Nešto o avionima za vertikalno poletanje i sletanje

Samim tim mora se sa vojnog gledišta postaviti prvorazredno pitanje: kakav treba da bude vrhunski borbeni avion da bi mogao dejstvovati pod uslovima široke rastresitosti, kada će mu stajati na raspolaganju veoma mali konfor, tj. nepripremljen teren kao PSS, nedovoljno rezervnih delova, alata, uređaja, ljudstva i slično. Već je sada u načelu jasno da to mora biti avion za ultrakratko ili vertikalno poletanje i sletanje, sa izuzetno prostom konstrukcijom a istovremeno visokih performansi.

Na osnovu dosadašnjeg tempa u napretku vazduhoplovne tehnike može se sa dovoljnom sigurnošću reći da će taj problem biti rešen u toku narednih desetak godina.

Pogledamo li, na primer, samo mlazne motore, tada ćemo odmah uočiti da se u toj oblasti otišlo zaista daleko. Naime, danas se potpuno normalnim smatra kada je odnos potiska motora prema vlastitoj težini 4:1, dok već postoji dosta veliki broj motora kod kojih je taj odnos i do 10:1. Motor Rolls-Royce RB-163 ima čak i 16:1. Pre jedne decenije vrhunski mlazni motori su imali taj odnos oko 2:1. Pošto je odnos potiska prema težini motora jedan od pokazatelja stepena savršenstva konstruktivnog rešenja mlaznog motora i procesa u unutrašnjosti motora, a on kao što se vidi i dalje evoluira, to su sasvim realni izgledi da će avioni za ultrakratko i vertikalno poletanje uspešno prebroditi fazu eksperimentisanja i uvrstiti se u borbene avione sa odgovarajućom opremom, naoružanjem i gorivom.

Takođe je i u pogledu stabilnosti aviona pri lebdenju i malim brzinama dosta rađeno, a već postignuti rezultati sa eksperimentalnim VTOL avionima, na primer, Short SC. 1 su prilično zadovoljavajući.

Ogroman publicitet koji se daje na stranicama vazduhoplovne štampe o ovim i njima sličnim problemima, rečito govori o tome da se intenzivno radi na njima i da postoji interes za njihovo rešenje. Za razliku od ostalih VTOL aviona »P-1127« je prvi avion za vertikalno poletanje i sletanje koji je od samog početka zamišljen i razvijan isključivo kao borbeni avion visokih performansi. Pošto je on interesantan zbog jednostavnosti i logičnosti zamisli, to zaslužuje pažnju da se u jednom kratkom osvrtu opišu njegove bitne karakteristike.

Avion »P. 1127« je proizvod engleske firme Hawker. Osnovne dimenzije aviona su sledeće: dužina 12,5 m, razmah krila 7,4 m a visina 3,1 m. Ukupna težina aviona pri vertikalnom poletanju iznosi oko 6.800 kg, dok bi pri kratkom poletanju mogao imati blizu 8.000 kg. U pogledu performansi trebalo bi da se izjednači sa avionom Hawker Hunter i da postigne maksimalnu brzinu u horizontalnom letu od 0,93-0,95 Maha, a u obrušavanju da pređe brzinu od 1 Maha. Avion je jednosed, visokokrilac dobre vidljivosti unapred i nadole. Jedan jedini turbomlazni motor BS. 53 tipa turbofan, tj. sa duvaljkom (ventilatorom), ugrađen je u trup i razvija potisak nešto veći od 7.000 kg. Stajni trap aviona »P. 1127« se sastoji iz četiri glavna elementa i to od po jedne glavne i nosne noge i dva balansera, tako da se pri klasičnom poletanju voženje vrši po jednom tragu točkova. Za stabilizaciju aviona oko poprečne i uzdužne ose pri vertikalnom poletanju i sletanju upotrebljava se komprimovani vazduh čiji se izvodi nalaze na ekstremitetima krila i trupa. Po svim ostalim detaljima avion se ne razlikuje znatno od uobičajenih rešenja za kategoriju borbenog jednoseda.

Slika 1 - Avion za vertikalno poletanje i sletanje »Hawker P. 1127«
1 - Izvodna cev komprimiranog vazduha koja služi za stabilizaciju aviona oko poprečne ose; 2 - Poklopac kabine; 3 - Usisnik vazduha za motor; 4 - Obloga prednje obrtne izduvne cevi; 5 - Prednja obrtna izduvna cev; 6 - Zadnja obrtna izduvna cev; 7 - Izduvna cev komprimiranog vazduha koja služi za stabilizaciju aviona oko poprečne ose; 8 - Balanser; 9 - Izvodna cev komprimiranog vazduha koja služi za stabilizaciju aviona oko uzdužne ose; 10 - Prednja i glavna noga stajnog trapa

Turbomlazni motor BS. 53 je proizvod dobro poznate engleske firme Bristol Siddeley i on nosi naziv Pegasus. Karakteriše se duplim protokom (duble flux), pa prema tome i sklopovima niskog i visokog pritiska. Kompresor sklopa niskog pritiska je dvostepena duvaljka predviđen da šalje deo hladnog vazduha u kompresor visokog pritiska a deo u dve bočne izduvne cevi, postavljene na prednjem delu motora. Deo vazduha, koji dolazi u kompresor visokog pritiska, prolazi kroz njega i odlazi u prstenasto raspoređene plamene cevi gde učestvuje u procesu sagorevanja. Sagoreli gasovi zatim prolaze kroz turbinski deo i napuštaju motor kroz dve bočne izduvne cevi, postavljene na zadnjem delu motora. Sve četiri izduvne cevi se mogu orijentisati u bilo koji smer i to: dole - za vertikalno poletanje, nazad - za horizontalni let, napred - kao i sve ostale smerove između nabrojanih. za kočenje u letu.

Iz ovoga se vidi da rezultanta potiska motora može biti upravljena u željeni smer, što je bitan uslov za ostvarenje ultrakratkog ili vertikalnog poletanja. Prema dr Hookeru, tehničkom direktoru aeronautičkog odseka firme Bristol Siddeley, ovakva koncepcija motora ima sledeća preimućstva nad ostalim slične namene:

• mogućnost ugrađivanja na avion na klasičan način a da pri tom potisak motora pri vertikalnom poletanju prolazi kroz težište aviona,

• mogućnost usmeravanja izduvnog sistema, tj. cevi, unazad ako se ukaže potreba za klasičnim poletanjem, kao i prilikom paljenja i probe motora i voženja aviona čime se otklanja mogućnost uvlačenja prašine i ostalih čestica u motor i sprečava oštećenje PSS, koje može nastati usled erozioznog dejstva vrućih gasova.

Prilikom kratkog poletanja, na primer, manjeg od 200 m, avion može da vrši zalet sa izduvnim cevima usmerenim unazad, a zatim da ih usmeri za 30°naniže, čime se postiže to da vertikalna komponenta potiska motora iznosi 87% a horizontalna 50% od ukupnog potiska. Taj način poletanja mogao bi da posluži za sprečavanje usisavanja prašine i ostalih materijalnih čestica u motor kroz usisnik vazduha.

Pri vertikalnom poletanju motor se može dovesti do odgovarajuće snage sa izduvnim cevima usmerenim horizontalno a odmah nakon toga postaviti vertikalno naniže. Cilj ovog postupka je takođe smanjenje rizika od upadanja stranih predmeta u unutrašnjost motora.

Činjenica da se jednim motorom ostvaruje vertikalno poletanje i horizontalni let olakšava rešavanje problema oko njegovog održavanja, što je naročito važno pri rastresitom rasporedu aviona.

Pošto je motor BS. 53 sa duplim protokom, to su mu brzina i temperatura izduvnih gasova niže nego kod običnih mlaznih motora, usled čega je manja erozija zemljišta.

Kao što se vidi, ovaj motor ima očigledna preimućstva u odnosu na konvencionalne mlazne motore. Svakako da je značajan odnos njegovog potiska prema težini koji iznosi 7:1 kao i relativno mala specifična potrošnja goriva za vreme poletanja i krstarenja koja se postiže zahvaljujući primeni duplog protoka. Glavni nedostatak motora BS. 53 jeste u tome što je dosta glomazan u odnosu na savremene motore za vertikalno poletanje i sletanje, te je potreban dosta veliki prostor za njegov smeštaj. Sem toga, za sada još nije rešeno pitanje lakog pristupa motoru za održavanje i opravke. Naime, motor se može izvući samo kroz gornju stranu trupa i to posle skidanja obrtnih izduvnih cevi. Ovaj nedostatak bi se mogao naročito odraziti kada se avion bude koristio u poljskim uslovima, tj. bez dovoljno sredstava.

Pošto je čitav centralni deo trupa upotrebljen za smeštaj motora, to je otpala mogućnost da se na tom predelu ugrade glavne noge stajnog trapa, što je u najvećoj meri uticalo na konstrukciju i razmeštaj stajnog trapa. Pored toga, mlazevi izduvnih gasova iz motora su ograničili izbor u pogledu razmeštaja stajnih organa, jer se moralo voditi računa o efikasnosti ovih mlazeva kao i o šteti koju bi mogli naneti gumama točkova usled njihove relativno visoke temperature. I najzad za smeštaj glavnih nogu stajnog trapa nisu mogla biti upotrebljena ni krila jer su ona veoma tanka.

Slika 2 - Uzdužni presek motora BS. 53:
1 - Nepokretne usmeravajuće lopatice; 2 - Prvi stepen duvaljke (ventilatora); 3 - Drugi stepen duvaljke (ventilatora); 4 - Prednje ležište unutrašnje osovine; 5 - Priključak za pogon agregata; 6 - Prednje ležište spoljne osovine; 7 - Prirubnica obrtne izduvne cevi (za hladan vazduh); 8 - Prstenasto ležište obrtne izduvne cevi; 9 - Kompresor visokog pritiska; 10 - Prstenasta komora za sagorevanje sastavljena iz plamenih cevi; 11 - Jednostepena turbina visokog pritiska; 12 - Zadnje ležište spoljne osovine; 13 - Dvostepena turbina niskog pritiska; 14 - Zadnje ležište unutrašnje osovine; 15 - Prirubnica izduvne cevi (za vruće gasove); 16 Prstenasto ležište obrtne izduvne cevi.

S obzirom na skučeni raspoloživi prostor glavna noga stajnog trapa je izvedena sa udvojenim točkovima i smeštena u zadnji deo trupa, nešto malo iza motora u ravni simetrije aviona i zauzima srednji položaj između dva vruća izduvna mlaza motora. Nosna noga je smeštena na prednjem delu trupa. Glavna i prednja noga se mogu uvući u trup a raspodela statičkog opterećenja između njih se vrši u odnosu 3:1, što avionu pruža mogućnost da sleće potpuno normalno kao i svi klasični avioni sa stajnim trapom tipa tricikl. Stajni trap na avionu »P. 1127« je tipa tandem zbog čega se promena pravca prilikom voženja aviona na malim brzinama (zbog slabe efikasnosti kormila) mora vršiti komandovanjem nosnog točka. S obzirom da oko 25% od ukupne težine aviona otpada na nosnu nogu, to je ovo dovoljno za efikasno kočenje na mokrim površinama.

Na oba kraja krila smešten je po jedan balanser sa omanjim točkom na kraju, da bi u početnoj fazi poletanja i završnoj fazi sletanja kao i prilikom voženja parirali eventualno ljuljanje aviona oko njegove uzdužne ose. Balanseri vrše analognu funkciju kao i baloneti kod hidroaviona i mogu se po potrebi uvući, odnosno postaviti u ravan krila da bi se smanjio njihov parazitski otpor.

Stabilizacija aviona za vertikalno poletanje i sletanje je dosta složen problem. Eksperimenti sa izvesnim avionima (na primer, Short SC. 1) su pokazali da se problem ne sastoji u obezbeđenju stabilizacije u toku samog lebdenja, jer se to može relativno lako rešiti, već u postizanju dovoljne stabilizacije i upravljivosti u periodu prelaska od lebdenja do normalnog leta. Drugim rečima, potrebno je uspešno preći sa veštačke na aerodinamičku stabilizaciju.

Ova oblast stabilizacije još nije dovoljno istražena što potvrđuju udesi eksperimentalnih aviona tipa »Leteći krevet« (Lit-cage volant) čiji je uzrok bio posredno ili neposredno povezan sa tehnikom pilotiranja. Takođe nije rasvetljeno više udesa drugih aviona za vertikalno poletanje i sletanje, među kojima i katastrofa eksperimentalnih aviona »P. 1127« 14. decembra 1961. godine.

Problem stabilizacije na avionu »P. 1127« rešava se putem reaktivnog dejstva komprimovanog vazduha koji deluje sa ekstremnih tačaka aviona i to nosa, repa i krajnjih tačaka krila. Naime, sam motor isporučuje velike količine komprimovanog vazduha koji se pomoću cevi odvodi na navedene ekstremne tačke aviona. Raspodela ovog vazduha ne vrši se prostim komandovanjem pilota već auto-pilotom pomoću odgovarajućih servo-mehanizama i električnih žiroskopa.

Uslovi vertikalnog poletanja i sletanja mogu se svesti uglavnom na sledeće:

• potisak motora mora biti veći od ukupne težine aviona,

• napadna tačka sile potiska motora mora uvek prolaziti kroz težište aviona,

• avion mora raspolagati sredstvima za obezbeđenje kontrole pravca potiska kako pri vertikalnom poletanju, prelasku iz lebdenja (V=O) u normalni let tako i pri samom normalnom letu,

• avion mora raspolagati sredstvima za obezbeđenje njegove stabilizacije oko poprečne i uzdužne ose u prelaznom periodu, tj. počev od trenutka kada je brzina ravna nuli pa do neke određene brzine leta pri kojoj postoji potpuna aerodinamička kontrola.

Svakako da je najdelikatnija faza poletanja prelazak sa uzgona dobijenog veštačkim putem, tj. pomoću potiska motora i aerodinamičkog uzgona koji je posledica strujanja vazduha, te se u tom smislu vrše najopsežnija istraživanja.

Ako motor raspolaže vertikalnim potiskom koji je za oko 20% veći od ukupne težine aviona tada je i praktično osigurano vertikalno poletanje. Međutim, pri normalnom letu, na primer, u krstarenju avion nema potrebe da poseduje tako veliki potisak iz čega proizilazi da je njegov motor »predimenzionisan« odnosno neiskorišćen, i da usled toga predstavlja izvestan balast. U ovome i jeste suštinski nedostatak do sada izvedenih aviona za vertikalno poletanje i sletanje i on predstavlja dosta skupo plaćenu cenu za mogućnost vertikalnog poletanja i sletanja. Ovo će biti potpuno jasno ako se uoči da se za vertikalno poletanje maksimalno forsira motor, dok to nije moguće bez rizika raditi, na primer, tokom dugotrajnog krstarenja.

Ako se postavlja pitanje izbora motora za borbeni avion koji treba i da vertikalno poleće, tada se posebno mora razmatrati njegova uloga u vertikalnom poletanju a posebno pri krstarenju. Rešenje će biti ili dva različita motora, specijalno poboljšana za svaku funkciju, ili jedan motor koji će biti kompromis za obe funkcije.

Prva solucija sa gledišta performansi izgleda prihvatljivija jer za dovoljno veliki radijus dejstva, pri režimu krstarenja, ukupna težina oba motora (jednog za vertikalno poletanje, drugog za horizontalni let) sa neophodnim gorivom, mogla bi da bude manja od jednog motora za obe funkcije dodajući odgovarajuće gorivo. Međutim, ova prednost u pogledu radijusa dejstva postaje manje bitna ako se uzme u obzir znatno veća složenost konstrukcije aviona sa dva različita motora.

To je izgleda bilo odlučujuće pri projektovanju aviona »P. 1127« jer se dao prioritet jednostavnosti (jedan motor) a ne radijusu dejstva. Ovakvo rešenje je u potpunom skladu sa shvatanjem da se budući avioni neće moći naslanjati na uobičajeni uređeni aerodrom, već će dejstvovati sa minimalnih terena tako reći strnjišta. Da bi se, pak, uticalo na povećanje radijusa dejstva, za avion »P. 1127« je izabran motor koji ima dupli protok. Odnos hladnog prema vrućem protoku (by-pass ratio) kod motora BS. 53 je izrazito veliki i iznosi 1,6:1. Pošto je specifična potrošnja goriva kod dvoprotočnih motora uopšte manja nego kod običnih mlaznih motora, to je i njihova ekonomičnost veća a sledstveno tome i radijus dejstva.

Radi ilustracije o specifičnoj potrošnji navodi se podatak da ona kod motora BS. 53 iznosi svega oko 0,65 kg/kg/č, dok je kod običnih mlaznih motora oko 1 kg/kg/č.
Avion »P. 1127« snabdeven navedenim motorom, može vertikalno poletati, ali ako mu dozvoljava teren on može vršiti i ultrakratka, kratka i normalna poletanja, a samim tim nositi sve veći i veći koristan teret. Ova gipkost upotrebe uprošćava realizaciju aviona za vertikalno poletanje i sletanje i čini mnogo prostijom obuku pilota.

Ako se sveobuhvatnije posmatraju dostignuća vazduhoplovne tehnike, uključujući tu i projektile, možda bi se moglo doći do zaključka da avioni za vertikalno poletanje i sletanje ne mogu odigrati bogzna kakvu odlučujuću ulogu u jednom savremenom ratnom sukobu opštih razmera. Međutim, intenzivne investicije i eksperimenti u cilju osposobljavanja aviona za vertikalno poletanje i sletanje kao da negiraju gornju postavku.