Teise Maailmasõja kogemus näitas, et rindelennuväe üheks kõige haavatavamaks küljeks on lennuväljad. Isegi varjetes paiknevate lennukite lahinguvõime säilimine muudab purustatud stardi- ja maandumisradade puhul lennukid kasutuks. Väljapääs olukorrast oli olemas, kuid tehnika arengu mittepiisav tase ei võimaldanud luua masinat, mis ei vajanuks pikka stardi- ning maandumisrada. Esimesed reaktiivlennukid pidid mootori vähese veojõu tõttu kasutama rohkem kui kilomeetri pikkust stardirada. Kuid tehnoloogia ei seisnud paigal.
Vertikaalse stardi ja maandumisvõimega (vene keeles lühend СВВП, ingliskeelne termin – VTOL, Vertical Take-Off and Landing) lennukite loomise probleemi hakati arutama juba 1950-ndatel, kui maailma mootoriehitus elas üle tormilist tõusu. Vertikaalse stardi puhul pidi mootori tõmme ületama lennuki kaalu, sellised masinad oleksid olnud häire puhul võimelised startima otse angaaridest või suvalistelt ettevalmistamata platsidelt. Selline skeem omas vaieldamatuid eeliseid ka laevadel paiknevate lennukite jaoks. Ja nii hakatigi neid projekte, mis alles hiljaaegu näisid võimatutena, aktiivselt arendama ning finantseerima.
1957 aastal sooritas ameerika firma Ryan lennuk X-13 Vertijet oma esimese lennu. See ebatavaline masin startis vertikaalselt igas mõttes. Et pärast maapinnalt eemaldumist tuli horisontaaltasapinnas kiiruse saavutamiseks mootorite veojõu suunda muuta, 50-ndatel polnud aga pööratavatest düüsidest veel juttugi, otsustasid konstruktorid pannagi masina vertikaalasendist startima. Tilluke lennukike rippus, haagituna ninakonksu pidi spetsiaalse masti külge ning süsteem vabastas ta startides selle küljest.
Et tavapärased aerodünaamiliste pindade(eleroonide, kõrgus- ja pöördetüüride) abil lennuki juhtimise meetodid on väikeste kiiruste juures absoluutselt ebaefektiivsed, oli juba algusest peale selge. Masina suuna muutmiseks “mootoril rippuvast” asendist oli lootust vaid jugatüüre kasutades (muudetava veosuunaga väiksed lisareaktiivmootorid), ning konstruktorid, katsetanud läbi ligi nelikümmend erinevat konstruktsiooni, suutsid sellise süsteemi ka valmis meisterdada. Vertijet lendas edukalt ning sooritas demolennu ajal isegi maandumise Pentagoni lähistel, kuid masina juhtimise keerukus tegi selle lennuki keskpärase kvalifikatsiooniga pilootide jaoks kättesaamatuks ning programm suleti. Samuti ei jõudnud seeriatootmisse paljude teiste nimekate firmade nagu Lockheed ja ConVair rohkearvulised näidismasinad.
”Lauast” “loorkullini”
Samal ajal tegeleti selle teemaga ka teisel pool ookeani, NSVL ja Suurbritannias. Katsetusteks ning erinevate tehniliste lahenduste uurimiseks ehitati mitmeid eksperimentaalstende nagu brittide TMR ning tema nõukogude analoog “Turbolet”. Nendel masinatel oli turboreaktiivmootor paigutatud vertikaalselt ning jugatüürid olid viidud laiali nelja ruumilise kontuuri tippu. Oma väljanägemise tõttu kutsuti “Turboletti” ka “lendavaks lauaks”. Katsetustel õigustas aparaat uut kontseptsiooni täiesti, demonstreerides eeskujulikku juhitavust.
Aga kui katsestendilt ei oodatudki erilisi taktikalis-tehnilised parameetreid, siis lahingumasin pidi näitama vastuvõetavaid tulemusi ka horisontaallennul. Selleks tuli leiutada uus, tõste-veomootor («подъемно-маршевый», ПМД), mille veovektori suuna muutus saavutati pööratavate düüside abil, mis kallutasid reaktiivjuga vajalikus suunas. Esimeseks selliseks mootoriks oli inglaste Rolls-Royce Pegasus.
Rolls-Royce poolt uue mootori projekteerimine toimus samaaegselt “Hawkeri” poolt uue lennuki väljatöötamisega. Lennuki loomisest võttis osa ka sir Sidney Camm isiklikult, üks neist kuulsatest inglise inseneridest, “Hurricane” looja, kelle loodud masin moodustas lahingus Britannia pärast RAFi hävituslennuväe selgroo . NATO oli uuest projektist vägagi huvitatud ning nõustus töid finantseerima. Ja nii juhtuski, et juba 1960 aasta sügisel lükati Hawkeri tehaste tsehhist välja esimene katsemasin.
Algul sooritas Р.1127 Kestrel (nagu masinat algselt nimetati) proovistartide tsükli “nööri otsas”. Mis tähendas lennuki kinnitamist terastrossidega maapinna külge. See oli vajalik mootori omaduste täpseks määramiseks ning lennuki aerodünaamika iseärasuste lähemaks uurimiseks. Lõpuks, peale saadud informatsiooni hoolikat töötlemist ning vajalike muudatuste tegemist, tõstis katselendur Bill Bradford masina esmakordselt tõeliselt õhku. Masina katsetamine ning täiustamine kulgesid väga kiires tempos ning juba aasta möödudes maandas Bradford masina esimest korda edukalt lennukikandjal “Arc Royal”. Samal ajal parandasid Rolls-Royce konstruktorid ka märgatavalt mootori parameetreid ning sisuliselt täiesti ümberprojekteeritud Р.1127 läks Harrier Gr.1 nime all tootmisse. (“Harrier” tähendab soo-loorkulli, http://en.wikipedia.org/wiki/Western_Marsh_Harrier). Esimene eskadrill, mille koosseisus oli12 masinat, komplekteeriti 1969 aastal ning nende põhiliseks ülesandeks jäi sellise ebatavalise lennumasina kasutustaktika väljatöötamine
Harrieri anatoomia
Harrieri konstruktsiooni põhilisteks iseärasusteks on tema mootor ning juhtimissüsteemid. “Pegasus” tüüpi mootoril on neli reaktiivdüüsi, mis on paigutatud paarikaupa piki lennuki külgi ning on suutelised spetsiaalse kettülekande abil sünkroonselt 89,5 kraadi pöörduma. Seega toetub tõstejõud lennuki stardil neljale punktile, mis annab lennukile täiendava püsivuse. Kaks esimest düüsi on ühendatud madalrõhu turbokompressoriga, kaks tagumist aga mootori põlemiskambriga. Tänu sellele, et lennukil on vaid üks mootor, on veojõu jagamine nelja düüsi vahel kergem ülesanne kui oleks mitme mootori töö sünkroniseerimine. Tänu düüside asendi muutmise võimalusele piki lennukitelge suudab masin vertikaalselt startida, maanduda ning isegi saba ees lennata.
Tõste-veomootori veojõud on sedavõrd suur, et kui düüsid on allapoole pööratud, siis pole piloot suuteline iseseisvalt lennuki püsivust kontrollima. Sellistel ohtlikel režiimidel lülitub automaatselt sisse reaktiivjuhtimissüsteem, mis koosneb väikestest nina- ja sabaosas paiknevatest mootoritest. Samuti paiknevad sellised mootorid ka tiivakonsoolidel. Põlemiskambrit neil mootoritel pole ning töötavad nad kokkusurutud õhu, millega neid varustab põhimootori kompressor, väljapaiske arvelt. Reaktiivjuhtimise süsteem võimaldab Harrieril rippumisrežiimis kohapeal suvalises suunas ringi pöörata ning kallet juhtida. Konstruktsiooni iseärasuste tõttu kasutatakse lennukil “jalgratta” tüüpi telikut (tandemtelik-LEMET), mis koosneb kahest piki lennuki telge teineteise järel paiknevast põhitelikust ning kahest tugitelikust, mis paiknevad tiivaotstel.
Harrieri sisemiste kütusepaakide summaarne mahutavus on 2861 liitrit, samuti on võimalik talle kõhu alla kahe 455 liitrise lisapaagi riputamine. Suur kogus kütust on masinale hädavajalik vertikaalstardi ja –maandumisega kaasneva üüratu kütusekulu tõttu. Seepärast rakendatakse kütuse ökonoomimiseks “lühendatud” stardirežiimi, mille puhul tekib lühikese hoovõtu käigus osa tõstajõust tiiva ning teine osa mootorite veojõu arvelt. Selline lahendus lubab märgatavalt suurendada lennuki tegevusraadiust. Aga oma iseloomuliku stardistiili pärast sai Harrier hüüdnime Jump Jet –“reaktiivhüppaja”. Avarii puhuks on lennuk varustatud ühe maailma parima katapultistmega- Martin-Baker Mk.9.
Lennuki start toimub järgmiselt: seadnud düüsid horisontaalasendisse ning lennuki pidurile, annab piloot mootorile maksimaalsed pöörded, laseb spetsiaalse hoova abil düüsid maapinnaga risti ning reaktiivjuga kergitab Harrieri maast lahti.
Lahingutes Faulklandi saarte pärast demonstreerisid Harrierid kõrget efektiivsust ning näitasid end ohtlike vastastena isegi sellistele tõsistele oponentidele, nagu Argentiina relvastuses olevate prantsuse päritolu hävitajatele Mirage III. Kuid kõige kõlavamaks soovituseks Harrieritele on fakt, et peale selle suurepärase masina ilmumist loobusid nii USA kui ka teised NATO maad isiklike VTOL masinate arendamisest.
Nõukogude kogemus.
NSVL tegelesid vertikaalstardi temaatikaga mitmed konstrueerimisbürood. Põhiliselt viidi läbi eksperimente seerialennukitele tõstemootorite lisamisega. Kuid projekteerida VTOL seerialennuki suutis vaid Jakovlevi büroo. Töö käigus “vertikaalidega” vaadati läbi suur hulk erinevaid projektlahendusi. Üks ebatavaline ettepanek sisaldas näiteks turbopropellermootori kasutamist (tööprintsiibi poolest “Pegasusega” identne), mille tõsteventilaatorid oleks monteeritud tiiva sisse, nende pöörlemine oleks tekitatud aga mitte mehaanilise ajami, vaid gaasijoa abil. Siiski mõistis Jakovlev, et uue suure erivõimsusega mootori loomine on seotud tohutute raskustega ning soovitas ehitada katsemasina kombineeritud jõuseadmega, pannes selleks kokku tõste-veomootori ning täiendava tõstemootori. Algasid katsed paigaldamaks täiendavat tõstemootorit seeriahävitajale JAK-28, ja juba 1963 aastal tõusis õhku esimene nõukogude VTOL JAK-36, juhituna katselendur Juri Garnajevi poolt.
Ebatavaline masin valmistas massiliselt peavalu nii konstruktoritele kui ka lenduritele, uut JAKi õpetati lendama meeletute jõupingutuste hinnaga. Konstruktoritel eesotsas Stanislav Mordoviniga tuli lahendada hulgaliselt seninähtamatuid probleeme, mis olid seotud reaktiivjoa liikumisega mööda lennuki keret ning vastu lähedal asetsevat maapinda. Välja tuli mõelda isegi kaitse lennuvälja betoonkattele, mis ei pidanud kuumade gaaside mõjule vastu. Omaette probleemiks kujunes vertikaalstardi aerodünaamika omapära, hõrenduse tekkimine tiibade alla, mis sõna otseses mõttes ei lasknud masinal maapinnalt tõusta. Palju muret tekitas ka jugatüüride süsteemi väljatöötamine, mis tööpõhimõtte poolest olid Harrieril seisvatega identsed. Kõigest hoolimata said probleemid lahendatud ning varsti demonstreeris Valentin Muhini poolt piloteeritav JAK-36 oma võimalusi lennuväepidustustel Domodedovos.Siiski oli masina tegevusraadius liialt tagasihoidlik ning kandejõud praktiliselt olematu, sestap ei saanud juttugi olla lennuki seeriatootmisest.
Proovimine pole piinamine.
Muideks, saadud kogemus kulus marjaks ära JAK-38 loomisel, mis saabus merelennuväe relvastusse. Sobiva “tõste-teekonna” mootori puudumise tõttu varustati JAK-38 kolme mootoriga, millistest kaks paigutati vertikaalselt lenduri kabiini taha ning lülitati tööle vaid stardi ning maandumise ajal. Kolmas, varustatuna pööratavate düüsidega, oli tõste-veomootoriks. Ühelt poolt võttis selline lahendus küll päevakorrast maha vajaduse uue mootori loomise järele, teiselt poolt aga olid kaks tavalennu režiimis väljalülitatud tõstemootorit kasutuks ballastiks ning sõid katastroofiliselt ära lennuki tehnilised näitajad.
Kolme mootori üheaegne kasutamine stardi- ning maandumisrežiimidel nõudis spetsiaalse süsteemi loomist, mis koordineeris nende tööd ja reguleeris mootorite veojõudu. Probleem õnnestus lahendada ilma elektroonikat kasutamata- seade oli puhtalt mehaaniline, mis tõstis töökindlust. Suurte probleemide tõttu “liigse” kaaluga kergendati JAK-38 kaalu maksimaalselt, mõnes kohas isegi tugevusvaru arvelt. See tegi aga võimatuks modifikatsioonide loomise, mis oleks olnud ette nähtud katapultidega varustatud laevadel kasutamiseks. Tekkisid ka probleemid JAK-38 mootoritega- troopilistes tingimustes, kui lennukikande võimega ristlejad viibisid lõunapoolsetel meredel, keeldusid tõstemootorid lihtsalt käivitumast. Tuli paigaldada täiendavad hapnikuballoonid, et mootorid suudaksid arendada vajalikku tõstejõudu.
JAK-38 lahingulised võimalused olid ülimalt piiratud. Esiteks polnud kaalu kokkuhoiu huvides paigaldatud lennukile radarit, teiseks ei suutnud varajase väljalaske seeriamasinad tõsta taevasse mitte midagi peale mittejuhitavate rakettide ning väikesekaliibriliste pommide, mis tegi nad laevade kaitsmise jaoks praktiliselt kasutuks. Seda nii õhus kui ka merel baseeruvate sihtmärkide vastu. Laevadel oleks tulnud vajaduse korral loota vaid enda õhutõrjesüsteemidele ning võimsale laevadevastasele raketikompleksile “Granit”
“Kurk”
Vaatamata ülimalt keskpärastele lennuandmetele ning rahvasuus levinud kurvavõitu iseloomustusele “toppmasti kaitsmise lennuk”, millega vihjati olematule tegevusraadiusele, võimaldas JAK-38 saada inseneridel ning sõjaväelastel hindamatuid kogemusi VTOL lennuki ekspluateerimise ja rakendamise osas. Modifitseeritud JAK-38M
oli relvastatud juba ka juhitavate rakettidega ning õpetati startima lühikese hoojooksuga kütuse säästmiseks. Mereväelendurite ettevalmistamiseks töötati välja spetsiaalne programm, mis võimaldas neid efektiivselt koolitada niivõrd keeruka juhtimisega masina tarbeks. Oma lahinguristsed sai “Kurk”, nagu seda lendurid nimetasid, Afgnistanis, selleks spetsiaalselt loodud lennuväegrupi koosseisus.
JAK-38 konstrueerimise ajal töötati välja unikaalse töökindlusega sundkatapulteerumise süsteem СК-3М. Asi oli nimelt selles, et paljudel juhtudel ei jätkunud mingi süsteemi ülesütlemisel pilootidel lihtsalt reaktsioonikiirust, et reageerida tekkinud ohule. Näiteks võttis ripprežiimis jugatüüride ülesütlemise puhul lennuki selilipöördumine aega poolteist sekundit. СК-3М analüüsis paljusid parameetreid, võimaldades ohu avastamist inimesest tunduvalt varem ning andes piloodiistmele К-36ВМ käsu automaatkatapulteerumiseks. Ja ehkki avariilisuse tase oli JAK-38 juures isegi NSVL kohta rekordiline, siis kõigest hoolimata ei hukkunud kogu nende masinate ekspluateerimisaja jooksul sisselülitatud СК-3М korral ühtki lendurit. Lennukikandevõimega ristleja “Minsk” pardal oli isegi juhus, kui ekipaaž katapulteerus vee alt- JAK-38U (kaheistmeline õppeversioon) mootor ütles üles ning laeva kõrvale kukkunud lennuk hakkas kiiresti uppuma. Õigeaegselt tööle hakanud katapult paiskas mõlemad lendurid juba vee alla vajunud lennuki kabiinist välja ning mõlemad maandusid langevarjudega ristleja dekil. Pärast NSVL lagunemist kanti kõik JAK-38 tüüpi lennukid maha, kuna riik neid masinaid enam ei vajanud. Sedatüüpi masina viimane lend toimus lennundussalongi MAKC-95 lennuprogrammi ettevalmistuse käigus ning lõppes avariiga. Mõlemad piloodid jäid ellu.
1980 lõpul loodud JAK-141 oli JAK-38 kontseptsiooni vahetu edasiarendus, mis võimaldas lendu ka ülehelikiirusel.
Projekti juhtis Aleksander Jakovlevi poeg Sergei Jakovlev. Esialgselt planeeriti masinale paigaldada üks ühine tõste-veomootor, kuid seoses kaitseminister Dimitri Ustinovi, kes seda projekti soosis, surmaga hakkasid tööd uue mootori kallal venima ning jäid peagi üldse seisma. Konstruktoritel ei jäänud üle muud kui pöörduda taas kombineeritud jõuallikate poole ning võtta need kasutusele. Vaatamata juba JAK-38 omandatud kogemustele oli lennuki ehitamine vajalik katsetamaks kõiki süsteeme ja agregaate , arvestusega hiljem lennukile paigaldada uus võimas ja ökonoomne jõuallikas. Moderniseeritud JAK-41M
katselennud algasid 9 märtsil 1987 aastal ning iga katsetuste läbitud etapiga sai üha selgemaks, et lennuk on välja kukkunud küllaltki õnnestunult. Tema unikaalsusest räägib ka fakt, et lendur Andrei Sinitsõn püstitas sellel masinal 12 tõusukiiruse ja lennukõrguse rekordit VTOL masinate klassis. NSVL lagunemise tõttu aeglustusid tööd masina kallal, mille nimetuseks oli saanud JAK-141, ja 1991 aastal toimunud lennuõnnetus oli vaid ettekäändeks projekti kallal tööde lõpetamiseks.
Euroopa.
Teatud edusamme VTOL masinate projekteerimisel saavutas ka Prantsusmaa, kes alustas 60-ndatel oma selle klassi masinate väljatöötamist. Esimeseks neist oli hävitaja Mirage-Balzac
, mis varustati peale tavamootori Orpheus 803F veel kaheksa tõstemootoriga. Lennuki katsetused 1964 aastal lõppesid katastroofiga. Järgmine lennuk, Mirage V,
mis oli põhimõtteliselt eelkäija koopia, sai maailma esimeseks ülehelikiiruslikuks VTOL lennukiks. Ka see masin sattus lennuõnnetusse, mille tulemusena peatati Prantsusmaal kõik tööd VTOL masinatega traditsionaalse stardi-ning maandumisega lennukite kasuks.
Saksamaal töötati 60-ndatel samuti mitme VTOL projekti kallal. Esimeseks nendest oli taktikaline transportlennuk Dornier Do.31
Vaatamata edukatele katsetustele lõpetati tööd selle masina kallal konkurentsi tõttu transpordihelikopteritega, mis lõppkokkuvõttes osutusid kasutamisel mugavamateks. Saksa inseneridel oli veel üks originaalne projekt, ülehelikiirusega püüdurhävitaja EWR-Sud VJ-101
mille tõste-veomootorid paiknesid tiivaotstes olevates pööratavates mootorigondlites ning täiendavad tõstemootorid keres. Arvestuste kohaselt oleks terve mootori pöördesüsteem pidanud andma mõningase kaaluvõidu võrreldes veojõu suuna muutmisega düüside pööramise abil Juhtimine toimus terve mootori veojõu muutmise abil. Rippumisrežiimis balanseeris lennuk kolme mootori reaktiivjoal. Vaatamata konstruktsiooni ilule ja üldsegi mitte halbadele lennuomadustele, mis katsetuste käigus selgusid, ei lastud VJ-101 siiski seeriasse. Saksa kontserni VFW-Fokker töid hävitajaga VAK-1911
Pegasus mootoriga ei krooninud samuti edu. Seeriatootmisse läinud Harrieri näitajad olid lihtsalt paremad ning saksa masina edasiviimistlemist peeti lihtsalt ebaotstarbekas.
Edasised perspektiivid.
Vaatamata Harrierite laialdasele kasutamisele USA merelennuväes pole uute VTOL masinate väljatöötamine sellel maal peatunud. Mõningatel andmetel sõlmiti 90-ndate keskpaigas Jakovlevi konstrueerimisbüroo ja Lockheed Martini vahel programmi JAST raames koostöö kokkulepe , loomaks USA õhujõududele perspektiivset hävitajat. Hiljem nimetati see projekt ümber JSFks. Vastavalt sellele lepingule andis Jakovlevi büroo ameerika poolele üle kõik uurimistulemused ja informatsiooni VTOL süsteemide uuringute kohta, aga ka perspektiivse hävitaja JAK 201 eskiisprojekti
JAK-201
Neid andmeid kasutati JSF F-35 Lightning II loomise juures, mis on antud vallas kõige tänapäevasem projekt. Tänase päeva seisuga on see masin lennukatsetuste staadiumis. Uus mitmeotstarbeline lennuk peab asendama tervet rida lahingumasinaid,milliste hulgas on ka küll pidevalt ja efektiivselt moderniseeritud, kuid tänaseks päevaks ikkagi juba moraalselt vananenud Harrier. Jõuallikaks on F-35 reaktiivmootor F-119-PW100, mis töötati välja spetsiaalselt F-35 jaoks välja Pratt & Whitney poolt. Uue lennuki äratuntavaks jooneks VTOL versioonis on välise tiiviku kasutamine, mis on vertikaalselt keresse paigutatud.
Pöördemoment antakse kahes eri suunas pöörlevale tiivikule edasi võlli kaudu.
Mitmedki tänapäeva militaaranalüütikud suhtuvad F-35 VTOL versiooni küllaltki skeptiliselt, oletades osaliselt põhjendatult, et välise ventilaatori kasutamine, mis horisontaallennul välja lülitatakse, pole kaalu kokkuhoiu seisukohast just parim lahendus ning et Lockheed Martin on paljuski korranud Jakovlevi KB vigu. Kõigest hoolimata on lühendatud (või vertikaalse) stardi ning vertikaalse maandumisega lennukite arendamine tänasel päeval üks kõige perspektiivikamaid ja aktuaalsemaid suundi. Sest tänu luuresatelliitide ja kõrgtäpsete relvade arengule muutuvad tulevikus sellised ehitised nagu lennuväljad anakronismiks, loovutades oma koha mobiilsetele VTOL lennumasinatele, mis on suutelised startima suvaliselt maalapilt.
Февраль 2009 | Автор: Степан Жилин
http://www.popmech.ru/article/4837-vzletet-s-pyatachka/
...aga samas on optimaalseid tehnilisi lahendusi ikka üksainus...jalgpallipall jääb ikka ümmarguseks, hoolimata sellest, kas tehtud venes või meerikamaal...kandilise või kolmnurkse palliga on lihtsalt märksa ebamugavam mängida..
