Warum starten Kampfjets nicht senkrecht?

Ich habe oft die Behauptung gehört, dass einige moderne Kampfflugzeuge einen installierten Schub haben, der größer ist als ihr Gewicht, sodass sie theoretisch gerade nach oben beschleunigen könnten.

Davon habe ich allerdings noch nie etwas gehört. Es klingt jedoch nützlich, insbesondere auf dem Deck eines Flugzeugträgers. Stellen Sie sich vor: Wir könnten das gesamte Katapultsystem herausnehmen und es durch eine Art System ersetzen, um ein Flugzeug aufzunehmen und es vertikal zu drehen.

Warum wird dies nicht getan?

@cpast guter Punkt, obwohl VTOL-Flugzeuge von Anfang an für diese Fähigkeit ausgelegt sind und dadurch in anderen Bereichen erheblich verlieren. Mein Vorschlag war eher, dass eine aktuelle F-16 mit wenig Modifikation vertikal abheben könnte.
Das Pick-up-and-Turn-System wäre wahrscheinlich nicht so einfach. Einige Marinen werden Katapulte stattdessen los, indem sie das STOBAR "Skisprung" -System verwenden. Der Vorteil des Katapults ist jedoch, dass es auch Flugzeuge mit geringerer Leistung wie die E-2C Hawkeye starten kann .
Und selbst VTOL-fähige Flugzeuge vermeiden nach Möglichkeit den Senkrechtstart. AIUI ermöglicht sogar ein kurzer Startlauf ein deutlich höheres Startgewicht, was mehr Treibstoff und/oder Waffen entspricht.
Und muss sich das typische Düsentriebwerk nicht mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegen, um seinen vollen Schub zu entwickeln?
Nur weil ein Flugzeug nicht für VTOL ausgelegt ist, heißt das nicht, dass es nicht gerade nach oben beschleunigen kann. Viele Kämpfer, die normal abheben, können und müssen (zumindest im Training) direkt nach oben beschleunigen. Sie heben normal ab, um eine kontrollierbare Geschwindigkeit zu erreichen, und ziehen dann hoch. Siehe zum Beispiel hier. Auch hier .
@NigelHarper: Denken Sie daran, dass Sie beim Start nicht mehr als eine kleine Menge Treibstoff mitnehmen müssen oder wollen - Sie brauchen nur genug, um es bis zum Tanker zu schaffen.
"Warum starten Kampfjets nicht senkrecht ?" und "so dass sie theoretisch direkt nach oben beschleunigen könnten ... Warum wird das nicht gemacht?" sind zwei völlig getrennte Fragen. Was fragst du wirklich?

Antworten (5)

Sie können senkrecht steigen, aber das funktioniert am besten, wenn sie mehrere Tonnen unter ihrer maximalen Startmasse liegen. Kampfjet-Triebwerke brauchen viel Treibstoff, und zu Beginn des Fluges ist das Flugzeug zu schwer für den senkrechten Steigflug. Außerdem müsste das Fahrwerk neu angeordnet werden, wenn das Flugzeug von einem beliebigen Flughafen abheben soll.

Selbst ein Schub/Gewichts-Verhältnis knapp über 1 bei maximaler Startmasse wird nicht ausreichen, da das Flugzeug eine gewisse Fluggeschwindigkeit benötigt, damit seine Steuerflächen wirksam werden. Wenn keine Schubvektorsteuerung installiert ist, ist das Flugzeug bei seinem anfänglichen Steigflug unkontrollierbar. Der Harrier VTOL-Jet verwendet Zapfluft, die zu Düsen an den äußersten Enden von Rumpf und Flügel geleitet wird, um die Fluglage bei niedriger Geschwindigkeit zu steuern.

Es ist denkbar, dass der Jäger vertikal an einer Wand hängt, wobei seine Räder in Kupplungen arretiert sind, die ihn freigeben, wenn der erforderliche Schub erreicht ist. Mit der Schubvektorsteuerung könnte das Flugzeug über die gesamte Flugbahn gesteuert werden, bis es in den Horizontalflug übergeht, und könnte sogar vertikal landen. Dies würde jedoch speziell vorbereitete Flugplätze erfordern und viel mehr Treibstoff verbrauchen als ein herkömmlicher Start, sodass weniger Treibstoff für die Mission übrig bleibt.

Ausgezeichnete Antwort, ich denke, Sie haben alle Punkte getroffen. Die Tatsache, dass genügend Treibstoff mitgeführt wird, um eine Mission abzuschließen, trägt so sehr zum Startgewicht bei, und die Unkontrollierbarkeit sind sehr gute Beispiele dafür, warum dies nicht getan wird. Vielleicht wäre dies mit dem Aufkommen eines effizienteren Schuberzeugungsgeräts möglich: D
Es ist erwähnenswert, dass es mehrere Prototypen von Tailsittern gab, die für einen solchen vertikalen Start entwickelt wurden, aber keiner es in die Produktion schaffte, vermutlich aufgrund schwieriger Handhabung und notwendiger Designkompromisse.
Der Convair Pogo war ein solches Beispiel. Ich glaube, nur der ursprüngliche Testpilot hat jemals versucht, das Flugzeug zu landen, was von ihm verlangte, hinter sich zu schauen, um das Ding zu stabilisieren.
@JanHudec Ich denke, das könnte eine gute Antwort sein!
Peter, ich denke, es ist am besten, die Teile über speziell präparierte Flugplätze herauszunehmen. Wenn dies nützlich wäre, wäre es nur auf einem Träger nützlich, der definitiv ein speziell präparierter Flugplatz sein könnte. Ansonsten sieht die Antwort super aus!
@raptortech97: Warum sie auf Träger beschränken? Sie könnten sich auf Gebäuden oder in gehärteten Silos befinden. Wenn keine Landebahn benötigt wird, können Sie an vielen Stellen Flugplätze errichten.
@PeterKämpf wow, das ist eine interessante Idee!
@Peter Also im Grunde wie Hubschrauberlandeplätze, aber kompliziert und sehr teuer?
@cpast: Der teure Teil ist der Kämpfer. Der Flughafen ist recht günstig; Sie benötigen eine Wand und ein Rückhaltesystem, können aber auch auf die gesamte Landebahn und die Rollwege verzichten.
Gehe ich richtig in der Annahme, dass die meisten Triebwerksinstallationen bei einer Fluggeschwindigkeit von Null keinen maximalen Schub erzeugen können, hauptsächlich aufgrund von Ineffizienzen des Einlasses und mangelnder Druckwiederherstellung, insbesondere wenn sie für Überschallflüge ausgelegt sind?
@sdenham: Absolut richtig für Kampfflugzeugtriebwerke, aber Verkehrsflugzeugtriebwerke haben aufgrund des hohen Bypass-Verhältnisses ihr Schubmaximum bei relativ niedriger Geschwindigkeit. Das ist der Grund für die Verwendung des großen Gebläses im F-35, das das Motordrehmoment bei niedriger Geschwindigkeit viel besser in Auftrieb umwandelt als der Motorkompressor und die Düse.
@PeterKämpf: "viel mehr Treibstoff verbrauchen als bei einem konventionellen Start" Können Sie bitte das Treibstoffargument erläutern. Um potenzielle Energie (Höhe) zu gewinnen, muss eine bestimmte Menge an chemischer Energie (Brennstoff) aufgewendet werden. Wäre das nicht ungefähr der gleiche Betrag, wenn Sie gerade nach oben fliegen, verglichen mit einem geneigten? Könnte man nicht sogar argumentieren, dass gerade nach oben treibstoffeffizienter ist, da während der kürzeren und langsameren vertikalen Flugbahn weniger Luftwiderstand auftritt?
@Scrontch: Sie müssen die Masse des Flugzeugs während des Aufstiegs unterstützen. Flügel tun dies 10- bis 60-mal effizienter als Motoren. Die Energie zum Anheben und Beschleunigen des Flugzeugs ist die gleiche, also macht es den Unterschied, wie Sie die Masse in diesen entscheidenden Minuten unterstützen.
@PeterKämpf: Das Argument habe ich schon oft gehört, aber ich verstehe es immer noch nicht. Ein Motor verbrennt Kraftstoff, um Luft zu beschleunigen und so eine Reaktionskraft zu erzeugen. Wie kann es effizienter sein, Luft rückwärts über einen Flügel zu beschleunigen (der den Luftstrom irgendwie nach unten ablenkt), als ihn sofort direkt nach unten zu beschleunigen?
@Scrontch: Das Geheimnis liegt in der Luftmenge und der Größe der Beschleunigung. Mit viel Luft, aber wenig Beschleunigung sind Flügel effizienter als Propeller, die effizienter sind als Turbofans, die effizienter sind als Turbojets.

Ja, sie können direkt nach oben beschleunigen (in einigen Fällen sogar bei maximalem Gewicht), aber um von einer Fluggeschwindigkeit von 0 direkt nach oben zu beschleunigen, ist eine Art Kontrolle erforderlich, um das Flugzeug stabil zu halten. Alle normalen Steuerflächen des Flugzeugs funktionieren nur, wenn Luft darüber strömt. Wenn Sie es also aufstellen und die Drosseln nach vorne drücken, würde es sich einfach umkippen.

Aus diesem Grund haben VTOL-Flugzeuge immer mehr als einen Punkt, der Schub erzeugt. Sie verwenden Schub, um das Flugzeug beim Steigen zu stabilisieren.

Die andere Überlegung (wie Peter erwähnte) ist, dass es weniger effizient ist, auf diese Weise zu klettern, was weniger Treibstoff für die Mission, ein geringeres Startgewicht oder einen anderen Kompromiss bedeutet.

Das nächste, was die USA jemals erreicht haben, ist das ZEL-Programm für den F-100 Super Sabre.
Legen Sie die F-100 im Grunde auf eine Abschussschiene für Marschflugkörper, schnallen Sie einen höllisch großen Raketenverstärker an ihren Arsch und rennen Sie in Deckung.
Früher hatten sie ein 90-minütiges VHS-Band über das Projekt, sie gingen so weit, unterirdische Startrampen mit nuklearexplosionssicheren Türen zu entwerfen, um die Jäger nach sowjetischen Bombern zu starten. Es ging jedoch nie in Betrieb, als es soweit fortgeschritten war, dass es in der Praxis funktionieren konnte, war das Nike SAM-System ausgereift genug, dass das ZEL-Programm nicht mehr benötigt wurde.

Während der Super Sabre sicherlich viel früher war, kommt er einem VTOL-Kämpfer in den USA nicht ganz am nächsten. Das gibt es schließlich.
@reirab der AV-8A war der früheste VTOL-Jäger, den die USA in Produktion gingen.
Rechts. Ich habe nur angenommen, dass Sie das nicht zählen, da es ursprünglich ein britisches Design war und Sie sagten, dass die USA einem VTOL-Jäger am nächsten kamen, war das ZEL-Programm für die F-100. Die F-35 ist sehr VTOL-fähig und in erster Linie ein US-Design.

Nun, das tun sie manchmal. Ein Pilot oder eine Flugleitung kann einen uneingeschränkten Steigflug auf Reiseflughöhe beantragen, um Abfangen oder andere Trainingsmanöver zu üben, wie dieser F-22 Raptor demonstriert. Dies erfordert jedoch einen herkömmlichen Start und beschleunigt den Jet auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit, bevor er in die Vertikale geht.

Bei einem Triebwerksschub größer 1:1 gilt dies für statische Bedingungen auf Meereshöhe, in der Regel mit voller Nachverbrennung. Mit zunehmender Höhe nimmt der Nennschub, den die Triebwerke erzeugen können, mit abnehmender Luftdichte ab.

Die Idee eines reinen VTOL-Jägers wurde mit den "Tail Sitter" -Designs wie dem Convair XFY-1 Pogo oder dem Einstieg von Lockheed erforscht . Diese Entwürfe waren für einen vorgeschlagenen Abfangjäger auf Kreuzerbasis machbar, aber die Konfiguration erschwerte die Landung, und das Projekt wurde kurz nach einer Reihe von Testflügen abgebrochen.

Sowohl die Angriffsflugzeuge der Harrier-Serie als auch die neue F-35B können vertikal starten und landen, jedoch mit einem stark reduzierten Treibstoff- und Nutzlastbedarf für den Schwebeflug; Diese Flugzeuge bevorzugen kurze Starts von Schiffen mit einem Kriegsherrn und landen dann vertikal, sobald diese nach Abschluss einer Mission erschöpft sind.

Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor: Wenn ein Jäger mit einem Schub-zu-Gewicht-Verhältnis von mehr als eins vertikal von einem Schiff starten kann, wie landet dieser Jäger dann wieder auf dem Schiff? Draußen im Ozean gibt es keinen anderen Ort zum Landen, und wenn das Schiff ein Flugdeck zum Landen hat, kann es es auch für einen viel sichereren konventionellen Start mit einer viel höheren Kampflast nutzen.

Dies war das Problem, mit dem die drei Schwanzsitter konfrontiert waren, die die USA in den 1950er Jahren von Convair, Lockheed und Ryan finanzierten. Fazit: Die Hecklandung mit Schulterblick des Piloten stellte sich als viel zu schwierig heraus, auf stehendem Land, mit riesigem Landeplatz und ohne Gefechtsschaden. Der Versuch, einen Hecksitter nach einem Kampfeinsatz auf einem fahrenden Schiff zu landen, wäre noch schwieriger gewesen.

Alle drei Bemühungen wurden aufgegeben, da sie unter militärischen Bedingungen unpraktisch waren.

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