Superavioane – Eurofighter Typhoon

George GMT

11 ani ago

This entry is part 5 of 15 in the series Superavioane

Episodul II – Eurofighter Typhoon, analiza Defense Issues-Starstreak, Partea 1

Acest articol este traducerea in mai multe parti a celui publicat in mai 2013 in Defense Issues si Starstreak.

Istoria programului

Typhoon e rezultatul programului pentru satisfacerea cerintelor atat ale Germaniei cat si Regatului Unit. In iulie 1979, experti aerieni din UK, Germania si Italia au initiat studiul European Combat Fighter. In aprilie 1982, designul preliminar al ACA (Agile Combat Aircraft) era cunoscut in linii mari desi designul avea coada dubla si aripa delta de tip « cranked ». In decembrie 1983, Franta si Spania s-au alaturat, dupa sublinierea cerintelor noi pentru un fighter de 9,5 tone, bimotor, « single-seat » cu aripi delta-canard.

Foto : Agile Combat Aircraft

Mai mult de 25000 simulari au fost efectuate, tintind spre ajungerea la solutii optime. Rezultatele au fost :

atacul aerian nu inlocuieste apararea aeriana
doar un aparat cu pilot ofera flexibilitatea necesara pentru un sistem de aparare aeriana
cantitatea nu poate inlocui calitatea
lupta aeriana a viitorului nu este o problema de remiza (n.t. – doar de contrabalansare/neutralizare a capacitatilor inamicului), ci este foarte flexibila; avionica si armamentul nu pot inlocui doar de unele singure performantele superbe de zbor
sunt necesare performanta radar cu raza lunga de detectare, un camp larg de vizualizare si capacitate multi-tinte
LO (n.t. – low observability) in cadrul anumitor raze de manevra este importanta
lupta la distante mici este dominata de manevre de inalta instabilitate, schimbarea rapida a factorilor de incarcare, oportunitati mai scazute de foc si limitari de finalizare a capacitatilor de zbor la viteze mici
aparatele fara pilot nu sunt indeajuns de flexibile si costa foarte mult

Alte cerinte au fost: mentenanta si fiabilitate crescute, un singur loc in carlinga, timp scurt de intoarcere, costuri scazute ale ciclului de viata, 6000 ore de zbor, raza (n.t.– de lupta ?) de 550 km si capacitatea de a decola si ateriza pe piste scurte. Radarul a fost dezvoltat de consortiul Euroradar.

Foto : proiecte germane

Dar au fost cateva puncte de divergenta: in timp ce Luftwaffe prefera o greutate de 8,5 tone, ALA (n.t- Armée de l’Air) prefera un aparat de 9 tone si RAF dorea unul de 11 tone. Ca rezultat, s-au convenit limite de greutate mai mici sau mai mari. Curand, Dassault a obtinut un contract de concepere a unui aparat de lupta cu greutatea minima de 9,25 tone, in timp ce restul consortiului (BAE, MBB, Aeritalia si CASA) s-au axat pe un aparat cu greutatea minima de 9,75 tone. Pana in februarie 1985 ambele concepte au fost prezentate, insa nici unul dintre ele nu a indeplinit cerintele European Staff Target.

Motivul pentru aceste idei divergente cu privire la greutate au fost cerinte diferite : Franta a dorit un aparat multirol care sa poata fi exportat mai usor, in timp ce UK dorea un aparat cu raza mai lunga de actiune, capabil sa atinga campul de lupta din Europa Centrala tocmai din Insulele Britanice, folosind de asemena si un motor englezesc. Mai mult, s-a dovedit imposibila ajungerea la un acord cu privire la exact cine sa conduca proiectul.

Foto: evolutii BAe: P110 (inlocuitorul Jaguar), ACA, EAP.

In august 1985, Franta a decis sa-si urmeze propriul program dupa ce i-a fost refuzata conducerea programului si fiind singura natiune cu cerinte pentru un aparat cu capabilitati de ambarcare/portavion.

In 1986, companiile specializate pe sisteme de armament care luau parte la proiect, au format compania Eurofighter GmbH (n.t.- « societate cu raspundere limitata ») cu management comun si companiile de motorizare au format Eurojet GmbH. In 1987, Sefii de Stat Major ai Fortelor Aeriene apartinand celor 4 state implicate in dezvoltarea aparatului au semnat European Staff Requirement for Development (ERS-D) al European Fighter Aircraft (EFA). Aparatul urma sa fie optimizat pentru lupta aeriana atat in regimuri BVR (n.t- Beyond Visual Range) cat si WVR (n.t.- Within Visual Range), cu capacitati de executare aparare aeriana, superioritate aeriana, contra-atac ofensiv aerian, interdictie aeriana, suport aerian ofensiv, atac maritim si cercetare.

Foto: The Fantastic 4

Designul motorului a fost dezvoltat de Rolls-Royce si Snecma, ambele concepte fiind optimizate pentru propunerile respectivelor tari. Acest lucru s-a dovedit avantajos cand Franta a parasit proiectul pentru a-si dezvolta Rafale, cu capabilitati de ambarcare, folosind motoarele Snecma. Dezvoltarea EFA a continuat cu concentrarea pe scopul originar de misiuni aer-aer.

Contractele de productie au fost impartite astfel: 33% Germaniei cat si Regatului Unit, 21% Italiei si 13% Spaniei. Acest lucru corespundea unui numar de aparate ce trebuiau procurate ; dintr-un total de 760 aparate, UK si Germania trebuiau fiecare sa cumpere 250, Italia 160 si Spania 100.

In 1992, in lumina schimbarii situatiei politice, a avut loc o revizuire. Documentul de cerinte a fost complet reconfirmat, in timp ce industriile implicate au stabilit ca baza de plecare pentru Eurofighter este in continuare cea mai eficienta solutie cu privire la costuri. Totusi, datorita reducerii amenintarilor, numarul de aparate a fost redus de la 720 la 602.

Probleme tehnice au facut imposibil de urmat perioada stabilita initial: primul zbor al prototipului, planificat pentru 1991, a avut loc in aprilie 1994. In februarie 1992, Spania a anuntat ca va cumpara doar 87 aparate in loc de 100 si Germania si-a redus numarul la 140. Datorita reticentei Germaniei, consortiul Eurofighter a efectuat un studiu axat pe reducerea pretului Eurofighter pe unitate. Acesta a fost livrat guvernelor in octombrie, dupa care UK a semnalat intentia de a continua cu programul originar, necesar chiar si singura, sugerand o continuare trilaterala a programului impreuna cu Italia si Spania, dupa care, Germania, de asemenea, a decis sa continue cu proiectul. O mare parte in reducerea fortei au constituit-o taierile bugetare ce au urmat dupa caderea Uniunii Sovietice.

In decembrie 1993 guvernele au decis sa continue proiectul, desi cu modificari la configuratia generala a aparatului; prin urmare, proiectul a fost redenumit “Eurofighter 2000”. In aprilie 1995 s-a semnat memorandumul cu privire la costurile divizate ale redezvoltarii.

Proiectul a fost important in mod special pentru UK si Spania, care –spre deosebie de alte tari- au folosit proiectul pentru a dezvolta tehnologie militara, contrar « modei » curente de adaptare a tehnologiilor devoltate pentru scopuri civile de catre institutia militara.

In 2002, Austria a devenit un partener de achiztie in program si primele aparate au fost livrate Germaniei si Spaniei in 2003, cu Italia receptionand primul Typhoon in 2005. In 2007, Typhoonuri multirol au fost livrate UK si Austriei. In 2006, Arabia Saudita a selectat Typhoon, desi numai dupa fortarea UK de a renunta la investigatia de mita in afacerea de armanent Al Yamamah intre cele doua tari. Primul Typhoon saudit a fost livrat in 2009.

Foto : noi veniti

Structura/cadrul

Eurofighter Typhoon este un design canard-delta « tailless » (n.t.- fara ampenaj orizontal/profundor) cu stabilitate-relaxata, bimotor. Cerintele de design au fost: subsonic, transonic si agilitate supersonica. Instabilitatea aerodinamica are ca rezultat o descrestere a dependentei portanta-« echilibrare »-rezistenta la inaintare.

Cadrul aparatului este realizat prin folosirea generoasa de materiale compozite, titaniu si aliaje aluminiu-litiu (peste 70%) cu scopul de a reduce greutatea. Efectul secundar al acestui lucru il constituie o rezistenta la coroziune mai mare si deci o mentenata mai usoara in medii de umiditate. Totusi, Typhoon nu este potrivit pentru operatiuni de ambarcare/portavion datorita plasarii canardurilor cat si datorita ranforsarilor structurale care ar trebui sa aiba loc pentru ca respectivul cadru sa reziste stresului operatiunilor de acest tip.

Folosirea materialelor compozite, cat si forma generala, au ca rezultat o reducere a RCS-ului (n.t.- Radar Cross Section) frontal. Aparatul foloseste de asemenea echipamente de monitorizare a « sanatatii » structurale cat si de detectare automata a defectiunilor.

Foto : Shhh, be vewy vewy quiet, I’m hunt’n wabbits foxes!

Aripi si canarduri

Canardurile lui Typhoon sunt foarte largi si amplasate in fata pentru a minimaliza interactiunea cu aripa; in esenta, canardurile au aceleasi functii pe care le efectueaza coada la un aparat cu ampenaje orizontale. Pozitia lor are ca rezultat o minima rezistenta indusa la inaintare si echilibrare precum si o minima interactiune cu fantele de aspirare a aerului, care sunt montate sub fuselaj pentru a maximiza curgerea aerului la unghiuri inalte de atac si care sunt caracteristice unui aparat supersonic cu raza lunga de actiune. In timp ce canardurile « close-coupled » (n.t.- precum cele de la Rafale care sunt aproape de aripa) au ca rezultat tipic o crestere a portantei la unghiuri inalte de atac, efectul este irelevant la viteze supersonice. Eurofighter a sustinut chiar ca inaltul nivel de instabilitate ce are ca rezultat avantajul de portanta datorat canardurilor close-coupled, este minor. Ca suprafata de control, canardul « long-arm » este mai eficient decat atat coada cat si canardul close-coupled de marimi similare, deoarece ofera un raspuns de control mai rapid datorita distantei mai lungi de pozitionare fata de aripa si daca unghiul de pierdere a portantei este mai mic decat al aripii, atunci aparatul este eficient la pierderea portantei (n.t.- stall proof). Pentru ca toate pozitiile in afara de « low-and-forward » (n.t.- joasa si in fata) si « high-and-aft » (n.t.- inalta si in spate) au fost considerate dezastruoase din punct de vedere aerodinamic, eventual a fost aleasa pozitia joasa a canardului “long-arm”.

Prin comparatie cu configuratia delta cu coada, configuratia lui Typhoon are avantajul unei suprafete mai mari a aripii (fiind posibila prin neutilizarea suprafetelor cozii orizontale) cat si avantajul faptului ca in timpul intoarcerii, canardul adauga portanta in timp ce coada reduce din portanta totala. Totusi, nu exista nici o interactiune intre canard si aripa si ca urmare, aripa trebuie sa se bazeze doar pe vorticele create de ea insasi in timpul manevrelor high-alpha (n.t- unghi inalt de atac). Voletii bordului de atac al aripii sunt folositi pentru a imbunatati portanta aerodinamica a aripii in timpul manevrelor. Canardurile sunt de asemenea mai eficiente decat coada datorita oferirii unui mai lung «moment arm » (n.t.- distanta perpendiculara de la axa la linia de actiune a fortei), astfel fiind necesara o forta mai mica pentru a obtine acelasi efect. La zbor supersonic, configuratia aleasa detine inca un avantaj prin comparatie cu delta cu coada : pentru ca sufera o relocare mai mica a centrului aerodinamic in concordanta cu numarul Mach, are o redusa echilbrare a rezistentei la inaintare si deci nu exista o interferenta de presiune-portanta ca la aparatele cu ampenaje orizontale clasice. Totusi, canardurile sunt ineficiente ca suprafata de control a ruliului, asa ca aripa trebuie sa fie mai intarita decat in configuratiile delta cu coada.

Foto : english weather

Aripile sunt pozitionate jos pe fuselaj si au o forma normala delta cu unghi de incidenta de 53 grade, varfuri retezate, oferind o suprafata larga a aripii si volum la greutate usoara. Aceasta forma cauzeaza crearea de vortice chiar si la unghiuri de atac relativ joase, crescand portanta disponibila dincolo de cea cauzata de curgerea aerodinamica normala ; ca rezultat, unghiul de pierdere a portantei al aripii delta este mai inalt decat cel uzual chiar si fara dispozitive de portanta marita. Marimea vorticelor creste odata cu unghiul de atac. Totusi, adaugarea de LERX (pentru care este destul spatiu intre bordul de atac al aripii si posteriorul fantelor de admisie…n.t.- LERX=Leading Edge Root eXtention) intareste aceste vortice si creeaza o majora imbunatatire in performanta de intoarcere déjà buna a lui Typhoon.

O alta importanta caracteristica a aripii delta este comportamentul dinamic al rafalei de vortex ; mai bine zis, o aripa delta care se cabreaza (n.t.- ridica) va produce o rafala de vortex ce « intarzie » (n.t.- « lags » in engl.) in spate prin comparatie cu rafala de vortex pentru acelasi unghi de atac in conditii statice ; rezultatul este o rata de intoarcere instantanee mai inalta pentru aripa delta. Cantitatea de « intarziere » creste de asemenea cu cat creste si viteza de cabrare ; rezultatul este ca respectivele conditii de cabrare creeaza o crestere majora a portantei prin comparatie cu conditiile statice. Rezistenta inalta la inaintare, totusi, inseamna ca aripa delta are un raport portanta-rezistenta mai mic decat aripile clasice daca nu cumva este « cuplata » cu dispozitive de portanta inalta precum canarduri close-coupled ce cresc portanta pentru majoritatea AoA (n.t.- Angle of Attack) date, dar acestea sunt absente la Typhoon.

Foto : more english weather

Aripile au dispozitive de portanta inalta in forma voletilor bordului de atac ; acestia pot fi desfasurati sa creasca portanta in timpul decolarii si aterizarii si de asemenea in timpul luptei pentru a preveni separarea curgerii aerului la unghiuri moderate de atac, desi nu este intotdeauna executata datorita rezistentei enorme la inaintare ce o creeaza. Cand sunt desfasurate in timpul manevrelor, ele imbunatatesc si stabilitatea directionala. Cum varfurile aripilor sunt retezate, rezistenta la varf este scazuta la unghiuri mari de atac. Aripa larga reduce efectele aerodinamice ale statiilor de armament greu dar si limiteaza eficacitatea suprafetelor de control ale bordului de fuga. Efectul aditional este cresterea eficacitatii suprafetelor de control in acelasi timp cu cresterea presiunii dinamice, in timp ce la aeronavele cu coada, eficacitatea este redusa odata cu cresterea presiunii dinamice. Aripile sunt de asemenea elastice, capabile « sa se indoaie » in timpul manevrelor cu scopul de a preveni pierderea portantei (n.t.- calaj) la varf. Totusi, faptul ca unele suprafete de control sunt la spatele aripii limiteaza eficacitatea lor la viteze supersonice si chiar aripa delta insasi restrictioneaza manevrabilitatea facand avionul stabil. Aceasta in schimb inseamna ca suprafetele de control din spate nu mai ajuta la portanta, precum intr-un aparat instabil dar reduc portanta efectiva.

Foto : english countryside

Pozitionarea joasa (n.t.- la radacina) a aripii rezulta intr-o performanta de decolare mai buna, o mai buna vizibilitate din carlinga, mai putina rezistenta indusa la inaintare si o mai mica stabilitate laterala prin comparatie cu pozitionarea inalta. Totusi, prin comparatie cu pozitionarea mediana (n.t.- precum la Rafale), rezulta o interferenta mai mare la rezistenta de inaintare. Rezulta de asemenea si 3-8 grade de pozitionare dihedrala (n.t- ridicarea varfurilor aripilor fata de pozitia orizontala a planului aripii) chiar inainte ca sa fie luata in considerarea pozitionarea anhedrala/dihedrala a aripii (n.t.- coborarea varfurilor aripilor fata de pozitia orizontala a planului aripii).

Foto : anhedral/dihedral

Incarcatura pe aripa joasa si o larga cantitate de portanta a vortexurilor rezulta in rate bune de intoarcere instantanee si sustinuta, distanta scurtata de decolare dar si in performante slabe la altitudine joasa, concluzia evidenta fiind ca Typhoon este conceput ca o platforma de superioritate aeriana. Atat aripile cat si canardurile sunt « ascutite » (n.t.- « swept » in engl.) spre spate si concepute ca forma pentru a nu intra in conul undei de soc.

Fuselajul

Pe ambele parti ale fuselajului, Typhoon are « generatori » de vortexuri folositi pentru a crea portanta la unghiuri de atac inalte.

Foto : cutaway

Fantele de admisie sunt bidimensionale si plasate sub coca, similar cu F-16. Acest aranjament are avantajul ca fuselajul serveste ca un intaritor de curgere a aerului, imbunatatind curgerea aerului in motor in timpul manevrelor high-alpha si deci previne pierderea de tractiune. Fantele sunt de asemenea si distantate de fuselaj, prevenind ingerarea stratului de aer laminar turbulent si cu energie scazuta, care ar reduce eficienta motorului. Insa datorita pozitiei lor, sunt subiect al efectelor marite de « side-slip » (n.t.- pozitionare laterala a nasului si spatelui aparatului prin comparatie cu sensul de zbor).

Fantele au “lips” (n.t.- « buze » mobile, similare in functionare cu voletii aripilor) ce sunt folosite pentru a afecta curgerea aerului in ele, imbunatatind aditional ingerarea de aer la unghiuri inalte de atac, cat si ajustarea cantitatii influxului de aer depinzand de viteza la un moment dat, asigurand astfel o performanta optima a motorului la o foarte larga depasire a capacitatilor de zbor. Aceste buze, totusi, adauga compelxitate mecanica. Conductele de aer insele sunt curbate, avand un rol dual : de reducere a RCS-ului frontal cat si cauzarea unor unde de soc pentru a reduce curgerea aerului la viteze subsonica in timpul zborului supersonic –aceasta fiind o componenta esentiala pentru operarea la viteze supersonice. Socul aditional este cauzat de “placa difuzoare” (n.t.- numita si « splitter ») de deasupra fantelor de admisie.

Foto : as adauga si un al treilea rol, similar cu F-16, incorporarea trenului de aterizare.

Cum insa fantele de admisie sunt concepute pentru performanta supersonica, peretii laterali si varfurile buzelor nu sunt suficient de « boante » pentru a intarzia separatia curgerii aerului in mod semnificativ : ca rezultat, pierderile curgerii aerului cresc brusc dupa depasirea unghiului alpha de 30 grade. La 70 grade, pierderile pot fi mari pana chiar la 20%.

Designul carlingei si fuselajului ofera in general o foarte buna vizibilitate pentru pilot, chiar si in spate. Totusi, forma nasului si canardurile largi plasate in fata inseamna ca respectivele capacitati de a privi in jos sunt cumva limitate, facand astfel improbabila existenta unei variante ambarcate pe portavion a Typhoonului.

Foto: rosu=placa difuzoare, albastru=buzele mobile, verde=LERX, galben=strakes, violet=canard.

Exista patru statii semi-conformale pentru rachete BVR; totusi, nu exista alte statii pentru rachete WVR la varfurile aripilor, deoarece varfurile sunt ocupate de subsistemele de ajutor defensiv. In total avem 12 statii de armament capabile sa care rachete, cu statia centrala fiind folosita pentru rezervorul de combustibil.

Deriva

Desi s-a luat in considerare o deriva total-mobila. o deriva standard a fost aleasa pentru a salva greutate in ciuda reducerii puterii de control. In timp ce avionul intoarce (n.t.- termenul original “bank” se refera la unghiul de ruliu din timpul intoarcerii, o traducere mai simpla ar fi « lasarea pe o aripa »), folosind portanta aripilor si nu inputul cozii pentru intoarcere, reducerea in puterea de control a derivei este pur si simplu neinsemnata pentru dogfight. Totusi, deriva este in continuare importanta pentru manevrabilitatea supersonica; ca rezultat, este foarte mare. O deriva prea mare pe verticala poate rezulta in probleme cand are loc ruliul, cauzand aparatul sa intre in sideslip in directia ruliului si sa inceapa “sa spiraleze” (n.t.- vrie) spre pamant; o deriva prea mica poate rezulta in Dutch roll (n.t.- instabilitate oscilatorie formata din giratie si ruliu), care, desi nu e chiar periculos, are totusi ca rezultat scaderera performantelor de zbor

Deriva lui Typhoon este conceputa pentru control directional la Mach 2.

Motoarele

Motoarele sunt de tip turbofan Eurojet EJ-200 si sunt special concepute pentru tractiune inalta si reactii rapide. Ele permit aparatului sa atinga viteza de top de Mach 2 si de asemena supercruise la Mach 1,4 pe « curat » sau Mach 1,2 in configuratia aer-aer. Combinatia de motor puternic, incarcatura mica pe aripa si canarduri long-arm inseamna ca Typhoon e capabil sa decoleze in 700 metri de pista.

Fiecare motor produce 60 kN de tractiune « pe uscat » si 90 kN cu fortaj in setare « pacifista », in timp ce setarea « de razboi » este de 69 kN « pe uscat » si 95 kN cu fortaj. Consumul specific de combustibil este de 21-23 g/kNs « pe uscat » si 47-49 g/kNs in fortaj. Cum Typhoon are 4500 kg de combustibil, acest lucru permite o tractiune in fortaj de 17-18 minute.

Foto : mentenanta EJ-200

Trenul de aterizare

Typhoon foloseste un tren de aterizare triciclu, cu doua roti laterale in spate si una in fata, ce rezulta intr-o distributie mai buna a stresului de aterizare.

Constientizarea situatiei

Carlinga

Carlinga are o forma de bula cu cadru arcuit. Desi cadrul arcuit limiteaza vizibilitatea inainte, lasa emisfera din spate complet neobstructionata. Aceasta forma permite o foarte buna vizibilitate din carlinga, care este cruciala in lupta aeriana.

IRST

Cel mai folositor senzor pentru detectarea unui aparat inamic intr-un mediu de lupta este categoric IRST-ul (n.t.- Infra Red Search and Track). Cum IRST-ul este pasiv, nu poate fi bruiat sau detectat de oponent, oferind un avantaj tactic de neegalat. Imaginea de pe IRST poate fi proiectata atat pe HMS (n.t.- Helmet Mounted Sight) cat si HUD (n.t.- Head Up Display).

Foto: eye in the sky

IRST-ul PIRATE (n.t.- Passive InfraRed Airborne Track Equipment) al lui Typhoon poate detecta un avion de vanatoare subsonic din fata, de la distanta de cel putin 90 km si de la cel putin 145 km din spate. Identificarea poate fi facuta la 40 km ceea ce este putin peste BVR (Toate valorile sunt, totusi, pentru conditii optime).

Numarul maxim de tinte ce pot fi cautate : 200. Camp azimutal : 140 °. Rezolutie angulara, mai buna de 0,05 °, dar 0,0143° dupa unele surse. Impotriva unui aviot de vanatoare i nsuprecruie fara afterburner la Mach 1,7, raza de detectare va fi marita cu 10%, rezultand o raza de 100 km din fata si 165 km din spate. Prin comapratie cu OLS-35, ar trebui sa fie capabil sa detecteze o lansare AMRAAM de la 173 km si la viteza de 4 Mach de la 154 km.

In termeni de profil ai misiunii, este capabil sa execute gasirea si identificarea tintelor, cat si sa permita zborul « la firul ierbii » pe timp de noapte.

Foto : aargh !

Radarul

Radarul current al lui Typhoon este cu puls Doppler scanat mecanic. Dezvoltat ca ECR-90 si redenumit CAPTOR, opereaza in banda X si cantareste 193 kg. Modurile de operare sunt raza lunga aer-aer (BVR), raza scurta vizuala (WVR) si aer-sol. Are abilitate de cautare in timpul scanarii si poate fi subordonat direct HMD (n.t.- Helmet Mounted Display). Raza de detectie impotriva a tintelor de 5 metri patrati este de peste 160 km (n.t.- Captor-E CAESAR: CAPTOR Active Electronically Scanning Array Radar).