Episodul I – Dassault Rafale, analiza, Partea I
Acesta nu este un articol original, ci o traducere in mai multe parti a unei analize a grupului Defense Issues, aparuta la sfarsitul lunii august 2013.
Structura/cadrul
Structura este comuna intre Rafale C si M si este proiectata pentru limita maxima de incarcare de 16,5g. Cum insa 16,5 / 1,5 = 11, Rafale C poate executa manevre de 11g in mod regulat fara ca acestea sa scurteze din viata structurii aparatului. Pe de alta parte, Rafale M poate executa manevre doar de 9g in mod regulat datorita faptului ca este un aparat ce opereaza de pe portavion. Ambele variante de Rafale pot executa manevre de 12g, dar cu repercursiuni asupra structurii, spre deosebire de limita 11,1g. Aceasta ultima limita de incarcare este rezultatul cerintelor de portavion ; Super Hornet, care are cam 13,5g limita de incarcare, similara cu cele ale aparatelor ce au bazele la sol (9 x 1,5 = 13,5), are o limita G operationala de 7,3g ; si 13,5 / 1,85 = 7,3g. Cu toate acestea, in timp ce structura este comuna, alte modificari – precum un tren de aterizare mai solid si carligul arestor mai mare si mai puternic – au adaugat 500kg la varianta M prin comparatie cu C-ul. Totusi, exista o comonalitate a componentelor in proportie de 95% intre cele doua. Precum Gripen si Typhoon, Rafale poate, in anumite parti ale zborului, sa mentina 9g atata timp cat rezista pilotul. Rafale poate de fapt sa execute 9g la viteza de 500kt/h (926km/h) si altitudine de 10000ft (3048m) si inca sa accelereze cand e in configuratia « curata » (a se intelege cu 2 rachete AA la varfurile aripilor), cu plafonul de 50000ft (15240m) cel putin, posibil pana la 59000ft (18000m).
Foto : Rafale B in Libia
Aerodinamica
Dassault Rafale este un aparat de zbor monoplan cu aripa delta si canarduri « close-coupled ». Aripile sunt de tip « aranjate/prinse la mijloc » cu un grad larg de intrepatrundere (blending) aripa-fuselaj, rezultand un aparat eficient din punct de vedere aerodinamic, cu interferenta de « franare » (drag- forta de rezistenta la inaintare) mica spre deosebire de configuratiile cu aripa inalta sau joasa. Unghiul de incidenta de 48 grade al aripii are ca rezultat o capabilitate indreptata spre un zbor transonic cu capacitati supersonice. Acest unghi al aripii joase rezulta in formarea vortexului primar cat mai aproape de suprafata aripii decat in cazul unei aripi delta cu unghiul de incidenta mare (60 grade sau mai mult). Aditional, acest unghi de incidenta relativ scazuta, comparat cu cele ale altor avioane de vanatoare cu aripi delta, creeaza premizele unei aripi cu incarcare joasa, minimizand dependenta de portanta a fortei de rezistenta. Grosimea aripii de asemena are impact asupra vitezei maxime: o aripa mai groasa inseamna o viteza maxima diminuata dar si caracteristici mai bune in lupta datorita separarii intarziate a curgerii aerului. Ultimele « neajunsuri » pot fi imbunatatite prin utilizarea/echilibrarea flapsurilor. Aripile pot fi « indoite » pentru a preveni pierderea portantei la varfurile aripilor si automat pierderea controlului. Fiindca centrul de greutate este in spatele centrului de portanta, modificarile din timpul zborului imbunatatesc portanta cu poate pana la 20%.
Foto : campionul aerodinamicii
Aripile au « launch rail » (sine de lansare) montate la varfuri si exista un singur stabilizator vertical. Cum aripile drepte sunt limitate la zbor subsonic si aripile cu unghi de incidenta mai mare de 60 grade au performante de aterizare/decolare slabe, forta de rezistenta marita la portanta si manevrabilitate scazuta, aripa sageata in luptele aeriene moderne este intotdeauna intre 20 si 60 grade, marja in care se afla si aripile Rafale.
Bordul de atac al aripii delta creeaza mici vortexuri care pot ajuta portanta la unghiuri inalte de atac. In timp ce aripile cu unghi de incidenta scazut prezente in aviatia civila pierd portanta la valori ale AoA (Angle of Attack -unghiului de atac) intre 14 si 18 grade, aripile cu unghi de incidenta marit ofera avantajul portantei unui vortex puternic, portantace poate fi imbunatatita prin componente de accentuare precum LERX (leading edge-root extention) ce intaresc vortexurile mici ale aripii. Curgeri « vorticale » (cuvant compus din «vortex » si « vertical ») se formeaza aproape de suprafata aripii si la foarte mici unghiuri de atac. Rezultatul final este o imbunatatire marita in raportul portanta/rezistenta la inaintare la viteze subsonice pentru largi categorii de AoA cat si valori maxime de AoA (unghi de atac). Este totusi indusa o mare rezistenta la inaintare la viteze subsonice. Un alt beneficiu al aripii delta este capacitatea mica de incarcare pe aripa (masura aproximata a raportului portanta-greutate) ce rezulta intr-o performanta buna de intoarcere ; fiindca incarcarea scazuta pe aripa rezulta in senzitivitate la rafale marite de vant si este deci indezirabila pentru un avion de bombardament, incarcatura scazuta a aripii Rafale il face pe acesta desigur un aparat pentru superioritate aeriana. Coeficientul de portanta ridicata (din a carui ecuatie face parte si incarcatura pe aripa) imbunatateste de asemena performanta in zona aeroportului si de croaziera, dar are un impact negativ asupra penetrarii la altitudine joasa.
Foto: cu cresterea AoA apare si o crestere a rezistentei la inaintare, solutia fiind pastrarea AoA la minimul necesar in timp cu un coeficient marit de portanta, folosind solutii aditionale pentru extra portanta.
Aditional, aripa delta are bune carateristici in cazul pierderii portantei/ atingerii limitei de viteza. In timp ce suprafata portanta este rapid ridicata, ea creeaza « vorticitate » (tradus « turbulenta ») semnificativa in curgerea aerului, imbunatatind atat portanta cat si momentul de ridicare (cabrare). Rezultatul este o imbunatatire in rata de intoarcere instantanee. Peste Clmax (maximum lift coefficient – coeficientul maxim de portanta) al AoA (unghiului de atac), pierderea portantei este mai graduala.
Folosirea aripii delta « tailess » (fara coada) inseamna ca nu exista nici o interferenta de presiune adversa a fortei de rezistenta la inaintare a ampenajului orizontal/spatele aeronavei si deci aparatul nu va experimenta « Dutch roll » (instabilitate oscilatorie formata din giratie si ruliu) la viteza marita. Totusi, daca nu exista o coada pentru a exercita control al ruliului si suprafetele de control sunt pe aripa insasi, inseamna ca aripa trebuie sa fie intarita, limitand indoirea si crescand posibilitatea pierderii portantei la varful aripii. Sina de lansare localizata la varful aripii imbunatateste raportul L/D (lift/drag – portanta-rezistenta). Cazurile de « flutter » (vibratie excesiva similara cu bataia din aripi a unei pasari) si « aerilon reversal » (situatie de inversare a eleroanelor fata de pozitia normala a ruliului) sunt de asemenea eliminate si, datorita faptului ca Rafale este instabil, elevoanele adauga portanta la intoarcere. Aripile insele sunt « anhedrale » (varfurile sunt lasate in jos fata de pozitia radacinii aripii, precum cele ale Harrier sau F-22), reducand stabilitatea laterala ; acest lucru e necesar datorita fuselajului lat al Rafale si pozitia verticala a aripii. Flapsurile si eleroanele pot fi folosite la imbunatatirea portantei in timpul decolarii si aterizarii.
Foto : studiu ONERA, aripa Delta la 0 grade AoA si AoA inalt ; vortex privit de deasupra si model de avion de vanatoare pentru portanta vortexului.
Canardurile sunt, dupa cum am mentionat, de configuratie « close-coupled » (situate in apropierea aripilor). Acest lucru are beneficiu asupra performantei aerodinamice a aparatului atat in zbor subsonic cat si supersonic cand comparam cu aripa conventionala delta sau configuratia clasica aripa/coada. Unul din motivele acestei alegeri este faptul ca vortexuri mici sunt produse de canarduri ce sunt foarte puternice imediat in spatele canardului insusi, devenind mai slabe progresiv. Acest lucru duce la o tendinta de ridicare a botului, rezultand un aparat instabil din punct de vedere aerodinamic (centrul de portanta este inaintea centrului de masa), ceea ce inseamna si o intoarcere instantanee mai rapida datorita momentului de ridicare (cabrare).
Foto: urme vizibile de “paint ware” in regiunea aerodinamica maximizata; locul unde se combina cele doua vortexuri ale radacinilor canardurilor impreuna cu stratul laminar in expansiune din partea frontala a fuselajului, rezultand energizarea curgerii aerului in jurul fuselajului/jonctiunii cu aripa; acelasi effect este replicat (fara canarduri) si pe partea inferioara.
Mai mult, vorticele create de radacina canardului, pe langa faptul ca insele imbunatatesc portanta aripii in timpul manevrelor, interactioneaza cu vorticele create de LERX (LERX-ul la randul sau creeaza vortice atat din radacina cat si la jonctiunea cu aripa, ajutand atat portanta fuselajului cat si a aripii ; vorticele din varful canardului energizeaza alte parti din aripa si nu interactioneaza cu alte seturi de vortice dar ajuta cu evitarea pierderii portantei la varful aripii si imbunatatesc raspunsul la inputurile eleroanelor) ; aceasta interactiune intre LERX si vorticele radacinii canardului rezulta in vortice ce sunt intarite, adaugand o crestere in Clmax si descresterea unghiului de atac pentru Clmax, prin coborarea efectiva a unghiului de atac al aripii. Aceasta situatie in schimb ar putea rezulta in mai putina portanta la unghiuri de atac foarte mici, dar separarea verticala intre canard si aripa asigura ca acest lucru nu este prezent (un motiv pentru canardurile in sageata ale Gripenului).
Foto : Rafale, un francez « stereo-tipic » : sexy si nespalat. Dar iezista o explicatie ! 🙂
Se stabilizeaza vortexul detasat al aripii, astfel incat rezulta o portanta marita a vortexului si automat o crestere a portantei la unghiuri mari de atac ; portanta vortexului de asemenea incepe mai devreme pentru configuratia canardurilor « close-coupled » decat pentru o aripa delta « pura » (si deoarece canardul nu interactioneaza cu aripa, configuratia canard « long-arm » poate fi considerata delta « pura » pentru scopul acestei explicatii).
Foto: Inca un exemplu de “paint ware” exact unde vortexul radacinii canardului “hraneste” curgerea aerului deasupra aripii in regiunea elevoanelor.
Rezultatul este ca Rafale nu are nevoie sa atinga un unghi de atac pentru Clmax ca in cazul aripii delta « pura », reducand astfel rezistenta indusa de care sufera aparatele cu aripa delta la unghiuri mari de atac ; de asemenea castiga mai multa portanta la Clmax, cu pana la 50%. Centrul de presiune al aripii se muta catre spate in acelasi timp cu cresterea numarului Mach datorita intarzierii pierderei de portanta de catre canard peste panourile exterioare ale aripii si exista o reducere in schimbarea centrului in fazele aerodinamice subsonice-supersonice, ceea ce inseamna ca aparatul ramane instabil chiar la viteze supersonice, in felul acesta imbunatatind performanta la manevrare.
Foto : Rafale prezinta o curgere foarte curata si stabila a aerului in timpul manevrelor cu AoA inalt, mizand in mod deosebit mai mult decat alte designuri pe un nivel bun de control al stratului laminar in jurul structurii, rezultat al optimizarilor de design. Cand incepe sa devina instabil, putem fi siguri ca AoA si G-ul incep sa devina foarte mari…
Toate aceste efecte sunt mai puternice pentru canardurile pozitionate deasupra aripii decat cele pozitionate la acelasi nivel cu aripa; canardurile mobile sunt de asemenea instrumente de crestere a portantei mai bune decat canardurile fixe sau LERX. Vorticele LERX, dincolo de faptul ca ajuta la portanta aripii, cresc si portanta fuselajului la manevre, acest lucru fiind posibil prin configuratia prezenta la Rafale de « blending wing-body ». Alt avantaj este si reducerea momentului de indoire a aripii si greutatea structurala datorata schimbarii incarcaturii aerodinamice distribuite in interior/centru.
Foto: Inca un exemplu de generare a vortexurilor, numarul mare al G-urilor putand fi “guesstimat” dupa felul cum curgerea aerului devine instabila.
Canardurile « close-coupled » ale Rafale permit aparatului sa manevreze in regim « post-stall » (dupa pierderea portantei) prin cresterea coeficientului de portanta maxima (Clmax), facandu-l supermanevrabil.
(Regimul post-stall este orice unghi de atac peste Clmax ; TVC -thrust vector control- nu este necesar pentru manevre post-stall, chiar si aparate precum F-18 pot atinge unghiuri de atac peste Clmax. Unghiul maxim de atac atins de Rafale in timpul testelor este de 100 grade, aratand capabilitati de manevrare post-stall extinse)
Foto : n.t. « este de 100 grade »…tipul asta vorbeste de…maneva « Cobra lui Pugachev » ? J
Acesta este rezultatul interactiunii canard-aripa, cu prezenta canardului eliminand ruperea vortexului aripii. PSM (post-stall maneuver) permite Rafale sa negocieze energia pentru avantaj pozitional in lupta aeriana one-on-one (aceasta insa nu e o idee buna in flight-on-flight sau squadron-on-squadron, daramite in intalniri mai…numeroase). Totodata se permite recuperarea din spirala si superstall; cu alte cuvinte, aparatele cu canarduri close-coupled sunt aproape imposibil de “deranjat” de la zborul controlat (fara atingere a FCS -flight control systems- si probleme mecanice). Avantajul aditional al canardurilor close-coupled este ca vortexurile de la radacina canardului energizeaza curgerea aerului in jurul derivei (“coada” verticala), insemnand ca aceasta ramane eficienta chiar la unghiuri inalte de atac (acelasi efect ce permite suprafetelor de control ale aripii sa ramana eficiente si la unghiuri extreme de atac).
Foto : turbulente ? Asa, si ? Eu mananc turbulente la micul dejun…
Motivul pentru acest lucru este interferenta constructiva intre vortexurile create de canard si cele create de LERX, cu aerul fortat in jos (downwash) de canard ce suprimeaza separarea curgerii de la aripa si vortexul de la spatele (trailing edge) canardului creand o regiune de presiune joasa deasupra suprafetei principale a aripii ; acest efect e foarte pronuntat la Rafale datorita configuratiei canard si regiunea (cu presiune joasa) creeaza o contributie semnificativa a portantei ; de fapt, datorita separatiei verticale a canardului de aripa, portanta vortexului incepe sa apara de la 4,27 grade a AoA (unghiul de atac). Folosind acelasi efect, SAAB Viggen a fost capabil sa genereze cu 65% mai mult Clmax la apropierea de aterizare decat o aripa delta pura ; a reusit sa atinga un mai mare control « trim » (echilibrare a tangajului) decat aripa delta pura « tailess » (precum a modelului Mirage) si sa atinga capabilitati STOL (short take-off and landing). Rafale are avantaj asupra Viggen pentru ca, spre deosebire de acesta, canardurile sale sunt controlabile, permitand un mai bun control al vorticelor si putand decola in 700m cu 4 MICA si rezervorul auxiliar ; distanta minima de decolare este 400m si cea de aterizare de 450m. Cand aterizeaza, atat canardurile si suprafetele de control din spate pot fi folosite la franare si Rafale poate sa-si foloseasca respectivele canarduri pentru franare si in timpul zborului.
Foto : e oficial, iubesc Rafale, toata situatia imi aduce aminte de « nazbatia » aia a mea de « Configuratie Pajura », adica un avion de vanatoare jet de tip…biplan. Adaug aici si zvonurile cu privire la faptul ca responsabilii pentru Typhoon s-ar putea ca in orizontul lui 2020 sa introduca un model cu canardurile plasate mai aproape de aripi (in stilul Rafale), luand locul asa numitelor « strakes ». Daca se va intampla, e clar, iese cu « scandal » J
Gradul inalt de « blending » aripa-fuselaj inseamna ca vorticele, in special cele originand din radacina canardului, permit o marita portanta a fuselajului in timpul manevrelor. Se reduce de asemenea rezistenta in zbor la nivel, imbunatatind distanta/raza de actiune. Vortexurile fac totodata aripa sa raspunda mai bine la inputurile suprafetelor de control, inclusiv ruliul.
Impreuna cu canardurile si LERX, Rafale poate imbunatati portanta la viteze reduse prin folosirea flapsurilor, ce previn separarea curgerii aerului la unghiuri de atac inalte. Combinatia de LERX, canarduri si flapsuri produce de asemena o reducere masiva a rezistentei unghiurilor de atac ale manevrelor tipice, imbunatatind rata de intoarcere sustinuta.
Foto : comparatie simplificata intre SAAB JAS-37 si F-16
Dassault Rafale. Analiza, Partea a II-a
RomaniaTricolor
Sursa principala de analiza si traducere :
Sursa principale de fotografii explicative :
http://rafale.freeforums.org/rafale-vs-f-16-aerodynamics-compared-t96.html
http://www.primeportal.net/hangar/luc_colin4/rafale_b_tlp/
Sursa Rampant Rafale :
http://www.flightglobal.com/news/articles/flight-test-dassault-rafale-rampant-rafale-334383/
Alte surse :
http://rafalenews.blogspot.ro/
http://www.militaryphotos.net/forums/showthread.php?137433-Rafale-News
personal imi place avionul…insa mi se pare cam scump, la fel ca orice fac francezii(de exemplu Leclerc)
Off-topic:
http://adevarul.ro/international/asia/legendarul-general-vietnamez-vo-nguyen-giap-cunoscut-napoleon-rosu-murit-102-ani-1_524f06c3c7b855ff56fd6947/index.html
Un avion cu adevarat multirol: bun, flexibil, dar ar dracului de scump!
Scump dar merita, zic eu. Verifica-ti e-mailul, te rog.
sincer mie mi se pare ca e un Novi Avion cu accent frantuzesc, si la caracteristici seamana
Ar fi un lucru normal (cel putin asa mi se pare mie), ca dupa contractual indian si poate si cel brazilian (puturosii aia se pare ca-l amana prin 2015 ca in 2014 cam pe vremea asta cica au alegeri) Dassault sa riste ca din bimotorul Rafale sa creeze si un monomotor (chiar ca ar fi un „Novi Avion”).
Un fel evolutie inversa fata de Mirage 2000 si apoi 4000 (bimotor)…sincer, la ce piata au avut cu Mirage 2000…trebuie s-o recupereze.
„Rafaelito” asta cu un motoras nu ar avea puterea unui Mirage 2000 sau Gripen, dar cu siguranta s-ar dovedi o solutie ieftina pentru multe tari, mai ales daca ar putea exista situatia de a cumpara pentru anumite necesitati si cateva Rafale bimotor pe langa cateva zeic de monomotoare. Ar exista intre cele doua o comonalitate structurala , piese si componente ale avionicii, motor etc…
Novi Avion a fost proiectat cu ajutorul lui Dassault. As spune mai degrabà cà Novi Avion este un Rafale cu accent sârbesc.
141 milioane de euro, dacà ne luàm dupà ultima propunere a lui Dassault elvetienilor, pentru un târg de 18 Rafale F3.
Canard-urile de la Rafale în mod aerofrânà:
http://i.imgur.com/9MOKCh5.jpg
Astept urmarea ca sa comentez mai mult, dar referitor la „emplanture” (nu stiu dacà în românà este un termen pentru jonctiunea între aripà si fuzelaj), faptul cà suprafetele nu vin în unghi drept (ca la Typhoon) ci printr-o suprafatà tangentà, îmbunàtàteste „discretia” electromagneticà. De asemeni, natura matrerialelor „canardului”, titan pentru bordul de atac si o structurà internà în fagure, plus compozit, totul învelit în esteri de cianat care au o constantà dielectricà aproape de 2, mai micà decât Typhoon-ul si F-22, dar similarà cu F-35. Au un coeficient de reflexie a undelor radar de 10-20%. În plus, stabilizeazà micro-fisurile si împiedicà propagarea umiditàtii. Este însà un învelis mai putin rezistent mecanic si la temperaturà.
http://data3.primeportal.net/hangar/luc_colin4/rafale_b_tlp/images/rafale_b_tlp_038_of_144.jpg
Restul sursei de poze „walkaround” (specificata si in articol in celelate parti): http://www.primeportal.net/hangar/luc_colin4/rafale_b_tlp/index.php?Page=1
Canardurile sunt comandate de servomotoare separate; actioneazà în acelasi sens si cu aceeasi dezbatere. În zbor orizontal ele sunt orientate la 10-15° pentru compensatie de instabilitate. La iesirea trenului de aterizare, sunt orientate automat în plin cabraj dacà motorul este la 75-80%.
Rolul canardurilor la Rafale este în mod principal optimizarea scurgerii pe extradosul planului principal („lipeste” filetele de aer pe aripà, sà actioneze ca ampenaj orizontal mai ales în faze de aterizare si în sfârsit, aerofrânà.
În mod accesoriu, dispozitia lor „ascunde” radarului din unele pozitii prizele de aer.
George, nu am vàzut un Rafale fàcând cobra lui Pugacev, dar trebuie sà aibà un bun control ca sà iasà din situatia asta:
http://www.youtube.com/watch?v=TQTR5OvifIQ
„Au 1er octobre 2013, 122 Rafale avaient été livrés aux forces françaises : 38 Rafale M à la Marine et 84 Rafale B/C à l’armée de l’Air, dont 44 monoplaces et 40 biplaces. Le projet de loi de programmation militaire prévoit d’en livrer 26 supplémentaires entre 2014 et 2019.
Sur 100.000 heures de vol, cinq Rafale ont été perdus, dont quatre dans la Marine. Aucun de ces accidents n’a toutefois été causé par une avarie technique, le facteur humain ayant été prédominant dans tous les cas.”
Deci din cele 5 pierdute (4 la Marina), toate au avut drept cauza factorul uman…
…”risc” si spun…pilotii, ca ii stim pe francezi ce placere au sa se dea in stamba…”razant” (inclusiv intre ei)
Apropos de Cobra lui Pugaciov…Bravo lui, dar in realitate manevra respectiva este doar circ pentru civili, nefiind absolut de nici-un ajutor intr-o infruntare reala, datorita vitezei foarte mici necesare avionului pentru executia manevrei, iar mai apoi respectivul aparat este practic la viteza zero. Ori toata lumea stie ca viteza este efectiv principala caracteristica importanta pt un avion de vanatoare! Viteza si puterea motoarelor. Asa ca asta sa fie necazul Rafale-lul, ca nu face nus ce cobra…
Oricum daca tinem cont de aerodinamica aparatului manevra ii este in mod sigur foarte accesibila.
http://www.youtube.com/watch?v=DQTCDa665S4
Stie multe Rafale asta 🙂
nu se puteau lua cu banii aia de pe 12 F-16 la mana 3, 12 Rafale ? tocmai azi se semna acordu ca sa se cumpere 12 F-16…poate de acum incolo or lua si Rafale..chit ca facem ciorbika…mai trebuie Eurofighter, E/A-18 G Growler, AV-8 M Harrier…pt RO MIL NAVY si ultimu pe lista, cu voia dvs…IAR-99 B SoiM,dar deh, asta e viata…trb sa ne dam bine cu toti maharii lumii…
Cu intraziere (mare) o mica barfa.
Raposatu Marcel Dassailt zicea ca avionele frumoase zboara bine.
Cu multi ani in urma aveam la mine (la servici) un Paris Match unde era si o paza a noului pe atunci Rafale. Si o colgea de serviciu vazband poza avionului „O ce avion frumos! E foarte frumos”
era o teorie a nu stiu cui, cum ca ce e frumos are si o noima functionala, nu mai stiu exact cum era fraza…dracu stie…..sau ce e facut bine automat e frumos….in fine….
design „Francais”, nici cu masinile lor nu mi-e rusine 🙂