| |
AIM voorbeeld artikel: Technische Dienst
(verschenen in AIM 1996-1)
Thrust vectoring
Sinds 1988 worden er steeds meer fighters
experimenteel uitgerust met motoren die de stuwkracht kunnen richten
om te manoeuvreren,
ofwel 'thrust vectoring'. Blijkbaar is deze nieuwe technologie zo interessant dat
luchtmachten
en fabrikant het zich bijna niet kunnen veroorloven dit onderwerp te negeren.
In deze Technische Dienst kijken we
naar de reden voor de populariteit van thrust
vectoring.
Zoals in dit artikel zal blijken, biedt thrust vectoring op de volgende punten voordelen
voor een fighter:
1. betere
manoeuvreerbaarheid, inclusief post-stall manouvring
2. betere prestaties, zoals vliegbereik en
benodigde startbaan
3. betere stealth-eigenschappen
Deze onderwerpen zullen onder de loep genomen worden,
en vervolgens worden de prototypes met thrust-
vectoring nader bekeken.
Verbeterde manoeuvreerbaarheid
Na de kunsten van de X-31 op Le Bourget is het
duidelijk geworden dat er geheel nieuwe manoeuvres ontstaan
door het gebruik van thrust
vectoring. Met thrust vectoring is er een nieuwe dimensie toegevoegd aan het
manoeuvreren:
post-stall manouvrability. Om post-stall manouvring te begrijpen is het eerst nodig om nog
eens te
kijken naar twee aspecten van het vliegen: de besturing van een conventioneel
vliegtuig, en de stall (het
overtrekken).
De besturing van een conventioneel vliegtuig
Omdat thrust vectoring besturingstaken over kan nemen
van de normale besturingsvlakken, is het belangrijk om
nog eens te kijken naar de
besturing van een conventioneel vliegtuig. Er zijn drie basisbewegingen die het vliegtuig
kan maken:
Rollen: het draaien om de lengte-as. De
belangrijkste
reden hiervoor is natuurlijk het maken van bochten. Het
vliegtuig wordt
meestal gerold door de rolroeren (ailerons)
aan de uiteinden van vleugels |
 |
 |
Pitchen (Nederlands: stampen): het
draaien van het vliegtuig om de dwars-as. Dit doet de vlieger om de lift toe of af te
laten nemen. Het pitchen gebeurt door uitslagen van het horizontale staartvlak. |
Yawen (Nederlands: gieren): het laten
draaien van het
vliegtuig om de top-as. Dit gebeurt bij fighters maar
beperkt,
voornamelijk in de start en landing. Het yawen
gebeurt door een uitslag van het rudder aan
het
verticale staartvlak. |
 |
De staartvlakken vervullen naast de besturingstaken
nog twee andere belangrijke functies:
1. stabiliserende functie: als het vliegtuig uit zijn evenwichtstand raakt
zorgen de staartvlakken er voor dat het
vliegtuig weer in de oorspronkelijke stand terug komt.
2. trimmen: de
horizontale staartvlakken hebben de functie om het vliegtuig te trimmen. Afhankelijk van
de lig-
ging van het zwaartepunt van de vliegtuig en de
vliegsnelheid leveren de horizontale staartvlakken een kracht
naar boven of naar beneden,
die het vliegtuig precies in balans houden.
De stall
Bij een gegeven vleugel is de lift afhankelijk van
drie
variabelen:
1. De snelheid: hoe hoger de snelheid, hoe meer lift
er
opgewekt kan worden
2. De luchtdichtheid: hoe hoger het vliegtuig vliegt,
des te ijler wordt de lucht, en des te kleiner
wordt de lift
3. De invalshoek: de richting waarin de lucht op de
vleugel afkomt (de stand van het vliegtuig). Hoe
groter de invalshoek, des te groter de
lift
|
 |
Deze drie variabelen kunnen op allerlei manieren gecombineerd worden. Als een vliegtuig op
een bepaalde hoogte
langzamer gaat vliegen, zal de invalshoek moeten toenemen om dezelfde
liftkracht te behouden (de neus gaat
omhoog). Als het vliegtuig sneller gaat vliegen, moet
de invalshoek verkleind worden, omdat het vliegtuig anders
gaat stijgen. Op grote hoogte
met een grotere invalshoek gevlogen moeten worden dan op lage hoogte (bij een
zelfde
snelheid).
Aan de invalshoek zit wel een limiet: bij een te grote invalshoek neemt de lift niet meer
toe, maar zelfs dramatisch
af. Dit punt wordt de stall genoemd, ofwel overtrek in het
Nederlands. Bij airliners en sportvliegtuigen ligt de stall
bij zo'n 12 tot 20 graden
invalshoek. Bij fighters is deze hoek meestal wat groter (zo'n 15 tot 35 graden) omdat de
vleugelvorm anders is. Als een vliegtuig voorbij de stall gevlogen wordt kan dit
gevaarlijke toestanden opleveren.
Enkele voorbeelden van het vervelende gedrag bij de
stall zijn:
- Bij een stall neemt de lift dus plotseling dramatisch
af. Het vliegtuig verliest plotseling snel hoogte, wat in de start en landing fataal kan
zijn. Een stall herstellen (meestal door snelheid te winnen) kost nog meer hoogte.
- Als één vleugel net iets eerder overtrekt als de
andere, rolt het vliegtuig zeer abrupt naar de gestallde vleugel
- Als dicht bij de stall de rolroeren worden gebruikt,
overtrekt de vleugel waarvan het rolroer naar beneden beweegt. Je stuurt bijvoorbeeld naar
rechts, en plotseling rolt het vliegtuig fel naar links.
- Het verticale staartvlak werkt bij hoge invalshoeken
steeds slechter, omdat het steeds verder in het zog van de romp komt. Hierdoor neemt de
stabiliteit drastisch af, waardoor de neus oncontroleerbaar naar links of rechts kan
yawen.
- Net als de vleugel raakt ook de horizontale
staartvlakken overtrokken bij grote invalshoeken, zodat er de pitch-control sterk afneemt.
Het kan de neus naar beneden of naar boven pitchen, al naar gelang het type horizontale
staartvlakken.
- Vliegtuigen met een T-staart kunnen in een deep-stall
terechtkomen, omdat het vliegtuig vanzelf verder pitcht. Hier is meestal niet meer uit te
komen.
- Het vliegtuig wordt deels onbestuurbaar. De
besturingsvlakken werken slecht of niet, en het vliegtuig doet wat het zelf wil. Het
vliegtuig kan bijvoorbeeld oncontroleerbaar gaan rollen (wing rock).
Bij sommige fighters zijn de gevolgen van een stall
meestal nog vervelender dan bij airliners en sportvliegtuigen.
Enkele voorbeelden van het
stall-gedrag van fighters:
- Bij de F-4 worden de rolroeren uitgeschakeld als de
invalshoek zo'n 24 graden is, om te voorkomen dat één van de vleugels overtrekt door een
rolroeruitslag. Als een Phantom echt overtrekt, is de kans groot dat hij in een flat spin
terecht komt. Pas na een aantal operationele jaren werd een techniek gevonden om daar weer
uit te komen.
- De F-104 met zijn T-staart loopt het grote gevaar om
bij een stall in een deep-stall terecht te komen; hier is niet meer uit te komen. Om dit
te verhinderen is de 104 voorzien van een stick-shacker (als waarschuwing) en een kicker,
die de stick naar voren beweegt als de vlieger niet reageert op de shacker.
- De F-16 is gelimiteerd tot invalshoeken van 25 graden,
hoewel maximale lift pas bij 35 graden wordt bereikt. De flight-computer doet er alles aan
om de F-16 beneden 25 graden invalshoek te houden. Als een F-16 onverhoopt toch buiten dit
gebied komt, houdt de flight-computer op het vliegtuig te besturen, en moet de vlieger het
probleem zonder hulp van de computer op te lossen.
Uit de bovenstaande (en andere) voorbeelden kan
geconcludeerd worden dat de meeste fighters voorbij de stall
niet meer controleerbaar te
vliegen zijn. Wel zijn de vliegeigenschappen tegen de stall aan steeds beter geworden,
omdat het belang van manoeuvres in dogfights steeds groter werd. De eerste fighter die
bijna geen beperkingen
heeft qua invalshoek is de F/A-18. Deze kan (even) tot een
invalshoek van 83 graden vliegen. Bij grote
invalshoeken worden de rolroer en
rudderuitslagen steeds verder beperkt tot uiteindelijk nul. Of deze capaciteiten
ook
operationeel gebruikt worden is onduidelijk.
Post-stall manouvring
 Sinds begin jaren zeventig wordt er gestudeerd op 'post-stall
manouvring', ofwel gecontroleerd vliegen en
manoeuvreren voorbij de stall. De vleugel
levert in
deze situatie nog wel lift, maar minder dan maximale
lift. Dit kan gunstig zijn,
omdat het vliegtuig dan niet
zo zwaar belast wordt. De weerstand is in veel hoger
dan in
normale vluchtcondities, zodat het vliegtuig
meestal snel snelheid verliest.
Een probleem is dat de besturing en de stabiliteit van
een conventioneel vliegtuig
dramatisch afnemen
voorbij de stall. Eén van de methoden om een vlieg-
tuig toch stabiel en
bestuurbaar te houden bij grote
invalshoeken is gebruik te maken van de thrust
vectoring.
Door de stuwstraal van de motor te
draaien, kunnen dezelfde krachten worden opgewekt
die
anders met de staartvlakken en de besturings-
vlakken worden opgewekt. Er zijn dus speciale
nozzles
nodig die de stuwstraal afbuigen, en daar wordt nu
hard aan gewerkt. De stuwstraal
wordt meestal
maximaal 20 graden afgebogen. Een voorbeeld is de
AVEN nozzle van de GE F110
motor.
De thrust vectoring wordt gestuurd door de flight-computer. De motor is dus met alle
besturingsorganen
gekoppeld. De drie basisbewegingen kunnen als volgt gemaakt worden (als
voorbeeld nemen we hier een F-15 met
twee thrust vectoring motoren):
Rollen: één motor buigt zijn stuwstraal naar
beneden af,
terwijl de andere naar boven afbuigt. Dit kan natuurlijk
niet bij een
eenmotorige thrust vectoring fighter |
 |
 |
Pitchen: beide motoren buigen hun stuwstraal naar
boven of beneden af |
Yawen: beide motoren buigen hun stuwstraal naar
links
of rechts af |
 |
De operationele voordelen van post-stall manouvring
zijn onder andere:
- In een dogfight wordt veel G getrokken, wat ook veel
weerstand tot gevolg heeft. Als een dogfight langer duurt, neemt de snelheid dan ook
meestal af. Het vliegtuig dat onder die condities het best kan manoeuvreren, heeft de
grootste kans het gevecht te winnen. Met thrust vectoring neemt de handelbaarheid en
manoeuvreerbaarheid bij lage snelheden toe. Bij lage snelheden blijft de bestuurbaarheid
op peil. Terwijl de effectiviteit van normale stuurvlakken afneemt bij lage snelheden,
blijft een thrust vectoring motor even effectief.
- het vliegtuig kan sneller geremd worden. Bij grote
invalshoeken is de luchtweerstand erg groot, en kan het vliegtuig veel sneller snelheid
verliezen dan met een speedbrake.
- de 'nose pointing' mogelijkheden nemen dramatisch toe.
Om wapens als de Sidewinder te kunnen gebruiken, moet de neus vrij precies naar de
tegenstander gericht worden. In een conventionele dogfight kost dit meestal veel moeite om
de heftig manoeuvrerende tegenstander 'in het vizier' te krijgen. Met thrust vectoring kan
de neus vooral bij lage snelheden veel beter en sneller gericht worden.
- er kunnen nieuwe manoeuvres gevlogen worden, die met
conventionele vliegtuigen onmogelijk zijn. Dat dit voordelen heeft in een luchtgevecht mag
duidelijk zijn.
- in de air-to-ground taak kan het vliegtuig
nauwkeuriger bommen gooien en kanonnen gebruiken. Normaal moeten koerscorrecties door
bochten gemaakt worden, terwijl met thrust vectoring het vliegtuig heel anders bestuurd
kan worden. ook in de raarste vliegtoestanden (spin, deep stall) is recovery mogelijk,
terwijl dit bij de huidige fighters nog vaak tot een crash leidt. Geschat wordt dat dit de
vredesverliezen met zo'n 20 procent kan reduceren.
Enkele nieuwe manoeuvres die met een thrust vectoring
fighter kunnen worden uitgevoerd zijn:
Met de X-31 en de F-16 MATV zijn testprogramma's uitgevoerd om de operationele waarde van
post-stall
manouvring te bepalen. In 1993 heeft de X-31 heeft 94 dogfights gedaan met een
F/A-18, waarvan er 78 door de
X-31, en 8 door de F/A-18 gewonnen werden, ofwel een
verhouding van bijna 10:1. Er zijn ook dogfights
uitgevoerd waarbij de X-31 geen thrust
vectoring gebruikte, en daarbij was de verhouding 1:2,4 in het voordeel
van de F/A-18. Met
de F-16 MATV zijn dogfights gevoerd tegen operationele F-16C's. Er werden 110
one-versus-
one en 60 one-versus-two dogfights gevlogen, en ook hier won de thrust
vectoring F-16 het overgrote merendeel
van de gevechten.
De extra manoeuvreer-capaciteiten van een thrust vectoring vliegtuig zijn spectaculair. In
een 1 versus 1 gevecht
in het visuele bereik lijken de overwinningskansen van een thrust
vectoring fighter aanzienlijk veel hoger dan die
van een conventionele fighter. Het
verhaal wordt wat anders bij een 'two versus two'. Er wordt dan meestal in
paren gevlogen,
waarbij de tweede vlieger als wingman zijn leider dekt (zie Top Gun). Het wordt dan erg
gevaarlijk
om post-stall manoeuvres te maken. Met een post-stall manoeuvre kan de directe
tegenstander dan wel in een
ongunstige positie worden gemaneuvreerd, maar daarbij wordt
veel energie (snelheid) verloren. Dit maakt de
kansen voor de wingman van de tegenstander
erg groot, omdat deze zijn energie behouden heeft, en het gevecht
op zijn manier kan
uitvechten.
Een ander punt is dat post-stall manouvring geen nut heeft als lange-afstands raketten
(Sparrow, AMRAAM)
worden gebruikt. Echter, in bijna alle oorlogen bleken long-range wapens
niet erg bruikbaar. De toenemende nadruk
op stealth maakt het gebruik van lange-afstands
wapens nog onzekerder. Als laatste 'maar' moet nog genoemd
worden dat de 'nose-pointing'
capaciteiten niet meer nodig zijn als er met een 'helmet-mounted sight' in plaats van
een
HUD gewerkt wordt. De vlieger kan dan opzij kijken naar de tegenstander en zo een raket
lanceren. Ook
raketten met een groter blikveld zouden nose-pointing overbodig kunnen
maken. Het killen met een gun blijft
echter onveranderd.
Verbetering prestaties
Met thrust vectoring kunnen de prestaties (andere dan
manoeuvre prestaties) ook verbeterd worden, zodat de
fighter effectiever wordt.
In bijna alle fasen van de vlucht moeten de horizontale staartvlakken een balanskracht
leveren om het vliegtuig in
evenwicht te houden (trimmen). Deze liftkracht kan naar
beneden of naar boven zijn, maar is meestal naar
beneden. Hierdoor moet de vleugel weer
wat extra lift leveren. In alle gevallen kost de balanskracht van de
staartvlakken extra
weerstand (trimweerstand), en dus brandstof. De balanskracht van de horizontale
staartvlakken kan helemaal overgenomen worden door thrust vectoring motoren. Deze draaien
dan hun stuwstraal
onder een kleine hoek naar boven of beneden, zodat de trimweerstand
vervalt. Door het zuinigere vliegen kan het
vliegbereik toenemen met naar schatting 3-5
procent, of kan dezelfde afstand gevlogen worden met meer
bewapening.
Bij nieuwe ontwerpen kunnen de staartvlakken op zijn minst kleiner worden uitgevoerd. Dit
betekent een verdere
vermindering van de weerstand. Mogelijk hoeven helemaal geen
staartvlakken gebruikt te worden, waardoor de
luchtweerstand nog kleiner wordt en de
constructie ook nog eens lichter kan worden uitgevoerd. Het vliegbereik of
de wapenlast
zal dan nog verder toenemen. Het lijkt onwaarschijnlijk dat zo'n ontwerp éénmotorig zal
zijn, omdat
een motorstoring in dat geval erg grote problemen zal opleveren.
Een ander voordeel van thrust vectoring is dat het vliegtuig bij lage snelheden sneller
stuurt. Bij de start reageert
een fighter relatief langzaam op stuurcommando's. Tijdens de
start moet het vliegtuig geroteerd worden: de neus
moet omhoog om een invalshoek te
bereiken waarbij voldoende lift wordt geleverd om het vliegtuig van de grond te
tillen.
Het roteren gaat relatief langzaam (1-4 seconden), waarbij eigenlijk onnodige meters over
de startbaan
worden afgelegd. Met thrust vectoring kan deze tijd grofweg gehalveerd
worden, zodat de startbaanlengte
afneemt.
Stealth
Stealth wordt niet zozeer bereikt door het absorberen
van de radarstralen, maar veel meer door het gecontroleerd
laten weerkaatsen van die
stralen. Als de reflecties de radarantenne niet bereiken, wordt het vliegtuig niet
waargenomen. De facet-constructie van de F-117 bereikt dit doel door de radarstralen in
slechts enkele richtingen
te weerkaatsen, allemaal weg van de bron. Onder enkele
specifieke hoeken is een F-117 echter wel te zien, maar
meestal ziet de radar deze stand
van het vliegtuig maar één keer, en dat wordt dan vaak weggefilterd als zijnde
een fout,
of het is te weinig om de wapens mee te richten. Bij nieuwere stealth-vliegtuigen, zoals
de YF-22 en de
YF-23, zijn veel rondere vormen toegepast, maar is ook te zien dat enkele
hoeken steeds terugkeren. Dezelfde
techniek als bij de F-117 wordt hier dus toegepast.
Een probleem bij stealth-vliegtuigen vormen alle uitsteeksels aan het vliegtuig, omdat
deze extra reflecties geven.
De staartvlakken vormen dus ook een probleem, en al helemaal
als ze kunnen bewegen, omdat de richting van de
radar-reflecties dan niet meer
gecontroleerd kan worden. Het zal duidelijk zijn dat de ontwerper de staartvlakken
liever
kwijt dan rijk is. Bij de ontwikkeling van de F-117 was dit al waar te nemen. De F-117
heeft geen horizontale
staartvlakken, en in eerste instantie waren de schuine verticale
staartvlakken erg klein. De originele staartvlakken
bleken na enige tijd echt te klein
voor de stabiliteit, en er moesten noodgedwongen grotere staarten gemonteerd
worden.
Zoals in het voorgaande al duidelijk is geworden, kunnen door de toepassing van thrust
vectoring de horizontale en
verticale staartvlakken kleiner worden, of zelfs helemaal
weggelaten worden. De voordelen voor de stealth-
eigenschappen zijn aanzienlijk, en dus een
extra reden voor de toepassing van thrust vectoring.
Thrust vectoring prototypes
Na de theorie volgt nu de praktijk: de prototypes die
uitgerust zijn met thrust vectoring. Ze zijn ongeveer
chronologisch opgesomd.
F-15 S/MTD (STOL / Manouvring Technology
Demonstrator)
Deze speciale versie van de F-15 werd op verzoek van
de USAF ontwikkeld en getest door McDonnell-Douglas. Met
dit vliegtuig werden vier nieuwe
technologieën getest:
1.
twee-dimensionale thrust vectoring (omhoog-omlaag, niet opzij) en
straal-omkering
2. koppeling tussen besturing en voortstuwing
3. Short Take-Off and Landing (STOL) op
onverharde banen met een special landingsgestel
4. geavanceerde cockpit-technologie
Uiterlijke veranderingen aan de F-15 S/MTD zijn
fore-planes (canard-vleugels) aan de luchtinlaten (gemodificeerde
F-18 staartvlakken). De
normale ronde nozzles van de F100 motor zijn vervangen door vierkante nozzles die 20
graden naar boven en beneden gedraaid kunnen worden. In de nozzles zijn thrust-reversers
verwerkt, die naast
voor een korte landing ook in de vlucht te gebruiken zijn. Het
flight-control system stuurt de fore-planes,
flaperons, horizontale staartvlakken en de TV
nozzles aan. De besturing van het vliegtuig wordt dus gedeeltelijk
gedaan door de motoren.
De F-15 S/MTD maakte zijn eerste vlucht in 1988, en het testvliegen eindigde in 1990. Met
de genoemde
modificaties zijn de prestaties van de F-15 op een aantal punten aanzienlijk
verbeterd:
- de het vliegbereik is 13 procent groter
- de rolsnelheid is 24 procent groter
- de pitch-snelheid bij lagere snelheid is verdubbeld
- de benodigde start- en landingsbaanlengte is met 39
procent afgenomen
De F-15 S/MTD is vanaf 1991 voor een ander project in
gebruik, en wel het ICAAS (integrated controls and
avionics for air superiority).
F-18 HARV (High-Alpha Research Vehicle)
Sinds 1987 is de NASA bezig met een
onderzoeksprogramma naar het vliegen met grote invalshoeken (de 'alpha' in
high-alpha). Het eerste deel van het testvliegen werd gedaan met een normale F/A-18A, maar in 1991 werd
een
special aangepaste F/A-18 in gebruik genomen, die als F-18 HARV aangeduid wordt. De
F-18 HARV is voorzien van
een relatief eenvoudige thrust vectoring nozzle, die bestaat uit
drie 'paddles' van staal die de stuwstraal afbuigen.
De paddles zitten aan het airframe
vast, en niet aan de motor. De nozzles van de motoren zijn verwijderd,
waardoor deze F-18
niet meer supersoon kan vliegen. Verder is de flight-computer aangepast, en stuurt deze
ook
de motor en de paddles aan.
Met de F-18 HARV zijn de volgende resultaten geboekt:
- stabiele, gecontroleerde vlucht bij 70 graden
invalshoek (was 55 graden bij een normale F/A-18)
- vier maal zo hoge rolsnelheden als een normale F/A-18
door de nozzles respectievelijk naar boven en beneden te draaien.
- hoge rollsnelheden bij 65 graden invalshoek. Bij een
normale F/A-18 worden de rolroeren uitgeschakeld bij grote invalshoeken, zodat er niet
meer gerold kan worden boven 40 graden invalshoek.
YF-22
De YF-22 prototypes hebben gevlogen met thrust
vectoring P&W F119 en
GE F120 motoren. Beide motortypes hadden twee-dimensionale
nozzles,
zodat er alleen pitch control is. In het relatief korte testprogramma heeft de
YF-22 tot invalshoeken van 60 graden gevlogen. De toepassing van thrust
vectoring motoren
lijkt hier vooral te zijn om ook bij lage snelheden
voldoende bestuurbaarheid te
waarborgen. Of er post-stall manoeuvres mee
gevlogen kunnen worden is niet helemaal
duidelijk.
Su 27LL-PS en Su 35
Een Su 27UB is voorzien van twee- en driedimensionale
nozzles, en heeft de aanduiding Su 27LL-PS gekregen. Ook
is de Su 35, een verdere
ontwikkeling van de Su 27, voorzien van thrust vectoring motoren. Details over prestaties
zijn niet bekend.
X-31A EFM (Enhanced Fighter Manouvrability)
 Het X-31 Enhanced Fighter Manouvrability programma wordt betaald
door de US Navy, US Air Force en Duitsland, terwijl de NASA de
testvluchten doet. De X-31
is ontworpen en gebouwd door Rockwell
en MBB. MBB was al sinds 1977 bezig met plannen voor
een thrust
vectoring fighter. Hun voorstel voor de TKF-90 uit 1980 was
voorzien van thrust
vectoring motoren en zou post-stall
manouvrability hebben. Toen alle partijen voor de
Eurofighter 2000
bij elkaar kwamen, bleef de configuratie van de TKF-90, maar
verdwenen de
thrust vectoring motoren. De interesse bleef echter
bij MBB, en in 1983 werd een
samenwerking met Rockwell aangegaan
op dit gebied. In 1986 leidde dat tot een opdracht
voor de X-31. De
configuratie van de X-31 lijkt erg veel op die van de TKF-90 en de
EF2000.
De X-31 is een puur experimenteel vliegtuig, ongeveer zo groot als
een A-4 Skyhawk. Veel
onderdelen zijn afkomstig van andere vliegtuigen. De twee bijzondere zaken zijn de thrust
vectoring motor (ietwat primitief met paddles in de stuwstraal) en een flight-computer die
ook de motor aanstuurt
en ook geschikt is om bij hele grote invalshoeken de boel onder
controle te houden. Er zijn zes hoofddoelen voor de
X-31:
1. post-stall manouvrability
2. 'steep decent capability', waarschijnlijk
een wens van de USN om steilere carrier approaches te kunnen
maken
3. verbeterde conventionele
manoeuvreerbaarheid
4. verbeterde 'decoupled fuselage aiming'
ofwel 'nose-pointing'
5. verbeterde afrem-mogelijkheden
6. verbeterde negatieve G capaciteiten (nu
meestal beperkt tot enkele seconden)
Enkele hoogtepunten in het testprogramma:
- stabiele, gecontroleerde vlucht bij 70 graden
invalshoek
- het uitproberen van nieuwe manoeuvres, zoals de Herbst
manoeuvre
- middels de software van de flight-computer is
gesimuleerd dat de verticale staart niet aanwezig was, waarbij de motor de taken ervan
overnam.
- Mock-up dogfights met een F/A-18
Het testprogramma van 520 testvluchten werd in
januari 1995 afgerond. Mogelijk wordt de X-31 nu nog gebruikt
door de USN om te bestuderen
op steilere landingen op carriers mogelijk zijn, waarbij dan geen kabels en vanghaak
meer
nodig zijn.
F-16 MATV (Multi-Axis Thrust Vectoring)
Een bijzondere F-16 is de NF-16D VISTA (Variable
In-flight Stability Test Aircraft). Dit vliegende laboratorium is
onder andere bedoeld om
nieuwe stabiliteits- en besturingsconcepten mee te ontwikkelen en te testen. In 1993
werd
het toestel voorzien van een General Electric F110 met een Axi-symmetric Thrust Vectoring
Engine Nozzle
(AVEN) thrust vectoring nozzle in het kader van het Multi-Axis Thrust
Vectoring (MATV) programma. Dit programma
is vooral bedoeld om nieuwe technieken en
tactieken te ontwikkelen voor thrust vectoring fighters.
De nozzle is bijzonder, omdat het de eerste axi-symmetrische nozzle is, zodat de
stuwstraal heel exact in elke
gewenste richting kan worden afgebogen. Dit in tegenstelling
tot de primitievere nozzles van de F-15 S/MTD, de
F-18HARV en de X-31. De AVEN nozzle kan
15 graden draaien in full mill, en 17 graden met naverbrander aan. Een
ander belangrijk
punt van de AVEN nozzle is dat de F-16 ook supersoon kan vliegen (i.t.t. de F-18 HARV).
Bij de F-16 MATV vindt pitch thrust vectoring alleen plaats beneden 300 knots. De normale
25 graden invalshoek
limiet is dan opgeheven. Met de stick wordt dan de pitch-snelheid
geregeld, en niet meer de invalshoek. Als je de
stick loslaat blijft het vliegtuig in de
stand van dat moment vliegen. De maximale pitch-snelheid is 50 graden per
seconde; anders
gezegd: in minder dan 2 seconden is de invalshoek 90 graden (dwars op de vliegrichting
dus).
Yaw thrust vectoring wordt bestuurd met het voetenstuur, en is alleen mogelijk
beneden 250 knots. Ook hier geldt
dat als het voetenstuur niet gebruikt wordt, blijft het
vliegtuig in die stand vliegen.
Met de F-16 MATV zijn bijzondere prestaties gehaald, zoals:
- gecontroleerd continu vliegen met 83º invalshoek
- kort vliegen met 180º invalshoek (achterstevoren dus)
- vliegen met 40 graden yaw-hoek
- bij 90º invalshoek en snelheid nul (ofwel: verticaal
stilhangend) de neus kunnen draaien naar een doel
In 1994 werd de AVEN F110 weer verwijderd, en werden
weer normale VISTA testvluchten uitgevoerd. Op dit
moment wordt een thrust vectoring
versie van de Pratt & Whitney F100 geïnstalleerd. De installatie van deze
thrust
vectoring motor is definitief, zodat we in de komende jaren waarschijnlijk nog meer
spectaculaire dingen
kunnen verwachten van deze F-16.
F-15 ACTIVE
De F-15 ACTIVE (Advanced Controls Technology for
Integrated Vehicles) is een vervolg op de F-15 S/MTD. De
tweedimensionale nozzles zijn
vervangen door axi-symmetrische nozzles, zoals bij de F-16 MATV. Met deze nieuwe
nozzles
kan dus ook naar links of rechts worden gevectord, zodat de mogelijkheden verder toenemen.
De F-15
ACTIVE moet zijn eerste vlucht nog gaan maken. Mogelijk zullen in 1998 testen
worden gevlogen met 50 procent
verkleinde verticale staartvlakken.
X-36
Enkele weken geleden is een eerste model getoond van
de X-36. De X-36 is
een project van de NASA en McDonnell-Douglas, en zal een onbemand,
staartloos prototype met thrust vectoring worden. Het heeft ook split-
ailerons (zoals de
B-2) voor yaw-control. Op het moment worden twee 28
procent schaalmodellen van het
eigenlijke, bemande ontwerp voor het eerst
getest, en zal deze zomer voor het eerst
vliegen.
De toekomst
De resultaten met de thrust vectoring
prototypes zijn indrukwekkend. De F-22 wordt de eerste operationele fighter
met thrust
vectoring (zij het met alleen pitch control). Het lijkt het er op dat met de komst van
thrust vectoring
fighters alle oudere fighters behoorlijk ver achterop raken. De
vervanging van de motoren van bestaande
vliegtuigen (F-15, F-16, F/A-18) is echter
mogelijk. De Israëlische luchtmacht, die in het begin de F-16 MATV
steunde, heeft
overwogen haar F-16 om te bouwen. Opvallend is dat de hele generatie nieuwe Europese
fighters
(JAS-39, Rafale en EF2000) geen thrust vectoring heeft. De ontwerpen die nu nog
op papier staan hebben echter
bijna zonder uitzondering thrust vectoring. Het lijkt daarom
zeker dat thrust vectoring, post-stall manouvring en
kleine of ontbrekende staartvlakken
de nieuwe norm worden voor fighters.
Rob de Bie
|
Extra's:
●
AIM artikel index
●
AIM voorraad
●
Follow Me online
|
|
