Warum haben wir in der Geschichte der Flugzeugentwicklung nicht viele VTOL-Flugzeuge gesehen?

VTOL (und STOVL) sind Konzepte, die als Ergebnis des Fehlens großer Flugzeugträger oder des Platzes für eine lange Landebahn konzipiert wurden. Das Hauptmerkmal dieser Flugzeuge besteht darin, ihnen zu ermöglichen, unter Verwendung einer minimalen Landebahnentfernung zu starten und zu landen, aber um dies zu erreichen, wurden Kompromisse bei der Konstruktion eingegangen. Dies betrifft mehrere Aspekte des Flugzeugs; Die Komplexität steigt, da mindestens zusätzliche Steuerungen für Manöver mit niedriger Geschwindigkeit erforderlich sind, bei denen herkömmliche Steuerflächen ineffizient sind, und eine Möglichkeit, den Schub zu verteilen oder beim vertikalen Fliegen den Schub zum Gleichgewicht hinzuzufügen.

Dies neigt dazu, Gewicht hinzuzufügen und Innenvolumen zu belegen, das ansonsten für andere Dinge, wie beispielsweise Kraftstoff, verwendet werden könnte. Es erhöht die Komplexität beim Fliegen des Flugzeugs und auch in Bezug auf die Wartung und damit auf die Kosten.

Nehmen Sie die F-35 als Beispiel. Es gibt drei Modelle eines einzigen Designs, wobei das A-Modell für den Betrieb von regulären Luftwaffenstützpunkten an Land, das B-Modell für VTOL-Operationen auf amphibischen Angriffsschiffen oder vorderen Luftwaffenstützpunkten und das C-Modell für reguläre Flugzeugträger ausgelegt ist . Im Vergleich zu den anderen beiden Modellen hat das B-Modell weniger internen Kraftstoff und ein geringeres maximales Startgewicht. Aus diesem Grund muss häufiger aufgetankt und/oder weniger Nutzlast transportiert werden, was wiederum die Komplexität des Betriebs des Flugzeugs aufgrund der Logistik erhöht.

Ein weiteres Problem bei VTOL-Flugzeugen ist, dass sie (soweit ich das beurteilen kann) nicht dafür ausgelegt sind, vertikal mit voller Treibstoffladung und voller Nutzlast zu starten. Ich konnte keine Zahlen für die F-35 finden, aber für die AV-8B+ Harrier beträgt das maximale vertikale Startgewicht etwa 9,5 Tonnen, während ein rollender Start dies auf 14 Tonnen erhöht. ([Wikipedia]) 1 Das ist ein ziemlicher Unterschied, und es zeigt, wie viel Sie opfern müssen, um einen vertikalen Start durchführen zu können.

Während es schön ist, die Option von VTOL zu haben, bestimmen die Kosten im Allgemeinen die Entscheidungen (sogar beim Militär). Laut DefenceIssues kostet der Betrieb eines AV-8 rund 19.000 USD pro Stunde . Während älter als zB. ein JAS-39 Gripen (das Alter treibt die Kosten tendenziell in die Höhe), der Gripen, der eine ähnliche Größe und ein ähnliches Leergewicht hat, hat eine größere Reichweite und kostet nur 4.700 USD pro Stunde im Betrieb. Und laut der Quelle ist diese Zahl hoch, da die Arbeitskosten in Europa höher sind als in den USA.

Einsatz auf Flugzeugträgern

Während einige VTOL-Flugzeuge entwickelt wurden, hängt der Grund dafür, warum sie nicht häufiger verwendet werden, mit allem oben Gesagten zusammen. Viele der heute verwendeten Nicht-VTOL-Trägerflugzeuge haben eine Basis in Flugzeugen, die ursprünglich für den Betrieb von Landbasen unter Verwendung regulärer Landebahnen ausgelegt waren. Wenn Sie sich für den Einsatz von VTOL-Flugzeugen auf einem Flugzeugträger entscheiden, kann der Träger im Allgemeinen kleiner sein als ein Träger, der STOL- oder Katapult-gestartete Flugzeuge betreibt, aber dies wirkt sich auch darauf aus, wie Sie den Träger verwenden können.

bjelleklang gibt eine umfassende Antwort. Aber um auf Ihre Aussage "warum haben wir in der Geschichte der Flugzeugentwicklung nicht viele VTOL-Flugzeuge gesehen zu haben" ein Punkt zu machen, gab es tatsächlich viele Versuche, ein effizientes VTOL-Flugzeug bereitzustellen. Hier sind 45 verschiedene Designs, kategorisiert nach technischem Ansatz (größere Version hier verfügbar ).

Die Erfolgsquote liegt bei etwa 4 von 45; Die V-22, die Harrier, F-35 und Yak-38.

VTOL-Flugzeuge sind teuer im Bau, teuer im Betrieb, haben eine kürzere Reichweite, tragen eine geringere Nutzlast und haben eine wesentlich höhere Unfallrate als ein herkömmliches Flugzeug ähnlicher Größe.

Die US Navy berichtet, dass der AV8B Harrier 11,4 Abstürze pro 100.000 Flugstunden hatte, während die ähnlich große, aber konventionelle FA-18 Hornet 3 Abstürze pro 100.000 Flugstunden hatte. Denken Sie daran, dass die Hornet von Trägern aus operiert, eine gefährliche Beschäftigung, sodass die Unfallrate für landgestützte Militärflugzeuge noch niedriger sein wird.

Ein Marine-Wartungsoffizier sagte mir, dass es 400 Stunden Arbeit ist, den Motor bei einem Harrier zu wechseln, während es bei der Hornet ungefähr 4 Stunden sind. Die Platzierung des Triebwerks in einem VTOL-Flugzeug ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Schwerpunkts im Schwebeflug, weshalb das Triebwerk des Harrier in der Mitte vergraben ist.

Der einzige Vorteil von VTOL (oder typischerweise STOVL, vertikaler Start schränkt Treibstoff und Nutzlast stark ein) ist die Fähigkeit, von einer kleinen und unvorbereiteten Basis aus zu operieren. Mit dem Aufkommen der Luftbetankung, die die Reichweite von Flugzeugen erweitert, die eine lange Landebahn benötigen, ist der Bedarf an VTOL-Flugzeugen jetzt sehr begrenzt. Für eine schnelle Kampfunterstützung auf kurze Distanz können Helikopter mit ihrer überlegenen langsamen/keinen Geschwindigkeitsflughülle den Bedarf decken.

Der einzige Grund für den Einsatz von VTOL-Flugzeugen auf einem Träger ist, wenn der Träger nicht groß genug ist, um ein Katapult und eine Fangvorrichtung zu tragen. Für eine kleinere Marine ist es billiger, einen kleinen Träger mit ein paar STOVL-Flugzeugen zu bauen, als einen großen Katzen- / Fallenträger zu bauen und zu warten. Das ist der Kompromiss – VTOL-Flugzeuge sind teurer, aber die kleinere Fluggesellschaft, die zu ihrer Unterstützung benötigt wird, ist billiger in Bau und Betrieb.

Was die Wahl des RN für die STOVL F35B für die Träger der QE-Klasse etwas verwirrend macht - sie sind definitiv groß genug, um Cat/Trap zu unterstützen, mit geringeren Kosten, besserer Missionsleistung und geringeren Unfallraten von Cat/Trap-Flugzeugen.