Tévhitek a harci gépek sebességével kapcsolatban

Régen a kis srácok az autóskártya lapjain a legfontosabb adatnak a sebességet tekintették, pedig ahogy más járművek esetében, úgy  a gépkocsiknál sem ez a leginkább lényeges. Sokan a harci repülőgépeket is eszerint minősítették, hiszen biztosan az a jobb, amelyik a gyorsabb is. A sebesség megítélésének esetében azonban jelentős változások történtek,  a hetvenes évek óta ritkaság, ha egy-egy repülési világrekord megdől a csúcsteljesítmények terén.

Máig a leggyorsabb az SR-71 Blackbird

Napjaink típusai ebből a szempontból messze elmaradnak akár csak az ötvenes évek végének vadászgépei mögött, aminek természetesen nagyon is racionális okai vannak. Aki felületesen ismeri a témát, annak talán furcsa mindez, hiszen a „neten” sok olyan infógrafika vagy egyéb adat megjelenik, amelyek a különböző típusoknál hatalmas sebességeket említenek. Csak éppen ezek részben, vagy egyáltalán nem igazak.

A leggyakoribb tévedés, hogy a megadott Mach-számot beszorozzák a tengerszinten mért hangsebességgel. Mindjárt itt az első tévedés, ugyanis azon a magasságon, ahol a harci gépek képesek a csúcssebességük elérésére, ott jóval alacsonyabb a hang terjedési sebessége, hiszen az jelentős részben a hőmérséklettől függ, és 10 km  felett már mínusz 55 fokot mérni. Amíg tengerszinten 15 Celsius fokon a hang terjedési sebessége kb. 1220 km/h, addig 10 km magasságban már csak kb. 1060, tehát ha egy gép sebessége 2 Mach, akkor az utóbbi értékkel kell beszorozni, így természetesen nem 2440, hanem „csak” 2120 km/h a tényleges repülési sebesség.

A leggyorsabb vadász a MiG-31, 2,83 Mach elérésére képes, csak éppen nincs mit elfognia ilyen tempónál

Felmerül a kérdés, hogy mi szükség van a sebesség többféle módon történő kijelzésére. Az úgynevezett „műszer szerinti” sebesség nagyon fontos érték egy szuperszonikus típusnál, és abszolút falsnak tűnő értéket mutat. A levegő sűrűsége egyre csökken emelkedés közben, és ez befolyásolja a keletkező felhajtóerőt. Az SR-71-es szárnyain és törzsén például 3 Mach felett repülve a ritka levegő miatt csak annyi felhajtóerő ébred, mintha alig 600 km/h sebességgel repülne kis magasságban, így olyan extrém eset is előfordulhatott, hogy az intenzív lassításhoz a pilóta kiengedte a gép futóműveit, hogy növelje a légellenállást. Nem elírás, nem tévedés, 3 Mach-nál futót nyitott. Ha erre kisebb magasságban, sűrűbb légrétegben kerül sor, akkor elve nem lenne képes  a 3M-ra, és ha kiengedné a pilóta futóműveket, a gép darabokra szakadna. A MiG-25-össel is történet extrém eset csúcssebességnél, amikor a gép útirányú stabilitása leromlott és kormányozhatatlanná vált. A hatalmas  gép „cigánykerekezett”, de lelassulva és süllyedve stabilizálódott és újra kormányozhatóvá vált. Ha a kormányozhatatlanná válásra mondjuk csak 10 km magasságban 2 M-mellett kerül sor, ugyancsak darabokra szakadt volna.

MiG-25

Az ötvenes években még a minél nagyobb sebesség volt egyik fő tervezési szempont, hiszen már olyan bombázókat is terveztek, amelyek képesek voltak akár 2 Mach vagy még nagyobb tempóval repülni. Az elfogásukra szánt vadászgépeknek is tartani kellett a lépést, bár nem úgy, ahogy sokan elképzelik, szinte sohasem úgy történt volna  az elfogás, hogy hátulról közelítik meg a célt. A vadászok nagy sebessége párosulva a kiváló emelkedő képességgel lehetővé tette, hogy a bombázók várható útvonalának egy számított pontja közelébe kerülhessenek, méghozzá a pontosan szükséges időben, különben sikertelen marad a feladat végrehajtása. Az előbbiek azonban csak azokra a típusokra vonatkoznak, amelyek már rendelkeztek lokátor vezérlésű fegyverzettel, az akkoriban jobban elterjedt infravörös önirányítású rakétáknak viszont hátulról kellett „látniuk” az ellenséges gép forró hajtómű fúvócsöveit, tehát az ilyen fegyverzettel ellátott vadászgépeket az irányításnak a cél mögé kellett vezetnie, ami még inkább megnehezítette a dolgot.

A Tu-160 bombázó Mach 2 főlé is gyorsulhat. Különleges fotó, amelyen egyszerre látható az orosz gép, és az amerikai B-1B Lancer

A sorozatgyártása került B-58 Hustler bombázó „simán” tudta a kétszeres hangsebességet, később az orosz Tu-22M is, de az ezeknél gyorsabb típusok fejlesztése zsákutcának bizonyult, az XB-70A Valkirye, amely már 3 Mach elérésére is képes volt, megrekedt a prototípus stádiumban.

Ennek ellenére a szovjetek kifejlesztették a MiG-25-öst, amely fegyverzettel elérhette a 2,85 Mach sebességet, a felderítő verziója pedig, amelynek légellenállását nem növelték a rakéták, rövid ideig 3,2 Mach-al is repülhetett. Hasonlóan, mint a stratégiai felderítő SR-71A Blackbird. Ezek a gépek azonban a különleges feladatnak voltak alárendelve, és rozsdamentes acél, vagy titán szerkezeti anyagokra volt szükség  a gyártásuknál, mivel a csúcssebesség közelében  több mint 300 Celsius fokra forrósodott fel a külső felületük a levegő súrlódásának következtében. Ilyen körülmények mellett a hagyományos alumínium ötvözetek már kezdik elveszíteni a szilárdságukat.  A „hőhatár” kb. 2,5 Mach alatt volt, ami azt jelentette, hogy még hagyományos könnyűfém szerkezeti anyagokat is lehetett alkalmazni az ennél „lassúbb” típusok építésénél.

B-1B Lancer

Mivel a hetvenes években is folyt a fejlesztése a szuperszonikus bombázóknak, ezért az akkoriban készült vadász típusoknál is alapvető igény volt a nagy sebesség elérésének képessége, de már „csak” 2-2,5Mach volt a tervezési szempont. Aztán csak a korlátozott mennyiségben gyártott szovjet Tu-160-as és a Tu-22M maradt a szóba jöhető nagy sebességű ellenfél, amerikai részről pedig a B-1A bombázó fejlesztése folyt, amely 2 Mach-ra lett volna képes. A feltételes mód azonban indokolt, ugyanis a Lancer szériagépek maximális tempóját mindössze 1,2 Mach-ra korlátozták. Ennek oka, hogy módosultak a hajtóművek szívócsatornái, amelyek az első változatnál a legnagyobb radarhullám reflexiót hozták létre. Az új csökkentett észlelhetőségű B-1B radarjele ezzel akkora lett, mint egy kis kétüléses Cessná-é. A sebességgel szemben a kis magasságú, rejtett célmegközelítésé lett a főszerep.

F-111F

Az F-111 és Tornado bombázók tervezésének idején, a hatvanas években még ugyancsak fontosnak tartották, hogy a gépek képesek legyenek a 2 Mach elérésére. Az amerikai típus  rendelkezett belső bombatérrel ahol egymás mellett elfért két atombomba, vagy egyéb csapásmérő eszköz, így a légellenállást növelő póttartályok ledobását követően már nem korlátozta semmi (pontosabban csak az üzemanyag mennyiség) a csúcssebesség elérését. A Tornado viszont külső függesztésű fegyverzetet hordozott, így csak fegyvertelenül lett volna képes maximális sebességgel repülni, ami értelmetlen. Ugyanez vonatkozott több más típusra is.

MiG-21bis

Annak idején a magyar légierőben is alkalmazott MiG-21-es 2,05 Mach sebességi limittel rendelkezett, bár ha lett volna nagyobb rendelkezésre álló légtér és üzemanyag, talán még tovább gyorsulhatott volna. Azonban gyakorlati tapasztalat, hogy amint elérte a maximális tempót, azonnal lassítás és leszállás követte, mivel az üzemanyag mennyisége szinte már a vészmaradék közelében volt. Tehát gyakorlati hasznát ennek sem lehetett kihasználni. A 21-est követően szovjet típusok esetében, mint például a MiG-23-asnál és a Szu-27-esnél 2,35 Mach lett a felső limit, aminek gyakorlati hasznosítása hasonlóképpen nem volt lehetséges.

MiG-23UB

A nagy sebesség szükséges velejárója, hogy feltétlenül meg kell oldani a levegő lelassítását, és a mennyiségének korlátozását, mielőtt a hajtóműbe kerül. Ezt szabályozható keresztmetszetű szívócsatornák alkalmazásával érik el, amelyek nagymértékben megbonyolítják egy repülőgép szerkezetét. A MiG-21-esnél a fedélzeti lokátort is tartalmazó orrkúp előre-hátra mozgatásával történt a hajtómű nyomásviszonyának szabályozása és a légáramlat stabil lelassítása.

F-4F Phantom II

A MiG-23-asnál az amerikai F-4 Phantom-nál is alkalmazott megoldáshoz hasonló módszert alkalmaztak, a törzs oldalán elhelyezett mozgatható szabályozó elemekkel, a Szu-27-esnél pedig a szögletes szívócsatorna felső részén voltak az átáramló keresztmetszetet és a szuperszonikus lökéshullám rendszert szabályozó lemezek. Utóbbi típusnál még bonyolítva azzal, hogy egy alulról felnyitható „szita” is rendelkezésre áll, a fel és leszállás közben beszívott szennyeződés hajtóműbe jutásának megakadályozására.

A hetvenes években közben elindult egy új tendencia térhódítása. A háborús cselekmények utólagos elemzése azt mutatta, hogy a 2 Mach feletti sebességre nincs szükség. Az élesben lezajlott légi harcok során Vietnam vagy a Közel-kelet égboltján elenyészően ritka eseménynek számított, ha akár csak 1,4 Mach-ig gyorsítottak a vadászgépek. Tehát elegendő lett volna az új típusok tervezésénél kisebb sebességgel kalkulálni, ami számos előnyt rejt. Például 2 Mach alatt nem feltétlenül szükséges a szívócsatorna keresztmetszetének szabályozása, amivel típustól függően akár több száz kilót és egy komplex rendszert lehet megtakarítani.

Mirage 2000 csapásmérő verzió

A már létrejött nagy sebességű típusok egy részénél a továbbfejlesztések során limitálták is a sebességet, rögzítették a például a francia légierőben üzemelő Mirage 2000D gépek szívócsatorna szabályozó rendszerét, így annak engedélyezett maximális elérhető sebessége 1,4 Mach lett. A britek a Tornado GR.4-nél még ennél is tovább mentek, az eredetileg 2 Mach-ra tervezett típus csúcssebessége már csak 1,3-szor haladhatta meg a hangsebességet.

Tornado GR.4

A másik oldal csapásmérői sem álltak sokkal jobban, például a magyar légierőben üzemelt Szu-22M3 csúcssebessége „papíron” még 2,17 Mach volt, a gyakorlatban azonban  1,6-ra gyorsítani is nehézséget okozott, de ez nem jelentett problémát, hiszen egyszerűen nem volt szükség ekkora sebességre. A manapság legkorszerűbb orosz bombázó a Szu-34-es ugyancsak hasonló, 1,6 M  maximummal, és fix geometriájú szívócsatornával készül.

Szu-22M3

A hetvenes években létrejött amerikai F-15 Eagle még elméletben képes volt akár 2,5 M elérésére, de gyakorlati körülmények között fehér holló ritkaságúnak bizonyult 2,2 fölé gyorsulni. Nem volt értelme. A napjainkban is meghatározó F-16-os esetében 2M volt a limit, de már kettő szárnyvégen lévő légiharc rakétával sem képes ezt elérni, bár kevés híján. Viszont ez már fix geometriájú, nem szabályozható keresztmetszetű szívócsatornával készült, ami azt jelentette, hogy nem minden tartományban optimális  a működése.

F-16AM hangsebesség közelében

Mint mindennek, a fix szívócsatornának is  vannak hátrányai , nem csak előnyei. Hangsebesség felett például a hatvanas évek típusai jobban gyorsulnak. Amikor a Fighting Falcon szolgálatba állt 1980 körül, a közös gyakorlatokon meglepődve tapasztalták, hogy a német Luftwaffe régi RF-4E felderítő Phantom-jai hangsebesség felett faképnél hagyták őket.

Az RF-4E nagyon gyors volt kis magasságban (is)

Az F-106 Delta Dart vagy az  F-104 Starfighter is fixen rögzített nem szabályozható szívócsatornával rendelkeztek, de hangsebesség felett mégis jobbnak bizonyultak a korszerűbb negyedik generációs típusoknál, főként a rendkívül kicsi homlokfelület és az ezzel összefüggő alacsony légellenállás miatt.

F-104ASA-M az olasz légierőben

Pedig a tolóerő/tömeg arányuk nem volt különösebben kiemelkedő. Az F-104 és néhány másik kortársának „fölénye”  azonban csak néhány szűk paraméterre szorítkozott, összességében az új típusok természetesen generációs ugrást jelentettek, de főként a hangsebesség alatti manőverező képesség, és a fedélzeti elektronika terén.

Az F-104 beömlő nyílása

Az F-16-os szívócsatornájának kiemelkedően alacsonyak az áramlási veszteségei, a Pratt&Whitney F100 hajtómű így a gépbe épített állapotban a földön álló helyzetben csak 4-6%-al kisebb tolóerőt ad le, mint fékpadon. Összehasonlításképpen egy MiG-21-es hosszú szívócsatornája 14% tolóerő veszteséget okoz, ezért aztán ha a gép utánégető nélkül száll fel, akkor több mint  két kilométert kell gurulnia elemelkedés előtt, bár ebben már az egy generációval régebbi aerodinamikai kialakítás is ludas.

A MiG-21 szívócsatornája belülről

A hetvenes évek végének amerikai tervezésű típusa az F/A-18 Hornet volt, ugyancsak fix és nagyon rövid szívócsatornákkal. Ennél másodrendű volt a nagy sebesség, amit elsőként limitáltak már a fejlesztés elején 1,8 Mach-ra. A kis nyilazási szögű, viszonylag karcsú szárnyak miatt a szuperszonikus tartományban kedvezőtlenül alakult a légellenállás, kisebb sebességnél azonban durván jól manőverezett a típus, és még átesésben zuhanva is kormányozható. A General Electric F404 hajtóműveket is a hangsebesség alatti tartományra optimalizálták sőt, a tolóerő növekedés mértékét is limitálták szilárdsági okokból.

Svájci Hornet

A sebesség növekedésével ugyanis nő a hajtómű kompresszora mögötti nyomás, ami több üzemanyag elégetését teszi lehetővé, de ennek vannak korlátai, és nem csak a fogyasztás, hanem a megnövekedett strukturális terhelés és hőmérséklet. A Hornet ezért 0,9-ről 1,6 Mach-ra 30 ezer láb magasságban csak 102 másodperc alatt gyorsul fel, míg ugyanerre hasonló feltételek mellett egy MiG-29-nek és egy Mirage 2000-5-nek  78, míg egy F-16C-nek meg csak 58 másodpercre van szüksége.

MiG-29

A továbbfejlesztett Super Hornet ezen a téren még rosszabbul teljesít, már 1,3 Mach-nál is ellustul, és csak nehézségekkel, hatalmas üzemanyag mennyiség elpocsékolásával képes 1,6 fölé menni. És ezt is csak néhány légiharc rakétával, a nagy légellenállású ferdén elhelyezett szárny alatti felfüggesztők nélkül. Az elektronikai harcra optimalizált Growler verziójának meg már az 1 Mach átlépése is erőfeszítést igényel, hiszen a szárnyvégein állandóan hordozza az oda fixen felszerelt, elektronikai hadviselésre szolgáló, nagy légellenállású kövér konténereket. Ha a régi EA-6B Prowler-től örökölt zavaró konténereket is hordozza, akkor viszont már szó sem lehet a hangsebesség megközelítéséről.

EA-18G Growler

Nem így a nyolcvanas években kifejlesztett európai típusok. A Rafale, Eurofighter Typhoon és a Gripen közös jellemzője, hogy az 1 Mach körüli tartományban kiválóan szerepelnek sőt, némelyik az utánégetők bekapcsolása nélkül is hangsebesség fölé képes gyorsulni, bár csak a kisebb légellenállású légiharc fegyverzettel. A maximális sebesség azonban ezeknél is más kérdés.

Typhoon

A Rafale és a Typhoon maximuma a hivatalos (nem wikipédiás) adatok szerint 1,8 M, a Gripen-é meg még kevesebb, 1,6M. Az említett típusok mintapéldányainak berepülése során ezeknél az értékeknél magasabbakat is elértek, de a szériagépek esetében az előzőekben említett számok lettek a végleges korlátok.

JAS-39C Gripen

Utóbbi típus, vagyis a Gripen esetében a sebesség limit összefüggésben van azzal a ténnyel, hogy az RM-12-es hajtómű a Hornet-nél alkalmazott GE F404 módosított változata, amelynek korlátairól már volt szó. Érdekesség, hogy a Gripen még egy törzs alatti póttartállyal is képes elérni az 1,4 M értéket, de felette viszont már külső függesztmények nélkül is problémái vannak a gyorsulással. Számszerűsítve 10 km magasságban 0,9-1,6M  között több mint 3 perc telik el.  De mint már volt róla szó, ennek nincs különösebb jelentősége, hiszen ritkán, vagy soha nincs szükség ennél nagyobb sebességre.

F-35A Lightning II

Hasonlóan „lassú” az ötödik generációs F-35 is, egy nagyon jelentős különbséggel. Az 1,6M elérésére ugyanis fegyverzettel is képes, a belső terekben akár két egytonnás bomba is lehet a két AMRAAM rakétán kívül, és hasonlót semmilyen más típus nem tud teljesíteni. Ha már szóba került az ötödik generáció, akkor érdemes megemlíteni a több típust is.

F-22A Raptor 1 Mach közelében

Az F-22A Raptor különlegessége, hogy utánégető nélkül is képes elérni, illetve tartani az 1,7M sebességet, de csak rövid ideig, alig 100-150 km-en keresztül, utána le kell lassulnia, hiszen még a forszázs nélkül is magas az üzemanyag fogyasztása. A Raptor sem képes sokkal 2M fölé gyorsulni, és nagyon hasonló lehet ez a paraméter az orosz Szu-57-es esetében is, amely az első olyan 2M sebesség tartományú orosz gép, amelynél ugyancsak fix geometriájú, nem szabályozható a szívócsatorna.

Szu-57

A jövő ezen a téren érdekes irányt vehet, ugyanis léteznek olyan hajtómű tervek a jövő harci gépei számára, amelyek már egyáltalán nem rendelkeznek  az üzemanyag zabáló utánégetővel, hanem eleve anélkül biztosítják a szuperszonikus sebesség elérését.

(A cikkíró saját fotóival illusztrálva)