Warum haben die F/A-18 und die F-22 Raptor sowohl einen horizontalen Stabilisator als auch geneigte Ruder zur Nicksteuerung?

Die Ruder moderner Jagdflugzeuge sind meistens geneigt, um ihren Radarquerschnitt zu verringern . Ein gerades vertikales Leitwerk würde in Kombination mit dem Rumpf oder der Tragfläche einen Eckreflektor erzeugen und Radarwellen direkt zu ihrer Quelle zurücksenden. Um den Erfassungsradius zu verringern, muss ein solches Verhalten vermieden werden. Das erste Flugzeug, das diesen Trick anwandte, war die SR-71.

Bei der F-18 bestand ein weiterer Grund darin, die Spitzen der Seitenleitwerke in die seitliche Position des Rippenwirbels zu bringen: Die große Vorderkantenverlängerung der Tragfläche erzeugt bei hohem Anstellwinkel einen starken Wirbel, der die Wirksamkeit der Leitwerke verbessert und nachgibt bessere Gierkontrolle. Das Platzen des Wirbels würde jedoch ein starkes Flattern verursachen, und eine zusätzliche Lösung war erforderlich , um die Ermüdungslebensdauer der Schwänze zu verbessern.

Das horizontale Leitwerk ist eine Notwendigkeit für die Nicksteuerung und zum Trimmen der Klappenmomente in der Landekonfiguration. Schauen Sie sich nur den Beitrag von Boeing zum JSF-Wettbewerb an : Die X-32 war ursprünglich als Delta nur mit vertikalen Leitwerken geplant, aber als die Marine ihre Anforderungen an den Trägerbetrieb verfeinerte, musste Boeing ein konventionelles horizontales Leitwerk hinzufügen, um den erforderlichen Anstellwinkel zu erreichen und Mindestgeschwindigkeit.

Boeing X-32 (links, Quelle ) und die geplante Serienversion (rechts, Quelle ) mit dem hinzugefügten Höhenleitwerk. Die F-117 war ein Luftwaffenflugzeug mit sehr begrenzter Wendigkeit, sodass sie mit einem schwanzlosen Design davonkommen konnte. Echte Jäger und Trägerflugzeuge können das nicht.

Das Geben des horizontalen Hecks Dieder verringert seine Wirksamkeit auf zwei Arten:

1. Anstellwinkeländerungen von Tonhöhenänderungen werden um den Kosinus des Diederwinkels reduziert, und
2. Die vertikale Komponente der aerodynamischen Kraft wird ebenfalls um den Kosinus des Flächenwinkels reduziert.

Beachten Sie, dass der Luftwiderstand eines V-Leitwerks unabhängig von seiner Richtung vom erzeugten Gesamtauftrieb abhängt. Nur die horizontale Komponente ist für die Pitch-Steuerung wirksam, daher ist ein steil gewinkeltes V-Leitwerk für die Pitch-Steuerung sehr ineffektiv. Im Luftkampf verringert der hohe Luftwiderstand die Leistung, wenn sie am dringendsten benötigt wird.

Sie sind sehr unterschiedliche Flugzeuge, die für unterschiedliche Anforderungen gebaut wurden und sehr unterschiedliche Rollen erfüllen sollen.

Große Hecks sind gut für Pitch-Autorität und High-Alpha – was gut für Manövrieren und Luftkämpfe ist, aber nicht sehr relevant für die Missionen der F-117.

Die F-117 war ein taktischer Bomber mittlerer Höhe, der sein Leben damit verbrachte, zwei große 2000-Pfund-Bomben herumzuschleppen. Es wurde nicht erwartet, dass es mit gegnerischen Jägern tangiert, daher war die Manövrierfähigkeit weniger wichtig, daher das kleine Heck und das sehr bescheidene T / W-Verhältnis. Stealth hielt es am Leben, keine ausgefallene Beinarbeit.

Der Hornet - Klassiker (und danach Super Hornet) ist ein Mehrzweck-Kämpfer , von dem erwartet wird, dass er alles von Flottenverteidigung, SEAD, Verbot, Aufklärung und natürlich CAS erfüllt. Es wurde entwickelt, um bei niedriger Geschwindigkeit und hohem AOA extrem gut zu handhaben. Nickrate und Nose-Pointing sind sehr gut – es dreht sich leicht in einem F-16, wenn auch nur kurz (Wenderate vs. Wenderadius). Die Steuerbarkeit bei niedriger Geschwindigkeit ist auch für die Landung auf Trägern von entscheidender Bedeutung. Deshalb braucht es große Schwänze

Der Raptor ist ein Luftüberlegenheitsjäger (mit einigen Mehrzweckfähigkeiten). Seine Aufgabe besteht darin, sich mit allen anderen in der Luft zu messen. Daher zählen alle klassischen Leistungsparameter: T/W, Beschleunigung, Höchstgeschwindigkeit, Steigrate, Wenderate und Wenderadius. Es wird eine Hornet (sofort und anhaltend) überholen und eine F-16 überholen, obwohl es doppelt so schwer ist wie beide. Große Leitwerke sind hier noch wichtiger für die Kontrolle, insbesondere in den sehr großen Höhen, in denen die F-22 fliegen kann.

Mit anderen Worten, der Raptor und der Hornet müssen ziemlich flink sein – der F-117 nicht.

Hier ist eine Super Hornet, die eine kleine Show gibt. Beobachten Sie, wie es um 4:35 und 5:00 Uhr seine Nase herumreißt.

Die Designphilosophie der F-117 unterschied sich von der der F-22 (oder F-18, die nicht als Stealth-Flugzeug gedacht war). Der Hauptentwurfstreiber des F-117 (tatsächlich praktisch der einzige) war die Reduzierung des RCS – das Ergebnis war ein deutlich nicht aerodynamisches Design. Die Einbeziehung separater horizontaler Stabilisatoren hätte die Wirksamkeit des Designs verringert. Die F-117 verwendete die vier Höhenruder (eine Kombination aus Querrudern und Höhenrudern) anstelle des horizontalen Stabilisators, da sie sich weit hinten im Rumpf befinden. Bei der Entwicklung von F-117 wurden niemals horizontale Stabilisatoren in Betracht gezogen.

Die F-22 hingegen war ein Überschall-Hochleistungskampfflugzeug, das horizontale Stabilisatoren für die Manövrierfähigkeit benötigte (es ist ein supermanövrierbarer Jäger, der Schubvektoren verwendet). Ohne horizontalen Stabilisator wäre es für die F-22 oder F-18 sehr schwierig, ihre Leistungsziele zu erreichen, insbesondere für die trägergestützte F-18.

Tatsächlich gab es eine Variante der F-117, die mit einem horizontalen Stabilisator ausgestattet war – die ungebaute A/F-117X, von der erwartet wurde, dass sie ein Mehrzweckflugzeug ist (im Gegensatz zur F-117, die kaum etwas anderes konnte als Wurfbomben). Ein Hauptgrund, warum dieses Design einen horizontalen Stabilisator hatte, war, dass die F-117 ziemlich hohe Anfluggeschwindigkeiten hatte, da die Höhenruder nicht gleichzeitig als Landeklappen dienten. Das überarbeitete Heck hatte horizontale Stabilisatoren ähnlich wie F-22, die verwendet wurden, um die Sinkgeschwindigkeit zu reduzieren und den Anflugwinkel zu kontrollieren, was mit dem ursprünglichen F-117 nicht möglich gewesen wäre.

Bei der F-18 erzeugen die Aufzüge nicht genug Abwärtskraft für den Start. Die Ruder sorgen für die nötige zusätzliche Kraft. Zu sehen in diesem Video:

Beachten Sie, dass beide Ruder beim Start nach innen zeigen. Wenn die Aufzüge nicht genügend Neigungssteuerung bieten, werden die Seitenruder dies natürlich auch nicht tun.