A General Dynamics F-16XL fejlesztése, 1. rész

2017. november 07. 07:07 - Maga Lenin

A kifejezetten esztétikus General Dynamics F-16XL az amerikai vadászgéptervezés egyik aerodinamikai csúcsterméke. A szép vonalú, kettős nyilazású deltaszárny segítségével a könnyűvadász F-16-osból egy kísérleti vadászbombázó készült, melynek története sokkal több, mint az F-15E ellen elvesztett tender. A NASA dedikált kiadványa alapján ez a sztori következik most.

general_dynamics_f-16xl_2_big.jpg

Az F-16XL eredete

Egy jobb F-16…

1976-ban, nem sokkal az F-16A szolgálatba állítása után a gyártó, a General Dynamics (GD) megkezdte vadászgépe lehetséges továbbfejlesztésének vizsgálatát. A hagyományos módon történt képességjavítás révén napjainkra tucatnyi változatban létezik a Fighting Falcon, de akkoriban ezeknél sokkal egzotikusabb ötleteket tanulmányoztak. Alapvetően aerodinamikai változtatásokban gondolkoztak, mégpedig elég komolyakban. Teljesen új szárnykialakításokról volt szó, így előrenyilazott (FSW, forward-swept wing), kettős nyilazású delta (cranked-arrow wing), és hagyományos, 60 fokban nyilazott deltaszárny plusz kacsa vezérsíkok szerepeltek az első vázlatokon. Az eredetivel nagyban egyező, 40 fokos nyilazású trapézszárnyra is született elképzelés, amely könnyű, kompozit műanyagok használata révén azonos tömege mellett nagyobb felületű és fesztávolságú lehetett. Ez volt az azonos súlyú kompozit szárny, angolul equally weight composite [wing], EWC. Ezekhez az átalakításokhoz adott esetben hosszabb törzs is járhatott.

Az elsődleges cél a nagyobb harci hatósugár biztosítása volt, ami nagyobb mennyiségű üzemanyagot igényelt, melyet pedig leghatékonyabban a növelt belső térfogatú szárnyakban lehetett elhelyezni. Egyidejűleg többlet fegyverzet hordozása, jobb manőverezőképesség, kedvezőbb fel- és leszállási tulajdonságok, javított túlélőképesség is a célok között szerepelt. Nagyobb vonalakban mind a levegő-levegő, mind a levegő-föld harcászati jellemzők fejlesztését el kívánták érni, az eredeti F-16-osra alapozva. A többlet üzemanyag és terhelhetőség igényét elsősorban szem előtt tartva, a legfőbb kérdéssé a lehetséges szárnyak belső térfogata vált. Más jellemzők mellett ezt mutatja be az alábbi táblázat, referenciaként az eredeti F-16A szárnnyal.

tablazat_1b.png

A táblázat jól mutatja, hogy sokkal nagyobb belső térfogat mellé könnyebb lehetett a kettős nyilazású deltaszárny, míg karcsúsága mennyivel kisebb. (Karcsúság: angolul aspect ratio, számítása: a fesztávolság négyzete osztva a szárnyfelülettel.) Érdekes, hogy ránézésre nem sokkal nagyobbnak tűnik az FSW verzió felülete az alaphoz képest, mégis azé lett volna a legnagyobb. Ehhez az eredetinél ötödével nagyobb önsúly is járult, mert a csavarodásra érzékeny szárnyat nagyon erősre kellett építeni. Lent ezek a kialakítások egy közös rajzon

4fele_em.jpg

A normál és az előrenyilazott szárny egyértelműen javította a fel- és leszálló tulajdonságokat, továbbá a tartós manőverjellemzőket (pl. egy hosszan tartó, nagy túlterhelésű forduló). Azonban szuperszonikus sebességnél mindegyiknél jóval előnyösebbnek tűnt a kettős nyilazású deltaszárny. Ezen szárny felhajtóerő-légellenállás jellemzői az összes többinél jobbak voltak 1,2 Mach felett, mely sebességtartomány egyre fontosabbá vált az idő előrehaladtával (lásd SCAMP, lentebb). Hangsebesség feletti normál repülésnél illetve gyorsításnál azonos vagy jobb volt a többi lehetőséggel szemben. A nagyobb szárnyfelület több, ráadásul részben félig illeszkedő, részben egymás mögötti fegyverfelfüggesztő pontot biztosított, sokkal több üzemanyag tárolása mellett. A hosszú tőrész valamelyest javította a szárny-törzs terheléseloszlást is. Mindez ugyanakkor erősen rontotta a tartós manőverezési tulajdonságokat, mivel szubszonikus sebességnél a nagy felület miatt gyorsan veszítette az ilyen kialakítású gép a mozgási energiát. Ez azonban a fejlesztés adott fázisában nem jelentett akkora problémát, hogy a felsorolt előnyöket elhomályosítsa.

saab_draken_35oe_knight_03.jpg

Kettős nyilazású deltaszárnyat igen kevés repülőgépen alkalmaztak. Ezek legismertebbje minden bizonnyal az eredeti és egyedi formájú svéd vadászgép, a Saab J-35 Draken. A felvételről is látható az elrendezés jellegzetessége, azaz a nagyon hosszú húr (pláne a tőnél) és a kijjebb eső, kisebb nyilazású rész. A Draken abban még rátett egy lapáttal minderre, hogy a tőnél elöl a beömlőnyílások foglaltak helyet (forrás)

general_dynamics_f-16_sfw_swept_forward_wing_2_big.jpg

Az előrenyilazott szárnyú változat szélcsatorna-modellje a GD egyik munkatársa mellett (forrás)

Az F-16 FSW verziója is előrébb jutott egyetlen lépéssel, miután a DARPA és az Air Force Flight Dynamics Laboratory felhívására neveztek vele egy ilyen elrendezésű kísérleti gép tenderére 1977-ben. Ezt azonban a Grumman nyerte el az X-29-essel. (Többször SFW, azaz Swept-forward Wing is szokott lenni a rövidítés.)

… és egy gyorsabb F-16

Az F-16XL az alaptípus lehetséges továbbfejlesztései mellett egy másik szálról is eredeztethető. Az USAF a ’70-es évek második felében, reagálva a növekvő szovjet légvédelmi képességekre, egy, szuperszonikus sebességgel is hosszan repülni képes, modern elektronikával és jó manőverezhetőséggel bíró, új vadászgépet kezdett keresni. A szükséges technológiák kifejlesztésére több céggel is kötöttek szerződéseket, és együtt dolgoztak a NASA-val is. Utóbbi széleskörű alapkutatásokat végzett jó egy évtizeden át az 1971-ben beszüntetett amerikai szuperszonikus utasszállító-program számára, azaz nagy ismeretanyaga halmozódott fel a tartós, hangsebesség feletti repülés elmélete kapcsán. Ezen projektjein belül a NASA a SCAT-15F jelű szélcsatornamodellig jutott (SCAT: Supersonic Commercial Air Transport), egy nagyméretű, kettős nyilazású deltaszárnyú modellig. Bár az utasszállítóra nem volt szükség végül is, a kutatások nem álltak le, csak Supersonic Cruise Research néven folytatódtak. A légierő fenti igénye pár éven belül újra előtérbe helyezte ezt a témát, és ebből született a Supersonic Cruise Integrated Fighter (SCIF), ezúttal már kifejezetten egy vadászgép későbbi készítésének céljából. A vizsgált utazósebesség-tartomány 1,4-től egészen 2,6 Mach-ig terjedt.

scif-4.pngAz 1,8 Mach utazósebességre optimalizált NASA SCIF-4 1977-ben. A vadászgépet imitáló modell aerodinamikája igen hasonló volt a korábban tervezett, gyors utasszállítókhoz. A belső és a külső szárnyrészek határára kerültek a függőleges vezérsíkok

Ezek az előzményei tehát a supercruise, azaz szupercirkálásnak fordított képesség létrejöttének. Ez tartós, hangsebességet meghaladó utazósebesség fenntartását jelenti. Lényeges azonban, hogy mára már kicsit módosult a szó konkrét tartalma. Eleinte csak a fentieket értették alatta, de manapság az utánégető nélküli hajtóművel elérhető, legalább 1,5 Mach sebességről van szó. Ezek fontos kitételek, mert kisebb fogyasztást jelentenek nagyobb tempónál. Ugyanezért mai értelemben a North American XB-70 nem szupercirkáló típus, mert utánégetéssel tartotta fent a sebességét. Hasonlóan nem tekinthető „igazi” szupercirkáló típusnak egyik negyedik generációs vadászgép sem, mivel csak kevés vagy nulla fegyverzettel ellátva léphetik túl a hangsebességet, és általában ekkor is csak nem sokkal. Katonai értelemben tehát nem sok haszna van ezen képességüknek.

Lényeges kérdés volt, hogy a NASA, bár maga is vadászgépek előfutáraként tekintett a SCIF modellekre, szinte csak a szupercirkálás aerodinamikájára koncentrált a maga részéről. Az iparnak ez azonban kevés volt, mert bizonyos – persze minél jobb – transzszonikus manőverezőképességet fenn kellett tartani egy valódi vadászgép esetében. A General Dynamics 1976-ban indította el belső programját egy szupercirkáló vadászgép előkészítésére, lehetőleg az F-16 alapján. Nem sokkal később már több mérnökük is Langley-ben, a NASA SCIF projektjét vivő központjában dolgozott ideiglenesen, együtt az állami szervezet munkatársaival. Miután az első eredmények igen biztatóak voltak, a GD-n belül hamarosan már a szupercirkáló és egyúttal – szuperszonikus tartományban – növelt manőverezőképességű F-16 utód lett a prioritás. A két fő tulajdonságnak megfelelően a projekt a Supersonic Cruise and Maneuver Prototype (kb. Szuperszonikus Utazósebesség és Manőverezés Prototípus), azaz SCAMP nevet kapta, és célja egy technológiai demonstrátor építése volt.

 

SCAMP

Noha a légierő érdeklődött egy, a SCAMP-hez hasonló programból származó gép iránt, konkrét megrendelés persze nem volt erre, ezért a GD és a NASA igyekezett költséghatékony lenni. A komplex aerodinamikai fejlesztés kockázatait mérséklendő, moduláris szélcsatorna-modelleket is építettek, melyeket mátrix modelleknek neveztek. Ezeken több részlet könnyen cserélhető elemekből állt, így gyorsan és olcsón lehetett többféle konfigurációt, illetve az egyes elemek egymásra hatását vizsgálni. A változtatható be- és kilépőéleken és szárnyvégeken felül az eredeti F-16 törzs többféle toldata is rendelkezésre állt, mivel minden vizsgált szárnyforma megkövetelte a törzs meghosszabbítását. Számos, a szárnytő törzs melletti részén elhelyezett örvénykeltő megoldást is vizsgáltak, mivel az itt mesterségesen keltett és kontrollált örvénylés javította a nagy állásszögű manőverezőképességet és csökkentette az ellenállást bizonyos sebességeknél. Ugyancsak foglalkoztak illeszkedő vagy félig süllyesztett fegyverzetelhelyezéssel is, amitől nagymértékű javulást vártak a légellenállás terén. Bár közvetlen kapcsolata az F-16XL-lel kisebb, de érdemes megemlíteni, hogy elemezték még a fix, mozgatható és behúzható kacsaszárnyak, továbbá a szárnyprofil íveltségének hatását, és lehajtható szárnyvégek alkalmazását is – utóbbit már a SCIF során is tanulmányozta a NASA.

Pontosabban változtatható V-beállítású szárny a lehajtható vég neve. Ez a koncepció az XB-70-esen valósult meg korábban. Maga az XL jelzés pedig a SCAMP program idején bemutatott, Top Flite XL golflabda nevéből származott, melyet kifinomult aerodinamikájának köszönhetően lehetett nagy távolságokra elütni a reklámjai szerint. Az eredeti YF-16 helyettes főtervezője, majd az F-16A/B program marketingigazgatója, Harry J. Hillaker volt szenvedélyes golfjátékos, így hallott az új labdáról.

scamp_team1.jpgAkik a General Dynamics-nál a program mögött álltak (balról): Harry J. Hillaker, programvezető; Andrew Lewis, aerodinamikai főmérnök; Kenny Barnes, stabilitás és vezérlési főmérnök; Jim Gordon, vezető mérnök – a képen egy 1977-es mátrix modellel (forrás)

general_dynamics_f-16_scamp_1_big.jpg

A SCAMP F-16-os egyik főbb kialakítása, igen erősen nyilazott belső és külső szárnyrésszel (76,6 és 66,6 fok), teljes egészében mozgatható függőleges vezérsíkkal, valamint az egész belépőélen végigfutó, mozgatható lappal, ami akár 60 fokig is kitéríthető volt felfelé. A törzset 1016 mm-rel kellett volna megnyújtani, és változtatható geometriájú beömlőnyílást is terveztek; sőt, kétdimenziós, vektorálható kiömlő is szóba került (forrás)

A kísérletek során eljutottak egy, a fenti képhez mérten finomított verzióig, a szárnynyilazást 70 és 50 fokra csökkentve, míg a kilépőélé egységesen -8,6 fok lett. A két szárnyrész határa a teljes fesztáv felének 63%-àról 70-re módosult. A felhajtóerő nyomásközéppontja a szubszonikus és szuperszonikus tartomány között csak 10,5%-kal vándorolt hátra (vö. az F-16A 26%-ával). Ez főleg a külső szárnyrész kisebb nyilazása miatt volt, de ugyanez segített a kiváló orsózó képességben is. A számítások szerint 2 Mach sebességnél és 16 km magasságban egy maximális, 20 fokos elevon-kitérítés 9 g gyorsulású orsót eredményezett! Az előző konfiguráció többi különleges tulajdonságát megtartották, sőt, kiegészítették teljesen mozgatható szárnyvéggel. Ez ezúttal nem a hossz, hanem a kereszttengelye körüli elfordulást takart, a bólintást és az orsózást egyaránt segítve. Érdekesség, hogy erre, és függőleges vezérsíkként is egy az egyben az alap F-16 vízszintes vezérsíkját kívánták felhasználni. Végül ezeket a megoldásokat elvetették, mert túl nagy fejlesztési kockázatot jelentettek, továbbá a függőleges irányfelület – kisebb mérete révén – könnyebben árnyékolódhatott le nagy állásszögnél. (Nagyobb felület esetén pedig a koncepció előnyei vesztek volna el.) A nem fix szárnyvég az ott lévő fegyverfelfüggesztőt is használhatatlanná tette volna, mivel az azon lévő Sidewinder rakéta képtelen lett volna mozgatva befogni a célját.

Komolyan foglalkoztak változtatható geometriájú beömlőnyílás alkalmazásával, ismét csak a szuperszonikus teljesítmény javítására. Opcióként a GD ajánlotta is ezt a megépítendő F-16XL számára, de 101,7 kg plusz tömege miatt aztán eltekintettek tőle, mert a folyamatosan vitt többletsúly okozta hátrány meghaladta az általa biztosított előnyöket.

l-78-2642.jpgA langley-i szélcsatornák egyikében az egyenes kilépőélű, az orrnál szintén egyenesen kapcsolódó szárnyú, és egészében mozgatható vezérsíkú SCAMP mátrix modell (forrás)

feb-80-scamp-2.jpg

A fenti kép linkje szerint ez az 1980 februári kialakítású SCAMP. Itt már nagyon hasonló a végül megépülthöz a szárny, de még a belső szárnyrészen is van mozgatható belépőél, továbbá a teljesen mozgatható, az F-16A vízszintes vezérsíkjával lényegében azonos függőleges vezérsík szerepel, ráadásul még szabályozható beömlőt írnak. A lenti képen ugyanez, csak rajzon, és látványos, kék-vörös festéssel (források: fenti, lenti)

f-16xl_rwb.jpg

A fentiek szerint épített modellek vizsgálata a langley-i szélcsatornákban jól alakult, kivéve, hogy ahogy nőtt az állásszög, úgy egyre hajlamosabbá vált a gép felvágni az orrát. Ez persze megengedhetetlen volt, ezért a belépőél törzshöz közeli részét az egyenes helyett szép, S alakúra változtatták, egyúttal a kilépőélt ugyancsak a törzs mellett hátrébb helyezték és 8 fokos, de negatív szögbe rakták. Megszüntették a belső szárnyrész mozgatható belépőélét is, a külsőn pedig a vezérlőrendszer által automatikusan mozgatottat alkalmaztak immár. Végül a két szárnyrész találkozásánál, hátul egy gondolát alakítottak ki, ami megakadályozta az áramlás túlzott kifelé csúszását, javítva az iránystabilitást és a gép vezethetőségét is. Ebbe került a csűrőket mozgató hidraulikus munkahenger, valamint később zavarótöltetek kivetőhelye is lett volna. A gondolán kívül, előrébb még kisebb, áramlásterelő lapot is telepítettek, azonos céllal. Mindezekkel együtt a későbbi F-16XL csak a számítógépek korrigálta, fly-by-wire rendszer révén lehetett jól vezethető, stabilitási jellemzői miatt.

Mire ez a kialakítás létrejött, a GD saját pénzéből 15,9 millió dollárt költött el, és 1397 óra szélcsatorna-kísérletet végzett. Érdekes, hogy bár végig lényeges volt a hangsebesség feletti teljesítmény javítása, arra a tartományra 367 óra jutott ebből, míg a szubszonikusra és a transzszonikusra 611 és 419 óra. A későbbi, valós repülések igazolták, hogy az F-16A-nál több, mint kétszer akkora szárnyfelületű XL teljes légellenállása kisebb volt, mint az alapgépé! Bár a súrlódási ellenállás természetesen sokkal nagyobb volt, de mind a hullámellenállás, mind az interferencia-ellenállás (pl. a szárny és a törzs káros egymásra hatása), mind pedig a szuperszonikus trimmelési ellenállás (a hátracsúszó felhajtóerő nyomásközéppont kompenzálására kitérített kormányfelületek) kisebb volt. A korábbinál kedvezőbb fegyverzetfelfüggesztési lehetőségek is csökkentették a légellenállást.

1980. december 1-jén utasítást adtak a repülőképes F-16XL megépítéséhez szükséges, részletes tervezésre és erre a GD 41,7 millió dollárt biztosított saját kutatási alapjából, partnerei és beszállítói pedig további 7,8-at. Ezzel együtt a szélcsatornás mérések 1982-ig folytatódtak.

sue_grafton_lehet_ez_is.jpeg

A NASA alkalmazottja áll az F-16XL nagyméretű (1:0,18), sűrített levegővel működő kormányfelületekkel ellátott modellje mögött, mellyel 59 fokos állásszöget meghaladó tartományban is vizsgálták a gép határértékeit. Ennél nagyobb, 0,25-os léptékű modellt is használtak a flatter-tesztekhez. Mindkét modell kábelen lelógatva függött a szélcsatornában, és utóbbit egy „pilóta” vezette, vagyis mozgatta kormányfelületeit. Ez a flatter-modell igyekezett szimulálni az igazi gép rugalmassági tulajdonságait is (forrás)

scamp_fejlodes_hun.jpg

Amíg a SCAMP eljutott az F-16XL-ig, több fejlődési lépésen ment át – ahogyan ez minden tervezési program során történik. A bal fentről induló ábra a fő változtatásokat mutatja be az egyes fázisok közt. Az η (éta) jelet kapja a két szárnyrész közti arány, az LE és a TE a leading és a trailing edge, vagyis a be- és kilépőéleket rövidíti. A teljesen mozgatható külső szárnyrész a 2. rajzon jelenik meg csak, viszont a 3.-ra eltűnik az addig meglévő, a hosszabb, belső rész belépőélén meglévő mozgatható lap, és átkerül a külsőre. A többi felirat magyarra cserélve a képen

Az első XL felszállásáig 3550 órára nőtt a szélcsatorna-kísérletek összeadott ideje, melynek során 11 szárnyforma, 12 függőleges vezérsík, 15 mozgatható belépőél, 40 áramlásterelő lap, 7 szárnyvég, 7 áramlásrontó lap (spoiler), 6 törzsmeghosszabbítás, 13 orrkialakítás, 21 szárnyíveltség, 3 szárnykeresztmetszet és 14 kacsa vezérsík összesen 149-féle kombinációját próbálták ki.

 

Létrejön az F-16XL

Miután a számítások és modellkísérletek igazolták a kettős nyilazású deltaszárnnyal felszerelt, hosszított F-16 változat létjogosultságát, ideje volt megépíteni igazi kísérleti gépként is. Az Egyesült Államok Légiereje (USAF) és a General Dynamics úgy állapodott meg, hogy előbbi átad két, normál F-16 repülőgépet, melyeket utóbbi átépít XL változatúra, és a teszteléshez megint csak a légierő ad kiszolgáló berendezéseket és egyéb, szükséges kellékeket, továbbá finanszírozza a berepülési programot és a közben szükségessé váló, újabb elméleti és modellkísérleteket. Végül is ehhez a GD 53, az USAF az 1982-es és a következő pénzügyi években rendre 22,5, 25 és 10,2 millió dollárt biztosított, és eredetileg három Pratt & Whitney F100-PW-200 hajtóművet. Későbbi megállapodások révén a NASA vállalta, hogy – más programjainak zavarását elkerülve, de – továbbra is biztosít szélcsatornákat.

A mérnöki munkát az akkoriban már egyre terjedő, számítógépes CAD/CAM rendszerek segítették. A GD a Lockheed által kifejlesztett, CADAM nevű programot vásárolta meg az F-16XL tervezéséhez. Ennél egy IBM szervergéphez csatlakoztak a munkaállomások, melyeken a mérnökök dolgoztak, de mint menet közben kiderült, kevés ilyen számítógép állt rendelkezésre. Emiatt a törzs terveit végül mégis főleg papíron készítették el, nem elektronikusan. A szerkezeti terhelések számításához a NASTRAN (NASA Structural Analysis System) szoftvert használták.

plum_tree.jpg

Bár a számítógépes tervezés és gyártás már egész jól átment a hétköznapokba is, azért a szimulációk (a mai CFD) még kicsit odébb voltak. Így nagy számban használtak mindenféle méretarányú modellt is. Fent: egy 0,18-os arányú példányt halásznak ki a puha becsapódását biztosító, mocsaras területről (Plum Tree Island, Virginia). Lent: két AIM-9, hat CBU-58 és két póttartály volt ezen a modellen; a fegyverzet aerodinamikai egymásra hatását különösen sokat kellett vizsgálni

fegyverzet_szelcsatorna_xl.jpgquadra_pod.jpgHasználtak modelleket a dugóhúzó-jellemzők vizsgálata érdekében is. Ezek segítségével a vezérlőrendszerbe integrálták a dugóhúzóba esést meggátoló szoftverelemeket. A képen a valós tesztekhez szánt, Quadra Pod nevű fékernyő kicsinyített másával látták el az egyik modellt. Az eredmények alapján egy 10,42 m átmérőjű ernyőt kapott az igazi gépek egyike később, mely egy 30,48 m hosszú kábelen át csatlakozott kioldás után a géphez. Tényleges használatára sosem volt szükség

A tervezési folyamat jól haladt, de egy – egyébként merőben átlagos – gond akadt közben: az új szárny 248, míg a repülésvezérlő, az elektromos és az üzemanyagrendszer további 130 kg-mal nehezebbnek bizonyult, mint kellett volna. Ahogyan a problémát egy 1981 áprilisában kelt, GD belső jelentés leírta, ez két 227 kg-os bombával csökkentette volna a lehetséges terhelhetőséget. A körlevél ezért azt kérte minden dolgozótól, hogy minden ötletüket mondják el a súlycsökkentésre, saját szakterületükön kívülre vonatkozóan is. Ez eredményesnek bizonyult, mert az év közepére nagyjából lefaragták a többletsúlyt.

 

A részleteket tekintve, természetesen az új szárnnyal kell kezdeni. A végleges karcsúság 1,6 lett, a felület 61,62 m2, a fesztáv 9,88 m, illetve az általában felszerelt Sidewinder indítósínekkel és rakétákkal 10,44 m. A nyilazás a belső részen 70, kívül 50 fok volt, a profil módosított NACA 64A típusú. A félszárnyak 2-2 kormányfelületet kaptak, azaz belül 1-1 elevont (egyesített csűrő és magassági kormányt) és kívül 1-1 csűrőt, továbbá a külső részen mozgatható belépőélt is. A szárny és a törzs megnövekedett hossza több csatlakoztatási pontot tett lehetővé, mégis, a kísérleti repülések során rájöttek, hogy egy helyen így is túllépheti a manőverek miatti feszültség a megengedettet. Nem sokkal az első felszállást követően pedig a hátsó főtartóról derült ki, hogy az a tervezett terhelési érték 86%-ánál eltörhet. Ezért abból egy 0,56 m hosszú, alumínium részt acélra kellett cserélni.

A szárny újdonsága volt, hogy a fém teherviselő szerkezetre immár kompozit műanyag burkolat került. Ezúttal poliimid-bázisú (konkrétan: angolul bismaleimide, magyarul biszmaleinimid [máshol biszmélimid], azaz C21H14N2O4), grafitszál-erősítésű mátrixot használtak fel, T-300 típusú szál és V378-A típusú gyanta formájában. Ez a korábbi, grafit-epoxi anyaghoz képest kedvezőbb magas hőmérsékletű tulajdonságokkal rendelkezett, és akkoriban az űrsiklóban, manapság pedig az F-35-ösben is megtalálható.

eg-0035-01.gif

A szárny, bár V-beállítása nem volt (0°), szemből nézve jól láthatóan el volt csavarva. Ez a csavarás a transzszonikus és afeletti sebességeknél módosította úgy az áramlást, hogy az csökkentette a légellenállást. A képen még a főbb méretek lábban (forrás)

toldat.png

Az új részek fehérrel jelölve, a szürkék pedig vagy azonosak, vagy módosítottak az eredeti F-16-oshoz képest. A második toldat alakja nem fedi igazán a referenciaként használt leírásból következő elrendezést sajnos (lásd lent) (forrás: F-16XL Demonstrates ..., 3. o., lásd utolsó rész)

A törzs hosszabbítása céljából elöl, a 189. törzskeretnél egy 76,2 cm-es betoldást alkalmaztak, mely később a bevetési elektronika egy részének nyújtott volna 0,33 m3 helyet, de a két megépült gépen tesztberendezéseket fogadott be. Ez a toldat előrébb tolta a pilótafülkét, de alatta a beömlőnyílás helyzete változatlan maradt. A főfutómű bekötési pontjai mögött kezdődött a hátsó, 66 cm-es toldat alsó része, de a felső kicsit előrébb (343.12 és 373.8 keretek). Módosítani kellett a szívócsatorna szerkezetét, a berendezések hűtésére szolgáló beömlőnyílást, a törzs első részének külső borítását a megfelelő illeszkedéshez, valamint eltávolították a korábbi, orrsegédszárnyat mozgató motort is. Mivel a futómű a régivel azonos maradt, a hosszabb törzs felszállás során odaverődhetett volna a pályához. Emiatt a hátsó rész kontúrját 3,16 fokkal megemelték. A berepülés során a normál F-16-osok számára fejlesztett, növelt teherbírású futóművet beszerelték a két XL-be is. Ez többek közt szélesebb gumikkal járt, és belső átalakításokkal, valamint új aknaajtókkal is. Erre mindképp szüksége volt a gépeknek, hiszen az eredetinél nehezebb fegyverzetet kívántak alkalmazni. A korábbi, 17 tonnás felszállótömeget így 21,79-re emelhették. A törzs alsó részét, illetve a szárnytöveket érintette még, hogy biztosítani kellett négy AIM-120 légiharc-rakéta félig süllyesztett elhelyezését is – ehhez immár elég volt a törzshossz.

Ami a belső rendszereket illeti, a legfontosabb, a vezérlés alapvetően azonos volt az F-16A-éval, azaz egy négycsatornás, analóg elektronikus rendszer, természetesen az új szárny adta körülményekhez igazított szoftverrel. A korábbiakhoz képest a teljes rendszert –a szoftveres elemeket, kiegészítve a hardveresekkel – a földön letesztelni képes, 90 másodperc idővel dolgozó, egyetlen gombnyomásra induló hibakereső is bekerült.

general_f-16xl.gif

Egy kissé részletgazdagabb háromnézeti rajz. A függőleges vezérsík töve előtt valamivel ott a merev légiutántöltő cső fogadóegysége, míg a fülkétől balra és hátra a gépágyú nyílása (forrás)tablazat_2.png

A különböző kormányfelületek kitérítései jellemzői ugyan viszonylag kevéssé érdekes adatok, de ritkán vannak megadva. A kitérítés gyorsaságát nézve önmagában elképesztő adatokról van szó, hiszen például az oldalkormány 1/3 másodperc alatt juthat a véghelyzetébe, ahogyan a csűrőlap is felfelé, illetve fél másodperc kell a lefelé kitéréshez, és az elevonoknál is ez a jellemző adat. A teljes, 61,62 m2-es szárnyfelület 27,6%-a, azaz, több, mint a negyede kormányfelület

A bólintást nem csak az elevonokkal végezték, hanem a csűrők szimmetrikus kitérítésével is. A bedöntést – a csűrőkön kívül – hasonlóan segítette a két elevon ellentétes mozgatása. A repülésvezérlő számítógépek folyamatosan kontrollálták az egyes paramétereket, melyek közül az orsózó szögsebesség például 308 fok/s lehetett legfeljebb – vagyis majdnem egy teljes fordulat egyetlen másodperc alatt. A maximális állásszög az F-16A 25 fokos értékével szemben 29 fok lehetett, illetve 0,9 Mach felett 26 fok, a futók kinti helyzetében pedig 16 fok.

Ez a poszt a szokásosnál nagyobb mennyiségű adatot tartalmaz, melyeket persze a végtelenségig lehetne összehasonlítgatni. Azonban a 308 fokos másodpercenkénti (állandósult) orsózó szögsebességről eszembe jutott egy régi, kiváló könyvemből egy sztori. Alex Henshaw, a Supermarine gyárban a Spitfire-ök közül egy „szabad szemmel is jól látható” mennyiséget berepülő pilóta mondta később, hogy úgy hasonlítgatták össze társaival az egyre újabb változatokat, hogy hány orsót tudnak velük megcsinálni egy másodperc alatt. Ahogy nőtt a Spitfire verziók tömege, úgy lett ez az érték egyre kisebb, mivel a szárny a normál vadászváltozatoknál szinte alig módosult. Eddig egyszerű a történet, de itt a könyv amúgy szinte kifogástalan fordítása szerint a Mk.V-ösig még akár 2,5 fordulatot tehettek meg másodpercenként, míg a IX-estől kezdve 1,5-et vagy kevesebbet. Ez azonban 540°/s állandósult szögsebességet jelentene még a kisebb értékkel is, a nagyobbal pedig az irreális 900-at. Egy gyors kereséssel kiderült, hogy a mai, korszerű, kifejezetten erre tervezett műrepülőgépek (Edge 540, Extra 300) is csak 400-420°/s-re képesek. A megoldás ez esetben valószínűleg az, hogy a fordulat itt csak 180°-ot jelent, nem 360-at (így 450°/s és 270°/s, természetesen optimális körülmények között). A kis kitérőt követően megpróbáltam megkeresni a 4. generációs vadászgépek adatait is, de mint kiderült, ezek nem teljesen nyilvánosak, és ahol meg vannak adva, számolni kell egy kis marketinges túlzással. Elvileg a Rafale és a Typhoon 270 és 250°/s-re képes, a Hornet/Super Hornetre kétszeres eltérésű adatok is vannak (225 és a fele is…), míg az F-16-osra – valószínűleg a C-re – 220-240-et írnak. Az M346 kiképzőgépre a gyártó 280°/s-et ad meg. Érdemes ezt összevetni az F-16XL 308 fokos értékével: mindegyiket veri, amerikai társait akár 40%-kal is. Azonban még durvább az összevetés a műrepülő gépekkel, amik bőven egy tonna alatti tömegűek, vagyis az F-16XL legalább 12-szer olyan nehéz fegyverzet nélkül is, mégis csupán 25%-kal marad el tőlük! Egy másik fórumbejegyzés szintén fontos dolgokra világít rá. Elméletileg az F-16 eredeti szárnyú változatai 324°/s-re lennének képesek, de a vezérlés ezt 220-240-re korlátozza. Hasonlóan fontos, hogy a kezdeti szöggyorsulás, vagyis ami ténylegesen kifejezi a manőverbe vitel gyorsaságát, mekkora. A korábbiak itt fent tehát átlagos, vagy még inkább állandósult értékek voltak. Ugyanabban a fórumban, ugyancsak az F-16-osra 460°/s2 van megadva a manőver indítására, míg 690 a megállítására. A gép szerkezetileg képes lenne a megállítási értékkel is indítani a bedöntést, csak ezt a pilóta fizikailag már igen kevéssé tolerálná. A pilóták számára egyébként is a „time to bank”, vagyis egy adott szögeltérés megvalósításának ideje a fontos, nem a puszta szögsebességek (pl. a gép hátára fordításához, azaz 180°-hoz hány másodperc kell). Ez ugyanis magába foglalja a kezdeti és az állandósult értéket is. Ezzel a kis összevetéssel jól érzékelhető, micsoda erőhatások érik a korszerű katonai gépeket, és, hogy mennyire is nehéz összevetni az adataikat egymással, sőt, akár egyazon típuséit is, de eltérő körülmények között. 

Az oldalkormány hagyományos kialakítású volt. A másodlagos felületeket a külső szárnyrészek mozgatható belépőélei és a kiömlőnyílás két oldalán egy-egy, kétféle nyitható féklap alkotta. Utóbbi azonos működésű volt az F-16A-n lévőkkel, de kissé módosított formában kellett felszerelni a megváltozott törzsvég miatt. A mozgatható belépőélek automatikusan tértek ki, és feladataik közé tartozott a nagy állásszögnél való stabilizáció, felfelé kitérve a szuperszonikus ellenállás csökkentése, valamint a dugóhúzóba kerülés megakadályozása aszimmetrikus kitéréssel.

A kormányfelületek, és elsősorban a futómű mozgatására és fékezésére a 200 bart is meghaladó nyomású hidraulika-rendszer szolgált. Ez egy fő és egy tartalék körből állt, de az F-16A-hoz képest erősebb pumpákkal és nagyobb hidraulika-akkumulátorokkal készült a hálózat. Az e rendszer mozgatta szivattyúk mellett elektromos eszközök is biztosították az üzemanyag továbbítását a hajtóműbe, illetve trimmelés céljából az egyes tartályok között. A kerozint hat törzs-, és négy szárnytartályban tárolták. A második fülke miatt az XL-2 kicsit kisebb mennyiséget, 4653 kg-ot vihetett magával, szemben az XL-1 5113 kg-jával.

A képek kapcsán köszönöm a segítséget Dávid barátomnak, a kompozit anyagok kapcsán Réka kolléganőmnek, néhány aerodinamikai fogalomnál pedig molnibalage számára kell köszönetet mondanom! Ezúttal számos angol elnevezést nem is próbáltam lefordítani, mert úgy éreztem, csak nagyon erőltetett módon sikerült volna.

A nyitókép forrása: link. A nem megjelölt képek forrása a NASA könyve, lásd utolsó rész.

A következő rész ITT! A források az utolsó részben lesznek felsorolva.

46 komment
süti beállítások módosítása