¿Cómo se convierte un avión VTOL como el F35 al modo de vuelo normal sin detenerse?

Al no estar familiarizado con los problemas puramente aerodinámicos y de rendimiento involucrados, no puedo ofrecer una respuesta definitiva. Al mismo tiempo, me sorprende que la capacidad de realizar este tipo de conversión sea factible y esperada.

En el AV-8B Harrier , la transición del vuelo estacionario al vuelo convencional se describe en el manual de vuelo del piloto de la siguiente manera:

“La transición acelerada es el término utilizado para describir la transición de un vuelo en jet / semi-jetborne a un vuelo en ala. La transición de aceleración comienza una vez que la aeronave está libre del efecto suelo y a una altitud suficiente para evitar obstáculos e introducir [daños a objetos extraños] en la superficie de aterrizaje. Se debe mantener un ligero ascenso durante la maniobra de transición “.

Hay una advertencia sobre no exceder un ángulo de ataque de 15 grados durante la transición, pero eso es todo, no hay drama en absoluto. A pesar de un sistema de control de vuelo bastante complicado, que se resume mejor en un artículo de la revista Wired 2014 (No es sorprendente que dos aviones Harrier se hayan estrellado en un mes | WIRED): “Además de todo lo relacionado con volar un avión convencional, Harrier los pilotos tienen que inclinar correctamente las boquillas, en función del viento y las condiciones de la pista. También tienen que lidiar con el sistema de control de reacción, una serie de boquillas que se utilizan para mantener el avión nivelado. La boquilla en la nariz sopla el aire hacia abajo, los dos en el las puntas de las alas soplan hacia arriba y hacia abajo, y la de la cola hacia abajo y de lado a lado “.

Entonces, ¿en qué se diferencia la variante naval del F-35 del Harrier ? Vale la pena echarle un vistazo a un artículo realmente interesante, escrito para comparar cómo difieren las versiones de prueba y producción del F-35: X a F: F-35 Lightning II y sus predecesores X-35 | Code One Magazine . En particular, observa cómo el sistema de control de vuelo se ha simplificado e integrado en gran medida con el sistema de vectorización de empuje para minimizar la carga de trabajo del piloto; Dichas disposiciones también tenderían a mejorar en gran medida la estabilidad general de la aeronave en los modos de vuelo de transición en los que las alas y el motor crean parcialmente la elevación. Mientras el software esté haciendo lo que los pilotos quieren que haga, eso es ideal. Las pruebas serán clave para asegurarse de que no haya agujeros en el sobre de vuelo.

A pesar de la probable simplificación del proceso de transición en el avión de última generación, es posible que los medios reales por los cuales se logra el desplazamiento motorizado en el F-35 puedan complicar el ingreso al vuelo de transición. Aquí hay una ilustración de la disposición general utilizada en el F-35 (cortesía de la siempre confiable Wikipedia):

La estructura en forma de barril justo detrás de la cabina se conoce como el “ventilador de elevación”. Es conducido por el motor como se muestra, con puertas en la parte superior que se abren para permitir que el aire sea empujado hacia abajo y hacia arriba para levantarlo. Para hacer la transición hacia el vuelo hacia adelante, parecería que la boquilla en la parte posterior de la aeronave necesitaría girar de apuntando hacia abajo a apuntando hacia atrás. Esa acción tenderá a mover el avión hacia adelante, pero también reducirá la cantidad de elevación orientada verticalmente en la parte trasera del avión, de modo que también tendrá que reducir un poco la salida del ventilador para evitar que se levante. Entonces, el gran truco parece estar avanzando lo suficientemente rápido como para poner las alas en un modo de elevación antes de que su empuje hacia abajo deje de ser suficiente para mantenerlo en el aire.

Tengo pocas dudas de que estos temas se han tenido en cuenta y se están profundizando como parte de las pruebas de aeronaves. Sin embargo, al final del día, creo que las preguntas más importantes que seguirán sin resolverse durante bastante tiempo son:

  • Qué tan diferentes son los aviones de producción entregados de lo que se esperaba originalmente; y
  • Cuán diferente se logran las capacidades de los aviones de nueva generación en lugar de cómo hizo su predecesor.

En ambos casos, la versión VTOL / STOVL del F-35 se está comparando con el AV-8B, que puede no ser una comparación completa de manzanas con manzanas. El F-35 realizará misiones similares y será capaz de un despliegue similar (probablemente), pero sus eficiencias operativas y mejoras pueden dar lugar a algunas compensaciones que no se esperaban.

Aquellos familiarizados con la saga del avión V-22 Osprey con rotor de inclinación deberían reconocer este tipo de evolución impulsada por la realidad. La aeronave promocionó tener un rendimiento similar al de un avión y capacidades de vuelo vertical similar a un helicóptero, terminó teniendo que hacer compromisos definitivos e incómodos en ambas áreas, y de plano no puede girar automáticamente como un helicóptero: los aterrizajes de emergencia deben realizarse con velocidad de avance si no tiene el poder de flotar. Sus defensores dicen que es un gran avión con capacidades únicas (y lo es), pero a pesar del hecho de que la Fuerza Aérea renunció a toda su fuerza de operaciones especiales de helicópteros pesados ​​para obtenerlo, no es un sustituto de helicóptero particularmente bueno.

Simplísticamente, los postes de rodillos empujan directamente hacia abajo y hacia atrás para comenzar la transición (los postes de rodillos de línea de empuje variable pueden desplazar el F-35 en un taxi de 60 kt hacia adelante). A medida que aumenta la velocidad de rodaje, la línea de empuje del tubo de chorro del motor comienza a traducirse gradualmente hacia popa, aumentando la velocidad de rodaje hasta que las alas y el cuerpo de elevación generan suficiente elevación para que el fuselaje sea transportado por el elevador, en lugar de por completo. En ese punto, la aeronave puede comenzar a subir en el elevador disponible y responder a los controles de vuelo aerodinámicos. La tubería de chorro continúa traduciéndose hasta la alineación de popa hasta que el avión vuela de manera segura por completo en un elevador de ala y se termina el empuje del poste de balanceo. El avión ahora vuela convencionalmente.

Se cree comúnmente que el F-35B no puede traducirse en vuelo convencional desde un despegue vertical, sin embargo, ese no es el caso. Incluso puede elevarse verticalmente y traducirse en vuelo convencional con una carga de misiles AA de 4 disparos y combustible suficiente para tener un radio de combate VTOL 100% mayor que un Harrier que opera de la misma manera.

Gracias por la oportunidad de A2A.

En el caso del F35 mientras es capaz de VTOL, operacionalmente está destinado a ser STOVL.

En cualquier caso, el empuje vectorial producido por la acción de la boquilla trasera móvil y a través de las rejillas debajo del ventilador de elevación delantero, proporciona una fuerza de componente horizontal y vertical por el cambio de impulso del gas de escape frío y caliente.

A medida que la aeronave aumenta la velocidad necesaria para que sus alas generen una elevación suficiente, la dirección del gas de escape cambia al cambiar el ángulo de la boquilla trasera y las rejillas del ventilador de elevación, de modo que se genera un mayor componente horizontal de fuerza y el componente vertical disminuyó, hasta el punto donde el ventilador de elevación ya no es necesario y la boquilla trasera está en su orientación horizontal.

Las computadoras de administración de vuelo de la aeronave calculan los ajustes necesarios para la orientación de la boquilla y la paleta y controlan la posición de los diversos actuadores electromecánicos que controlan la boquilla y los mecanismos del ventilador de elevación de manera que se logra una transición suave entre las dos fases del vuelo.

El F-35B no ha hecho la transición del vuelo vertical al horizontal. Ha realizado algunas maniobras verticales, pero no se ha probado en esa transición. Es normal el despegue de campo corto cuando se activa el ventilador ventral y la boquilla de empuje se inclina un poco hacia abajo. Gana velocidad de pérdida por encima y despega, con los mecanismos pasando por una transición automática al vuelo normal con solo pulsar un interruptor.

En este momento, los encargados del mantenimiento no saben cuándo o si los ingenieros les enviarán ese perfil.

EDITAR: Ha demostrado un despegue corto, detenerse en un vuelo estacionario y luego regresar al vuelo normal. Pasar de uno a otro todavía es presionar un interruptor.