Teljes cikk - 2017. december

Harcias kólásüveg

Egy kis aerodinamika

Kővári László

Az amerikai Northrop F-5-ös már régen nem számít a legkorszerűbb típusnak, de a világ számos országában üzemelnek ez ideig eredeti vagy modernizált változatai. Utóbbiak a negyedik generációs harci gépekkel összevethető fedélzeti elektronikával és fegyverzettel még hosszú időn át képesek ellátni feladataikat, ráadásul nagyon kedvező üzemeltetési költségek mellett. Ha még Svájc is üzemben tartja az F-5-öst, akkor ez jelent valamit.

Amikor felülről rápillantunk a típusra, önkéntelenül is a gyengébb, nem esztétikus formájára asszociálunk, hiszen a szárny vonalában a törzs beszűkül, hasonlóképpen, ahogy egy karcsú női test. Ez azonban nem a repülőgép-konstruktőr természetes vonzalma, hanem nagyon is racionális aerodinamikai okok miatt alakult így. A kólásüveghez hasonló forma az úgynevezett területszabály miatt szükséges, ami csökkenti a légellenállást, főként a hangsebesség körüli tartományban.

Mint annyi más repüléstechnikai fejlesztésnek, ennek a gyökerei is a második világháborús német tervezőirodákhoz nyúlnak vissza. A Junkers már 1943-ban létesített egy olyan szélcsatornát, amely alkalmas volt a hangsebesség körüli áramlási viszonyok tanulmányozására. Az ott dolgozó Otto Frenzl volt az első, aki rájött arra, hogy a repülőgépek légellenállásának csökkentése érdekében a szárny vonalában redukálni kellene a törzs keresztmetszetét. Az elmélet azonban nem realizálódhatott, mivel a háborús szükségletek miatt más irányú, gyorsan megvalósuló fejlesztéseken kellett dolgozni.

A háború után a tengerentúlon 1947-ben került sor először a hangfal áttörésére, de az ehhez használt Bell X-1-es egyszerűen a rakétahajtómű nyers erejével biztosította az 1 Mach átlépését. A légellenállás a transzszonikus tartományban ugrásszerűen megnövekszik, és a hagyományos sugárhajtóművel felszerelt repülőgépekkel csak nehezen lehetett legyőzni. A Convair mérnökei az F-102 Delta Dagger fejlesztése során szembesültek a problémával, a szuperszonikus sebességre tervezett gép prototípusa képtelen volt túllépni a hanghatárt. A NACA (National Advisory Comittee for Aeronautics) állományában dolgozó Robert Whitcomb nyújtott segítséget a megoldáshoz, az általa részben a német eredmények, részben a saját kutatásai alapján kidolgozott úgynevezett területszabály alkalmazásával. Ez egyszerűsítve azt jelenti, hogy a repülőgép keresztmetszete elölről hátrafelé haladva egy ideális légellenállású testhez legyen hasonló, nagyobb kiugrások nélkül. A kabintetővel és szívócsatornákkal természetesen nem lehet mit kezdeni, de hátrébb csökkenthető a törzskeresztmetszet, főként a szárny vonalában. A kólásüveg forma meghozta az eredményt, és az YF-102-es az átalakítást követően könnyűszerrel átlépte a hangsebességet, noha az erőforrása nem változott.

A korszak több típusa is képes volt erre, de ennek feltétele a nagy tolóerejű hajtómű volt. Ha ez nem állt rendelkezésre, akkor viszont jól jött az aerodinamikai „finomítás”. Az F-105-ös vadászbombázó, az F-106 Delta Dart esetében szemmel látható a területszabály alkalmazása, a leginkább szemléletesen azonban egy sokkal kisebb méretű és teljesítményű típus esetében mutatkozik. Ez az előszóban említett Northrop F-5-ös, amelynek tervezése az ötvenes évek végén történt. A cég konstruktőre, Welko Gasich vagy ha szerb felmenőire tekintettel vagyunk, akkor Velko Gaszics nemcsak repülőmérnöki, hanem közgazdászdiplomával is rendelkezett, és ez nagyon hasznosnak bizonyult. A hidegháborús viszonyok mellett a pénz csak másodlagos fontosságú volt, a katonai fejlesztések hatalmas költségeit elfogadta a politika és a közvélemény. Azonban hosszú távon ez nem volt tartható. Gaszics a katonai és gazdasági szempontok figyelembevételével végezte munkáját, ő volt az első, aki lefektette a harci repülőgépek teljes „életciklusra vonatkoztatott költség” elméletét. A Northrop vezetése egyetértett a koncepcióval, ami szerencsésen párosult az USAF igényével. A T-33-as gyakorlógép helyett egy új szuperszonikus típust akartak a kiképző alakulatok számára, amely ugyanakkor kicsi, könnyű és olcsón üzemeltethető. A vadász és vadászbombázó kategória esetében azonban nem változott az elképzelés, az egyre nagyobb, nehezebb és drágább gépeké maradt a jövő.

A Northrop N-156T terve viszont sínen volt, így 1959. június 12-én az első prototípus a levegőbe emelkedhetett. Ez volt a későbbi T-38 Talon elődje, amely még ma is sok száz darabos mennyiségben repül, és még csak a közeli jövőben választják ki a leendő utódját. A több mint fél évszázados sikertörténet az USAF esetében csak a Talonra korlátozódik. A párhuzamosan fejlesztett N-156F együléses könnyű vadászra az amerikai légierő nem tartott igényt, csak egészen kis mennyiségben rendszeresítették. Ideális volt viszont a vékonypénzű szövetségesek számára, így végül ebből is közel ezres tétel készült az összesen 1158 Talon mellett.

A Talon és a későbbi F-5-ös sikere főleg két tényezőn alapult. Az egyik az aerodinamikai kialakítás, amely nagymértékben figyelembe vette a légellenállást optimalizáló területszabályt, a másik pedig az erőforrás. Nem annyira a teljesítménye, hanem a konstrukciója miatt. Korának legkedvezőbb tolóerő/tömeg aránnyal rendelkező hajtóműve volt a General Electric J85-ös, amelyet eredetileg utánégető nélkül a B-52-es zavaróeszköze, az önálló repülésre képes Quail robotgép számára terveztek. Szemléletes az összevetés a korszak csúcstípusának erőforrásával, míg a Phantom J79-esének tolóereje 4,7-szeresen haladta meg a saját tömegét, addig a kis J85-ös változattól függően 6,2-7,5-szeresen. A két hajtóművel azonban a T-38 Talon még mindig gyengének bizonyult, és jelentős részben a kifinomult aerodinamikának köszönhetők a világcsúcsai. Talán furcsa, de az eleve gyakorlógépnek tervezett típussal négy abszolút emelkedési rekordot állítottak fel.

Már akkoriban is szokás volt, hogy a csúcsdöntési kísérleteket speciálisan felkészített gépekkel hajtották végre, amelyekből kiszereltek minden a feladathoz nélkülözhető berendezést. A 61-0849-es számú Talon azonban egy szériagép volt, annyi könnyítéssel, hogy csak az első ülésben foglalt helyet pilóta, mégpedig Walter Fletcher Daniel őrnagy. 1962. február 18-án a kaliforniai Edwards bázison álló helyzetből mérve a 3000 méteres magasságot 35,6 másodperc alatt érte el, hatezerre 51,4, kilencezerre 65,7, tizenkétezerre pedig 95,6 másodperc alatt emelkedett. A rekordok ugyan nem sokáig „éltek”, mivel hamarosan megdöntötte azokat az F-104 Starfighter, de ennek ellenére figyelemre méltó képességekre utal.

A Northrop N-156F együléses verziója lett az F-5A Freedom Fighter, amelyből 800 készült exportra, és még további potenciált is látott benne a Northrop. A főtervező Gaszics (aki később fontos szerepet játszott az F-20-as és a B-2-es tervezésében is) a hetvenes évek aerodinamikai eredményeit is alkalmazta a továbbfejlesztett F-5E/F Tiger II-es változatnál. A szárnytőben kialakított előrenyújtott felület (LERX) jelentősen javította nagy állásszögnél a repülési jellemzőket, a J85-ös új verziója pedig már egyenként 2,2 tonna tolóerőt biztosított. A gép orrába fedélzeti radar is került, de a fegyverzete alapvetően nem változott, megmaradt a kettő 20 mm-es Colt gépágyú, a felfüggesztési pontok száma hétre nőtt, mivel az addig a szárny­végeken hordozott, ugyancsak a területszabály figyelembevételével tervezett póttartályok helyére rakétaindító síneket szereltek.

Az F-5E Tiger II-es még nagyobb exportsikert aratott. A már akkor létező F-16-oshoz képest harmadnyi üzemeltetési költség mellett teljesítette az elvárásokat, azonban a nagy távolságú légi célok megsemmisítésének képessége és a precíziós csapásmérés hiányzott a repertoárból, bár ez akkoriban még sok más típusra is jellemző volt. A Northrop összesen 792 darab F-5E, 146 kétüléses F-5F és 12 felderítő RF-5E gépet gyártott, ezenfelül további 91 példány készült Svájcban, 68 Dél-Koreában és 308 Tajvanon. A vietnami háború befejező szakaszában Dél-Vietnamba is több tucat érkezett, de ezek már nem tudták érdemben befolyásolni a harcok menetét, a gépek többsége az északi erők hadizsákmánya lett, jó néhány vadonatúj „beládázott” állapotban. Nem véletlen, hogy rövidesen a Szovjet­unióba került egy sor amerikai típus, köztük az új F-5-ösök, amelyeket természetesen elemzésnek vetettek alá. Ennek voltak ellenzői is, ugyanis a szovjetek meggyőződése volt, hogy a Tiger nem számít komoly ellenfélnek még a MiG-21-esnek sem. A számszerű adatok legalábbis erre utaltak, az amerikai könnyű vadász legfontosabb paraméterei elmaradtak a 21-esétől. Csúcssebessége csak 1,6 Mach volt, tolóerő/tömeg aránya jócskán alacsonyabb, a kis trapéz szárnyak miatt pedig a felületi terhelése is rosszabbnak bizonyult.

1976 nyarán mégis Aktyubinszkba vitték az egyik repülőképessé tett példányt. Vietnamból szétszerelve, ládákban érkeztek a Szovjetunióba a gépek, műszaki dokumentáció nélkül. Egyedüli segítséget az angol nyelvű hajózóutasítás jelentett, amit lefordítottak oroszra. Három pilótát jelöltek ki a feladatra, és összesen 35-40 repülést terveztek az elemzéshez.

A NATO-országokban korlátozottan állt szolgálatban az F-5-ös, pontosabban a régebbi változat, az F-5A már a kivonás közelében volt, vagy csak a kiképző alakulatoknál üzemelt a hetvenes években (a norvégok, hollandok, kanadaiak, spanyolok repülték). Ellenben a világ számos részén nagy mennyiségben állt rendelkezésre a Northrop típusa, ezért mégis fontosnak ítélték az elemzését. Akkoriban ugyanis csúcsra járatták a szovjetek a „forradalom exportját”, Afrikában, Ázsiában, Latin-Amerikában, és a tanácsadóik így hatékonyabban készíthették fel a marxizmus új híveit az imperialisták elleni harcra.

Az az érdekes helyzet állt elő, hogy az etióp légierő amerikai F-5E gépeivel a szomáliai balos rezsim MiG-21-esei kerültek szembe, és ez már önmagában is elég indok volt a szovjetek számára a típus elemzéséhez.

A Volga közelében lévő bázison a Cskalov repülőkísérleti központ három berepülőpilótáját jelölték ki a feladatra. Vlagyimir Kondaurov, Alekszander Bezsevec és Nyilokaj Sztogov először némi fanyalgással és fölényes magabiztossággal állt a feladathoz, hiszen ők is meg voltak győződve a MiG-21-es fölényéről. Az amerikai gép pilótafülkéjének berendezése azonban elnyerte a tetszésüket. A 21-eshez képest tágas, a széles kezelőpadokra jó a rálátás, a műszerek elhelyezése célszerű és ergonomikus, a kilátás is jobb, mint a szovjet típus esetében. Először csak gurulópróbákra került sor, hiszen meg kellett szokni az eltérő fék kezelését. A szovjet gépeken még a botkormányon lévő karral működtették a fékeket, az amerikaiakon viszont az oldalkormánypedálok egyszerre történő nyomásával. A nagy sebességű gurulások során sokszor rázkódott a gép a beton egyenetlenségei és a magasabb keréknyomás miatt, kisebb futóműsérülés is előfordult, de más probléma nem volt. A Tiger felszállását érdekes módon segíti egy erre szolgáló rendszer, nekifutás közben az orrfutó rugóstagot hidraulikusan meghosszabbítják, így nő a gép állásszöge.

Az első néhány ismerkedő repülést követően sor került a gyakorló légiharcokra a MiG-21bisz ellen. Ekkor jött a meglepetés. Noha a három pilótának alig volt gyakorlata az amerikai gépen, mégis minden alkalommal sikerült tüzelési helyzetbe kerülniük a 21-es mögött, bár azt is valamelyikük vezette, és amelyen mindannyian nagy tapasztalattal rendelkeztek.

A repülésekről írt jelentéseket tucatnyi alkalommal vizsgálták át a katonai vezetők, mérnökök, és nagyon nem tetsztettek nekik az eredmények. De tény volt, hogy az F-5E manőverező légiharcban felülmúlta a MiG-21-est. Először nem tervezték, de sor került a MiG-23M elleni hasonló tesztekre. A főtervező helyettese is jelen volt az első repüléseknél, és a tenyerét dörzsölve kijelentette, hogy „most majd jól megmutatjuk”. Az eredmény azonban hasonlóan alakult, Kondaurov saját szavai szerint annyiban volt más a helyzet, hogy „a 23-as agóniája kissé tovább tartott”. Ugyan nem tesztelték, de a csapásmérő képesség területén is hasonlatos volt a helyzet. A MiG-21-es 1500 kg-os harci terhelésével szemben az F-5E akár 3200 kg-nyi függesztményt is hordozhat, amennyiben földi célok megsemmisítése a feladat.

Bebizonyosodott, hogy a nyers erő nem elég kifinomult aerodinamikai kialakítás nélkül. Hiába voltak jobbak a fő paraméterei a szovjet gépeknek, az F-5E felülmúlta azokat a manőverezés terén, különösen a 800 km/h körüli sebességtartományban. Valami hasonló tapasztalható több jelenlegi harci repülőgép esetében is, a Hornet/Super Hornet, a Gripen vagy éppen az F-35-ös nem tartozik tolóerő/tömeg arány szempontjából a „legcombosabb” típusok közé, mégis kiválóan teljesítenek.

Mivel az F-5E Tiger II-es képességeivel az USA-ban is pontosan tisztában voltak, ezért volt kézenfekvő, hogy az úgynevezett Agresszor alakulatokat is ezekkel szereljék fel, hiszen élethűen képesek imitálni a legelterjedtebb szovjet típusokat.

Az F-5E manőverjellemzőit még tovább javították Svájcban. Az alpesi ország komoly repülőgépipari képességei között ott van a kutatás-fejlesztés, amelyhez még szélcsatorna is rendelkezésre áll. A hatvanas években gyártott Mirage III-ashoz terveztek fix kacsa vezérsíkokat, a Hornetek számára saját fegyverzetfelfüggesztőt dolgoztak ki, és az F-5-ösön is módosítottak. Megnövelték a LERX felületét, az orrkúpot pedig ellapított mellső résszel készítették. A kacsacsőr formájú felületen az állásszög növekedésekor örvények keletkeznek, amelyek hátrafelé egyre erősödnek, és stabilizálják az áramlást. Hogy az ilyen kicsi módosítások is érezhető változást hoznak egyes repülési paraméterek terén, arra az is jó példa, hogy hasonló céllal a MiG-23MLD és később a MiG-29-es orrkúpján a Pitot-cső két oldalán is megjelentek kis örvénykeltő felületek.

A kedvező manőverjellemzők és az alacsony üzemeltetési költségek ellenére az F-5-ösök száma lassan csökken. Még pár évig azonban biztosan láthatjuk az öreg típus különösen szép festésű példányait, hiszen a két európai bemutató csoport, a Török Csillagok és a Patrouille de Suisse még ezeket használja.