… deocamdata in versiunea virtuala si transparenta
Chiar daca este doar rezultatul « timpului liber» al unora dintre inginerii de la INCAS, carora le multumesc pentru bunavointa de a oferi detalii suplimentare, ideea expusa trebuie luata in considerare cu toata seriozitatea.
Microfighterul poate fi un mod de a «elimina» complexitatea tot mai ridicata a aparatelor de lupta din viitorul apropiat, complexitate care impreuna cu materialele tot mai exotice duce in ritm accelerat catre preturi si costuri de exploatare prohibitive, alaturi de o disponibilitate tot mai dificil de obtinut (vezi si studiul RAND din 2008 despre cresterea costului aeronavelor). Deja categoria lui F-35 Lightning II, de generatia a V-a, a dus datorita costurilor la descresterea numerica semnificativa a fortelor aeriene care anterior utilizau F-16 ( F-35 prezinta si o capacitate superioara de lupta) la un raport de 1:2 sau 1:3, ceea ce pentru tari mai mici poate duce la cifre farmaceutice sau incapacitatea de a cumpara si opera aeronave de acest tip, ca sa nu mai vorbim de F-22 Raptor. Si atunci care ar fi alternativele ?
De precizat ca istoricul luptelor aeriene arata ca in majoritatea cazurilor rezultatul a depins in mare masura de cine a observat si a tras primul.
In cazul de fata este vorba de un micro-avion de lupta aproape «stealth», mai exact greu observabil (LO- low observability), bazat pe motorul turbojet Viper 632, ca si ipoteza de plecare a studiului, pe baza careia s-au explorat prin calcul matematic mai multe variante. LO este obtinuta preponderent in RF, partea de mascare IR fiind obtinuta prin mascarea ajutajului in fuselajul posterior.
Motoare reactive: turbojet (zero bypass)
Motorul Viper RR 632-46 este mostenirea programelor aeronautice romanesti. Pacat ca acest turbojet nu a reusit sa evolueze in cadrul programelor noastre de cercetare catre un motor mai usor, mai fiabil cu un consum ceva mai redus si cu o versiune turbofan asociata (similar CF700 al J-85). Motorul Viper 680, cea mai evoluata varianta, aflat in proprietatea intelectuala a italienilor si propus mai demult ca si alternativa de evolutie a IAR-99A, putea furniza o tractiune de aproape 20KN si avea consumul redus cu aproximativ 10-15%, fata de varianta 632.
In aceeasi clasa de tractiune si generatie exista si alternativa J85-GE-13 instalata pe G-91Y, capabila sa furnizeze 18.1kN sec, fiind putin mai compact si mai usor decat RR Viper.
GE-J85 fara postcombustie (CJ-610 in varianta civila), ruda americana a Viper
Noile materiale, imprimarea 3D, reducerea numarului de piese si solutiile de control electronic (inclusiv al fluxului, cu clapeta-actuator in admisie) ar fi putut duce la o evolutie a familiei Viper pe modelul lui J-85, care a beneficiat de un program de intinerire, simplificare si modernizare, program demarat in 2001 si care a costat 600mil.$ vizand 1202 agregate si o potentiala piata de alte cateva mii: Propulsion Modernization Program (PMP) J-85.
.. Adevarat, si J-85 este in curs de retragere, insa aviatia civila si anumite proiecte inca il folosesc.
Fiind un turbojet, capabil de viteze supersonice (cu tractiune specifica mare) fara a folosi postcombustia in schimbul unui consum mai ridicat decat turbofanurile, putem spune ca acest motor a fost oarecum gresit folosit pe aeronave de antrenament subsonice, cum e cazul IAR-99 (din lipsa de alternative la noi) sau Aermacchi MB-339, care au «beneficiat» doar de consumul ridicat si « gauri » de tractiune in regimul de viteze joase. Viper RR si J-85 au fost initial concepute pentru rachete tinta si nu pentru avioane. Comparativ cu motoarele mai noi, turbofan cu factor scazut de dilutie (low-bypass), cum sunt Honeywell TEC F124, FJ44-4 (al Saker S1 si Albatros NG), Honeywell TFE731-5BR-1C si Ivcenko Progress Al-222 capabile si ele de viteze usor supersonice, J-85/Viper RR sunt concepute pentru viteze supersonice pana la Mach 1,8-2,0 sau chiar peste, cu modificarile de rigoare (ex. : Mach 3 cu retrofit pe un motor General Electric J85-21).
Linia Viper RR (vezi si Viper ASV12) si J-85 scalata la dimensiuni mai reduse si tractiuni 3-7kn ar putea da inca alternative interesante pentru rachete de croaziera trans-sonice sau supersonice si alte aplicatii.
In cazul microfighterului romanesc, datorita echiparii cu un singur RR Viper 632 si a solutiei aerodinamice, au rezultat mai multe constrangeri:
- cabina de foarte mici dimensiuni, minimalista, echipata spartan, cu maxim 2 afisaje (fara HUD) si comenzi verbale. Scaunul catapultabil va fi unul ultrausor, din categoria Martin Baker Mk-15;
Mk-15
- radar „pasiv”, fiind preferata o solutie de senzori IR+ matrice de antene pasive (superioare RWR COTS), integrate cu casca simpla, cu marcaj, a pilotului (similar MIG-29: casca ZSh-5 cu vizor Shchel-3UM HMD );
Ruda mai moderna a castii de Mig-29: ZSh-7AP
- spatiu redus pentru restul avionicii si pentru contramasuri (ultimele putand fi integrate optional in spatiul de arme);
- lipsa tunului, in mare parte inutil in genul de angajamente prevazute de structura si aerodinamica microfighter-ului, care va evita angajarea in dogfight;
- arme de mici dimensiuni, ceea ce ii reduce capacitatea de lovire la distante de 20-30km maxim. In fapt este nevoie de rachete concepute special pentru a putea fi carate si lansate de microfighter;
- sarcina utila redusa, de cateva sute de kg ;
Studiu de forma a rachetei « speciale » multirol a microfighterului
- raza mica de actiune data de lipsa rezervoarelor in aripi, aripi care au fost simplificate pentru fabricatie usoara si finete aerodinamica superioara;
- tren de aterizare simplu si fara ranforsari speciale, necesare pistelor sumar amenajate;
- viteza de aterizare/decolare relativ ridicata;
- manevrabilitate redusa (nu neaparat esentiala in majoritatea luptelor aeriene folosind rachete cu manevrabilitate superioara si semnatura redusa);
- capacitatea redusa de operare la altitudini mari, in lipsa unor prize de aer variabile, ceea ce ar face dificile anumite misiuni de aparare aeriana. Din cauza acelorasi prize fixe, viteza maxima ar putea fi limitata la Mach 1,5, chiar daca motorul si aerodinamica sunt capabile de mai mult;
Studiul prezentat este o evolutie a unui concept pe parcursul catorva ani, prin modelizari matematice succesive (calcule de anvelopa de zbor motoare + parametrizari suprafete aripi) si trebuie vazut ca un demonstrator, o propunere pentru cautarea unor eventuali interesati, care apoi ar putea evolua in functie de cerintele potentialilor clienti.
Abia apoi se poate vorbi cu adevarat despre echiparea unui mini-supersonic, ale carui dimensiuni nu sunt prezentate in cadrul studiului in maniera exacta, ci doar comparativ cu F-5 Tiger:
Comparatie dimensiuni microfighter cu alt purtator de 2xJ-85: F-5 Tiger
Forma finala aleasa aminteste destul de mult de conceptul civil supersonic Saker S1, exceptand faptul ca ultimul este bimotor, care, surpriza, avand 2 motoare Williams FJ44-4 fara postcombustie este capabil de regim supersonic, adica supercroaziera:
Tot referitor la forma, daca se doreste micsorarea semnaturii radar si nu se prevede manevrabilitate deosebita, s-ar putea muta prizele de aer deasupra aripii si spre in spate (pe concept L-39 Albatros sau chiar Bird of Prey), dublata de un profil DSI similar cu cel folosit pe F-35, profil care ar imbunatati fluxul de aer si ar reduce costurile. Prizele astfel plasate l-ar face si mai putin expus la ingerarea de corpuri straine atat in zbor dar mai ales la decolare/aterizare, extinzand gama “pistelor” pe care poate opera. Neajunsul major in acest caz este penalizarea fluxului de aer in anumite situatii, cum ar fi sarcinile pozitive, ceea ce ar duce la pierderi de tractiune.
Rolul unui astfel de aparat de lupta, datorita razei relativ scurte de actiune, impuse de turbojet, ar putea fi dedicat/specializat, lovituri tactice de precizie cu munitii de mica capacitate impotriva unor tinte de valoare aflate la mica adancime fata de front (pentru « afanarea » apararii inamice ), aparare AA, sau un mix intre cele doua, cu preponderenta uneia sau alteia. O astfel de aeronava ar putea lucra in integrat si discret cu F-35/AWACS, retea de radare folosind partajul datelor (« data-sharing ») in timp real, pentru a compensa macar partial raza mica de actiune a propriilor senzori si arme. In rolul de aparare aeriana ar putea fi distribuit in mult mai multe locatii, aproape de front, si mult mai disponibil decat F-35, putand sa neutralizeze rapid si tacut incursiuni inamice, sau sa ofere sprijin tactic unitatilor terestre sau navale, inclusiv prin bruiaj electronic.
Aeronava nu este conceputa pentru lupta aeriana acrobatica, datorita optimizarii pentru viteza. In plus, microfighterul nu are tun iar rachetele aer-aer de noua generatie pot lovi inclusiv tinte aflate in spatele aeronavei.
Practic ar decola si, folosind regimul supersonic, ar lovi rapid, punctual si (de dorit) nedectat amenintarile fara a se expune prea mult, pentru a se intoarce apoi la baza, avand disponibilitate redusa de « loitering », rolul de patrulare-supraveghere fiind preluat de UAV-uri/ AWACS sau alti senzori. Ca si exercitiu de calcul simplist, presupunand o viteza de 1500km/h, micro-fighterul ar putea interveni in 10 minute la distante de pana la 250km de pista de decolare. Pentru decolari ultra-scurte de pe sosele sau piste sumar amenajate ar putea folosi boostere largabile – J/RATO (flacara acestora fiind insa usor detectabila de senzorii IRST inamici), aterizarea fiind mai usor de realizat dupa consumarea combustibilului, posibil de ajutat cu parasuta si/sau frane aerodinamice (ultima fiind solutia mai complexa).
Inceputurile… primele schite ale microfighter-ului,
In rol de atac ar putea « netezi » calea pentru incursiunile unui avion de atac din categoria F-35, neutralizand primele amenintari (cu rachete anti-radar sau ghidate laser/IR/optic) sau bruindu-le (cu un container de bruiaj si tinte false), sau escortand carausul de bombe pe prima parte a parcursului.
Am observat ca aeronave de mici dimensiuni, cum e cazul si al MIG-21, desi nu sunt „stealth”, sunt greu detectabile de radarul unor aeronave performante, cum e cazul F-15, acestea avand surprize in anumite simulari de lupta. In fapt, scaderea dimensiunilor intr-un anumit raport si folosirea unor materiale nemetalice ar putea amplifica efectul, astfel ca aeronave de acest tip ar fi greu de detectat si incadrat de senzorii aeronavelor de lupta si ai rachetelor aer-aer la distante mai mari de 10-15 km. In consecinta, in anumite conditii, mica aeronava ar putea detecta pasiv sau in retea si lansa rachete inainte de a fi detectata de inamic. Dimensiunile estimate pentru un microfighter sunt de ordinul: lungime 12m, anvergura 5m, inaltime 2m. Acestea pot varia in functie de solutia aleasa.
Atat in cazul Viper, dar mai ales al J-85, exista si optiunea unor motorizari mai compacte care furnizeaza 11-13kN tractiune fiecare (un echivalent sovietic ar fi Ru-19A 300, de 9kN, dar cu o masa cam mare), la o masa doar usor superioara, ceea ce ar permite in cazul variantei bimotor o usoara crestere a dimensiunilor, ramanand insa sub cele ale lui F-5 Tiger. Un exemplu este Viper ASV12, de 12kN, (1,6m lungime si un diametru de 0,6m cantareste 249kg, cu 1/3 mai usor fata de cele 372kg ale lui RR632 si are un consum de 1.09 lb/hr), sau si mai micul ASV.7/R de doar 11kN iar un altul este familia J85-GE-7 (10,9 kN)/ J85-CAN-40 (11,8kN) / CJ610 (12,7 kN la 180kg, L= 1,15m, D=0,45m, consum 0.96 lb/hr)) – ceva mai promitator decat Viper. Apropos, un CJ-610 folosit costa spre 20.000$ (urcand spre 90k$, folosite mai putin de 1000 de ore) iar un J85-GE-7 stocat incepe licitatia la 6000$. Practic avem acces si la motoare civile, mai ieftine si mai compacte.
Iata si tabela caracteristicilor aproximative ale potentialilor candidati la motorizarea microfighter-ului, extrasa dintr-un articol mai vechi, cu cateva modificari:
| Tip
motor |
RR Viper 680-43 | GE J85-GE-21B | Honeywell F124/5-
GA-200 |
RR/Turb. Adour Mk106 | Ivchenko-Progress AI-222 | FJ44-4 | Lotarev DV-2 |
| Lungime | 1,963m | 1,30m | 1,7m | 2,90 m | 1,960m | 1,742m | 1,72 m |
| Diametru | 737mm | 450mm | 910mm | 570mm | 640mm | 640mm | 820/640mm |
| Masa | 376 kg | 190kg | 536 kg | 809kg | 440 kg | 295 kg | 439kg |
| Putere | 19,39 kN | 15,5kN | 28kN | 27 kN | 24,7 kN | 16kN | 21,57kN |
| Postcomb | N.A. | 22,2kN | 44kN | 37,5 kN | 41.2 kN. | N.A. | NA |
| Raport presiune | 4.3:1 | 8.3 | 19:4:1 | 10:4 | 15.43:1 | 1.4 | |
| Dilutie | 0.472:1 | ||||||
| Consum | 0.9 lb/(lbf·h) | 0.97 lb/(lbf·h) | 0.81 lb/lbf-hr | 0.64 kg/kgf-hr | 0,7 (lb/hr/lbf) | 0.593lb/hr/lbf | |
| Aeronava | MB 339B | F-5 Tiger2 | M346 | Sepecat Jaguar,Hawk,
T-45, Mits. F-1 |
YAK-130, Hongdu L-15 | Saker S1, Albatros NG, | L-59 Super Albatros |
Solutia bimotorului ar permite eliminarea macar a unei parti a restrictiilor de mai sus, astfel ca in schimbul unei cresteri a costului de operare (un maxim de +40% fata de IAR-99) si insesizabil a amprentei vizuale si radar, aparatul ar beneficia de solutii de avionica mai complexa si standardizata, la fel ca si sistemele de arme – posibil la fel de ieftine ca si cele create dedicat pe calapodul microfighter-ului, si care ar furniza solutii de lovire la distante cel putin duble. Structura ar dispune si de un plus de putere pentru situatii de lupta sau decolari/aterizari, precum si pentru anumite ranforsari.
Un bimotor ar avea si alte avantaje: semnatura optica/IR/radar mai redusa prin folosirea a doua ajutaje mai mici si posibilitate aunei varietati de aranjamente in fuselaj, redundanta si supravietuire in cazul incapacitarii unuia dintre motoare, cala mai generoasa, spatiu posibil intre gondolele motoarelor.
In functie de consum, care penalizeaza serios raza de actiune – date care nu sunt pe moment disponibile – o alternativa care insa afecteaza grosimea aripii si semnatura radar ar putea fi revenirea la rezervoare in aripi, asociata cu o aripa de tip delta, fara a modifica anvergura, rezultand forma initiala prevazuta in proiect (vezi design 2016). Aripa delta ar avea si avantajul unei portante si manevrabilitati marite dar si a unei stabilitati mai bune atat la viteze joase (coborand viteza minima, utila si la aterizare/decolare) cat si in regim supersonic. Posibil ca abandonarea acestei solutii a avut legatura si cu alte criterii, care ar putea explica solutia actuala.
Revenind la sistemele de arme, rachetele folosite de microfighterul prezentat vor fi in principal cu cap IR pasiv (la fel ca si sistemele aeronavei, cu emisii EM aproape inexistente), fara variante ghidate radar au laser, ideea de baza pentru dimensiuni si masa fiind vectorul cal.122mm (masa 70kg, lungime 3m, cap de lupta peste 5kg), care va beneficia si de duze in zona motorului pentru manevrabilitate crescuta. La categoria « musca », in limita de jos a eficientei in lupta aer-aer, ar putea intra si R-60 (AA-8 Aphid), sau o evolutie contemporana a sa, iar la limita superioara ar fi AIM-9 Sidewinder si Iris/T. La categoria bombe, ideea ar fi un SDB pe tiparul de mai sus, cu componenta de lupta majorata in detrimentul motorului racheta, functia principala fiind « schilodirea » capacitatilor de lupta ale inamicului.
Modelizarea cu magazia de arme, varianta de lucru
In cazul usoarei cresteri a dimensiunilor micro-fighterului in varianta bimotor, s-ar putea lua in considerare pe langa certitudinea incadrarii in criteriile de masa si dimensiuni ale rachetelor pomenite mai sus, in cazul monomotorului deja modelizat, ca fiind la limita, posibilitatea integrarii unor vectori superiori, apropiati de cal. 160mm, lungime de peste 3 metri si incarcatura de lupta de peste 10kg, rezultand si o raza de actiune de 25-40km: Mica, Python si Asraam.
Pe aripi nu vor exista piloni de prindere, care necesita ranforsare si cresc semnatura radar si masa, solutia preferata fiind cea semicarenata sau magazii mici de arme, cu operare cat de cat simpla.
Incheiem cu o mica paranteza, care ar avea legatura si cu IAR-99… mai degraba cu urmasul acestuia: nimeni nu a luat in considerare motorul turbofan derivat din J-85 – CF700, ideal pentru regimul subsonic. Pentru o lungime de 1,918m, un diametru de 838mm si o masa de 333kg, acesta furnizeaza o tractiune 18,68kN la un consum de doar 0.67 lb/lbf·hr. Aceasta ofera o solutie duala, turbojet/turbofan, pe aceeasi arhitectura, cu adaugarea unui kit-uri de conversie: un ventilator antrenat de o turbina separata.
CF700 – Sursa: aircraftenginedesign.com
Le uram mult noroc si viziune celor de la INCAS, pentru a putea transpune conceptul in produs viabil!
Marius Zgureanu
Surse (pg. 179):
http://www.afahc.ro/afases/volum_afases_2017_I.pdf
Citeste si:
https://www.rumaniamilitary.ro/supercroaziera-solutie-aplicabila