikus tartományba léptek a géppel, majd 1964 közepén 1,04 Machot elérve lett az X1 sebességrekorder a VTOL repülőgépek között. A végsebesség később 1,08 Mach lett. Ugyanebben az évben, még a hangfal áttörése előtt a kiváló látványt nyújtó géppel a hannoveri légibemutatón is részt vett Bright. Az addig szinte csak percekben mérhető hosszúságú repüléseket végrehajtó VJ 101C hét órára növelte összes repült idejét az úttal és a bemutatóval – a Manchingból induló gépnek Wiesbadenben le is kellett szállnia üzemanyagért. A bemutatón persze függőleges manővereivel hatalmas sikert aratott a típus.

A hannoveri légiparádé alkalmával kiállított X1 a statikus soron. Ebből a szögből kijönnek a gép arányai, és viszonylag kis mérete (lásd a fülke és a törzs relatív mérete) (forrás)

A májusi nyilvános szereplés, majd a júliusi szuperszonikus repülés után viszont 1964. szeptember 14-én végzetes baleset érte az X1-et. Bright ezúttal normál felszállást végzett, és a gép 132. alkalommal is a levegőbe emelkedett, de alig néhány méter magasan irányíthatatlanná vált. A pilóta nem tehetett mást, mint hogy katapultált a közben már egy teljes orsót leíró gépéből. Míg ő megúszta csigolyatöréssel, addig az X1 javíthatatlanul széttört a földre zuhanva. Mint az a kiterjedt telemetriai rendszer segítségével hamar kiderült, a földön az egyik giroszkópot fordítva kötötték be a repülésvezérlő rendszerbe, így természetesen rögtön az elemelkedés után kezelhetetlenné vált a gép. A nem túl hosszú életű VJ 101C X1 így csak 14 teljes átmenetet hajtott végre.

Legközelebb VJ 101C ’65. márciusában repült, amikor az X2-vel folytathatták a repüléseket. Tekintettel a hajtóművekre (RB.145R), ez a példány nehezebb volt, mivel további üzemanyag-tartályokat kapott, hogy hatótávolsága ne csökkenjen az utánégetők használata ellenére sem. Az új hajtóművek tolóereje utánégetővel elérte az 1,65 tonnát, viszont immár problémássá tették a felszállást. Ugyanis a jóval nagyobb kilépő hőmérséklet a VJ 101C elemeit is komolyan igénybe vette, de ennél is nagyobb gond volt, hogy a hő megrongálta a kifutópálya burkolatát, amiből darabok szakadtak fel. Ez természetesen a gépre is veszélyes volt (rongálódás, darabok beszívása). A nagyobb kilépő hőfok miatt az égéstermékek beszívása okozta teljesítménycsökkenés is veszélyesebbé vált. A problémák figyelembe vételével 1965. október 10-én történt az első, függőleges, utánégetővel végrehajtott felszállás az X2-vel.

1967-ben megkezdték a fenti gondokra kidolgozott felszállási eljárás, a Rolling Vertical Take-off, azaz Gurulásos Függőleges Felszállás (RVTO) tesztelését. Az X2 sorban indította hajtóműveit, majd mindet maximális, de utánégető nélküli módra állította a pilóta. Amikor minden RB.145 felpörgött, a fékeket kioldották, egyidejűleg a gondolák előrefordultak, hogy 70 fokos állást érjenek el. Ennél az állásnál bekapcsolták az utánégetőket, miközben a gondolák tovább fordultak a vízszintes felé. Az RVTO-val alig pár méteres „nekifutásra” volt szüksége a gépnek, de az eljárás további finomításával azt találták, hogy 40-50 méternyi pálya igénybevételével még jobb lesz a helyzet. Így ugyanis minimalizálták a kilépő gázok ismételt beszívása miatti problémákat, csak úgy, mint a pálya rongálódását. Ez a „nullánál” több pályaigény egyébként nem lett volna akkora probléma egy szolgálatba állított verziónál, mert még a legeldugottabb, ideiglenes települési helyeken is így is, úgy is szükség volt némi tiszta, viszonylag sík terepre. Óhatatlanul mozgatni kellett néha a gépeket, mivel nem lehetett közvetlen a fel/leszállóhely mellett például az üzemanyagtöltő pont, vagy a következő készletnyi fegyverzet. Ennek ellenére felmerült az is, hogy egy, a talajszint fölé emelt állványzatról startoljon a gép, ami rendelkezik lángterelőkkel is. Ezen történt is több teszt az X2-vel, de a lángterelők ellenére pont az állvány használatakor érte a legsúlyosabb balesete a gépet. A hajtóművek ugyanis mégis nagy mennyiségben szívták be égésterméküket, ami drasztikus tolóerővesztést okozott, így a gép ráesett az állványra, és súlyosan megrongálódott mind a törzs szerkezete, mind a futóművek.

A külön épített állványon, utánégetőkkel tesztel az X2 (forrás: Mike Hirschberg prezentációja, 21. dia)

Talán a baleset után hozott intézkedés: legalábbis néhány tesztjén ilyen, kiegészítő energiaelnyelő szerkezettel látták el az X2-t, hogy durva földet érés esetén ne rongálódjanak meg a futók (forrás)

A felszállás tehát okozott fejtörést a mérnököknek és a pilótáknak, de a leszállás függőlegesen már egyszerűbben ment. Vízszintes repülés közben először kiengedték a futóműveket, majd 407 km/h sebességnél nyitották a fékszárnyakat, egyidejűleg az elöl lévő emelőhajtóművek felső és alsó fedeleivel, majd magukat az RB.145-ösöket indították. 306 km/h-nál a szárnyvégi gondolákat 45 fokig emelték a vízszintesből, majd ahogy a gép 93 km/h-ig lassult, 90 fokig fordultak a gondolák. Innentől a pontos leszállópozíció fölé a korábban bemutatott, lebegés közbeni manőverezési módnak megfelelően, tehát a hajtóművek állásának és tolóerejének változtatásával jutott el a gép. A fent leírt leszállási folyamat általában 1,5 percet vett igénybe.

A hannoveri bemutató idején, alulról fotózva, lebegés közben az X1. Közelebbről megnézve látható az emelőhajtóművek kiömlőnyílása, aminek a takarólemeze teljesen eltűnt nyitott állapotban (forrás)

A nyitókép forrása: link. A folytatásban: a konklúzió, a VJ 101D és E, illetve az NBMR-3b-re adott német válasz. A források felsorolása, pár képpel kiegészítve egy külön posztban!