utorok 3. apríla 2007

YF-23 "Black Widow II"

(Čierna vdova II.)

Stanovenie prvých požiadaviek na vývoj pokročilého taktického stíhacieho lietadla ATF (Advanced Tactical Fighter) spadá do začiatku 70-tych rokov. Širšieho výberu sa zúčastnilo 7 firiem. Začiatkom 80-tych rokov boli určené konkrétne požiadavky na ATF. Lietadlo malo byť schopné dosiahnuť nadzvukovú rýchlosť bez použitia prídavného spaľovania (režim supercruise), malo mať vlastnosti STOL (Short Take off and Landing), t.j. mala mu stačiť vzletová a pristávacia dráha s dĺžkou 600 m (neskôr 900 m), čo predpokladalo použitie vektorovania ťahu. Ďalšie požiadavky boli - vysoká manévrovateľnosť, znížená radarová viditeľnosť (vlastnosti stealth), schopnosť prežitia a spoľahlivosť. Posledná podmienka predpokladala zníženie intervalov medzi po sebe nasledujúcimi letmi a zníženie počtu obsluhujúcich leteckých technikov. Navigačný a útočný systém mal využívať tzv. umelú inteligenciu na filtráciu údajov, tak aby sa znížilo zaťaženie pilota. Normálnu vzletovú hmotnosť stanovili na 23 ton.

Paralelne s vývojom lietadla prebiehal aj vývoj motora (Advanced Figh

ter Engine). Firma Pratt & Whitney prišla s motorom PW5000, ktorý dostal vojenské označenie F-119. General Electric navrhla motor GE37 a vojaci ho označili ako F-120. Tieto motory mali byť vzájomne zameniteľné.

Lietadlo malo dosahovať cestovnú rýchlosť 1,5M a bojový rádius viac ako 1200 km. Zrýchlenie z 0,6M na 1M na hladine mora malo byť za 20 sekúnd a vo výške 6-9 km z 0,8M na 1,8M do 50 sekúnd. Zo širšieho výberu vyšli víťazne firma Lockheed s YF-22A a Northrop s YF-23A. Každý mal postaviť dva prototypy a rozhodnúť malo USAF na základe porovnania lietajúcich prototypov.

Zastavme sa teraz pri type YF-23.

Popis konštrukcie lietadla.

Práce na konštrukcii YF-23 u Northropa mali charakter tajného projektu a dostali krycí názov Senior Sky. Šéfkonštruktérom typu bol menovaný R. Sandusky.

YF-23 je jednomiestny, dvojmotorový strednoplošník s integrálnou aerodynamickou schémou s lichobežníkovými krídlami a s chvostovými plochami tvaru „V“. Tvary lietadla zodpovedajú princípom „stealth“, t.j. vo veľkej miere sa používajú krivkové plochy s veľkým polomerom krivosti a taktiež rovinné časti. Pri pohľade zhora je zreteľné, že nábežné hrany krídel a nábežné hrany združených chvostových plôch sú rovnobežné (majú rovnaké uhly šípovitosti). Obdobne je to aj s odtokovými hranami krídla a chvostových plôch a tiež zakončením trupu lietadla. Predná časť trupu po stranách je charakteristická hranou, ktorá delí radarový odraz spodnej a hornej plochy lietadla a okrem toho zlepšuje aerodynamické charakteristiky stroja. Vďaka charakteristickému tvaru radarového odrazu, ktorý pripomínal pavúka, dostalo lietadlo meno Black Widow II (B.W.I bolo lietadlo éry 2.svetovej vojny).

Povrch lietadla je pokrytý materiálmi pohlcujúcimi rádiolokačné žiarenie (RAM – Radar Absorbent Materials). Trupová gondola v svojej prednej časti má šesťuholníkový prierez. V prednej časti trupu zhora je umiestnená kabína pilota. Prekryt kabíny je dvojdielny, odklápateľný dozadu. Na zníženie odrazu rádiolokačných lúčov od pilota a vybavenia kabíny je medzi vrstvami skla nanesená tenká zlatá vrstva. Pod nepohyblivou prednou časťou prekrytu je umiestnený priehľadový displej (HUD). Prekryt pilotnej kabíny o hrúbke asi 2 cm je z polykarbonátu a je schopný podľa požiadaviek pohltiť energiu nárazu letiaceho vtáka až do rýchlosti 700 km/hod.

Na opustenie lietadla v núdzovej situácii slúži vystreľovacia sedačka ACES II.

Tesne za kabínou zhora na trupe je pod krytom umiestnená prípojka na tankovanie paliva za letu. Pod kabínou pilota je predná podvozková noha a za podvozkovou šachtou je umiestnená zbraňová šachta. Predná časť trupu plynule prechádza do krídla, ktoré ma kladný šíp 40° na nábežnej hrane a zápornú šípovitosť 40° na odtokovej hrane. V prednej časti je krídlo vybavené v dĺžke dvoch tretín rozpätia sklopnou nábežnou hranou a na odtokovej hrane má vztlakové klapky a krídelká, ktoré slúžia zároveň ako brzdiace štíty.

Združené chvostové plochy sú vychýlené o 50° do strán a zároveň tak odtieňujú motorové výtokové dýzy. Plávajúce chvostové plochy plnia taktiež funkciu brzdiacich štítov po dosadnutí. Podvozok je trojbodový, predná podvozková noha sa zaťahuje dopredu, hlavné podvozkové nohy dozadu zospodu do bokov motorových gondol. Každá podvozková noha má po jednom kolese.

Vstupy vzduchu do motorov sú umiestnené zospodu prechovej časti trup - krídlo a sú posunuté až za nábežnú hranu krídla. Majú lichobežníkový tvar. Sú umiestnené pomerne ďaleko od seba vzhľadom k pozdĺžnej osi lietadla. Vstupy sú pevné - neregulovateľné a nie sú vybavené doskou na oddelenie medznej vrstvy. Táto vrstva je odsávaná pórovitým panelom pri koreni vstupu. Kanály na prívod vzduchu k motorom sú esovito ohnuté vo vertikálnej a horizontálnej rovine a zamedzujú tak vzniku nežiadúcich odrazov rádiolokačných lúčov od lopatiek kompresora. Kanály prívodu vzduchu prechádzajú do motorových gondol, ktoré sú umiestnené už bližšie k pozdĺžnej osi stroja nad horným obrysom krídla. Trupová gondola sa naopak smerom dozadu zužuje až sa medzi gondolami stráca.

Výtokové dýzy motorov sú štvorhranné a ústia do otvorených kanálov ( z hornej strany trupu). Kanály slúžia na zmiešavanie výtokových plynov s okolitý vzduchom, čím sa redukuje infračervlnná stopa za lietadlom a zmenšuje sa aj hlučnosť. Ich dno a zvislé bočné steny sú vyložené doštičkami, schopnými odolávať vysokým teplotám. Samotná výtoková dýza má v hornej časti pohyblivú klapku. YF-23 nemá mechanizmus vektorovania ťahu (napr. na rozdiel od YF-22).

Ako pohonné jednotky môžu byť použité dva motory General Electric F120-GE-100 (prototyp lietadla označovaný ako PAV2) alebo Pratt & Whitney F-119-PW-100 (prototyp stroja označený PAV 1).Motor F-119 má 3 stupňový ventilátor a jednostupňovú nízkotlakú turbínu. Vysokotlaký kompresor je 6 stupňový a poháňa jednostupňovú turbínu vysokého tlaku. Jeho konkurent F-120 má o 40% menej komponentov ako napr. motor F-110 (použitý v niektorých lietadlách typu F-16 a F-14). Používa trojnásobne zálohovaný elektronický systém riadenia. Pohonné jednotky urobili v spolupráci s ostatnou mechanizáciou krídla z YF-23 obratný stroj, schopný dosiahnuť nadzvukovú rýchlosť bez použitia prídavného spaľovania.

YF-23A má vrodenú nestabilitu a je vybavený elektroimpulzným riadením (fly-by-wire) bez mechanického zálohovania. Riadenie lietadla sa uskutočňuje len pomocou aerodynamických riadiacich plôch. Plávajúcimi chvostovými plochami sa môže ovládať náklon, sklon a zatáčanie lietadla. Vnútorné vztlakové klapky na odtokovej hrane krídla slúžia na zvýšenie vztlaku, z ich vonkajšej strany umiestnené krídelká slúžia na riadenie náklonu. Oba posledne menované druhy plôch môžu slúžiť aj ako vzdušné brzdy (na deceleráciu lietadla) tak, že riadiaci systém vydá povel na súhlasné vychýlenie klapiek na oboch krídlach dolu a oboch krídeliek súhlasne smerom hore. Vykonanie uvedených výchyliek len na jednej strane (krídle) umožňuje riadiť zatáčanie stroja okolo zvislej osi.

Na základe požiadavky na zníženú úroveň rádiolokačného odrazu RCS je všetka výzbroj nesená v internej zbraňovej šachte. Ako výzbroj možno použiť rakety AIM-120 AMRAAM, AIM-9 Sidewinder, prípadne iné vhodné typy. Rakety sú zavesené na výsuvnej konštrukcii. Okamžite po odpálení rakety (rakiet) sa dvierka šachty zavierajú, pretože v otvorenej polohe zvyšujú celkový rádiolokačný odraz lietadla. Podľa niektorých zdrojov sériové stroje mali mať pred touto zbraňovou šachtou ešte jednu šachtu (pre dve rakety AIM-9 Sidewinder) a mali byť tiež vybavené 20-mm kanónom Vulcan M-61 v pravej časti trupu.

Z dôvodu šetrenia a tiež urýchlenia prác boli v konštrukcii lietadla použili už vyvinuté diely, ktoré dodatočne upravovali na použitie v tomto type lietadla. Išlo predovšetkým o hlavné podvozkové nohy upravené z typu F/A-18 Hornet a prednú podvozkovú nohu z lietadla F-15. V konštrukcii stroja je použitá grafitová zliatina, ktorá je ľahšia ako hliník, ktorá je vhodnejšia na vykonávanie dlhších letov v nadzvukovom režime ako iné materiály. Niektoré lietadlové systémy boli preskúšavané a testované na špeciálnej kovovej konštrukcii, ktorá nahrádzala drak lietadla.

Tak ako aj v prípade YF-22, aj tu bola avionika najskôr skúšaná na upravenom civilnom lietadle BAC-111 (tzv. „testbed“). Pre zaujímavosť, podľa firemných zdrojov základ avionického, navigačného a zbraňového systému tvoril počítač, ktorý mal na tú dobu neobvyklý výkon – bol schopný vykonávať 5-6 mld. operácii za sekundu.

Prototyp YF-23A so sériovým číslom 87-0800, označený PAV 1 (Prototyp Air Vehicle), dostal na vykonávanie letov civilnú registrovú značku N231YF. Slávnostný roll-out absolvoval 22. júna 1990 a prvý let 27.augusta 1990, ( pre porovnanie súper YF-22A vzlietol prvý krát 29.septembra 1990). Prvý let trval 20 minút a lietadlo pilotoval skúšobný pilot Paul Metz. Až do konca septembra vykonal ešte štyri lety, vrátane skúšky tankovania za letu z tankovacieho lietadla KC-135 a tiež letu nadzvukovou rýchlosťou. Bola dosiahnutá rýchlosť 1,43M bez použitia prídavného spaľovania a preťaženie 7g. Druhý YF-23A (č.87-0801, N232YF) označený PAV2 a vybavený motormi GE F-120, vzlietol prvý krát 26. októbra 1990. Pretože výsledky o dosiahnutej maximálnej rýchlosti PAV2 neboli zverejnené firma General Electric odhadovala (pri porovnaní s YF-22A vybaveným motormi F-120) jeho maximálnu rýchlosť asi na 1,8M.

V druhej polovici apríla r.1991 USAF vyhlásila za víťaza súťaže spoločnosť Lockheed a jej stroj YF-22A s motorom Pratt & Whitney F-119. Výsledky porovnania nie sú verejne známe. Avšak možno konštatovať, že YF-23A je rýchlejší ako konkurent, má lepšie stealth vlastnosti, je jednoduchší a tiež ľahší. YF-22 avšak YF-23 prekonáva v manévrovateľnosti na nízkych rýchlostiach, je jednoduchší na údržbu a je lacnejší. Táto konštrukcia umožňuje menej rizikový vývoj, výrobu a prevádzku, pretože sa v neposlednom rade jedná o lietadlo klasickej koncepcie.

Po porážke v konkurze oba prototypy. YF-23A boli určitú dobu nakonzervované a odstavené u výrobcu. Neskôr v r.1996 bol PAV1 prevezený do Air Force Test Center Museum na Edwards AFB a PAV2 do Western Museum of Flight v Hawthorne.

Technické údaje YF-23A

Parameter

Hodnota*

Dĺžka

20,5 m

Rozpätie

13,2 m

Výška

4,2 m

Plocha krídla

87,8 m²

Dolet

1300 km

Dostup

19800 m

Hmotnosť prázdneho lietadla

13150 kg

Hmotnosť neseného paliva

10900 kg

Max. vzletová hmotnosť

28100 kg

Motory, 2x F-119 alebo F-120, ťah

2x104,5 kN

(155,7 kN s prídavným spaľovaním)

Maximálna rýchlosť

M 1,8

Cestovná rýchlosť

M 1,4 -1,5

*niektoré údaje sú vypočítané, prípadne odhadované

Spracoval: Jozef Krchniak

Žiadne komentáre: