Enciklopedija letalstva

Enciklopedija letalstva (575)

07 Jan 08
Napisal

Za nadzor delovanja vseh sistemov v letalu, našteli pa smo jih že kar precej, od sklopov za krmarjenje letala do pogonske skupine in elektronskih navigacijsko-namerilnih naprav (ostanejo še sistemi orožja) je v pilotski kabini vse polno inštrumentov, kazalnikov, stikal in podobnih naprav. V sodobnejša letala vgrajujejo več in več sistemov, kar generira veliko število podatkov, potrebnih za nemoteno letenje in uporabo sistemov, samo prikazovanje teh informacij pa je postalo prava umetnost in za pilota zamudno in neprikladno opravilo, ki mu je vzelo veliko časa in pobralo precej koncentracije ter ga odvrnilo od osnovnega cilja: uspešne izvedbe naloge. Že druga generacija bojnih letal, v katero sodijo letala iz našega pregleda, kot so F-4 phantom II, F-104 starfighter ali MiG-21, je imela dvainpolkrat več instrumentov, stikal in podobnega kot prva generacija. Tretja generacija pa je imela vseh instrumentov, stikal in signalizatorjev že kar desetkrat več!

typhoon_kokpit_vireads.jpgZačelo se je z združevanjem instrumentov, vendar se je pokazalo, da tudi velika integracija  podatkov in bolj racionalen razpored instrumentov ter naprav za upravljanje s sistemi letala  niso  ponujali prave rešitve. Raziskave so namreč pokazale, da v posameznih odločilnih fazah leta pilot praktično ne more spustiti iz rok krmilne palice in ročice za uravnavanje potiska motorjev. Zato so prav na teh dveh ročicah osredotočili vrsto gumbov in stikal za upravljanje z različnimi sistemi in napravami. Gre za tako imenovani princip roki na krmilni palici in plinski ročici - HOTAS. Ameriški eagle ima na primer na krmilni palici pet stikal, na plinskih ročicah pa še sedem, še več stikal in gumbov ima F/A-18: na krmilni palici sedem in na plinskih ročicah celo deset.

Bistveni premik se je zgodil z uvajanjem zaslonov, saj je prej veljalo načelo, da  se je z vsakega instrumenta lahko prebiral en parameter, samo združevanje podatkov pa je bilo prepuščeno pilotu. Pilot je lahko na primer med opravljanjem naloge v minuti sprejel in obdelal okoli 100 informacij. Da bi mu olajšali delo so konstruktorji kabino razdelili v več logičnih celot v katerih so razmestili inštrumente in stikala ipd.  Sodobno bojno letalo je na primer razdeljeno v tri celote, v prvi pilot nadzoruje  delovanje in stanje letalskih sistemov, v drugi in tretji pa analizira stanje  v horizontalni in vertikalni ravnini, torej odkriva, sodobna_pilotska_celada_virboeing.jpgprepoznava in spremlja cilje, določa stopnjo ogroženosti  ter naposled namerja vanje orožje. Osrednji kazalniki podatkov so trije zasloni s približno dvema ducatoma stikal, ki so nadomestili približno deset nadzornih pultov, kakršne poznamo iz bojni letal še druge generacije. Podatki so na zaslona prikazovani v barvah, kar prispeva k hitrejši pilotovi analizi in hitrejšemu odločanju. Običajno so to trije LCD (na osnovi tekočih kristalov) zasloni HDD, pri nekoliko starejših tipih še katodni zasloni na osnovi zelene barve, kasneje tudi že barvni.

Vsa bojna letala imajo danes še poseben kazalnik, gre za, običajno širokokotni, polprosojni elektrooptični zaslon pred vetrobranskim steklom - HUD. Nanj kolimator projicira računalniške podatke v simbolih, informacije pa so pretežno navigacijske in taktične. Nekateri se odločajo tudi za projiciranje teh podatkov na vizir čŒelade, s takšnim načinom je tudi lažje spremljati cilje in usmerjati rakete v cilj. Pilot stori to tako, da namerilno oznako na vizirju čŒelade priklene na cilj in samo pritisne gumb za usklajeno delovanje. Računalnik naprej stori svoje: napravo za samousmerjanje rakete in radarsko anteno usmeri v cilj, pilot pa izstreli vodljivo raketo.

Seveda so bojna letala tudi sama precej na udari tako nasprotnikovih letal kot kopenske zračne obrambe. Omenili smo že opozorilnike radarske osvetljenosti, razvoj teh sredstev pa je šel še mnogo dlje. Elektronske naprave signal tega radarja obdelajo, ga identificirajo in podajo ustrezen protiukrep. Običajno gre za odmet ustreznih vab, najsi bo radarskih (aluminijasti dipolni trakovi) ali pa svetlobnih/toplotnih (infrardeče vabe).


Nazaj

07 Jan 08
Napisal
Doslej smo govorili predvsem o aerodinamičnih lastnostih, zgradbi in naposled pogonu bojnih letal, že dolgo čŒasa pa daje letalu pravo vrednost njegova elektronska oprema. Prav s pomočjo te opreme odkriva, prepoznava, spremlja in uničuje cilje tako v zraku kot na tleh in na morski površini. Zato so dandanes bojna letala opremljena s celo paleto sistemov in naprav, ki pilotu omogočajo izvajanje najzahtevnejših bojnih nalog v praktično vseh vremenskih razmerah in ponoči. Gre za radar, namerilno-navigacijski sistem, infrardeče iskalne naprave, TV naprave, sklop naprav za prikazovanje podatkov in zatem sklop naprav z lastno zaščito od radarskih opozorilnikov do sistema za opozarjanje pred nasprotnikovimi raketami. Del te opreme, če ga merimo stroškovno, je dosegel nekdaj nekaj pičlih odstotkov, danes pa v povprečju presega četrtino cene letala, medtem ko je pri nekaterih verzijah, namenjenih predvsem za elektronski boj, delež elektronske opreme v ceni celotnega letala večinski.

l410_instrumentna_plosca.jpgElektronski navigacijski sistem je sklop naprav, ki s pomočjo elektronike vodi letalo po določeni poti in obenem določa njegov položaj glede na objekte na zemlji. Sistem določa smer leta, zatem hitrost in višino leta glede na izbrano točko na tleh. Elementi takega navigacijskega elektronskega sistema so tako v letalu kot tudi na tleh, podatki s tal pa prihajajo v letalo (in obratno), s pomočjo različnih komunikacijskih povezav (radijska, satelitska itd.). Pri elektronski navigaciji se za določanje in izračunavanje podatkov uporablja elektronska oprema. Delo današnjih sodobnih elektronskih navigacijskih pomagal poteka povsem avtomatsko in zanj ni potrebna vidljivost, obenem pa so dobljeni podatki natančni in obdelani izjemno hitro, zanesljivost pa je velika.

Elektronske navigacijske letalske naprave delimo na sisteme za vodenje letala po določeni poti, sisteme za opazovanje, spremljanje ter identifikacijo in namerjanje ter sisteme za prilet in pristanek. Elektronki navigacijski sistemi v sodobnih letalih so danes integrirani, najprej so združevali sisteme z navigacijo in namerile sisteme, zdaj pa združujejo celotne elektronske sisteme po poteh njihove uporabe (za krmarjenje leta, za naloge, za namerjanje in izstreljevanje orožij),

Prva navigacijska sredstva so bili radionavigacijski sistemi, razvijati so jih začeli že v pri svetovni vojni, mednje pa uvrščamo radijski svetilnik, radiokompas, radijski goniometer in vsesmerni radijski svetilnik.

l410_navigacija.jpgZa različne razdalje se uporabljajo različni navigacijski sistemi, najbolj znani za kratke razdalje so VOR in v vojaški rabi TACAN (taktični navigacijski sistem), za dolge pa LORAN (navigacijski sistem dolgega dosega). Najsodobnejši navigacijski sistemi so vezani na satelite. Sistem je že dosegel visoko stopnjo razvoja, je pa v vojnih razmerah za vse tiste, ki  nimajo lastnih umetnih navigacijskih satelitov, omejene vrednosti ali neuporaben. Američani so v te namene leta 1973 začeli z razvojem danes že tudi v civilnem letalskem in tudi cestnem prometu uveljavljenega sistema NAVSTAR-GPS. Sprejemnik GPS mora loviti najmanj 4 satelite z iste točke (od skupaj 24), da se lahko določijo geografska širina in dolžina ter višina.

Rusi razvijajo in uporabljajo podoben sistem GLONAAS. V letalih je v tem primeru nameščena posebna oprema, ki jo sestavljajo sprejemni računalnik, vhodno-izhodna enota in antena. Antena sistema sprejme podatek od satelita, ki ga računalnik obdela in s pridobljenimi podatki določa položaj letala v prostoru.

Nov mejnik pa bo predstavljal tudi globalni navigacijski sistem Galileo, ki ga bo vzpostavila evropska vesoljska agencija ESA. Projekt so predstavili leta 2003 na sedežu ESA v Ottobrunu. Prvi testni satelit so v orbito poslali leta 2005. Do konca leta 2006 pa naj bi po orbiti krožili štirje sateliti. Projekt Galileo je finančno podprla tudi Kitajska, ki je investirala 200 milijonov dolarjev. Pogajanja pa potekajo z Indijo, ki je pripravljena vložiti kar 300 milijonovo dolarjev. Galileo bo operativen najkasneje v začetku leta 2009. Sestavljalo ga bo 30 satelitov, ki jih bodo v orbito spravili z evropskimi raketami Ariane in ruskimi raketami Soyuz. Ameriški satelitski navigacijski sistem GPS, ki ga upravlja ameriško obrambno ministrstvo bo torej imelo v Galileu neposredno konkurenco, oziroma neodvisnost evropskih in drugih vpletenih držav od ameriškega sistema.

ec_as532al_kokpit_virmors.jpgNavigacijske letalske sisteme lahko delimo še glede na sklope, ki so na tleh, in sklope v letalu, na avtonomne in neavtonomne. Avtonomni so povsem neodvisni od zemeljskih navigacijskih pomagal, neavtonomni pa delujejo vzajemno z zemeljskimi navigacijskimi pomagali. Katero izberejo za določeno letalo, je odvisno od več dejavnikov, se pa večinoma teži k čim večji avtonomnosti bojnih letal, čŒeprav so rešitve bistveno dražje in bolj zapletene, vendar je učinkovitost večja, saj je letalo neodvisno od podatkov s tal.

Najpomembnejši elektronski sklop bojnih letal je vsekakor radar, saj rabi za najrazličnejše stvari, v prvi vrsti za navigacijo, je pa tudi poglavitni del namerilnega sklopa. Letalski radarji so večinoma zelo večnamenske naprave, uporabne za odkrivanje ciljev v zraku in na tleh (na kopnem in morski površini). Radar (Radio Detection And Ranging) oddaja energijo elektromagnetnih valov, ki pada na cilj in se od njega odbija na vse strani. Del odbite energije sprejema tudi občutljivi radarski sprejemnik in tako se dobi slika cilja.

Radarji, vgrajeni v sodobna bojna letala, so posebne naprave, za katere velja kar nekaj zahtev, težavnih za izpolnitev. Predvsem mora biti radar relativno majhen, lahek, porabiti sme malo energije, v delovanju mora biti zanesljiv pri združevanju različnih funkcij, nadzor delovanja mora biti povsem avtomatski, relativno preprost pa mora biti tudi za vzdrževanje. Letalske radarje delimo bodisi po namenu uporabe (opazovalni, namerilni, navigacijski, specialni), potem vojaške in civilne, po dosegu (radarji kratkega, srednjega in velikega dosega)  in nenazadnje po frekvenčnem obsegu (VHF: 30 - 300 MHz ; UHF: 300 -1000 MHz; L: 1 - 2 GHz; S: 2 - 4 GHz; C: 4 - 8 GHz; X: 8 - 12,5; Ku: 12,5 - 18 GHz; K: 18-27 GHz, Ka: 27 - 80 GHz; mm: 40 - 300 GHz).

an-apg-63_all_weather_mulitmode_radar_vir_raytheon.jpgBistveni del današnjih radarjev je računalniško-procesorski del z digitalnim računalnikom, ki obdeluje zbrane podatke. Radar je prek računalnika povezan tudi z drugimi sklopi elektronske opreme po skupnih podatkovnih poteh. Radarji delujejo na več načinov, prilagajajo pa se samim nalogam. Eden značilnejših primerov tako integriranega namerilno-navigacijskega sistema predstavlja pulzno-dopplerski radar AN/APG-63 in njegova nadgrajena izvedenka -70, vgrajen v letalu F-15 eagle. Deluje na frekvenčnem območju med 8 in  20 GHz, srednje pogosti in zelo pogosti impulzi omogočajo odkrivanje ciljev v zraku v približevanju in oddaljevanju, na velikih in majhnih višinah, deluje v več načinih detektiranja zrak-zrak in zrak-zemlja. Računalnik obdeluje zbrane podatke s hitrostjo skoraj poldrugega milijona operacij v sekundi. V načinu delovanja zrak-zrak odkriva cilje vse do razdalje 185 km, posamezne loči med seboj v 30-metrski razdalji. Hkrati spremlja več ciljev in orožje, rakete zrak-zrak, usmerja vanje  tudi posamično.

Za letenje na majhnih višinah, uporabljajo ga nad ozemljem, dobro pokritem s talnimi radarskimi sistemi, uporabljajo letala posebne radarje za spremljanje zemljišča, nad katerim letijo. Letalo leti v konstantni smeri, radar za sledenje zemljišča pa avtomatsko narekuje višino leta. Varne višine letenja letala s to napravo nad morjem so med 30 in 50 m, na ravninskem svetu med 50 in 100 m, na rahlo valovitem zemljišču že med 100 in 150 m, na hribovitem zemljišču 300 do 500 m.


Nazaj
07 Jan 08
Napisal

Vojaška letala so brez dvoma največ prispevala k hitremu razvoju reakcijskih letalskih motorjev, zlasti h gradnji močnejših in zmogljivejših ter ne navsezadnje zanesljivejših in varčnejših motorjev. Praktično ni proizvajalca, ki svojemu bojnemu letalu ne bi skušal vgraditi najzmogljivejših motorjev. Prav od pogonskega sistema je v dokajšnji meri odvisna tudi kakovost bojnega letala samega, njegova nosilnost, manevrske zmogljivosti in podobno. Proizvajalcev motorjev je praviloma manj kot proizvajalcev bojnih letal, projektiranje in proizvodnja motorjev za bojna letala je namreč zelo drago dejanje in zahteva veliko raziskovalno-razvojno bazo ter precejšnje industrijske potenciale in naposled tudi visoko tehnično-tehnološko raven.

ej200_dvostopenjski_turboventialtorski_motor_za_typhoona_vireads.jpgIn če naštejemo, kdo je danadanes sposoben izdelati motor za letalo prve bojne črte. V ZDA sta to General Electric in Prat & Whitney, v Veliki Britaniji Rolls-Royce, v Franciji Snecma, potem so tu že mednarodni konzorciji, kot je na primer Eurojet, pa še vrsta ruskih proizvajalcev, ki se je razredčila na Saturn/Ljulka, Aviadvigatel in morda še kakšnega. Več je seveda licenčnih proizvajalcev, ki pa običajno ne morejo izdelati sami vseh komponent, morda je izjema švedski Volvo Flygmotor, pa še slednji je zaradi tradicionalne švedske nevtralnosti v neprimerljivo privilegiranem položaju.

Prvi reakcijski motorji so bili seveda namenjeni vojaškim letalom. Prvi turboreakcijski motorji so imeli velike specifične potiske in tudi porabo goriva. Svoje vrednosti so lahko izkazali šele pri visokih hitrostih in višinah, na majhnih višinah in pri majhnih hitrostih so bila bistveno bolj neracionalna kot propelerska letala. Turboreakcijska letala so imela omejen obseg uporabe, imela so sicer velik specifični potisk in so pospešila na veliko višino, vendar so porabila tudi veliko količino goriva, kar jih je omejevalo v doletu. Bojna letala za globoke prodore v nasprotnikovo zaledje pa so potrebovala dosti ekonomičnejše motorje za dolge polete na majhnih višinah. Najenostavneje so primeren motor za pogon letala dobili tako, da so sešteli maso motorja in maso goriva, potrebnega za izvedbo naloge, ugodnejši seštevek pa je tisti, ki daje skupaj manjši seštevek mas.

Turboreakcijski motorji so bili v ospredju v šestdesetih letih, ko so jih vgrajevali v takratne lovce z velikimi nadzvočnimi hitrostmi. Značilna primerka sta ameriški F-104 starfighter in sovjetski MiG-21. Za primerjavo: Prvi motorji v letu 1945 so imeli nekaj manj kot 2000 kg potiska, dvajset let kasneje pa že petkrat več. Kar je še pomembnejše za uporabo, je dejstvo, da so v tem času toliko izpopolnili motorje, da so ti dosegli za tretjino manjšo specifično porabo goriva. So pa turboreakcijski motorji primernejši za uporabo na velikih višinah, kjer je zrak redkejši.

letalski_motorji_so_izjemno_kompleskni_stroji_motor_tumanski_r-25-300.jpgV šestdesetih letih so motorjem dodali komoro za naknadno - dodatno zgorevanje. Zgoreli plini, ki iztekajo iz turbine motorja, imajo namreč še vedno dovolj kisika za gorenje. To velja še posebej za turboventilatorske motorje, pri katerih doteka zrak po obtočnem kanalu. Izpušni plini imajo seveda veliko hitrost in tlak in če se temu dodata še gorivo in iskra, potem bo energija dodatnega goriva povzročila hitro ekspanzijo in tako tudi hitrost iztekanja plinov. Z dodatnim zgorevanjem se pri mirujočem motorju doseže 1,7-krat večji potisk, pretok goriva pa je tudi do štirikrat večji od normalnega. Večji učinek je dosežen pri večjih nadzvočnih hitrostih, saj je specifična poraba goriva na enoto potiska nekoliko manjša.

Dejstvo pa je, da takšen način dodatnega potiska ni ekonomičen, zato je v prvi vrsti namenjen motorjem v vojaški uporabi, vgrajen dodatni motor pa bi predstavljal obremenilno težo. So pa vgradili motorje z naknadnim zgorevanjem tudi pri civilnem potniškem letalu, edinem nadzvočnem, britansko-francoskem concordu.

V osemdesetih letih so vse manj gradili strogo namenska bojna letala in vse bolj večnamenska, zato so prihajali v ospredje gospodarnejši turboventilatorski motorji. Veljajo pa seveda pri izbiri motorjev določena načela, kajti večina večnamenskih letal opravlja svoje naloge tako na velikih višinah kot nizko in pri tem je dostikrat treba sprejeti kompromisno odločitev in vgraditi motor, ki v seštevku delovanja v vseh režimih daje najboljši rezultat. Naslednje vprašanje je odločitev za število motorjev: pri bojnih letalih, kot so prestrezniki, jurišniki in lovski bombniki gre običajno za izbiro med enim samim ali dvema motorjema. Uspešni sta obe konstrukciji.
Več o letalskih motorjih


Nazaj

07 Jan 08
Napisal

izdelek_iz_ogljikovih_vlaken_okrepljenih_s_smolo.jpgVse omenjeno na prejšnjih straneh bi bilo praktično nemogoče doseči brez ustrezne izbire in uporabe materialov za izdelavo zgradbe sodobnih bojnih letal. Letala so začeli graditi z lesom in površine trupa ter kril prevlekli s platnom in tudi zgradba britanskega reaktivca de Havilland vampirja je lesena! Danes so ti materiali bistveno bolj trdni, pojavljajo se prav eksotične zlitine. Začelo se je seveda z aluminijem in njegovimi zlitinami in še dandanes je med najpogosteje uporabljenimi materiali prav zlitina iz litija in aluminija. Potem so prišle velike nadzvočne hitrosti, celo dvakratne, in potrebna je bila tudi ustrezna trdnost. To je zagotavljalo jeklo, na nekaterih izpostavljenih mestih, kot je sprednji rob kril, pa tudi titan. V zadnjem obdobju se zelo uveljavljajo kompozitni materiali, ki imajo vrsto prednosti. So izjemno trdni (osnova so ogljikova vlakna) in relativno lahki hkrati, radarsko pa nevidni, kar je izredno pomembno. Predvsem so ti novi kompozitni materialu bistveno vplivali na zmanjšanje mase bojnih letal, ki je v primerjavi s tovrstnimi letali izpred dvajsetih let že tudi do 40 odstotkov nižja kot masa zgradb klasičnih konstrukcij.


Nazaj

07 Jan 08
Napisal

V zadnjih petdesetih letih velja, da imajo bojna letala praviloma vitko konfiguracijo, težiščna točka je pomaknjena precej nazaj.

x31_3d_izpusne_sobe.jpgZa njihove dobre manevrske zmogljivosti je bistvenega naloga konstruktorjev zagotoviti čim boljšo prečno vzdolžno stabilnost pri letenju pod velikimi vpadnimi koti. Zagotoviti pri tem še odlično krmarljivost pa meji že kar na umetnost, zanesljivo pa vsaj na vrhunskost aerodinamične zasnove. Zahteva namreč natančno uravnoteženje statične in dinamične stabilnosti. Stabilnost leta novodobnih vitkih bojnih letal pod velikimi vpadnimi koti narekuje tok zračnih vrtincev na sprednjem delu, nosu letala  ter tok zračnega vrtinčenja ob korenu kril ob trupu. Odtrganje zračnega toka pri vpadnem kotu med 30° in 40° namreč povzroči precejšnjo prečno vzdolžno nestabilnost. Za zmanjšanje prečnih motenj je rešitev v doseganju največjega vpadnega kota, saj se po vpadnem kotu 60° sežeta dva ločena toka zraka. Naslednji vpliv je giroskopski moment kot posledica rotacije motorjev, ki povzroča prečno nestabilnost, še posebej pri veliki kotni hitrosti gibanja po prečni osi.

Ena od značilnosti superkrmarljivih bojnih letal je znaten moment omahovanja nosu pri vpadnih kotih nad 60°. Do pojava pride, ker se središče vzgona krila pomakne nazaj zaradi odcepitve zračnega toka na krilu s približno četrtine tetive pri vpadnem kotu 20° do polovice tetive profila pri vpadnem kotu 80°. To središče vzgona je sedaj za težiščno točko in nastane sila, ki vleče letalo na nos, zato se dviganje nosu ustavi in letalo se ujame. Vzgon bi pri tem lahko dali v narekovaje, kajti pri vpadnem kotu 90° je edina sila, ki nasprotuje gravitaciji in drži letalo v zraku, potisna sila motorjev.

Poleg omenjenih aerodinamičnih rešitev, s katerimi se doseže superkrmarljivost, ponuja  v bistvu boljšo rešitev, ali aerodinamičnost še izboljša, usmerjanje potiska. Najbolje v vseh oseh, čeprav je največ izkušenj le po vertikali.


Nazaj

07 Jan 08
Napisal

V prvem obdobju konstruiranja bojnih letal, predvsem lovcev in lovskih bombnikov, so bile krmilne naprave - krmilna palica in pedali - neposredno povezane s krmilnimi površinami z jeklenimi pletenicami, kovinskimi cevmi in vzvodi. Pri takšnih mehanskih komandah so sile pomikanja komand pri velikih hitrostih zahtevale že kar veliko moč. Te sile so se z vse večjim povečevanjem hitrosti še bolj povečevale do meje, ko jih pilot ni več mogel pomikati. Uvedli so hidromehanske pomičnike, vendar so mehansko povezavo še vedno ohranili.

dassault_rafale_kokpit.jpgZ uvajanjem bojni letal s puščičastimi krili v petdesetih letih so v sisteme za krmarjenje začeli uvajati naprave za stabilizacijo letala, da bi tako pri določenih letalih preprečili vrtenje letala. Uvedba računalnika pa je tudi na tem področju takoj dala koristi, računalnik je postal vmesni člen, v katerega so prihajali pilotovi ukazi; računalnik je te ukaze ustrezno obdelal in jih s pomočjo električnih signalov poslal do pomičnikov krmilnih površin. Pa tudi takšne električne komande niso bile povsem zanesljive, mehanske se v bistvu lažje vzdržujejo in preverjajo, redko pa tudi odpovedo vse po vrsti, zato so v začetku uvedbe obdržali oboje. Zanesljivost je napredovala vzporedno z vse boljšimi in bolj zanesljivimi elektronskimi napravami.

V sedemdesetih letih je prišlo do popolne uresničitve zamisli strokovnjakov izpred desetletja z uvedbo sistema za električno krmarjenje - fly-by-wire. Gre preprosto za električno prenašanje komand, ki jih na poti do krmilnih površin v realnem času ustrezno analizira in obdela računalnik, rezultat te obdelave pa je izhodni signal, ki potem prek servopomičnika ustrezno odklanja krmilne površine. Računalnik se na "nemogoče" pilotove ukaze ne odziva, kajti v programski podpori ima vgrajene omejitve, ki ne dovoljujejo prekoračitve na primer določenega koeficienta preobremenitve, vpadnega kota pri določeni hitrosti ipd.

Dandanes so ti sistemi že toliko zanesljivi, da jih vgrajujejo tudi že v potniška letala. Največ je s tem pridobil pilot, ki se lahko popolnoma osredotoči na zahtevne bojne manevre ob hkratni varnosti.


Nazaj

07 Jan 08
Napisal

Kadar govorimo o aerodinamičnih kvalitetah letala, mislimo seveda na njegove aerodinamične oblike, zatem pa tudi na stabilnost in krmarljivost. Ti dve lastnosti se pri prehodu od podzvočnih v nadzvočne hitrosti precej spremenijo. Pojavil se je problem stabilnosti in krmarljivosti pri nadzvočnih hitrostih in ta problem je bilo treba odpraviti s pomočjo naprav za stabilizacijo letala in  sistemov krmarjenja.

Pojem  stabilnost pri letalu pomeni, da se letalo po motnji, povzročeni na primer z nenamenskim pomikom krmilne ročice, vrne v prvotni položaj brez pilotove pomoči. Bolj se sile oddaljujejo od položaja ravnotežja, bolj nestabilno je letalo. Stabilnost nadalje delimo na statično in dinamično. Statična stabilnost pomeni težnjo pomikanja v uravnoteženi položaj po motnji, povzročeni s pomikanjem krmilnih površin ali pa s sunkom vetra, na primer. Dinamična stabilnost pa govori o celotni časovni sliki pomikanja letala po motnji.

S krmarljivostjo pojmujemo odzivanje letala na namensko pomikanje krmilnih površin. Pri vsakem pomikanje komand za krmarjenje letala se letalo odmika od uravnoteženega položaja. Letala z veliko statično stabilnostjo težijo k svojemu uravnoteženemu položaju. Tu pa sta si stabilnost letala in krmarljivost pravzaprav v nasprotju.

Do pomikanja aerodinamičnega središča nazaj prihaja pri obzvočnih in nadzvočnih hitrostih, pogojeno pa je predvsem z obliko in vitkostjo krila. Zato konstruktorji tudi rešujejo vprašanje stabilnosti letala z najugodnejšo izbiro geometričnih značilnosti krila. Do največjega pomika aerodinamične sredine pride pri ravnem krilu, manjše je pomikanje pri trapezastem in puščičastem krilu, najmanjše pa pri delta krilu.


Nazaj

07 Jan 08
Napisal

Zanimivi so začetki letenja z nadzvočnimi hitrostmi. Prvi je zvočni zid prebil legendarni ameriški letalski as iz druge svetovne vojne, general Charles E. "Chuck" Yeager v Bellovem letalu X-1 leta 1947. Obnašanje letal do hitrosti zvoka je bilo bolj ali manj znano, ne pa tudi potem, ko letalo prebije zvočni zid. Poizkušanja so pokazala, da letalo pri nadzvočni hitrosti izgublja smerno stabilnost, ki narašča z večanjem Machovega števila hitrosti letenja. X-1 je postal v letu z njegovo največjo nadzvočno hitrostjo nekrmarljiv po smeri in je prešel v vrtenje v blagih zavojih. Ta pojav, opisovali so ga kot inercijsko smer (Inertial coupling), je imel veliko vlogo pri snovanju bojnih letal za nadzvočne hitrosti.

chuck_yager_v_letalu_x_1vir5.jpgPredvsem lovci, po vzdolžni osi sicer zelo dobro krmarljivi, se radi podredijo temu pojavu. Inercijska smer se pojavi, čŒe je velika razlika med vztrajnostnim momentom okrog vzdolžne osi in vztrajnostnim momentom vzdolž navpične in prečne osi letala. Pogosto se pojavlja pri lovcih z majhno razpetino kril (majhen vrtilni moment) in dolgim trupom s težkimi motorji. Kadar je takšno letalo izpostavljeno vrtenju okoli vzdolžne osi, lahko velika koncentracija mas v trupu povzroči zibanje okrog navpične in prečne osi.

Za odpravo tega problema so letalom vgrajevali večje smerne stabilizatorje. Ti so zagotavljali boljšo smerno stabilnost pri majhnih, zmernih vpadnih kotih. Dvojni repni smerni stabilizatorji so pokazali svojo vrednost pri visokih nadzvočnih hitrostih in precej izboljšali smerno stabilnost, za majhne hitrosti pa to pravilo ne velja. Sploh pa so dvojni smerni stabilizatorji, nagnjeni navzven, uporabljeni pri vseh konstrukcijah stealth, saj je tako radarska slika manjša zaradi manjšega preseka  radarske slike letala. Prvič so tako konstrukcijo uporabili pri strateškem izvidniku SR-71, vidite jih lahko tudi na lovcu F-22 raptor, pa tudi na lahkem bombniku F-117, prvem bojnem letalu tehnologije stealth v uporabi.


Nazaj

07 Jan 08
Napisal

Prvi reaktivci so imeli vitkost med 12° do 14°, kar je bilo značilno že za njihove predhodnike z batnimi motorji za pogon propelerjev. Krila z manjšim razmerjem debeline profila so že v štiridesetih letih načrtovali za svoje hitre lovce Nemci, saj se je s tem zmanjšal tudi čelni upor. Tako se je uveljavilo tanko, puščičasto krilo, ki so ga potem povzeli vsi kasnejši konstruktorji hitrih bojnih letal. Takšen pristop so kmalu po drugi svetovni vojni uveljavili konstruktorji ameriškega hitrega lovca (za takratne razmere) F-86 sabre. North Americanov lovec je imel 38-stopinjsko puščico kril, razmerje debeline profila krila (razmerje med največjo debelino krilnega profila, merjeno pravokotno na tetivo, in dolžino krila) pa je bilo 12-odstotno.

Prav tako so že nemški konstruktorji v vetrovnikih preizkušali delta krilo, ki je v notranjosti ponujalo veliko prostora za gorivo in trdnost strukture, manjše naraščanje upora pri prehodih v obzvočne hitrosti, povrhu vsega pa je to krilo ponujalo izboljšano krmarljivost. Američani so v začetku petdesetih prišli do ugotovitve, da je za nadzvočne hitrosti primernejša konstrukcija z delta krilom brez horizontalnih repnih površin, kar so uporabili pri konstrukciji lovca F-102A.

oblika_profila.jpgFrancoski Dassault je skonstruiral letalo za nadzvočne hitrosti z delta krilom v letu 1952. Za dvakratno hitrost zvoka so načrtovali delta krilo s še manjšim razmerjem debeline profila krila in še večjo puščico. Krilo je postalo zelo tanko in navidez trdno, brez prostora za gorivo v notranjosti, kar govorijo podatki o puščici krila 65° in razmerjem debeline profila 5 % (kar pomeni, da je največje debelina krilnega profila znašala dvajsetino dolžine profila).

Krilo s spremenljivo puščico je ponujalo neugodno rešitev za celo vrsto problemov, kajti posamezne oblike kril so ponujale prednosti v posameznih režimih letenja, nobeno pa ni bilo univerzalno. Na podlagi nemških raziskav so začeli Američani v petdesetih letih preizkušati letalo s spremenljivo puščico kril Bell X-5, sledili so še poskusi z Grummanovim XF10F1, Britanci pa so se zadovoljili zgolj s poskusi v vetrovniku.

Letalo s spremenljivo puščico krila je namreč hkrati ustrezalo kar več postavljenim zahtevam, na primer letenju bojnega letala nizko na tlemi s hitrostjo 1200 km/h, z možnostjo preleta Atlantika brez oskrbe z gorivom v zraku in možnostjo vzletanja in pristajanja na 1 km dolgi stezi. Naslednja zahteva pa je bila dvainpolkratna hitrost zvoka na veliki višini.

Dobre zmogljivosti v nizkem letu narekujejo krilo z majhno puščico, torej krilo visoke vitkosti z relativno debelim profilom, ki omogoča velik vzgon, in hkrati z majhno razpetino zaradi nizkega induciranega upora. Vse omenjene lastnosti ponuja prav krilo s spremenljivo puščico s pomočjo kombinacije zmanjšane vitkosti in povečane puščice krila.

Za operacije na skrajšani ali omejeno dolgi vzletno-pristajalni stezi ali na palubi letalonosilke je potreben kar največji vzgon, kar je možno doseči samo z  debelim krilom in ustreznimi napravami za povečevanje vzgona.

Odlična ali kar se da dobra krmarljivost v območjih obzvočnih hitrosti je naslednja zahteva za vsako sodobno bojno letalo. Velika kotna hitrost v zavojih je nujno potrebna v bojih v zraku, nujen pogoj je upravljivost, ali drugače: vodenje letala (tu bi lahko govorili o krmarljivosti, vendar bo treba v terminologiji še definirati, kako poimenovati vodenje letala v manevrih v zraku, ki jih letalo ne izvaja samo s krmilnimi površinami, pač pa tudi z usmerjanjem potiska; gre namreč za interakcijo krmarilnih površin in usmerjanja potiska - samo navzgor in navzdol ali za 3600) v letenju pod visokimi vpadnimi koti (AoA), ko se normalno zračni tok na krilu odcepi. Ta odcepitev povzroči povečanje čelnega upora, oscilacij ter težav s stabilnostjo  in krmarljivostjo. Vse te težave potem bistveno vplivajo na samo učinkovitost bojnega letala. Z naštetimi težavami so se otepali praktično vsi  konstruktorji nadzvočnih letal od petdesetih let prejšnjega stoletja naprej. šele razvoj pogonskih agregatov je izboljšal razmerje med potiskom in maso - T/W - v korist prvega in to je omogočalo vzdrževanje kotne hitrosti v zavojih, razširilo obseg režimov letenja in vzpodbudilo izboljšave v režimu letenja pod visokimi vpadnimi (pozitivnimi) koti pri obzvočnih hitrostih. Pri današnjih sodobnih bojnih letalih (z redkimi izjemami) je možno letenje pod visokimi vpadnimi koti (AoA), pri kritičnih kotih dobi letalo tendenco povešanja nosu (umetno ali naravno), toda vse skupaj je kontrolirano. Seveda se je bilo težko približati idealnemu, prva uspešna konstrukcija v tej smeri je bil sloviti ameriški F-4 phantom II (nekdaj, še ne tako dolgo, je bil pri nas v žargonu vsak ameriški lovec ali lovski bombnik z začetno oznako F fantom, ruski pa mig), sledila sta mu še A-7 corsair in A-6 intruder (vsa ta letala izvirajo iz  šestdesetih let in še operativno letijo!); nad razvojem teh bojnih letal je bdelo letalstvo Vojne mornarice ZDA. Problem so rešili z uvajanjem tako imenovanih naprav za povečevanje vzgona na sprednjih in zadnjih robovih kril. S temi napravami so dandanes opremljena vsa sodobna bojna letala, ne služijo pa le za izboljšanje vzletno-pristajalnih zmogljivosti (krajše steze ...), ampak bistveno povečujejo tudi njihove bojne manevrske zmogljivosti.

airbus_a380_krilo_virairbus.jpgEna bistvenih težav konstruktorjev in aerodinamikov je bila vseskozi odpravljaje odcepitve zračnega toka s krila. Da bi se izognili učinkom stisljivosti, so povečali puščico krila in zreducirali razmerje debeline profila krila. Spremembe so vodile do dejstva, da je bilo vzdrževanje trdnega zračnega toka bolj zapleteno, zato so si pomagali na različne načine, da so ohranjali normalen zračni tok prek krila. V petdesetih letih so začeli proučevati tanka krila, da bi minimalizirali čelni upor, in pokazalo se je, da so ostri sprednji robovi pri majhnih hitrostih povzročili odcepitev vzdolž celotne dolžine. Raziskave pa so pokazale, da ta pojav povzroča zelo stabilno vrtinčenje, usmerjeno nazaj prek krila, kar povečuje vzgon pri majhnih hitrostih.

Do podobnega rezultata so prišli konstruktorji ameriškega lahkega Northropovega lovca F-5, ki je dobil spredaj ob trupu majhen vzdolžni podaljšek kril, s katerimi so skušali zmanjšati tlačni upor pri pospeševanju ob najvišjih obzvočnih hitrostih, rezultat tega pa je bilo še 10-odstotno povečanje vzgona pri letenju pod vpadnimi koti. Do še večjega izboljšanja pri uporabi vzgonskega vrtinčenja je prišlo pri Northropovem projektu YF-17, ki je (po neuspehu na natečaju, v katerem je zmagal F-16) kasneje postal F-18 hornet. Podaljšek sprednjega roba krila je bil že izrazit in lahko bi že govorili o preobrazbi v hibridno krilo s podaljški, ki so povzročali močno vrtinčenje prek glavnega krila. Pod te podaljške sprednjega roba krila so namestili vstopišči zraka v motorja, kar je še izboljšalo lastnosti letala pri letenju pod vpadnim kotom in povečevalo vzgon.

Naslednja večja izboljšava, ki je povečevala aerodinamično vrtinčenje, so bili kanardi, ki jih ima danes praktično vsako sodobno bojno letalo.

Na prvi pogled ta predkrila delujejo kot površine za destabiliziranje letal. Prispevek predkril - kanardov, nameščenih tik pred krilom, je prav v že omenjenem vrtinčenju, ob seveda puščičastem krilu. Kanardi v tem primeru delujejo podobno kot podaljšek sprednjega roba krila, inducirajo polje vrtinčenja, ki izboljša porazdelitev tlaka na glavnem krilu. V tem primeru je povečanje vzgona kar 20- do 30-odstotno. Naslednja izboljšava je v dejstvu, da tako krilo kot predkrilo ustvarjata pozitivni vzgon, kar je v nasprotju s konvencionalno repno konstrukcijo letala, kjer repna vodoravna površina ustvarja ravno nasprotno silo.

Poleg omenjenih prednosti kanard konstrukcija zmanjšuje nadzvočni čelni upor, saj nima klasičnih repnih površin.


Nazaj

07 Jan 08
Napisal

Bojna letala so vedno bila in bodo zagotovo še naprej v ospredju, kar zadeva aerodinamične in tehnično-tehnološke rešitve ter napredek v razvoju letalstva. Praktično so bile domala vse revolucionarne iznajdbe uporabljene najprej v bojnih letalih, potem pa prenesene na ostali del letalstva, predvsem potniški in tovorni promet ter športni del letalstva.

znacilne_oblike_bojnih_letal_in_hitrosti_do_m2.jpgŠe v prvi svetovni vojni, ko so se letala uveljavila kot bojna sredstva, so bili to predvsem dvokrilniki, v drugo svetovno vojno so večinoma vstopila že enokrilna letala. Naslednji prelom je pomenil reakcijski pogon s puščičastimi in delta krili.

Rojstvo puščičastega krila pa sodi že v obdobje pred reakcijskimi motorji. Da to krilo precej pripomore k zmanjšanju čŒelnega upora, je leta 1935 dokazal nemški aerodinamik Busemann, njegovo ugotovitev pa je štiri leta kasneje dopolnil švicarski fizik Albert Betz s trditvijo, da puščičasto krilo odpravlja nastale probleme v zvezi s kompresibilnostjo (stisljivostjo) zraka v obzvočnem režimu letenja.

Nemški konstruktorji so potem puščičasto krilo uporabili leta pri dotlej najbolj nenavadnem brezrepem raketnem lovcu Messerschmitt Me-163 komet. Resda pa so puščičasto krilo konstruktorji uporabili predvsem, da bi dosegli sprejemljivo razmejitev med težiščem in aerodinamičnim središčem, prednosti puščičastega krila pa so jim bile postranske!

So pa na Zahodu snovalci novih, predvsem hitrih lovskih letal upoštevali prednosti puščičastega krila, ki so jih tako dobili vsi načrtovani reaktivci, nič drugače ni bilo tudi v Rusiji, ki je povrhu vsega zajela veliko nemških letalskih strokovnjakov in s pridom izrabila njihovo znanje (podobno so ga tudi drugi). Toda puščičasto krilo je puščalo tudi nekaj težav, namreč zmanjšan vzgon pri letenju pod večjimi vpadnimi koti in zmanjšanje učinka zadnjega robi kril z zakrilci, kar je pomenilo večje vzletne in pristajalne hitrosti. To se je kompenziralo s povečanjem obremenitve krila.


Nazaj

Koledar objav

« Junij 2020 »
Pon Tor Sre Čet Pet Sob Ned
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30