تطوير فوهات الدفع الموجه

[snt]

تطوير فوهات الدفع الموجه

روكويل X-31A

في السبعينيات ، اقترح الدكتور وولفجانج هيربست من شركة MBB (Messerschmitt-Bolkow-Blohm) المفهوم الثوري لتغيير زاوية الدفع للطائرة للحفاظ على السيطرة على الطائرة كانت الصعوبة الأكبر هي دمج ناقل الدفع في نظام التحكم في الطيران المحوسب للطائرة داخل وخارج حدود التفاوتات الطبيعية.

تم تنفيذ المحاكاة للمفهوم باستخدام CFD Computational Fluid Dynamics (ديناميكيات السوائل الحسابية). بدأت MBB و Rockwell International تحت رعاية الحكومة الألمانية و مكتب DARPA في التطوير المشترك للطائرة X-31A ، وهي أول طائرة من سلسلة X تم تطويرها من خلال التعاون الدولي. في وقت لاحق ، انضمت ناسا ، القوات الجوية الأمريكية ، البحرية الأمريكية و DLR الألمانية للمشروع.

لخفض التكاليف ، تم استخدام منصة Eurofighter 2000 وتم استخدام مكونات من طائرات أخرى في الخدمة بالفعل ، الطائرة X-31A ذات محرك واحد بجناح دلتا و اجنحة كونارد. المحرك الذي تم اختياره هو محرك جنرال إلكتريك F-404 مجهز بثلاث ريشات توجيه دفع في العادم هذه الريشات مصنوعة من ألياف الكربون ، هذه الشفرات يمكن أن تحول ، أو تقسم ، حتى 15 درجة اتجاه غازات العادم.

كانت الرحلة الأولى لطائرة X-31A في 11 أكتوبر 1990. في نهاية عام 1991 ، تم تنفيذ رحلات بزوايا تسلق تصل إلى 50 درجة مع التحكم الكامل في الطائرة.
في أبريل 1992 ، بدأت اختبارات ما بعد المماطلة وتم الانتهاء من الرحلات الجوية المستقرة في اتجاه أفقي بزوايا هجوم تبلغ 70 درجة ودوران 360 درجة. تم من خلال الطائرة تنفيذ "مناورة هيربست" حيث تتسلق X-31A بسرعة عالية في مناورة ما بعد المماطلة القصوى وتدور في نصف قطر ضيق بسرعة عالية في الاتجاه المعاكس. وبالتالي يمكن للطائرة أن تدور 180 درجة في دائرة نصف قطرها صغير للغاية.

مناورة هيربست

أخيرًا ، في سبتمبر 1993 ، تم إجراء تدريبات قتالية جوية قريبة ، باستخدام الدفع التوجيه ، ضد مقاتلة من طراز F / A-18A ، النتيجة فوز الطائرة X-31A بنسبة 80 ٪ من المواجهات.

حتى عام 95 ، تم إجراء 523 رحلة جوية و 339 ساعة طيران باستخدام النموذجين الأوليين من X-31A ، حيث تم جمع بيانات قيمة عن الرحلة.

X-31 بدون مثبت عمودي.

حاليًا ، تتوفر X-31A لمزيد من الاختبارات إذا لزم الأمر أو طلبت أي وكالة اجراء اختبارات بوسطتها. كان هناك حديث عن إمكانية استخدام X-31A لاختبار فوهة توجيه دفع ثلاثية الأبعاد جديدة من شركة ITP الإسبانية. تتميز هذه الفوهة بتصميمها الدائري الذي يستخدم نظامًا فريدًا من المحركات الهيدروليكية للتحكم في جميع وظائف الفوهة. يعمل هذا النظام على تحسين أداء المحرك وتقليل الوزن والتكاليف. من خصائصه أقصى زاوية انحراف ميكانيكي تبلغ 20 درجة ، وزاوية انحراف ديناميكي للسوائل قصوى تبلغ 23 درجة وسرعة انحراف قصوى تبلغ 60 درجة. من الممكن عند اكتمال تطوير هذه الفوهة أن تجهز الإصدارات المستقبلية لطائرات Saab JAS39 "Gripen" و Eurofighter EF-2000.

فوهة توجيه دفع ثلاثية الأبعاد من شركة ITP الإسبانية.​

 

[snt]

تطويرات ناسا لفوهات الدفع الموجه.

في الولايات المتحدة الأمريكية ، تم إجراء أبحاث أخرى في هذا المجال على متن طائرة ماكدونيل-دوغلاس إف -15 إس / إم تي دي ، وماكدونيل-دوجلاس إف -18 هارف وجنرال دايناميكس إف -16 إم إيه تي في ، التي رعت مشاريعها ناسا في نطاق برنامج أبحاث الطيران عالي الزاوية للهجوم. ضمن هذا البرنامج ، اختبرت F-18 HARV البيانات الديناميكية الهوائية في زوايا عالية من الهجوم للتحقق من صحة CFD ضمن أبحاث نفق الرياح. استخدمت X-31A لاختبارات توجيه الدفع القتالي الجوي و لعمليات المناورة ، بينما كانت F-16 MATV بمثابة عرض او مستعرض لكيفية تطبيق توجيه الدفع على الطائرات التشغيلية.

McDonnell-Douglas F-18 HARV

كانت F-18 HARV (High Alpha Research Vehicle) تحتوي على 3 دوارات مثبتة حول فوهات كل محرك (كما في X-31A) لتوجيه ناقل الدفع ، وهو نظام للتحكم في الطيران مع برنامج جديد يدمج التحكم الموجه على جميع ظروف الرحلة ورفرف الجسم الأمامي.

كانت هذه الزعانف عبارة عن هياكل مفصلية على الجانب الأمامي من جسم الطائرة تهدف إلى توفير التحكم في زوايا الهجوم العالية من خلال التفاعل مع الدوامات المتولدة عند زوايا الهجوم تلك لإنشاء قوى جانبية.

قامت هذه الطائرة ب385 رحلة جوية من أبريل 1987 إلى سبتمبر 1996.

​

 

[snt]

جنرال ديناميكس F-16 MATV

تم تجهيز F-16 MATV (Multi Axial Thrust-Vectoring) بثلاث ريشات متباعدة عند مخرج فوهة محرك برات آند ويتني F110-GE-129. كانت هذه الريشات قادرة على توجيه غازات العادم عند 17 درجة في أي اتجاه. تم تثبيتها بشكل فردي عن طريق الأنابيب في جسم الطائرة وتم تشغيلها بواسطة مشغلات هيدروليكية مستقلة والتي كانت تفصل بينها 120 درجة عند الاستخدام (نظام مشابه لنظام F-18 HARV).

كانت ميزة هذا النظام أنه يمكن تكييفه مع أي طائرة من طراز F-16 لديها محرك F110 ولديها نظام رقمي للتحكم في الطيران. تم التحكم في حركة المشغلات الثلاثة بواسطة التحكم الإلكتروني الموجه (VEC) ، وهو نسخة معدلة من التحكم الرقمي في المحرك المستخدم بواسطة F110-GE-129. كانت أهداف البرنامج هي إظهار الفائدة التكتيكية لتوجيه الدفع في القتال الجوي القريب واستخدام التحكم في توجيه الدفع المتكامل أثناء الطيران. كانت الطائرة قادرة على الطيران بزاوية هجوم ثابتة تصل إلى 86 درجة وزاوية هجوم عابرة تصل إلى 180 درجة. أي أن الطائرة يمكن أن تطير مع توجيه مقدمة الطائرة للخلف لفترة قصيرة. استنتج أن توجيه الدفع يوفر ميزة كبيرة من حيث القتال من خلال تجنب خطر عدم التحكم في الطيران أثناء المناورات العنيفة. ومع ذلك ، فإن استخدام المناورات في زوايا هجوم عالية زاد من ضعف الطائرة بسبب فقدان الطاقة الحركية (السرعة) التي تحدث أثناءها.

قامت هذه الطائرة بـ 130 رحلة جوية من يوليو 1993 إلى مارس 1995.​

 

[snt]

McDonnell-Douglas F-15S / MTD

كانت الطائرة F-15S / MTD (Stol / Manouvering Technology Demonstrator) طراز F-15 مزودة باجنحة كانارد canard عند مآخذ الهواء ، و تحكم محوسب في الطيران ومحركات Pratt & Whitney F-100 مع فوهات توجيه رباعية الزوايا ، مصنوعة من ألياف الكربون. مع عاكسات دفع قادرة على الانحراف بمقدار ± 20 درجة فيما يتعلق بالمحور الأفقي. كانت أهم أهداف الطائرة هي تجربة وتطوير تقنية توجيه الدفع ثنائي الأبعاد المتقدمة وتقنية فوهة الدفع العكسي. قامت طائرة البحث والطيران STOL هذه بأول رحلة لها في 7 سبتمبر 1988. تم تحقيق مسافات إقلاع تبلغ 457 مترًا ومسافات هبوط 381 مترًا مع عرض مدرج لا يزيد عن 15 مترًا ، بالإضافة إلى تحسينات كبيرة . في القدرة على المناورة مقارنة بمعيار F-15. كان من المفترض أن تحدث هذه الظروف في مهابط الطائرات التي تضررت بالقنابل.

قامت الطائرة F-15S / MTD برحلتها رقم 138 والأخيرة في 12 أغسطس 1991.

كانت الخطوة التالية في عام 1996 مع الطائرة F-15 ACTIVE ACTIVE ( Advanced Control Technology for Integrated VEhicles) بمحركات F-100PW-229 ومجهزة بفوهات توجيه دائرية متعددة الأطراف قادرة على تحويل التدفق 20 درجة في أي اتجاه ، لتحل محل أدوات التحكم التقليدية.

قامت هذه الطائرة برحلة تفوق سرعة الصوت 1.85 ماخ بزوايا هجوم تبلغ 30 درجة

​

 

[snt]

بوينغ x36

أخيرًا و ضمن التجارب الامريكية يمكننا ذكر الطائرة Boeing X36 ، وهي طائرة أبحاث على نطاق واسع ، يتم التحكم فيها عن بُعد ومع تحكم Fly by Wire. افتقرت X-36 إلى وحدة الذيل واعتمدت على الدفع الموجه من فوهة العادم للتحكم في الاتجاه ، كونها مستقرة من الناحية الديناميكية الهوائية وقابلة للمناورة بشكل كبير.

قامت الطائرة X-36 بـ 31 رحلة بين 17 مايو و 12 نوفمبر 1997 ، وحلقت بزاوية هجوم 40 درجة بسرعات منخفضة.

لم تُظهر هذه الطائرة مفهوم الطائرة التي لا تحتوي على ذيل فحسب ، بل عملت أيضًا على اختبار برنامج RESTORE الجديد الذي طورته شركة Boeing و سلاح الجو الامريكي في عام 1998 ، والذي يمكن من السيطر على الطائرة من خلال فوهة التوجيه ثلاثي الأبعاد في حالة حدوث ضرر لعناصر التحكم الديناميكية الهوائية التقليدية. .

سيتم دمج كل هذا البحث في الطائرات المقاتلة الأمريكية من الجيل الخامس في المستقبل.

تم تجهيز طائرة الاف22 Lockheed-Martin F-22A "Raptor" ، مقاتلة التفوق الجوي الرئيسية للقوات الجوية الأمريكية في القرن الحادي والعشرين والتي طار نموذجها الأولي YF-22 في 29 سبتمبر 1990 ، مع فوهات الدفع الموجهة.
طائرة F-22A هي أول طائرة تفوق جوي تتمتع بقدرة تخفي حقيقية وسرعات تفوق سرعة الصوت دون استخدام حارق لاحق (مع نسبة دفع إلى وزن تبلغ 1.4: 1). لزيادة قدرتها على المناورة وخصائص STOL ، تم تجهيز محركاتها بفوهات توجيه دفع مستطيلة ثنائية الأبعاد يمكن أن تكون بزاوية ± 20 درجة وهي أول طائرة غربية تدخل الخدمة باستخدام هذا النظام.

تعد الرابتور، المجهزة بالتحكم في الطيران Fly by Wire ومجموعة كاملة من إلكترونيات الطيران المتكاملة أغلى طائرة مقاتلة في التاريخ.

​

 

[snt]

برامج الاتحاد السوفياتي و روسيا

بخلاف الولايات المتحدة ، أجرت روسيا دراسة مكثفة لنظم توجيه الدفع.

بدأ العمل الأول على فوهات توجيه الدفع في يوليو 1986 باستخدام طائرة Su-27A. في عام 1989 ، تم تركيب فوهة توجيه متماثلة المحور على الجانب الأيمن من الطائرة يمكن توجيهها بمقدار ± 20 درجة . كانت الطائرة المختارة هي T-10-26 (07-02) المعروفة باسم Su-27 LL-UV (KS) (Letayushchaya Laboratoria- Upravlyayemy Vektor Tyagi Krugloye Soplo و التي حلقت أول مرة في 21 مارس 1989.

بالمقارنة مع Su-27 العادي ، أظهرت الطائرة T-10-26 قدرة أفضل على المناورة والتحكم بسرعات منخفضة.

نظرًا لعدم تحديد أفضل تكوين لفوهة التوجيه لمقاتلة من الجيل الخامس ، فقد تقرر اختبار فوهة مستطيلة الشكل. تم تثبيت التطور الجديد على المحرك الأيسر للطائرة Su-27UB 02-02 المسمى Su-27 LL-UV (PS) (Ploskoye- Soplo _ Tobera Chata) التى طارت في عام 1990. كان من الممكن تقليل البصمة الرادارية و توقيع الأشعة تحت الحمراء ولكن تم زيادة الوزن وفقد ما بين 14 و 17٪ من الطاقة.

أخيرًا ، تقرر استخدام فوهة دائرية قابلة للتوجيه ، والتي سيتم تثبيتها لاحقًا على محرك AL-31FP لطائرات Su-37 و Su-30MK.

​

 

[snt]

سوخوي سو 37MR

السو 37 Su-37MR هي مقاتلة متعددة المهام من الجيل الرابع ++ تم تطويرها من الطراز Su-35 كإجراء مؤقت حتى دخول مقاتلات الجيل الخامس الخدمة. تم الحصول على الطائرة عن طريق تعديل Su-35 (T-10M -11) والذي تم تجهيزها بمحركين توربينيين من طراز Saturn AL-31FP بقوة دفع 12500 كجم مع فوهات متغيرة عند درجة 15 درجة مئوية. كان من المفترض أن يكون المحرك النهائي هو AL-31FU بقوة دفع تبلغ 12800 كجم ، لكنه لم يكن جاهز في الوقت المحدد وتم الحصول على المحرك AL-31FP من خلال دمج فوهة التوجيه للمحرك AL-31FU كمعيار في AL-31F. أعطت الفوهات القابلة للتوجيه مع برنامج التحكم في الطيران الجديد ، بالإضافة إلى قدرة أكبر على المناورة ، قدرات قتالية أكبر للطائرة Su-37MR حيث أن فقدان أحد مثبتاتها لا يعني بالضرورة فقدان الطائرة التي يمكنها استخدام الفوهات لتحل محلها.

ميكويان جيرفيتش ميج 29OVT

طارت الطائرة ذات فوهة الدفع الموجه MiG29OVT ، في عام 2001. باستخدام المحرك Klimov RD-33-10M المجهز بفوهات دفع موجه KLIVT 360º (Klimov Sectorized Thrust). تم تجهيز الطائرة MiG-29OVT بأجهزة تحكم HOTAS وشاشات EFIS متعددة الوظائف.

​

 

[snt]

Sukhoi S-37 Berkut و MiG 1.44.0

في نهاية المطاف ، تم تزويد نماذج المقاتلات الروسية من الجيل الخامس بفوهات دفع موجه على الرغم من أن أيا منهم لم يدخل الخدمة أخيرًا.

قامت الطائرة Sukhoi S-37 "Berkut" (النسر الذهبي) المصممة من عام 1983 تحت إشراف ميخائيل سيمونوف بأول رحلة لها في 25 سبتمبر 1997 بقيادة إيغور فوتينتسفت من مطار جوكوفسكي LII. ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود اهتمام رسمي ، لم تستلم S-37 أبدًا محركات Al-41F وطارت جميع رحلاتها بمحرك Al-31F.

في نسختها التسلسلية ، كان يجب أن تحتوي السو37 على محركين Lyulka-Saturn AL-41F بقوة دفع 17860 كجم باستخدام الحارق اللاحق (مع نسبة وزن الى الدفع 1.3: 1) مزودة بفوهات قابلة للتعديل.

كان منافس S-37 هو الطائرة Mikoyan- Gurevich MiG 1.44 الذي أطلق عليه أيضًا MFI (Mnogofunkcyonalni Frontovoy Istrebel _ Multifunctional Tactical Fighter) المصمم تحت إشراف G. Sedov وطارت للمرة الأولى في 29 فبراير 2000 مستخدمة محرك (كما في S-37) Lyulka-Saturn AL-41F مع قوة دفع قصوى تبلغ 17،860 كجم ، ومجهزة بفوهات دفع موجه ذات هندسة متغيرة ، قادرة على الانحراف بمقدار ± 15 درجة عموديًا و ± 8 درجة في أفقيا.

على عكس S-37 ، تم تجهيز MiG 1.44 بهذه المحركات. كما هو الحال مع S-37 ، حال الوضع الاقتصادي في روسيا في ذلك الوقت دون مزيد من التطوير لهذه المقاتلة ، التي كانت تكلفتها المتوقعة 70 مليون في ذلك الوقت ، وتم استخدامها فقط في رحلتين تجريبية لاختبار المحركAL- 41F.

​

 

[snt]

​

 

[snt]

​