Repülés, repülőgépek

jetplanes

Szuperszonikus "kólásüveg"

2018. november 06. - stonefort2

 

Az amerikai Northrop F-5-ös már régen nem számít a legkorszerűbb típusnak, de még a világ számos országában üzemelnek eredeti, vagy korszerűsített változatai. Utóbbiak a negyedik generációs harci gépekkel összevethető fedélzeti elektronikával és fegyverzettel még hosszú időn át képesek ellátni feladataikat, mégpedig nagyon kedvező üzemeltetési költségek mellett. Ha még Svájc is üzemben tartja az F-5-öst, akkor ez jelent valamit.

Amikor felülről rápillantunk a típusra, önkéntelenül is a gyengébb nem esztétikus formájára asszociálunk, hiszen a szárny vonalában a törzs beszűkül hasonlóképpen ahogy egy karcsú női test. Ez azonban nem a repülőgép konstruktőr természetes vonzalma, hanem nagyon is racionális aerodinamikai okok miatt alakult így. A kólásüveghez hasonló forma az úgynevezett „területszabály” miatt szükséges, ami csökkenti a légellenállást, főként a hangsebesség körüli tartományban.1_resize_15.jpg

Mint annyi más repüléstechnikai fejlesztésnek, ennek gyökerei is a második világháborús német tervezőirodákba nyúlnak vissza. A Junkers már 1943-ban létesített egy olyan szélcsatornát, amely alkalmas volt a hangsebesség körüli áramlási viszonyok tanulmányozására. Az ott dolgozó Otto Frenzl volt az első, aki rájött arra, hogy a repülőgépek légellenállásának csökkentése érdekében a szárny vonalában redukálni kéne a törzs keresztmetszetét. Az elmélet azonban nem realizálódhatott, mivel a háborús szükségletek miatt más irányú, gyorsan megvalósuló fejlesztéseken kellett dolgozni.

A háború után a tengeren túl 1947-ben került sor először a hangsebesség átlépésére, de az ehhez használt Bell X-1-es egyszerűen a rakétahajtómű nyers erejével biztosította az 1 Mach átlépését. A légellenállás a transzszonikus tartományban ugrásszerűen megnövekszik, és a hagyományos sugárhajtóművel felszerelt repülőgépekkel csak nehezen lehetett legyőzni. A Convair mérnökei az F-102 Delta Dagger fejlesztése során szembesültek a problémával, a szuperszonikus sebességre tervezett gép prototípusa képtelen volt túllépni a hanghatárt. A NACA (National Advisory Comittee for Aeronautics) állományában dolgozó Robert Whitcomb nyújtott segítséget a megoldáshoz, az általa részben a német eredmények, részben a saját kutatásai alapján kidolgozott „területszabály” alkalmazásával.

6_resize_19.jpg

Ez egyszerűsítve azt jelenti, hogy a repülőgép keresztmetszete elölről hátrafelé haladva egy ideális légellenállású testhez legyen hasonló, nagyobb kiugrások nélkül. A kabintetővel és szívócsatornákkal természetesen nem lehet mit kezdeni, de hátrébb csökkenthető a törzs keresztmetszet, főként a szárny vonalában. A „kólásüveg” forma meghozta az eredményt ás az YF-102-es az átalakítást követően könnyűszerrel átlépte a hangsebességet, noha a hajóműve nem változott.

A korszak több típusa a területszabály alkalmazása nélkül is képes volt erre, de ennek feltétele a nagy tolóerejű hajtómű volt. Ha ez nem állt rendelkezésre, akkor viszont jól jött az aerodinamikai „finomítás”. Az F-105-ös vadászbombázó, az F-106 Delta Dart esetében szemmel látható a területszabály alkalmazása, a leginkább szemléletesen azonban egy sokkal kisebb méretű és teljesítményű típus esetében mutatkozik.

dsc_3416_resize.JPG

Ez az előszóban említett Northrop F-5-ös, amelynek tervezése az ötvenes évek végén történt. A cég konstruktőre Welko Gasich vagy szerb felmenőire tekintettel vagyunk, akkor Velko Gaszics nem csak repülőmérnöki, hanem közgazdász diplomával is rendelkezett, ami nagyon hasznosnak bizonyult. A hidegháborús viszonyok mellett a pénz csak másodlagos fontosságú volt, a katonai fejlesztések hatalmas költségeit elfogadta a politika és a közvélemény. Azonban hosszú távon ez nem volt tartható. Gaszics a katonai és gazdasági szempontok figyelembe vételével végezte munkáját, ő volt az első, aki lefektette a harci repülőgépek teljes „életciklusra vonatkoztatott költség” elméletét. A Northrop vezetése egyetértett a koncepcióval, ami szerencsésen párosult az USAF igényével. A T-33-as gyakorlógép helyett egy új szuperszonikus típust akartak a kiképző alakulatok számára, amely ugyanakkor kicsi, könnyű és olcsón üzemeltethető. A vadász és vadászbombázó kategória esetében azonban nem változott az elképzelés, az egyre nagyobb, nehezebb és drágább gépeké maradt a jövő.

2_resize_19.jpg

A Northrop N-156T terve azonban sínen volt, így 1959. június 12-én az első prototípus a levegőbe emelkedhetett. Ez volt a későbbi T-38 Talon elődje, amely még ma is sok száz darabos mennyiségben repül, és csak 2018 végén választották  ki a leendő utódját. A több mint fél évszázados sikertörténet az USAF esetében csak a Talon-ra korlátozódik. A párhuzamosan fejlesztet N-156F együléses könnyű vadászra az amerikai légierő nem tartott igényt, csak egészen kis mennyiségben rendszeresítették. Ideális volt viszont a vékonypénzű szövetségesek számára, így végül ebből is közel ezres tétel készült az összesen 1158 darab Talon mellett.

dsc_3432_resize.jpg

A Talon és a későbbi F-5-ös sikere főleg két tényezőn alapult. Az egyik az aerodinamikai kialakítás, amely nagymértékben figyelembe vette a légellenállást optimalizáló területszabályt, a másik pedig a hajtómű. Nem annyira a teljesítménye, hanem a konstrukciója miatt. Korának legkedvezőbb tolóerő/tömeg aránnyal rendelkező erőforrása volt a General Electric J85-ös, amelyet eredetileg utánégető nélkül a B-52-es zavaró eszköze, az önálló repülésre képes Quail robotgép számára terveztek. Szemléletes az összevetés a korszak csúcs típusának hajtóművével, míg a Phantom J79-esének tolóereje 4,7-szeresen haladta meg a saját tömegét, addig a kis J85-ös változattól függően 6,2-7,5-szeresen. A két erőforrással azonban a T-38 Talon még mindig gyengének bizonyult, és jelentős részben a kifinomult aerodinamikának köszönhetők a világrekordjai. Talán furcsa, de az eleve gyakorlógépnek tervezett típussal négy abszolút emelkedési rekordot állítottak fel.

5_resize_20.jpg

Már akkoriban is szokás volt, hogy a csúcsdöntési kísérleteket speciálisan felkészített gépekkel hajtották végre, amelyekből kiszereltek minden a feladathoz nélkülözhető berendezést. A 61-0849-es számú Talon azonban egy szériagép volt, annyi könnyítéssel, hogy csak az első ülésben foglalt helyet pilóta, mégpedig Walter Fletcher Daniel őrnagy. 1962. február 18-án kaliforniai Edwards bázison álló helyzetből mérve a háromezer méteres magasságot 35,6 másodperc alatt érte el, hatezerre 51,4, kilencezerre 65,7, tizenkétezerre pedig 95,6 másodperc alatt emelkedett.

A rekordok ugyan nem sokáig „éltek”, mivel hamarosan megdöntötte azokat az F-104 Starfighter, de ennek ellenére figyelemre méltó képességekre utal.

dsc_9339_resize.JPG

A Northrop N-156F együléses változata lett az F-5A Freedom Fighter, amelyből 800 darab készült exportra, és még további potenciált is látott benne a Northrop. A főtervező Gaszics (aki később fontos szerepet játszott az F-20-as és a B-2-es tervezésében is) a hetvenes évek aerodinamikai eredményeit is alkalmazta a továbbfejlesztett F-5E/F Tiger II változatnál. A szárnytőben kialakított előrenyújtott felület (LERX) jelentősen javította nagy állásszögnél a repülési jellemzőket, a J85-ös új változata pedig már egyenként 2,2 tonna tolóerőt biztosított. A gép orrába fedélzeti radar is került, de a fegyverzete alapvetően nem változott, megmaradt a kettő 20 mm-es Colt gépágyú, a felfüggesztési pontok száma hétre nőtt, mivel az addig a szárnyvégeken hordozott ugyancsak területszabály figyelembe vételével tervezet póttartályok helyére rakétaindító sínek kerültek.

3_resize_16.jpg

Az F-5E Tiger II még nagyobb exportsikert aratott. A már akkor létező F-16-oshoz képest harmadnyi üzemeltetési költség mellett biztosította a szükséges képességeket, azonban a nagy távolságú légi célok megsemmisítésének lehetősége és a precíziós csapásmérés hiányzott a repertoárból, bár ez akkoriban még sok más típusra is jellemző volt. A Northrop összesen 792 darab F-5E, 146 kétüléses F-5F, és 12 felderítő RF-5E gépet gyártott, ezen felül további 91 példány készült Svájcban, 68 Dél-Koreában és 308 Tajvanon.

4_resize_14.jpg

A vietnami háború befejező szakaszában Dél-Vietnamba is több tucat érkezett, de ezek már nem tudták érdemben befolyásolni a háború menetét, a gépek többsége az északi erők hadizsákmánya lett, jó néhány vadonatúj „beládázott” állapotban. Nem véletlen, hogy rövidesen a Szovjetunióba került egy sor amerikai típus, köztük az új F-5-ösök, amelyeket természetesen elemzésnek vetettek alá. Ennek voltak ellenzői is, ugyanis a szovjetek meggyőződése volt, hogy a Tiger nem számít komoly ellenfélnek még a MiG-21-esnek sem. A számszerű adatok legalábbis erre utaltak, az amerikai könnyű vadász legfontosabb paraméterei elmaradtak a 21-esétől. Csúcssebessége csak 1,6 Mach volt, tolóerő/tömeg aránya jócskán alacsonyabb, a kis trapéz szárnyak miatt pedig a felületi terhelése is rosszabbnak bizonyult.

8_resize_19.jpg

1976 nyarán mégis Aktyubinszkba vitték az egyik repülőképessé tett példányt. Vietnamból szétszerelve, ládákban érkeztek a Szovjetunióba a gépek, műszaki dokumentáció nélkül. Egyedüli segítséget az angol nyelvű hajózó utasítás jelentett, amit lefordítottak oroszra. Három pilótát jelöltek ki a feladatra, és összesen 35-40 repülést terveztek az elemzéshez.

A NATO országokban korlátozottan állt szolgálatban az F-5-ös, pontosabban a régebbi változat az F-5A már a kivonás közelében volt, vagy csak a kiképző alakulatoknál üzemelt a hetvenes években (a norvégok, hollandok, kanadaiak, spanyolok repülték). Ellenben a világ számos részén nagy mennyiségben állt rendelkezésre a Northrop típusa, ezért mégis fontosnak ítélték az elemzését. Akkoriban ugyanis csúcsra járatták a szovjetek a „forradalom exportját”, Afrikában, Ázsiában, Latin-Amerikában, és a tanácsadóik így hatékonyabban készíthették fel a marxizmus új híveit az imperialisták elleni harcra.

7_resize_18.jpg

Az az érdekes helyzet állt elő, hogy az etióp légierő amerikai F-5E gépeivel a szomáliai balos rezsim MiG-21-esei kerültek szembe, és ez már önmagában is elég indok volt a szovjetek számára a típus elemzéséhez.

A Volga közelében lévő bázison a Cskalov repülőkísérleti központ három berepülő pilótáját jelölték ki a feladatra. Vlagyimir Kondaurov, Alexander Bezsevec és Nyilokaj Sztogov először némi fanyalgással, és fölényes magabiztossággal állt a feladathoz, hiszen ők is meg voltak győződve a MiG-21-es fölényéről. Az amerikai gép pilótafülkéjének berendezése azonban elnyerte a tetszésüket. A 21-eshez képes tágas, a széles kezelőpadokra jó a rálátás, a műszerek elhelyezése célszerű és ergonómikus, a kilátás is jobb, mint a szovjet típus esetében. Először csak guruló próbákra került sor, hiszen meg kellett szokni az eltérő fék kezelést. A szovjet típusokon még a botkormányon lévő karral működtették a fékeket, az amerikai gépeken viszont az oldalkormány pedálok egyszerre történő nyomásával. A nagy sebességű gurulások során sokszor rázkódott a gép a beton egyenetlenségei, és a magasabb keréknyomás miatt, kisebb futómű sérülés is előfordult, de más probléma nem volt. A Tiger felszállását érdekes módon segíti egy erre szolgáló rendszer, nekifutás közben az orrfutó rugóstagot hidraulikusan meghosszabbítják, így nő a gép állásszöge.

Az első néhány ismerkedő repülést követően sor került a gyakorló légi harcokra a MiG-21bisz ellen. Ekkor jött a meglepetés. Noha a három pilótának alig volt gyakorlata az amerikai gépen, mégis minden alkalommal sikerült tüzelési helyzetbe kerülniük a 21-es mögött, noha azt is valamelyikük vezette, és amelyen mindannyian nagy tapasztalattal rendelkeztek.

9_resize_10.jpg

A repülésekről írt jelentéseket tucatnyi alkalommal vizsgálták át a katonai vezetők, mérnökök, és nagyon nem tetsztettek nekik az eredmények. De tény volt, hogy az F-5E manőverező légiharcban felülmúlta a MiG-21-est. Először nem tervezték, de sor került a MiG-23M elleni hasonló tesztekre. A főtervező helyettese is jelent volt az első repüléseknél, és a tenyerét dörzsölve kijelentette, hogy „most majd jól megmutatjuk”. Az eredmény azonban hasonlóan alakult, Kondaurov saját szavai szerint annyiban volt más a helyzet, hogy „a 23-as agóniája kissé tovább tartott”. Ugyan nem tesztelték, de a csapásmérő képesség területén is hasonló volt a helyzet. A MiG-21-es 1500 kg-os harci terhelésével szemben az F-5E akár 3200 kg-nyi függesztményt is hordozhat, amennyiben földi célok megsemmisítése a feladat.

dsc_9351_resize.jpg

Bebizonyosodott, hogy a nyers erő nem elég, kifinomult aerodinamikai kialakítás nélkül. Hiába voltak jobbak a fő paraméterei a szovjet gépeknek, az F-5E felülmúlta azokat a manőverezés terén, különösen a 800 km/h körüli sebesség tartományban. Valami hasonló tapasztalható több jelenlegi harci repülőgép esetében is, a Hornet/Super Hornet, a Gripen, vagy éppen az F-35-ös nem tartozik tolóerő/tömeg arány szempontjából a „legcombosabb” típusok közé, mégis kiválóan teljesítenek.

dsc_3207_resize.jpg

Mivel az F-5E Tiger II képességeivel az USA-ban is pontosan tisztában voltak, ezért volt kézenfekvő, hogy az úgynevezett „Agresszor” alakulatokat is ezekkel szereljék fel, hiszen élethűen képesek imitálni a legelterjedtebb szovjet típusokat.

Az F-5E manőver jellemzőit még tovább javították Svájcban. Az alpesi ország komoly repülőgép ipari képességei között ott van a kutatás-fejlesztés, amihez még szélcsatorna is rendelkezésre áll. A hatvanas években gyártott Mirage III-hoz terveztek fix „kacsa” vezérsíkokat, a Hornet-ek számára saját fegyverzet felfüggesztőt dolgoztak ki, és az F-5-ön is módosítottak. Megnövelték a LERX felületét, az orrkúpot pedig ellapított mellső résszel készítették. A kacsacsőr formájú felületen az állásszög növekedésekor örvények keletkeznek, amelyek hátrafelé egyre erősödnek és stabilizálják az áramlást. Hogy az ilyen kicsi változtatások is érezhető változást hoznak egyes repülési paraméterek terén, arra az is jó példa, hogy hasonló céllal a MiG-23MLD és később a MiG-29-es orrkúpján a Pitot-cső két oldalán is megjelentek kis örvénykeltő felületek.

11_resize_4.JPG

A kedvező manőver jellemzők és az alacsony üzemeltetési költségek ellenére az F-5-ösök száma lassan csökken. Még pár évig azonban biztosan láthatjuk az öreg típus különösen szép festésű példányait, hiszen a két európai bemutató csoport a Török Csillagok és a Patrouille de Suisse még ezeket használja.

 

                                                                 

 

 

A bejegyzés trackback címe:

https://jetplanes.blog.hu/api/trackback/id/tr8814355951

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.