VTOL '60 - 3. rész: A VAK 191B program és a VFA (XFV) tender

2016. március 26. 16:16 - Maga Lenin

A 3. részben a VAK 191B-n kívül további német tervekről, majd két amerikai elképzelésről lesz szó. Az előző részek a linkeken: 1. rész, 2. rész.

deutsches_museum_1992_vak_191b.jpg

Német-olasz gyártás és a VAK 191B program kísérletivé válása

Új gépüket a németek, mondhatni, a rájuk jellemző precizitással tanulmányozták már az első példány elkészülte előtt. Több ország laborjaiban is sok ezer órás szélcsatorna-teszteket végeztek különböző modellekkel. Göttingen, Bedford és Lille mellett a Fiatnál is megfúvattak modelleket, és csak a fel- és leszállást 2000 órán át vizsgálták. A gyártási előkészületek is különösen nagy figyelmet igényeltek, mivel a gép főbb részei is két országban készültek (NSZK, Olaszország), számos részegység pedig további országokból jött (főleg USA és Anglia). A főegységek közül az orr-részt, benne a fülkével, a szárnyakat, valamint a farokrészt is a Fiat készítette el, a többit a VFW.

A repülések megkezdése előtt, az SG-1262-esen felül még egy külön szimulátor is épült. Ez egy teljes fülke volt, és célja a pilóta reakcióinak segítségével az AFCS megfelelő beállítása volt, teljesen biztonságos körülmények közt. Azaz a szimulátor legalább annyira segítette a mérnököket, mint a majdani pilótákat.

 

1966-ban gazdasági nehézségek miatt az NSZK csökkentette a védelmi költségvetését is, ezért először a kétüléses verziót törölték az év végén, majd a következő év februárjában, látva a költségeket és a fejlesztési folyamat lassúságát, Olaszország is kilépett a programból. (Ugyanabban az évben ugye a VJ 101C repüléseit is szüneteltették.) Viszont maga a Fiat, immár a saját szakállára, megmaradt a VFW alvállalkozójaként. A VJ 101C-nél már látott módon, a program tisztán kísérletibe fordult át, miután az árcédula elszabadulásán kívül megtörtént a koncepcionális váltás is a nukleáris ellencsapást illetően, ami szinte nullára csökkentette az igényt az eredeti koncepció iránt. Az olaszok úgy vélték, egyébként is értelmetlen lenne a korszak repülőgépeihez képest hihetetlenül bonyolult típust rendszeresíteni, már csak a rendszerben tartáshoz szükséges későbbi, rengeteg pénz miatt is. (Persze lehet, hogy erősen befolyásolta őket a saját, valóban őrült G.95/6 tervezetük…) Minden esetre a 200 darabos német, és feleekkora olasz rendelés ekkor már a múlté volt.

A megváltozott igényeket látva a VFW ugyan ajánlatot tett az áttervezett VAK 191B Mk.2-nek nevezett változatra, illetve további terveket is készített később, de ezt nem követte állami megrendelés. A Mk.2 (Mark 2, azaz „2. változat”) egy szinte teljesen új gép volt, de ezzel együtt is be kellett látnia a németeknek, hogy az egyetlen feladatra tervezett, korlátozott méretű típust nem lehet megfelelően módosítani az új feladatokra. A VAK 191B egyszerűen túl kicsi volt, és az átalakítások során a számításokból kiderült, hogy a gépet egyre nagyobbra kellett volna méretezni, ami nagyobb tömeget, újabb hajtóműveket, több üzemanyagot igényelt volna, azaz megint csak nagyobb gépet, és így tovább, azaz nyilvánvalóan koncepcionális váltásra volt szükség. A Mk.2 képességei kibővültek volna hagyományos fegyverek bevethetőségével, összhangban a NATO új elvárásaival. Ehhez négy szárny alatti felfüggesztőt kapott volna a gép, és kiterjedtebb bevetési elektronikát, hiszen az egyetlen atombombát nem kellett olyan pontosan célba juttatni, mint a hagyományos fegyverzetet. Új, kétszer akkora felületű, kevésbé nyilazott szárnyakat, és erősebb hajtóműveket (+30% tolóerő a főhajtóműnél, +5% az emelőknél) is előirányoztak, többek közt a megnövelt hasznos teher miatt. Az új szárny immár elfogadható manőverjellemzőket és felszállási úthosszat biztosított volna.

kikotott_vak.jpgA függőlegesen emelkedni képes állványon rögzített, de elöl-hátul drótkötelekkel is kikötött első példány (forrás)

Az említett, súlyos problémák miatt az első VAK 191B (D-9563 lajstrommal) csak a tervezettnél jó két évvel később, 1970. április 24-én gördült ki a Focke-Wulf brémai gyárából. Addigra már az első, MTU gyártotta RB.193-12 is készen állt a repülésre, az angol készítésű RB.162-esekkel együtt. De a repülés még messze volt, mivel a gép előbb egy teleszkopikus oszlopra került, mely a súlypontjánál tartotta meg azt, és így kötött lebegési vizsgálatokat lehetett végezni. Csak 1971. szeptember 10-én történt meg az első, immár szabad VTOL repülés, kimerítő rögzített próbákat követően. Ez az első repülés 3 perc 18 másodperces repült időt jelentett. A teljes átmenetet a következő év október 26-án hajtották végre. A második példányt (D-9564), immár a Fokkerrel egyesült VFW jelzésével, az 1970-es, hannoveri repülőshown mutatták be. (A két cég a közös fejlesztésű VFW-614, szárny feletti (!) hajtóműves regionális utasszállító gyártása érdekében egyesült.) Mivel Brémában nem lehetett tesztelni rendesen a típust, ezért ezt a második gépet Manchingba kívánták szállítani, ahol a VJ 101C-t is berepülték. Az utat a kis tömegű VAK 191B az amerikai hadsereg Sikorsky CH-54 Tarhe légidaru helikoptere alá függesztve tette meg. Az utolsó, harmadik példány (D-9565) 1972. február 17-én repült először.

3_vak.jpgMindhárom elkészült VAK 191B egy rajzon. Felül az első gép, ahogyan 1970-ben a hannoveri kiállításon szerepelt; középen a harmadik, 1972-ben; és alul a második, VTOL módban, a normál orral (forrás)

tarhe_alatt.jpgA Tarhe alatt függő második példány, útban Manching felé (forrás: AIAA tanulmány, 56. o.)

A lebegési tesztek során kiderült, hogy a párnahatáson kívüli tartományban nagyon jól viselkedik a VAK 191B, nagyrészt természetesen kifinomult elektronikus, számítógépes vezérlőrendszerének köszönhetően. Azonban egészen a talaj közelében leromlottak a jellemzők, jelentős párnahatás lépett fel, viszont utána nagyon gyorsan szívóhatás következett (a teljes tolóerő 5%-ának erejéig), bizonytalanná téve a gépet. A források ellentétesen írják le a kifutópályákra gyakorolt terhelést és a saját égéstermékek beszívásának hatását. A fényképeken sokszor látható, a beömlőkre szerelt hálós-rácsos védőkeretek azt valószínűsítik, hogy problémás volt a szilárd burkolatú pályákról az üzemeltetés, és a gázsugarak olyan magasra is felverhettek betondarabkákat, hogy azokat az RB.162-esek is beszívhatták. Ennek következtében megtiltották a nagy teljesítményű repülés előtti hajtómű-ellenőrzéseket, valamint a betonpályákról a függőleges felszállásokat. Máshol viszont azt írják, hogy a RR kísérletei szerint egy adott helyről 50 felszállás is végezhető, mielőtt túlságosan megrongálódik a beton, sőt, vizet kilocsolva, megszűnik a beton sérülése. A forró gázok beszívásával kapcsolatban valószínű, hogy a törzs és a beömlők egymásra való hatása miatt nem volt túl rossz a helyzet. Végeztek a felszállósúlyhoz képest mindössze 107%-os tolóerővel is VTOL teszteket, miközben az említett szívóhatás 5%-os volt, tehát mindössze 2% volt a gyorsító erő. Ez természetesen normál körülmények között elfogadhatatlanul kicsi tartalék lett volna, csakhogy maximális tömeg mellett több nem is volt a hajtómű-rendszerben, mint ez a 107%.

Egy kis földközeli, lebegés közbeni manőverezés VAK 191B módra. Az összes beömlőn hasonló védőtakarás van, mint a VJ 101C-nél már látottak. A cél ugyanúgy az idegen tárgyak beszívásának megakadályozása

Bár kifejezetten VTOL üzemben gondolkodtak a projekt során, azért voltak rövid fel- és leszállási, azaz STOL tesztek is. A felszállások során az RB.193 segítségével gyorsulni kezdett a pályán a gép, majd bekapcsolták az RB.162-eseket. Összességében rossz tapasztalatokat gyűjtöttek, mivel a kicsi szárnyon alig keletkezett felhajtóerő alacsony sebességnél, viszont a beömlőkön, és az emelőhajtóművek miatt, igen nagy volt a légellenállás. A bonyolult áramlások miatt zavaróan nagy volt a pilóta munkaterhelése. Még ennél is sokkal rosszabbak lettek viszont a hagyományos eljárás eredményei. Az előző, problémás területeken felül a tandem futómű és a kis kormányfelületek miatt nagyon nehéz volt megemelni a gép orrát, a felszállást csak 426 km/h (!!) sebességnél sikerült végrehajtani. A kifejezetten nagy sebességre tervezett, kis szárnyfelületű korabeli elfogóvadászoknál is legfeljebb 350 km/h volt a jellemző sebesség ilyenkor. A normál leszállást meg sem próbálták volna ezek után a géppel, de egyszer, műszaki okokból miatt mégis sor került rá. A 296 km/h talajfogási sebességre méretezett kerekkel a száguldó VAK 191B 352 km/h-val ért a pályához, de a gép baleset nélkül túlélte az esetet. Átmeneti repülés közben sem volt minden rendben, mert a kizárólag transzszonikus tartományra optimalizált aerodinamikája miatt a gép alig tudott gyorsulni. Az átmenethez szükséges vízszintes sebesség 340-410 km/h közé esett, ez szintén elég magas. A fejlett vezérlés ellenére sem túl kezes géppel egyébként még így sem történt egyetlen, említésre méltó baleset sem.

 

A VAK 191B és az amerikaiak, kettő plusz egyszer

1972 augusztusában a NASA, az Egyesült Államok Haditengerészete, illetve Tengerészgyalogsága is kifejezte érdeklődését a VAK 191B program iránt, és szakértőik látogatást is tettek Németországban. A NASA-t a VTOL repülési karakterisztikák érdekelték, a Navy-t egy esetleges hordozófedélzeti használat, a Marines pedig a számára kiemelten fontos, közvetlen támogató gépek kapcsán ismerkedett meg a géppel, melyet a fronthoz közel, reptér nélkül is üzemeltetni lehetett volna. Azonban novemberben már le is mondtak a további tesztekről az amerikaiak. Ez is hozzájárult a program befejezéséhez, melyre 1972. november 30-án került sor – mindössze egyetlen hónappal azután, hogy az első teljes átmenetet végrehajtotta a típus.

Viszont a US Navy továbbra is élénken foglalkozott az ún. Sea Control Ship tervezettel, ami fejlett, VTOL vadászgépeket igényelt.

A Zumwalt admirális által pártolt Sea Control Ship (SCS) egy kis, 15000 tonnás hordozó volt, aminek elsődleges feladata a szovjet tengeralattjárók követése és szükség esetén megsemmisítése lett volna. Erre sokáig régi Essex osztályú hajókat alkalmazott a Navy, CVS jellel, de ezek lassan kivonásra kerültek, így pótlásukra felmerült az SCS terv. Azonban, hogy a hajó ne legyen védtelen a szovjet tengerészet távolsági bombázói ellen, néhány vadászgép is kellett volna rá.

masik_pilotaval.jpgAz első gép a védőburkolatokkal, lebegés közben, egy földön álló repülésirányítóval az előtérben (forrás)

Az amerikaiakat ezért ismét érdekelni kezdte egy fejlett VTOL tesztgép. Bár a US Marines 1971-től kezdte átvenni AV-8A Harrierjeit, a P.1127 leszármazottját, a Navy valami jobbat akart, és a lehetőségek felmérésre kiválónak tűnt ismét az úttörő belső rendszerekkel felszerelt VAK 191B. Ezért 1974-ben újraindultak a kísérleti repülések, ezúttal két géppel. Sőt, hogy az új, kicsi anyahajót ellássák utánpótlással út közben, még a szintén német Dornier Do 31E VTOL teherszállító is szóba került (lásd a későbbiekben!). Hogy mentsék a menthetőt a VAK 191B programot illetően, a VFW-nél előálltak a Mk.3 verzióval, amit az SCS tervezet igényeihez igazítottak. Az immár (feltehetően alacsony-)szuperszonikus sebességű, egyébként a Mk.2-eshez hasonló gépet az RB.162-esek helyett a harmadik generációs emelőhajtóművel, a Rolls Royce-Allison XJ99-essel tervezték ellátni. A tervek szerint 3,5-4 tonna tolóerejű hajtómű 20:1-hez tolóerő:tömeg arányt hozott volna, ami alig jobb, mint az RB.162, viszont a mérete, elsősorban a hossza, 20%-kal kisebb lenne annál, és további fejlesztéssel ezt az előnyt 30%-ra kívánták növelni. Ehhez viszont már hatékonyabb belső aerodinamika, így kéttengelyes kialakítás volt szükséges.

270711_vak-191b_03.jpgA javasolt, Mk.2 változat rajzai. Ránézésre nem sok minden változott egyébként, de azért a nagyobb szárny is kivehető, és persze a négy, szárny alatti felfüggesztési pont is (forrás)

A VAK 191B-kel folytatott újabb repülések végül is 1975. szeptember 4-ig tartottak. Az amerikai pilóták alapvetően jó véleménnyel voltak a gépről, de ugyanazokat a problémákat találták ők is, mint amit az eredeti berepülési program hozott. A továbbfejlesztés pedig szintén pontosan ugyanazokba a gondokba ütközött volna: a lehető legkisebbre tervezett gépet képtelenség lett volna elviselhető költségekkel és idő alatt egy nagyobb fegyverterhelést is hordozni képes, átlagos manőverező-képességű típussá alakítani. Az egyik fő gond az volt, hogy a géphez pontosan „illett” az RB.193-12 a leadott tolóerőt tekintve, vagyis amíg például a VJ 101C 1,22 körüli tolóerő:tömeg aránnyal bírt maximális felszálló tömeg esetén, addig a VAK 191B csak a már a kísérleteknél látott 1,07-es viszonyszámmal. Ez lehetetlenné tette az érdemi továbbfejlesztést, hiszen az mindig tömegnövekedéssel jár, viszont jobb hajtóművet sokkal nehezebb tervezni, mint nagyobb repülőgépet, és itt pont erre lett volna szükség.

 

A VAK 191B projekt akkori áron 1,5 milliárd márkába került (nagyságrendileg 2,5 milliárd dollár mai áron), amiből a három gép 91 repülés során (nem számítva a CH-54 alatti utat…) kb. 15 órát töltött a levegőben. Ahogyan az egyik fő forrásul szolgáló, amerikai tanulmány rámutat, az első tervekhez képest mintegy 20 évvel később megvalósult a program rendeltetése, csak nem pont úgy, ahogyan azt annak idején bárki is gondolta volna. Ugyanis a BGM-109G Gryphon manőverező robotrepülőgép révén a NATO-államok területéről egy, taktikai célokat támadó, nukleáris fegyverrendszer állt szolgálatba. A robotgép, immár pilóta nélkül, és természetesen kifutópályát sem igényelve („ZELL”), szubszonikus sebességgel és a földközelben repülve támadhatott, és még a VTOL gépeknél is kevésbé feltűnő helyekről volt indítható. (A fő különbség, hogy a Gryphon, azaz a közismert Tomahawk robotgép földi telepítésű változata a legfeljebb 4-500 km hatósugarú VAK 191B-vel szemben akár 2500 km-re is elrepülhetett.) Az olaszok végül is a hagyományos, de kéthajtóműves G.91Y-t állították hadrendbe az eredeti G.91 leváltására, a németek viszont tovább folytatták a „szupercsapásmérő” utáni kutatást, ugyanis nem nagyon lehet másként említeni a kibontakozó NKF/AVS programot. A britek, miután a P.1154 is elbukott, maradtak a P.1127/Kestrelből kifejlesztett Harriernél, és az NSZK-ban állomásozó Harrier GR.1-eseik révén megteremtették a saját VTOL támadó kapacitásukat, egyedül a NATO-tagországok közül. (Igaz, a gépek tipikusan nem nukleáris fegyverekkel álltak készenlétben, hanem közvetlen légitámogatást biztosítottak volna háború esetén.)

 

Az Advanced Vertical Strike (AVS) vagy NKF projekt

1964-ben, amikor már kezdett egyre világosabbá válni, hogy sem a VJ 101C, sem a VAK 191B nem lesz rendszerbe állítható gép, az NSZK újabb projektbe fogott az F-104G leváltására.

Érdemes felidézni, hogy a németek az F-104 saját igények szerint kialakított, G változatát vadászbombázóként rendszeresítették, nem kizárólag (elfogó)vadászként. A gépből például a haditengerészet is kapott, ahol hajók elleni rakétákkal indultak vele bevetésre. Így aztán az AVS során tervezgetett, csapásmérésre szolgáló gépet nem véletlen említi az összes forrás, minden további magyarázat nélkül, az F-104G utódjaként. Végső soron alaposan megszenvedtek az NSZK-ban, mire rendszeresíthető típust találtak a Starfighter helyett: hosszas keresgélés és fejlesztés után az amerikai F-4 (vadászként) és az európai Tornado (csapásmérő/felderítő/zavarógépként) lettek a váltótípusok.

ewr_republic_avs_projekt_jpg_6158358.jpgAz AVS modellje. A fontosabb jellegzetességek megfigyelhetők. A szárny maximális fesztávú helyzetben van (forrás)

Ha az NBMR-3 programokra a rendkívül ambiciózus jelzőt lehetett használni (pláne a korszakhoz mérten), akkor az újabb tervezetre már nehéz szavakat találni. Az AVS projekt célja a NATO „rugalmas visszavágás” stratégiájának megfelelő, nagy teljesítményű, csapásmérő repülőgép kifejlesztése volt. Ez tehát nagyobb fegyverterhelést és hatósugarat igényelt, mint az egyetlen atombombával a frontra kiszáguldó VAK 191B, de biztos ami biztos alapon, a VJ 101 projekt során tervezett, 2 Mach sebességre is igényt tartottak. Úgyszintén nem múlt el a fokozott „stratégiai túlélőképesség” követelménye sem, ez pedig, ha ezúttal nem is VTOL, de mindenképpen STOL, azaz röviden fel- és leszálló képességet jelentett. Ha már ilyen szépen alakult a kívánságlista, az éppen divatba jövő, változtatható szárnynyilazást is felvették rá. Mivel természetesen a német mérnökök tartották magukat ahhoz, hogy nem kínál kielégítő megoldást a brit elgondolás, azaz az egyetlen, hatalmas, de univerzális használatú hajtómű (mely vízszintes és VTOL repülésre is használható), hanem külön emelőhajtóműveket kell alkalmazni, a fentiekkel együtt már annyira bonyolult technológiájú repülőeszköz körvonalazódott, ami igazán párját ritkította.

A projekt viszont felkeltette az amerikai repülőgépipar érdeklődését. Ugyan az Egyesült Államok nem igényelt ilyen repülőgépet, a kihívás már magában is kifejezetten csábító volt a cégek számára, még magánfinanszírozással is. Persze a lelkesedés nem volt felhőtlen, mivel a kezdeti partner, a Boeing (Model 818) hamar lecserélődött az akkor már Fairchild-Hiller részét képező Republic Aviationre. A Republic akkoriban egyébként több VTOL tervezetet is vizsgált, így nem volt véletlen a csatlakozása. Német részről az EWR végezte a fejlesztést. A már említett módon, az EWR-ből a VFW-be átlépő Heinkel a VJ 101E-n dolgozott, maga az EWR viszont a Messerschmitt korábbi elgondolásai alapján készítette el az AVS vázlatait. (A VJ 101E nem sokáig jutott. Az AVS-re egy angol forrás később már egyértelműen Messerschmitt-projektként hivatkozik, mivel mint az MBB, azaz a Messerschmitt-Bölkow-Blohm társulás gépét említi.)

A felhasználni kívánt technológiák elrugaszkodottsága ellenére maga az AVS egyébként pragmatikus kialakítású volt, tanulva a korábbiakból. Az új alapfeladat miatt a gépet, főleg a VAK 191B-hez mérten, kiterjedt bevetési elektronikával kívánták ellátni, hogy hagyományos fegyvereit megfelelő pontossággal célba juttathassa. Ugyanezért a személyzetet kétfősre tervezték, hogy a megnövekedett munkaterheléssel közösen megbirkózhassanak a pilóták. Szintén a megújult feladat miatt a korábbinál másfélszer nagyobb, 650 km-es hatósugarat vártak el, amihez 20 tonna tömeget kalkuláltak. Összességében tehát a gép az angolban interdiction szóval illetett, front mögötti, fontosabb célok elleni csapásmérés koncepcióját testesítette meg. Ez pedig egyre inkább magában foglalta a mélyrepülést és a rossz időjárási viszonyok közötti bevethetőséget. Ehhez is jól jött volna a változtatható szárnynyilazás, de az eredeti cél ezzel a technológiával még a manőverezhetőség nagymérvű javítása volt.

avs2_jpg_original.jpgAz AVS részben lefelé fordított fúvócsövű főhajtóművekkel emelkedik egy tábori reptérről (forrás)

nasa-vg-vstol-1970d_jpg_original.jpgA NASA szélcsatornájában lévő AVS modell. A fékszárnyak kiengedve, csakúgy, mint az XJ-99-esek. Utóbbiak kialakítása némileg eltérő a többi fotóhoz képest, hiszen az 1964-68 közötti időben folyamatosan módosultak, finomodtak a tervek. A szárnyon a mozgatható felületek elég nagyok, hogy erősen mechanizált, az STOL követelményeket segítő hordfelülete legyen a gépnek (forrás)

Nem kevésbé lényeges szerepet játszott a variaszárny egy másik, lényegi jellemző, a pályaigény csökkentésében. A nagyobb gépre és terhelésre tekintettel ezúttal megelégedtek volna már ultra-STOL, azaz nagyon rövid nekifutással, és függőleges leszállással. (Utóbbi esetben a fegyvereket akár élesítetlenül is ledobhatta a gép, hogy meglegyen a maximális lehetséges tömeg a függőleges leszálláshoz. Még nem igazán volt jellemző az akár (több) százezer dolláros, precíziós eszközök használata, amiknél meggondolandó, használat nélkül ledobálja-e őket a gép.) A teljes VTOL módtól eltekintés lehetővé tette a hajtóműrendszerre vonatkozó igények lazítását, elegendő volt 1:1 alatti tolóerő-tömeg arány is. A felszállást a teljesen kiterjesztett, azaz nagyobb felhajtóerőt adó szárnyállás támogatta meg a rövid nekifutás során. A terv az új, és minden addiginál kompaktabb Rolls Royce-Allison XJ-99 emelőhajtóművekkel, illetve várt, még kisebb utódaival számolt. Ezek, méretük révén, nem foglalták el a teljes törzskeresztmetszetet, így felettük akár belső berendezéseket, akár üzemanyagot el lehetett helyezni. Így persze nem volt megoldva a levegőellátásuk, ezért a gép orrához közel lévő, oldalanként egymás mögötti két XJ-99-est kibocsátották volna a törzsön kívülre, szabad légbeszívást biztosítva az egyébként így szívócsatorna és fúvóka nélkül maradó, „lecsupaszított” hajtóműveknek. Ez a módszer féklapként is igénybe vette a hajtóműveket, és jótékonyan hatott a teljes gép stabilitására, mivel a tolóerő-vektorok távolabb kerültek a tömegközépponttól, így nagyobb erőkarral fejthettek ki hatást. A kitoló mechanika persze cserébe növelte a tömeget, a hibalehetőségeket, valamint koncentráltan terhelte a gép teherviselő szerkezetét. A főhajtóművek is részt vettek a függőleges tolóerő generálásában, mivel a törzsvégbe beépítve, egy háromrészes, elforgatható fúvócsővel voltak ellátva. Az STOL felszálláskor persze a fúvócsöveket csak részben „csavarták el”, azaz a főhajtóművek tolóerőt is biztosítottak volna a vízszintes gyorsuláshoz. A Pratt & Whitney JTF16 vagy a General Electric 1/10 jelű, amerikai, kísérleti, 4,5 tonna tolóerejű gázturbinákat javasolták a géphez. (Ezeket később nem rendszeresítették más gépen sem.)

avs_metszet.jpgFent metszeti képen az AVS fontosabb elemei, lent pedig egy kétoldalas hirdetés az Aviation Week & Space Techology 1967. november 13-ai számából (források: fenti, lenti)

av_week_hirdetes_avs.jpg

Azt már a tervekből és a korábbi kísérletekből látták a mérnökök, hogy a saját égéstermékek beszívását minimalizálni kell, mert ez nagyon jelentős gondot tud okozni bizonyos helyzetekben. Ezért a törzsön felül lévő beömlőket terveztek a főhajtóművek számára. Ez eleve kevéssé szerencsés választás, hiszen az állásszög növelésével járó manőverekhez képest fordított irányúak alig történnek, az előbbi esetben viszont a gép maga árnyékolásként hat a felette haladó légáramlásra, így a beömlőkön át kevesebb levegő jut el a gázturbinákhoz. Ebben az esetben ráadásul a beömlők még igen hátul is helyezkedtek el, tovább rontva ezt a helyzetet. Így a variaszárny ellenére minden bizonnyal komolyan korlátozni kellett volna a megengedett manővereket. A különösen bonyolult csapásmérő vezérlését számítógépesen segítették volna, de erről nem találni több részletet – talán fly by wire technológiáról volt szó.

Bár az AVS-t ’67 júniusában a párizsi légiszalonon bemutatták a nagyközönségnek is, szélcsatornateszteket is végeztek, és egy nem teljes mock-up példány is készült, a következő év január 31-én, a költségek miatt vége is szakadt a programnak. Ezen persze nincs mit csodálkozni: a lehető legbonyolultabb kialakítást tervezték, és, a történelemben nem először, és nem is utoljára, alaposan túllőttek vele a célon.

 

Az 1965-68 közti időszakban az EWR, A400 és A400S jelzéssel, újabb, az AVS-en alapuló változatokat dolgozott ki, mind VTOL, mind V/STOL verziókban. Ezúttal csak az előbbi kapott volna emelőhajtóműveket. A képek tanúsága szerint a beömlőket, hogy csökkentsék a felső beépítés okozta gondokat, egészen a pilótafülkéig hozták volna előre. (Persze ezzel meg óriási áramlástani veszteségeket vittek a rendszerbe a nagyon hosszú szívócsatornák miatt.) A felszálláshoz a VJ 101C-vel kísérletek alá vont RVTO technikát alkalmazták volna.

a400.jpgAz A400 rajza, hátranyilazott szárnyakkal és az előrefelé alaposan meghosszabbított szívócsatornával (forrás)

A rendszeresítésre nem is szánt A400 után az NKF, a Neue Kampfflugzeug (Új Harci Gép) következett. Ez egy, immár közvetlen légitámogatást biztosító típus tanulmányterve volt, egy, a korábbiaknál jóval egyszerűbb gép. Csak egy hajtóművel, egy pilótával számoltak a jól manőverezhető, csupán transzszonikus típusnál, és a fő technológiai előrelépést a változtatható szárnynyilazás jelentette. Ezt az 1968-as tervet már az MRCA-nak nevezett projekt követte az év végétől, mely, szintén számos bukkanón át, de rendszeresített típust eredményezett: a német-angol-olasz Panavia Tornadot. A Tornado egyébként inkább az AVS kései rokona, mint az A400-asé, hiszen főként interdiction típusú bevetésekre készült.

 

A Sea Control Ship vadászgépei, a Convair Model 200 és a Rockwell XFV-12

A VAK 191B iránti amerikai érdeklődés, amint szó volt róla, a kisméretű Sea Control Ship-ek számára tervezendő, új, szuperszonikus VTOL vadászra vezethető vissza elsősorban. 1971-ben indult a VFA program, viszonylag kevés megkötéssel, hogy minél innovatívabb tervek születhessenek – annyit azért a US Navy is látott, hogy addig még mindenkinek beletört a bicskája a szuperszonikus VTOL vadászgépekbe. Bár ennek megfelelően az elvárás csak kis fegyverterhelés és hatósugár volt, a kihívás így is nagy volt. A Harrier AV-8A-ként szolgálatban volt már az USA-ban is, a Tengerészgyalogságnál, de ezúttal minden idős bevethetőséget vártak, és hozzá 2 Mach körüli sebességet, amit a brit dizájn nem tudott hozni. Egyébként is, mivel az SCS-re szánt többi gép, azaz a helikopterek készen álltak, így már csak a vadászgépet, meg a fedélzeti leszállásra képes utánpótlás-szállító gépet kellett megoldani, ezért elviselhetőnek tűnt a VFA jelentette kockázat. (A szállítógép szerepére a korábban is említett módon a német Do-31E is szóba jött. Egyébként a VFA feloldása, a Vertical Fighter Attack, Experimental, igazán nagyvonalú, hiszen gyakorlatilag vadászbombázót jelent, noha inkább egy elfogóvadászról van szó.)

Sok tervet javasolt az akkor még nagy cégegyesülési hullám előtti számos gyártó (lásd ITT, képen pedig ITT). Köztük volt a Lockheed korábbi, farokra ülő XFV-1 projektjének újragondolása, egy turbólégcsavaros javaslat; a VAK 191B Mk.3 fentebb bemutatott terve; a Harrier két újabb verziója, vékonyabb törzzsel és szárnyakkal; a Fairchild-Republic AVS-en alapuló, csak kisebb változata; és még a de Havilland Canada is beadott típustervet. A két legjobbnak azonban egy egyszerűnek mondható, és egy különleges terv bizonyult: a Convair/General Dynamics Model 200, illetve a North American Aviationt beolvasztó Rockwell NR-356.

 

A Model 200 alapvetően a kései német VTOL receptet követte: háromrészes, elforgatásra alkalmas fúvócsövű főhajtómű, és két emelőhajtómű a géptörzs elülső részében, a fülke mögött. A kisméretű, kacsa-delta elrendezésű vadászgépet az F401 jelű, a Pratt & Whitney F100 sugárhajtómű leszármazottja hajtotta elsősorban. Ez egy viszonylag korszerű, az eredetinél nagyobb gázturbina volt. A szokásosnak mondható, sűrített levegős fúvókák stabilizálták a gépet lebegés közben az orrban és a szárnyvégeken. A Convair tervei szerint a hajtóműrendszer lehetőséget biztosít arra, hogy a gép STOL leszállást végezzen egy kiesett emelőhajtóművel, vagy hogy a hajóhoz visszajuthasson csak a két emelőegységgel. (Ez minden esetre nehezen hihető, mivel a szakaszos, rövid üzemre tervezett gázturbinák ezt nem valószínű, hogy kibírták volna, nem is szólva a tolóerejükről. Igaz viszont, hogy a gép a kicsiny SCS-re így nem tudott volna leszállni, tehát a tengerbe veszett volna, ekkor pedig mindegy, hogy totálkáros lesz-e útközben a két gázturbina.) Ahogyan a másik tervnél, az alapfegyverzet itt is egy beépített gépágyú és két, félig süllyesztett, azaz kedvező légellenállású AIM-7 Sparrow rakéta volt. A kicsi, könnyű gép a nagy deltaszárnnyal és az erős F401-essel együtt valószínűleg félelmetesen jó közelharcos lett volna.

convair_200_1.jpgA Model 200 felszállás közben. Ezen a rajzon az emelőhajtóművek kiömlői a VAK 191B-nek megfelelőek, és a törzs alatt két Sparrow, a szárnyvégeken pedig egy-egy Sidewinder van. A háttérben egy védendő teherhajó – az SCS-ek másik feladata az lehetett volna, hogy az európai háború kitörése esetén az Atlanti-óceánon átszállítandó amerikai hadosztályok hajókonvojait védjék a szovjet tengeralattjáróktól és repülőgépekről indított robotrepülőktől (forrás)

convair_200_2.jpgEgy másik képen a lebegés közbeni Model 200. Az XJ-99-esek beömlőit egy közös, nagyméretű lemez fedte a kép alapján; az ilyen részleteket valahogy megrajzolták a grafikusok, az adott időpont elképzeléseinek megfelelően, aztán ez később vagy bejött, vagy nem. A háttérben repülő két másik gépről látható a kacsa-delta elrendezés, de ami még érdekesebb: a SCS fedélzetén, a háttérben egy, a Canadair CL-84-esre nagyon hasonló, billenőrotoros szállítógép van (forrás)

 

Azonban a volt North American terve a Model 200-asnál sokkal különlegesebbnek bizonyult. A futurisztikus kinézetű NR-356 meg is nyerte a VFA tendert, és XFV-12 néven részletes fejlesztésbe kezdhetett a Rockwell (International). A szintén kacsaszárnyas, kisméretű gépet ugyanúgy egy F401 látta el tolóerővel, de a függőleges felszállást nem segítette más hajtómű, csak az aerodinamika. Nem volt ismeretlen már a mérnökök előtt az ún. ejektor hatás, mivel a Lockheed XV-4 kísérleti típusa ennek vizsgálatára épült korábban. De nem szereztek jó tapasztalatokat a tesztek közben, mert mindkét XV-4 súlyos sérüléseket szenvedett balesetekben. Az ejektor hatás maga igen egyszerű, a Bernoulli-egyenlet alapján történik az eredetileg rendelkezésre álló tolóerő megnövelése. Gondosan elhelyezett, kis réseken át fújják ki a sugárhajtóműből kiáramló gázokat (vagy egy részüket), és a réseken át igen nagy sebességgel, viszont így a környezethez képest alacsonyabb nyomással távozik a gáz. Ez a kisebb nyomású áramlás egyszerűen szólva magához szívja a környező levegőt, és az, „csatlakozva” ehhez az áramláshoz, egy újabb keresztmetszeten, lefelé kiáramolva többlet légtömeget jelent, azaz végül is többlet tolóerőt egy repülőgépnek.

xfv12_07.jpgAz ejektor hatás előidézéshez szükséges, négy felületből álló szárny, konkrétabban az XFV-12 bal kacsa vezérsíkja. Az első rész merev, a következő, amelyik itt nem látszik, lefelé tér ki, a harmadik, amelyet jól lehet látni a képen, kapja meg a hajtóműből a levegőt, és a negyedik, leghátsó rész ismét lefelé hajlik. Így a hátsó három rész kialakítja az ejektor hatáshoz szükséges légcsatornát. A különböző repülési fázisok szerint mutatja be ugyanezt a lenti kép (függőleges felszállás, átmeneti repülés, normál repülés) (forrás: fenti, lenti)

xfv-12_allasok.jpg

Hogy ezt az áramlástani jelenséget kihasználhassa, a karcsú törzsű XFV-12 a fő hordfelületével összemérhető felületű kacsaszárnyat kapott. A szárnyak négy részből álltak, és a közepük elforgatható volt, merőlegesen a normál felületükre. A hajtóműből ide vezették ki a levegőt a réseken át, és a „nyitott” szárnyon át, felülről beszívott többletlevegő segítségével létrejött az ejektor hatás. Ezt a rendszert nevezték Thrust Augmenter Wingnek (tolóerő-fokozó szárnynak). A kivezetett gázok előteremtéséhez az F401-est teljesen el kellett zárni hátul, ahol egyébként a vízszintes repüléshez szükséges, normál kiömlőnyílása volt. A visszafordított égéstermékeket, tehát a hajtómű összes levegőmennyiségét, titán kezdeti, és a hűlés miatt alumínium további szakaszokból álló rendszer vezette ki a szárnyakhoz. A kivezetéssel egyúttal megoldódott a fúvókás, sűrített levegős stabilizáló rendszer feladata is. Ez külön nem létezett a gépen, helyette a vezérlőrendszer számos szeleppel változtatta az adott helyeken kiáramló levegőt, a kormányparancsoknak megfelelően. A szárnyak által lefelé áramoltatott, kevert, így hidegebb levegő komolyan csökkentette a felszállópálya (hajófedélzet) hőterhelését, egyúttal a saját égésgázok ismételt beszívásának hatásait enyhítette – mindkettő fontos eredmény. A számítások azt mutatták, hogy a függőleges felszálláshoz kellő tolóerő 55%-át adja majd az ejektor hatás, ezért aztán az F401 utánégetőjére nem lesz szükség VTOL repüléshez. Persze ez nem is lehetett volna másképp, hiszen az utánégetést követően bő 2000°C-os gázt már képtelenség lett volna csőhálózatba terelve elvezetni.

rockwell_xfv-12_2_-960.jpg

A Thrust Augmenter Wing, illetve a hozzá kapcsolódó hajtóműrendszer vázlata, jobbra már az átmeneti repülés alatti működése (forrás)

A függőleges felszálláshoz 8,62 tonna tömeget állapítottak meg, míg utánégető nélkül 7,44 tonna tolóerővel bírt az F401. Csakhogy ez az optimális körülmények közt, fékpadon mért tolóerő volt. Az XFV-12 azonban nulla vízszintes sebességgel készült a felszálláshoz, ráadásul a nagy magasságban elérendő 2500 km/h-s tempóra tervezett, kis keresztmetszetű, szabályozható beömlőnyílásokkal rendelkezett. Ezek együttesen 20% körül csökkentették az effektív tolóerőt, de ehhez még hozzájött az, hogy aerodinamikailag nagyon kedvezőtlen módon, a fúvócsövet lezárták, és a csőhálózatba terelték az összes égésterméket. Ez szintén jókora veszteséget okozott az effektív tolóerőben, így máris nagy szükség volt a szárnyakon átszívott plusz levegőre.

Konkrét adatokat nem találtam, de úgy lehet becsülni, hogy a 8,62 t VTOL felszállótömeget 10 t tolóerővel kellett volna a levegőbe emelni (1,16:1 tolóerő:tömeg arány; a VJ 101C-nél ez 1,22:1 volt). Ennek a többletnek az oka, hogy szükség volt biztonsági tartalékra, számolni kellett a földközeli áramlások szívóhatásával (lásd a VAK 191B esetét), valamint a forró napokon való üzemelést is biztosítani kellett (és egyáltalán, nem csak lebegtetni kellett a gépet, hanem a gravitációval szemben, felfelé gyorsítani is kicsit). Ha az ejektor hatás 55%-os hozzájárulását jelentő számot elfogadjuk, akkor az F401 csak 4,5 tonnát tudott effektíve kifejteni, a papíron megadott tolóerejének 60%-át. Ez nem lett volna probléma, ha a tolóerő-fokozó szárnyak úgy működnek, ahogyan azt a Rockwellnél kiszámolták.

Az első lebegési tesztek viszont kiábrándító eredményt hoztak: a szárnyakon létrejövő emelőerő jóval kevesebb volt a vártnál. A csalódás elég nagy volt, mivel a korábbi, szélcsatornákban végzett tesztek az eredeti számításokat igazolták. Rengeteg módosítással is csak a szükséges tolóerő 75%-át hozták szárnyak, főleg a hajtóműtől távolabb lévő, elülső pár nem volt elég hatékony. (Elvileg 440 km/h sebességű, másodpercenként 113-136 kg levegőt kellett volna összesen lefelé áramoltatnia a gépnek.) Segíthetett volna valamennyire, ha a gépen könnyítenek. Azonban ez már lehetetlen volt, mivel eleve kompozit műanyagokból készült egy jelentős része, hogy alacsonyan maradjon a tömeg. Ez a ’70-es években rendkívül előremutató technológiát jelentett, főleg, hogy nem csak borításoknál, hanem teherviselő elemeknél is alkalmazták a kompozitokat. A mérnökök végül is arra jutottak, hogy két okból tévedtek az elméleti számolások során. Az egyik már régi történet a járműtervezésben: a modellkísérletek eredményeit hogyan lehet átszámítani valós méretekre? Mint ezúttal is kiderült, nem olyan egyértelműen. A másik gond az volt, hogy akkor még nem léteztek három dimenziós számítógépes áramlási szimulációk (3D CFD), vagyis közelebbről az történhetett, hogy a kiterjedt és bonyolult alakú csőrendszer, a maga számos szelepével, és főleg kanyarulatával együtt, sokkal nagyobb veszteségeket okozott, mint azt gondolták volna.

 

Így aztán az XFV-12 sosem repült magától, mivel függőlegesen nem tudott felszállni, vízszintesen pedig nem volt értelme kipróbálni a dolgot. Utánégetővel 1:1-nél jóval magasabb tolóerő:tömeg arányt produkált a konstrukció, ezzel pedig a gép kortársait szinte megszégyenítő módon tudott volna emelkedni. A gyorsulás különösen jó lett volna nagyobb magasságban és sebességnél, mivel ekkor érvényesült volna a karcsú törzs, a kis fesztáv és az erre a tartományra optimalizált beömlők hatása. A manőverezőképesség is első osztályú lehetett volna, mivel a kis tömegű géphez viszonylag nagy szárnyfelület társult (27 m2), nem beszélve ugye a tolóerőről. A várt pozitív tulajdonságok ellenére mégis igen kínos kudarc, hogy az elvileg (utánégetővel) simán elegendő erejű hajtóművel rendelkező gép nem volt képes egyszer sem magától felszállni – pedig papíron még függőlegesen is mehetett volna a dolog.

A nagyon erős, azaz nagy fogyasztású hajtómű egyébként problémát is okozott, mivel a kicsi gépbe építve már alig jutott hely üzemanyagnak. Ezt fokozta, hogy az XFV-12-esnek is szüksége volt pótbeömlőnyílásra, és ezt a pilótafülke mögött, a törzs tetején alakították ki. A légcsatorna így elfoglalt egy potenciális tartálytérfogatot, ezért összesen 2763 liter volt csak a készlet, ami nagyon kicsi hatótávot jelentett volna. Ez valamennyire összeegyeztethető volt a Sea Control Ship koncepciójával, tehát hogy a gépnek csak rövid elfogásokat kellett végeznie, de azért alapvetően korlátozta a lehetőségeket. Enyhítette a gondot, hogy a légi utántölthetőséget biztosítani akarták; más kérdés, hogy utántöltő gép tipikusan nem lett volna az SCS fedélzetén. (A Boeing honlapján lévő adatok szerint 925 km lett volna a hatósugár, de ez igen kétséges.) A különleges kialakítású gép méretei is érdekesek: a hossz 13,4 m, a magasság, a két, szárnyvégeken lévő vezérsíkkal és az alacsony futókkal csak 2,9 m, míg a fesztáv 8,72 m lett, amit kicsit korlátozott, hogy a speciális hordfelületeket nem lehetett felhajtani, viszont a kicsi SCS fedélzetén is el kellett férnie a gépnek. A fegyverzet két, süllyesztett Sparrow és kiegészítésként két (vagy 4) Sidewinder volt, egy Vulcan hatcsövű gépágyún kívül. Ez a kevés fegyver szintén tipikusan elfogóvadászos jellegű. Ha rövid, 90 m-es nekifutást igénylő, STOVL (rövid felszállás és függőleges leszállás) módban használták volna az XFV-12-est, elvileg a szárnyak alá is kerülhetett további, akár levegő-felszín kategóriájú fegyverzet, négy megerősített pontra. Ekkor feltehetőleg csak az elülső szárnyakon aktiválták volna az ejektoros rendszert, és csak lefelé induló rakéták vagy bombák jöhettek szóba, mivel a hátsó szárny a törzs tetején volt bekötve, így viszont az első útban lett volna az előre startoló rakétáknak.

lebeg_2.jpgA NASA-nál tesztelt, dizájnos, kék-fehér festésű XFV-12. A teszthez a holdkomp számára épített állványrendszert használták, amire felfüggesztették drótkötelekkel a gépet, tehát nem a németek állványos módszerét alkalmazták. A beömlőkön a már többször látott védőrácsok (forrás)

xfv-12_potokkal.jpgHa szolgálatba áll, ilyen lehetett volna az FV-12A. A gyönyörű kivételezésű maketten láthatóak a szárnyvégeken lévő, kis meghosszabbításon lévő függesztők a 2x2 Sidewinder számára, valamint, hogy a Sparrow-k helyett két póttartály visz a gép – ez igen logikus elgondolás a modellező részéről, tekintettel a kis alap hatósugárra. A forráslinken további, szép képek

Az XFV-12 első prototípusa a költségek csökkentése érdekében néhány más gép részegységeit felhasználva épült, ezért végképp különös kinézetet nyújtott az A-4 Skyhawk orrával és az F-4 Phantom beömlőivel. Még ezzel együtt is csak ’77-re lett kész a gép, majd gyorsan át is került Langley-be, a NASA-hoz, egy Super Guppy szállítógép fedélzetén. Itt ’81-ig tartott a már említett, kudarcos tesztsorozat, amikor is végül lefújták a programot. A második prototípus már el sem készült, és közben az SCS is lekerült a napirendről, így esélye sem volt a túlélésre a nem jól működő típusnak. A Navy elemzései tulajdonképpen már a ’70-es években azt mutatták, hogy ha szuperszonikus sebességre van szükség, megéri a plusz súlyként vitt emelőhajtóműveket alkalmazni, mert minden más, VTOL repüléshez elegendő erőt adó megoldás a valóságban még rosszabb kompromisszumokat rejt.

Tíz évvel később kezdtek bele az USA-ban a következő, immár talán sikeres, szuperszonikus VTOL gép fejlesztésébe, aminek eredménye a Lockheed Martin F-35(B). Kissé ironikus módon, ez inkább a Model 200-asra hasonlít, mivel háromszekciós, elforgatható fúvócsöve tereli el a hajtómű gázsugarát lefelé, és emelőhajtóműveknek megfelelő, de szintén a hajtómű forgatta csőlégcsavart alkalmaz a fülke mögött.

A nyitókép forrása: link. A források felsorolása egy külön posztban, néhány képpel kiegészítve! A következő rész pedig ITT.

Szólj hozzá!

A bejegyzés trackback címe:

https://modernwartech.blog.hu/api/trackback/id/tr911946131

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.