جنگنده نسل پنجم / ویژگیهای طراحی (یخش اول)

با نگاهي به گسترش و توسعه جنگنده‌هاي مختلف از جنگ جهاني دوم تاکنون به اين نکته پي مي‌بريم که بيشترين پيشرفتها در مورد پيکربندي هواپيماهاي جنگنده در ميان بلوک غرب و شرق محل قرارگيري و شکل ظاهري مدخل ورودي هواي موتور آنها مي‌باشد که هر يک از ابتدا تاکنون دست به نوآوري‌هاي گوناگون زده و پيکربندي‌هاي مختلف که هر کدام داراي محسنات و معايبي مي‌باشند را به بازار عرضه نموده‌اند.

در اين ميان اختلاف بين پيکربندي‌هاي مورد نظر اروپائي‌ها در زمينه بال دلتا و استفاده از کانارد با پيکربندي‌هاي روسي و آمريکائي نيز به صورت واضح علاوه بر پيکربندي‌هاي مختلف ورودي هواي موتور و سکان عمودي قابل مشاهده است.

در صورتي که سير تکاملي چگونگي و محل قرارگيري موتور و همچنين ورودي هواي انواع جنگنده‌ها را بررسي کنيم، مي‌بينيم که در ابتدا جنگنده‌ها، همانند هواپيماهاي ترابري و مسافربري از موتورهاي زير بال براي نيروي جلو برنده خود استفاده مي‌کردند که اين عامل از چابکي يک جنگنده مي‌کاست.

پس از اين نوع پيکربندي، موتور هواپيماها در داخل بدنه قرار گرفتند که اين موضوع تاکنون نيز ادامه دارد، ولي بحثي که هنوز هم اختلاف سليقه‌هائي بر روي آن وجود دارد، چگونگي رساندن هواي مورد نياز موتور مي‌باشد.

در اولين هواپيماهائي که از موتورهاي داخل بدنه استفاده کردند، مدخل ورودي هواي موتور در دماغه هواپيما قرار مي‌گرفت و موتور هواپيما در داخل بدنه هواپيما بود.

اين طرح داراي يک مشکل اساسي بود و آن اينکه فضاي بسياري از بدنه هواپيما را که بايد جهت سيستم‌هاي هواپيما و محل استقرار خلبان هواپيما مورد استفاده قرار مي‌گرفت اشغال مي‌کرد. براي حل اين مشکل، ورودي را در محل خود حفظ نموده و موتور را به انتهاي بدنه انتقال دادند.

اين طرح تا حدودي مشکلات طرح قبلي را حل مي‌نمود ولي هنوز هم فضا براي استقرار خلبان و تجهيزات کم بود. براي حل اين مشکل، با حفظ موقعيت ورودي و موتور در طرح قبلي، هواي ورودي به مدخل موتور را از اطراف سيستم‌هاي هواپيما عبور دادند تا فضاي بيشتري براي سيستم‌ها و تجهيزات هواپيما بوجود آيد. پس از آن سعي شد تا هواي ورودي به موتور از کناره‌هاي بدنه و از دو مدخل جداگانه که هويتي مستقل از بدنه نداشتند وارد شود که نمونه آن هواپيماي F-80 در سال 1944 مي‌باشد.

در سال 1955 و براي اولين بار در هواپيماي جنگنده F-8، وروي موتور به صورت عضوي جداگانه در زير بدنه هواپيما قرار گرفت. در سالهاي 1958 و1959 با ساخته شدن هواپيماهايF-4 وF-5، ورودي هواپيماها هويتي کاملا مستقل از بدنه پيدا کردند و بصورت عضوي جداگانه به کناره بدنه هواپيما چسبيدند.

در دهه50 کمپاني‌هاي اروپائي داسو و ساب، هواپيماهايي با بال دلتا شکل طراحي و عرضه نمودند و در دهه 60 بلوک شرق هواپيماهاي MIG-23 را که يک هواپيماي Variable Sweep (با قابليت تغيير زاويه عقبگرد بال) بود عرضه نمود و پس از آن در دهه70 هواپيماي F-14 توسط آمريکائي‌ها و هواپيماي Tornado توسط اروپائي‌ها به اين صورت عرضه گرديدند.

در اواسط دهه60 ميلادي روسها هواپيمايMIG-25 را برخلاف روند گذشته با دو دم عمودي عرضه نمودند که اين روش توسط آمريکائي‌ها در اوائل دهه 70 ميلادي در هواپيماهاي F-14وF-15 پيگيري شد. هواپيماهاي F-14 و F-15 برخلاف روند گذشته هواپيماهاي F-4 و F-5، داراي بال بالا بودند که ورودي‌هاي موتور در زير بال قرار داشتند.

در اواسط دهه70 ميلادي، آمريکائي‌ها با عرضه هواپيماي F-16 روند ادامه‌ دار ورودي‌هاي جانبي زير بال بالا را شکستند و هواپيماهاي تک موتوره خود را با يک ورودي در زير شکم هواپيما طراحي نمودند که اين مسئله خود مشکلاتي را براي جاگذاري ارابه فرود در دماغه هواپيما دربرداشت.

پس از هواپيماي F-16، روسها يکي از شاهکارهاي طراحي خود يعني هواپيماي MIG-29 را عرضه نمودند که داراي دو ورودي در زير بدنه و به صورت کاملا مجزا از بدنه هواپيما بود، گوئي بدنه هواپيما بر روي وروديهاي موتور سوار شده بود. اين پيکربندي طراحي در هواپيماهاي SU-27 ، SU-30 و SU-34 نيز حفظ گـرديد. دوران هواپيماهاي F-16 و MIG-29، دوران شروع استفاده از بدنه‌هاي مرکب (Hybrid) و رگه دار (Strake) در هواپيماها براي بهره‌گيري بهتر آيروديناميکي از بدنه بود.

از دهه90 ميلادي و پس از ساخت هواپيماي F-18 E/F که کارآئي Strake در آن بصورت کاملا واضح به منصه ظهور رسيد، با طرح مسائلي مانند خفيه‌کاري و کروز مافوق‌صوت، طرح‌هائي از جمله هواپيماهاي F-22 وF-35 مطرح گرديدند که در اين هواپيماها بدنه (به صورت سه بعدي) و بال و دم افقي (به صورت دو بعدي) به سمت لوزي شکل شدن پيش مي‌روند. همچنين در اين هواپيماها از ويژگي رانش برداري براي قابليت انجام مانور‌هاي سخت استفاده مي‌شود. ويژگي اي که براي اولين بار توسط هواپيماي سوخو 27 وارد بهره برداري شد و اکنون انواع جنگنده هاي روسي مانورهاي بسيار پيچيده اي را با ترکيب سيستم هاي هدايت و کنترل ديجيتال بسيار پيشرفته و بکارگيري همه جانبه سيستم رانش برداري خلق کرده اند.

جنگنده F-22

هواپيماي F-35 با وجود يک موتور بدليل وجود فن بزرگ براي عمود نشيني، داراي بدنة قطوري مي‌باشد و در آن از دو ورودي جانبي استفاده شده است که در زير بال (مانند هواپيماهايF-22 ،F-18،F-14 وF-15) و يا در زير بدنه (مانند هواپيماهاي روسي) قرار ندارند بلکه به صورت خاصي در محل اتصال بال و بدنه محو گرديده‌اند و به همين دليل هيچگونه جدايش جريان در مدخل ورودي‌ها بوجود نمي‌آيد.

همچنين از ويژگي‌هاي خاص آن استفاده از دو دم عمودي با وجود يک اگزوز خروجي موتور مي‌باشد. در اين هواپيما مانند هواپيماي F-22بدليل سرعت مافوق صوت در رژيم کروز، ورودي‌ها به صورت خاصي جلوتر از ورودي‌هاي بقيه جنگنده‌ها قرار دارند تا از ورود هوا به صورت مافوق صوت به موتور جلوگيري شود. همچنين در هواپيماهاي F-22 وF-35 به صورت خاصي فضاي بسيار گسترده‌اي براي خلبان در نظر گرفته شده است.

بررسي‌هاي آماري

بطور کلي بررسي‌هاي آماري نشان مي‌دهد که در طي نيم قرن، تحول شگرفي در طراحي و ساخت هواپيماهاي جنگنده صورت گرفته است.

وزن برخاست معياري است که کاربرد هواپيماي جنگي، تعداد وظايف قابل انجام و مشخصات تاکتيکي فني آن را مشخص مي‌کند. افزايش وزن هواپيماهاي جنگنده با عوامل زير مرتبط است :

- افزايش بار مفيد (تجهيزات جنگي) که براي انجام عمليات حمل مي‌شود. براي مثال در هواپيماهاي (Me-262 B-2a) بار مفيد کمتر از 500 کيلوگرم بود، در حاليکه هواپيماهاي نسل چهارم مي‌توانند 4000 تا 7000 کيلوگرم بار مفيد را حمل کنند و اين مقدار در هواپيماهاي نسل پنجم تا 000/10 کيلوگرم افزايش مي‌يابد.

- افزايش حداکثر سرعت پرواز

- افزايش ضريب بار

- افزايش وزن تجهيزات نصب شده در هواپيما

در اين مدت وزن هواپيما از 10 تن (در نسل اول) تا 40 تن (در نسل چهارم) افزايش يافته است. اين نکته، نشان مي‌دهد که هواپيماهاي جنگي مدرن از فناوري کاملاً پيشرفته‌اي برخوردار بوده و قابليت حمل مهمات زيادي را دارند. همچنين گرايش به سمت چندکاره بودن منجر به افزايش وزن سيستمها و تجهيزات هواپيما (صرف‌نظر از بهبود شاخصهاي ويژه آنها) شده است.

تغييرات وزن برخاست هواپيما طي نيم قرن گذشته

تکامل آيروديناميک بدنه هواپيما همزمان با افزايش سرعت به شکل قابل توجهي بر ضريب بارگذاري روي بال (wing loading) تأثير گذاشته است. استمرار ايدئولوژي توليد هواپيماهاي جنگي بر مبناي فناوري موتورهاي پيستوني، پائين بودن ضريب بارگذاري روي بال در هواپيماهاي نسل اول را توجيه مي‌کند.

افزايش ضريب بارگذاري روي بال (W/S) و سپس ثابت ماندن آن با افزايش سرعت پرواز و دستيابي به فناوري پيشرفته آيروديناميک در ارتباط است. جالب توجه است که در هـواپيماهـاي نسـل پنجم گـرايـش به کاهـش ضريـب بـارگذاري روي بـال تا N/m2 3100-3000 مشاهده مي‌شود. امکان هدايت فعال رانش برداري در حين پرواز به منظور افزايش سرعت زاويه‌اي هنگام مانور نقش مهمي در اين مسئله بازي مي‌کند.

تغييرات ضريب بارگذاري روي بال هواپيما طي نيم قرن گذشته

بهبود مشخصات جنگنده‌ها در جهت افزايش نسبت تراست به وزن هواپيما (T/W) و کاهش ضريب بارگذاري روي بال حرکت مي‌کند. مسلماً افزايش نسبت T/W همزمان با کاهش W/S قابليت مانور هواپيما را افزايش داده و کاهش طول باند نشست و برخاست را ممکن مي‌سازد.

تغييرات T/W نسبت به W/S

به اين موارد بايد رشد کمي پارامترهاي عملياتي هواپيماهاي تهاجمي را نيز افزود، براي مثال برد پرتاب موشک از 5 کيلومتر به 120 -100 کيلومتر رسيده است و برد اکتشاف هدفهاي هوايي توسط وسايل راداري از km 15 در هواپيماهاي نسل دوم تا km 200 در هواپيماهاي نسل پنجم افزايش يافته است.

ادامه دارد...

مراجع : جنگنده هاي نسل پنجم- دفتر همکاري هاي فناوري رياست جمهوري

منبع خودم:اويا