Kezdőlap A katonai repülés jelene Az YF-23-as vadászgép lehet-e alapja a hatodik generációs vadászgép projektnek?

Az YF-23-as vadászgép lehet-e alapja a hatodik generációs vadászgép projektnek?

Kategória

Amiben az YF-22-es előnyt élvezett, az agilitás volt, ami egy vadászrepülőgép esetében a legfontosabb. Az YF-22 Lightning II-es egyszerűen jobb volt manőverező légharcban, és ez elég volt ahhoz, hogy meggyőzze a légierőt arról, hogy ez a jobb vadászgép. Minden versenynek van egy második legjobb helyezettje is. Ami a katonai hardvereket illeti, rengeteg olyan terv volt, amelyek nagyon jók voltak, nagyon innovatívak, de egyszerűen volt valami, ami az egyiknél csak egy kicsit, de jobb volt.

Pontosan ez történt a Northrop/McDonnell Douglas YF-23-as, ötödik generációs, együléses, kéthajtóműves lopakodó vadászgép esetében is, amelyet az USAF által meghirdetett Advanced Tactical Fighter[1] (ATF) program keretében terveztek az 1980-as évek végén. Az ATF program a Szovjetunió Szu-27-es és MiG-29-es vadászgépei által észlelt fenyegetések kezelésére készült, és míg eredetileg több vállalat nyújtott be tervezési javaslatot, végül a USAF a Northrop és a Lockheed vállalatokat bízta meg 2-2 demonstrációs mintapéldány kidolgozásával.

Az YF-23-as jellemzői nagyon közel voltak a győztes YF-22-es vadászgép jellemzőihez, sőt néhány mutatója jobb volt. Míg az YF-23-as végsebessége 2335 km/óra volt, addig az YF-22-esé 2573 km/óra, a Northrop vadászgépének viszont nagyobb volt a hatótávolsága és a csúcsmagassága: a maximális hatótávolsága 4500 kilométer, a csúcsmagassága pedig 19812 m. Ezzel szemben az YF-22 hatótávolsága 3219 kilométer volt, a csúcsmagassága pedig 15240 m.

A versenyt az YF-22-es nyerte meg, de itt nem arról volt szó, hogy az YF-23-as rossz volt, valójában csak egy klasszikus példa volt arra, hogy az YF-22-es egy árnyalattal jobb volt, a fejlesztése kevesebb kockázattal és költséggel párosult.

Innovatív megoldások

Mindazonáltal az YF-23-as fejlesztő csapata számos innovatív megoldást tervezett a gépbe, amelyek felhasználhatók akár a jövő hatodik generációs vadászgépének a fejlesztésében is.

Az apró levegőnyomás érzékelő nyílások helyettesítették a pitot-csövet, és biztosítottak elsődleges levegőjellemző adatokat a rendszerek működéséhez. A nyílások olyan kicsik, hogy egy felületes szemlélő észre sem venné őket.

Kisméretű, de extra erős hajtásrendszert kellett kifejleszteni a repülőgép flaperonjainak működtetésére, mivel a repülőgép szárnyai olyan vékonyak voltak, hogy egy normál működtető munkahenger nem fért volna el. A hatalmas, méretű pillangó vezérsíkokhoz teljesen új működtető rendszerre volt szükség, úgynevezett „kétfokozatú közvetlen meghajtású munkahengerre”. El kellett érni, hogy a hatalmas pillangó vezérsíkok megfelelő dinamikával működjenek kis sebességű manőverező légiharcban, ugyanakkor képesnek kellett lenniük arra is, hogy megfelelő manőverező képességet biztosítsanak a repülőgépnek jóval a hangsebesség feletti repülésekor. Ennek eredményeként született meg a két külön kamrával rendelkező munkahenger, amely képes mindkét feladat elvégzésére. A rendszer eredményes volt, és az YF-23-as teljesítette az összes szupermanőverező követelményt bonyolult működésű és nehéz tolóerővektor elfordító mechanizmus nélkül.

A szupercirkáló képesség a vadászgépnek az a képessége, hogy tartósan képes szuperszonikus sebességgel repülni a nagy üzemanyagigényű utánégető használata nélkül – ez volt az ATF program egyik fő követelménye az alacsony észlelhetőség mellett. Mind az YF-22-es, mind pedig az YF-23-as teljesítette a követelményt.

A Northrop jelentős újító munkát végzett, amelynek eredményeként egyszerűbb lett a határrétegben áramló levegő elkülönítése a szívócsatorna belépőéle előtt. A határrétegben áramló levegő, repülés közben a repülőgép törzse mentén eltérő sebességgel és irányban áramlik ahhoz a levegőhöz képest, amely egy kissé távolabb van a repülőgép felületétől és szabadon áramlik a szívócsatorna felé. A két áramló levegő keveredése messze nem kívánatos, és a hajtómű instabil működéséhez, hatékonyságának jelentős csökkenéséhez vezethet. Bizonyos repülési üzemmódok során a határréteg levegője nagyon turbulens lehet, nagymértékben befolyásolva a hajtómű teljesítményét. Fontos, hogy lamináris levegő áramoljon a szívócsatornában a hajtómű felé.

Az YF-23-as szívócsatornája a határrétegelszívó rendszerrel Kép: wikicommons

Szuperszonikus sebességen a jelenség bonyolultabbá válik. A lopakodó repülőgéptervezés egyéb korlátozásai miatt a szívócsatorna szabályozásnál használt nagyméretű lapok és kúpok alkalmazását ki kellett zárni. A követelmény, hogy nagy mennyiségű levegő áramoljon a hajtóművekhez, ugyanakkor az ellenséges radarok ne érzékeljék a repülőgépet, közvetlenül ellentmondásba kerülhetnek egymással, amikor egy nagyteljesítményű vadászgépet kívánnak létrehozni.

A probléma megoldására S-alakú szívócsatornát alkalmaznak, ami nemcsak a hajtómű jelentős radarhullám visszaverő felületeit rejti el, hanem eléggé le is lassítja a levegőáramot a repülőgép szuperszonikus repülése során (egészen a Mach 2 körüli értékig), így a hajtómű képes a beáramló levegőt hasznosítani anélkül, hogy a működésében zavar lépne fel. De ez nem oldja meg a határréteg problémát.

Ezért a Northrop ahelyett, hogy a szokásos határréteg leválasztó lapot alkalmazta volna az YF-23-asnál, a szívócsatorna nyílás felső részén helyezett el „gázelszívó paneleket” ott, ahol a szárny találkozik a szívócsatorna belépőélével. Ezeken a paneleken apró lyukak voltak, melyek elszívták a határrétegben mozgó levegőt, amely hozzátapadt a szárny alsó felületéhez, még mielőtt belépett volna a szívócsatornába. Ez a levegő a szárnynak a felső felületén egy öblítő nyíláson és pár kis ajtón távozott. Valójában egy láthatatlan határréteg leválasztóként viselkedett, de a levegő leválasztása helyett elszívta. Ezt az automatikus működésű rendszert Boundary Layer Control System[2]-nek hívták.

Ennek eredményeként az YF-23-as hajtómű szívócsatornájának bemeneti felépítése hihetetlenül egyszerű volt. Nem egy különálló szerkezet volt, hanem egyszerűen magának a törzsnek a részévé vált. Az YF-23-as nagysebességű tesztelése során a szívócsatorna és a Pratt & Whitney F119-es hajtóműve, mind pedig a General Electric F120-as hajtóműve tökéletesen együttműködött.

Nem az volt új, hogy a határrétegleválasztó lemezbe lyukakat fúrtak. A múltban sokszor megtörtént ennek a határrétegben áramló levegőnek hasonló módszerrel való eltávolítása. Például az Eurofighter EF2000-nek is vannak furatok a felső határrétegleválasztó lemezén. Hasonló módon az F-18 Super Hornet szívócsatornája belső felületén is megtalálhatók a furatok. Újdonság az volt, hogy az YF-23-as esetében egy finomított változatot dolgoztak ki és a határrétegleválasztó lemezt teljesen megszüntették.

Az Eurofighter 2000 szívócsatornája a határrétegleválasztó lappal Kép: wikicommons

Furcsának tűnhet, hogy miért nem láttunk hasonló technológiát más vadászgépeknél az eltelt közel három évtizedben, mióta az YF-23-as felszállt. Ennek fő oka a Diverterless Supersonic Inlet[3] (DSI) megjelenése. Ez a koncepció előre nyilazott szívócsatornát és egy nagyméretű kidudorodást alkalmaz, melyek együtt biztosítják, hogy a határrétegben mozgó levegő ne kerüljön be a szívócsatornába, és hogy a belépő szuperszonikus sebességű levegő lelassuljon, mielőtt eléri a hajtómű kompresszorát.

A technológiát a Lockheed 1996-ban sikeresen próbálta ki, egy átalakított F-16-os vadászgéppel. A repülési tesztek során arra a következtetésre jutottak a fejlesztők, hogy a módosítás képes növelni a hajtómű tolóerejét a gép egy adott repülési tartományában. A fentieken túl, ez a szívócsatorna profil csökkenti a gép radar keresztmetszetét a mellső légtérből nézve, mivel a hajtómű kompresszorának ventilátora takarásban van.

Az F-16-os vadászgép DSI szívócsatornával Kép: LOCKHEED MARTIN
Az F-16-os vadászgép DSI szívócsatornával Kép: LOCKHEED MARTIN

Azóta az F-35-ös lopakodó vadászgépnél is alkalmazták a tervezők az elmélet továbbfejlesztett változatát csakúgy, mint Kína a J-20-as és J-31-es lopakodó vadászgépeinél, valamint a J-10-es és JF-17-es vadászgépek legfrissebb változatainál. A DSI rendszer kísérleteiről a Northrop is tudott és tervezte, hogy integrálja az YF-23-as gyártási változatánál, az ATF program sikere esetén.

A Kínai J-10B vadászgép DSI szívócsatornája Kép: chinese internet

Az YF-22-es és az YF-23-as jelentősen eltérő módon tárolta rakétáit a gép erre kialakított rekeszeiben. Az YF-22-es esetében a tervezők, egy nem túl mély rakétatároló rekeszt hoztak létre a törzs középső részén alul, hogy négy AIM-120 AMRAAM rakéta elférjen egymás mellett, és két kisebb oldalsó rekeszt, egy-egy kis hatótávolságú AIM-9 Sidewinder rakéta számára.

A rakétákat az áramvonalazó lemezek – ajtók – nyitását követően az indító sínnel integrált pneumatikus szerkezet tolja ki a rekeszből a légáramba és történik meg a hajtóművük indítása. Mindegyik rakétához tartozik egy ilyen mechanizmus, így bármelyik szabadon indítható, függetlenül a rekeszben lévő többi rakéta állapotától.

Az AIM-9-es rakéta a mechanizmussal az F-22-es vadászgép oldalsó rekeszében Video: LOCKHEED

Az F-22 Raptor végleges gyártási konfigurációja hat AIM-120C AMRAAM-ot tud tárolni a központi rekeszben. Az új AMRAAM modellnek a behajtható aerodinamikai felületeit az ATF verseny ideje alatt fejlesztették, mellyel extra helyet biztosítottak két további rakéta számára.

Ezzel szemben az Northrop YF-23-as teljesen más elképzelést valósított meg. Az YF-22-esnél alkalmazott egy központi és két oldalsó nem túl mély rakétatároló rekesz helyett az YF-23-as törzsében egyetlen nagy koporsószerű, rakétatároló rekeszt alakítottak ki, amely a pilótafülke mögött kezdődött és haladt hátrafelé a két szívócsatorna között. A rekeszt két nagyon nagy, kifelé nyíló ajtó takarja, és a rekesz belseje sokkal mélyebb volt, ugyanakkor kissé keskenyebb is.

A technológiai demonstrátor repülőgépeket úgy tervezték, hogy elvileg három AIM-120-as és két AIM-9-es fért el ebben a rekeszben: három AIM-120-at a trapéz mechanizmusra szerelve, és két AIM-9-et a rekesz ajtajára. A repülőgép prototípusába soha nem telepítettek valódi indító rendszert, bár egyes jelentések szerint egyetlen éles AIM-120-as rakétát erősítettek, hogy ellenőrizhessék és mérjék az ébredő vibrációkat a próbarepülések alkalmával. Érdekességként a Lockheed YF-22-es a tesztrepülés során egy AIM-120-at el is indított a demonstrációs szakaszban, bár ez még az ATF követelményekben sem szerepelt, mindazonáltal jelentős hatással bírt a program végeredményére. Mindent egybevetve az YF-22-es rakétatárolója sokkal érettebb konstrukció volt, mint a Northrop YF-23-as által kínált megoldás.

A Northrop a rakétákat mint egy rakaszban a lőszert, egymás fölött tervezte elhelyezni. Ha a rakétatároló rekeszben a rakéták egymás fölött helyezkednek el, akkor az a furcsa helyzet alakulhat ki, hogy egy rakéta meghibásodása, blokkolná a fölötte tárolt összes rakéta indítását. Ez azt is jelentette, hogy bonyolult rakétakezelő és indító mechanizmusra lenne szükség. Ez jelentős súlyt és bonyolultságot eredményezhet, ami növeli a kockázatot és a költségeket. Ugyanakkor egy nagy, mély, vályúszerű fegyverrekesz lehetővé tette volna, hogy az YF-23-as potenciálisan jelentős bombafegyverzetet szállíthatott volna.

Az YF-23-as vadászgép szabadalmi bejegyzése a tervezett rakétatároló rekeszről Kép: THE WARZONE

Az F-23A végső konfigurációja jelentősen különbözött volna a demonstrátor YF-23-tól. Az egy rakétatároló rekesz helyett két rekesz volt a végleges terv. Hasonló nagy öböl, nagyjából ugyanazon a helyen, mint az eredeti elképzelés szerinti, de egy másik kisebb, sekélyebb rekeszt is kialakítottak volna a pilótafülke alatt, amely helyet adott volna egy pár AIM-9-es rakéta számára. Számítások szerint ez a konfiguráció akár tíz AIM-120-as szállítását tette volna lehetővé. E szerint a rakéták magazinokban történő tárolásával vagy más elképzelés szerint forgó rakétafüggesztők használatával képzelték el a rakéták elhelyezését. Ezek olyan megoldási javaslatok voltak, amelyekre a Northrop az 1980-as évek végén szabadalmakat jegyzett be, amikor az ATF-verseny zajlott.

Azonban egy ilyen rendszer nem ideális vadászgépek számára, amelyek gyakran 9 g-s túlterhelésű manővereket végeznek.

Annak ellenére, hogy az YF-23-as valószínűleg nagyobb evolúciós ugrást jelentett a vadászgépek tervezésében, és még nagyobb fejlődési potenciállal bírt, mint a versenytársa, az YF-22-es biztonságosabb tét volt az ATF-döntés meghozatalakor rendelkezésre álló információk alapján. Más szavakkal: az YF-22-es érett, alacsonyabb kockázatú és teljes mértékben megvalósult példa arra, amit Lockheed az F-22A formájában akart életre kelteni, mint amit az YF-23-as képviselt. Az YF-22-es egy hagyományosabb lehetőség is volt, amely jelentős tényező volt az USAF végső döntésében. Szakértők úgy vélik, hogy hasonló okokból esett a légierő választása a Pratt & Whitney F119-re a General Electric F120-as hajtóműve helyett. Mindazonáltal az is bebizonyosodott, hogy az F120-as változó ciklusú hajtóműve a jövő hajtóműve, függetlenül attól, hogy kiesett az ATF versenyből.

És végül: mi lett volna, ha az YF-23-as nyeri meg az ATF versenyt

A Northrop YF-23-as vadászgépe a sugárhajtású vadászgépek korának egyik legrejtélyesebb és félreértettebb repülőgépévé vált. Ma sokan gyorsan kijelentik, hogy megérdemelte volna a győzelmet a Lockheed YF-22-es ellenében. Ez természetesen minden bizonnyal vitatható, figyelembe véve a két gép kidolgozottságát, érettségét. Az viszont biztos, hogy az YF-23-as minden négyzetet bejelölt az USAF check box-ában csakúgy, mint a versenytársa. Mégis az egyik legizgalmasabb kérdés, amit feltehetünk, hogy nézett volna ki az F-23A? Az F-22A formájában jelentősen megváltozott az YF-22-es technológiai demonstrátor elődjéhez képest, és ez biztosan a Northrop kínálatában is megtörténne.

Az F-23A hosszabb törzzsel, letisztultabb formában jelent volna meg, mint a technológiai demonstrátor. A nagy trapéz alakú szívócsatornák jobban beleolvadnának az F-23A törzsébe, és hajtóművei közelebb helyezkednének el egymáshoz, melyek kissé szögben állnak.

Az F-23A orrát újra méretezték volna, hogy befogadhasson egy nagy teljesítményű AESA radart. Megváltoztatták volna az innovatív, határrétegelszívó paneleket, és helyettük a korszerűbb DSI rendszert alkalmazták volna, hasonlóan az F-35-höz és a J-20-hoz.

Az F-23A farokrészét is egyszerűsítenék, egyszerűbb átfogó „w-alakkal, és törölnék az YF-23-ason található további behúzásokat. Az áttervezett F-23A fegyverkapacitását kibővítenék, és megfelelőbb fegyvertárolást kínálnának, mint az YF-23-on található egyetlen tároló rekesz. Levegő-föld függesztményeket is lehetne szállítani, köztük sokkal nagyobbakat, mint amit az F-22-es ma képes hordozni, és mindezt az F-23A hátsó fegyverterének nagyobb mélysége miatt.

A finomítás mellett az F-23A az YF-23-as kissé megnyújtott változata lenne, amely valószínűleg több üzemanyag tárolását tenné lehetővé nagyobb hatótávolságot biztosítva a vadászgépnek.

Elképzelt módosítások a továbbfejlesztett F-23-as vadászgépről (bal oldalon) Kép: THE WARZONE

Kapcsolat a hatodik generációs vadászgépekkel

Az ATF program vesztes vadászgépe, az YF-23-as tartalmazott néhány olyan műszaki megoldást, amelyek végül a hatodik generációs vadászgép követelmény rendszerében is jelen lehetnek. Másként megfogalmazva egy olyan „mélységi elfogó vadász követelményeiben”, amellyel a B-21 Raider bombázókkal együtt képes lesz áttörni az ellenséges légvédelem rendszerét a célpont felé vezető úton. A hatodik generációs vadászgép vélhetően sokban hasonlítani fog az YF-23-asra, melynek számos technikai újításából úgy tűnik több is utat találhat a hatodik generációs vadászgéphez.

A légierő nagyon egyszerűen fogalmazta meg az ötödik generációs vadászgép követelményeit: gyorsan-messzire-alacsony észlelhetőséggel. Ezek a követelmények továbbra is érvényesek a hatodik generációs vadászgépek fejlesztése során, de a légvédelmi rendszerek jelentős fejlődése most új kihívások elé állítja a tervezőket. A légierő 2016-ban tette közzé „Air Superiority 2030” tanulmányát, amely egy új „Penetrating Counter Air[4]” rendszert fogalmazott meg, amely felváltja a 2030-as évektől kezdődően a jelenlegi szolgálatból a nagyjából 180 darab F-22-es lopakodó vadászgépet.

Írta: Dobos Endre

Forrás: THE WARZONE, THE NATIONAL INTEREST


[1] Advanced Tactical Fighter – ATF: fejlett taktikai vadászgép

[2] Boundary Layer Control System: határréteg leválasztó vezérlő rendszer

[3] Diverterless Supersonic Inlet-DSI: terelő nélküli szuperszonikus szívónyílás

[4] Penetrating Counter Air: áttörni az ellenséges légvédelmet

Friss írások

Ismerje meg Dél-Korea új KF-21 Boramae/Hawk saját fejlesztésű vadászgépét

Dél-Korea elkészítette saját következő generációs vadászgépének prototípusát, amelyet korábban KF-X-nek neveztek, majd hivatalosan KF-21 Boramae néven vált ismertté, ami koreai nyelven sólymot...

Az F-15EX új, nagy méretű és hatótávolságú levegő-levegő rakétát tesztelt

Az Egyesült Államok légiereje célzott arra, hogy egy új, nagyon nagy hatótávolságú levegő-levegő rakéta fejlesztésén dolgozik, amelynek hordozójaként az F-15EX Eagle II-t...

A modernizált erőteljes orosz Mi-28NM helikopter

A Mi-28-as, a vaskosabb hidegháborús Mi-24 Hind utódja és az amarikai Apache orosz megfelelője, az 1980-as évek elején készült, de most huszonegyedik...

Hogy biztosítja az amerikai légierő a harci gépeinek egymás közti kommunikációját?

A jövőbeni harctevékenységre az erős hálózatközpontú berendezkedés lesz jellemző. Az azonos oldalon harcoló vízfelszíni, szárazföldi és légi tevékenységet folytató egységek információt adnak...

Miért volt kudarcra ítélt kísérlet az orosz T-4-es bombázó projekt?

1963-ban az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma törölte az XB-70 Valkyrie beszerzését, amely egy magas technológiai színvonalat képviselő bombázó volt, de a ballisztikus...