Supermanévrovost bojových letounů

Letouny byly poprvé využity k vojenským účelům v I. světové válce. Již v roce 1916 německý letec Oswald Bolke stanovil první pravidla leteckých bitev. I když se od I. světové války mnoho změnilo, jeho nesmrtelná slova platí dodnes: dostaň se do lepší pozice než nepřítel a vyhraješ bitvu. Tato základní poučka byla potvrzena i ve II. světové válce. Éra moderního vzdušného boje byla utvářena v období studené války. Bylo to 40 let soupeření, kdy se obě strany usilovně snažily získat prvenství. F-86 byl dopraven do Koreje, aby se zde utkal se svým rivalem MiG-15. Mohutný XB-70 Valkyrie přinutil Rusy, aby postavili svůj MiG-25 Foxbat. Ohromující rychlost tohoto záhadného MiGu měla takový účinek, že Amerika sehnala své nejchytřejší mozky, aby sestrojila nejdokonalejší letoun na světě. Orel F-15 Eagle, jednička mezi stíhacími letouny v řadě studených bojovníků, po léta suverénně vládl obloze. Ale dnes mu vyzyvatelé z Evropy a Ruska sejmuly korunu.

Jenže stratégové amerických vzdušných sil (USAF) chtějí, aby v 21. století ty nejlepší stroje byly v jejich hangárech. Určitou jistotu jim dává F-22 RAPTOR, který byl připravován více než 10 let. Nejchytřejší hlavy leteckého průmyslu měli za úkol sestrojit nejvyspělejší letoun, jaký kdy spatřil světlo světa. Vojenští stratégové nepředpokládají, že by byl využit pro férový boj, kdy na sebe piloti “vidí”. F-22 je natolik vyspělý, že i při nižším počtu letounů budou američtí piloti vládnout obloze. Velitel střediska řízení vzdušných operací, gen. Dick Hawley k tomu dodává: … “letouny F-22 mají v budoucnu zajistit ten nejnáročnější úkol, tj. vybojovat a udržet nadvládu ve vzduchu”. “Po léta měly USA převahu ve vzduchu, protože měly nad svými protivníky technickou převahu. F-22 nám díky své výjimečnosti umožní udržet si toto výhradní postavení i v budoucích konfliktech”.

Pojem supermanévrovost

Pojem "supermanévrovost" zahrnuje dvě letové schopnosti letounu - orientaci při klopení a zatáčení nezávisle na dráze pohybu a provádění řízených obratů v minimální době při velkých úhlech náběhu. Uvědomuji si, že běžnému člověku tato definice nic neřekne a pokusím se toto zajisté velmi zajímavé téma vysvětlit na příkladech co nejsrozumitelnější formou. Leckdo by si mohl myslet, že supermanévrový letoun má větší řídicí plošky (křidélka a kormidlo) a proto dovede dělat menší zatáčky, obraty a výkruty. I když tento názor považuji za velmi zjednodušený, částečně je ale správný.

Supermanévrovost jsem se pokusil definovat sám následovně:

A) z hlediska vedení boje představuje mimořádnou schopnost letounů pohybovat se ve vzduchu zcela nezvyklým způsobem pro dosažení a udržení výhodné pozice, k získání relativní výhody nad svým protivníkem v blízkém manévrovém boji a vytvoření takových podmínek pro použití zbraní, které povedou k vítězstvím nad ním.

B) z technického hlediska představuje supermanévrovost rozsáhlý komplex opatření zejména v konstrukci, pohonné jednotce a elektronickém vybavení a v zabezpečení jejich úzké součinnosti ve všech fázích vzdušného boje.

Ani v odborných kruzích nejsou názory na pojem supermanévrovost jednotné. Některé letecké firmy, či specialisté řadu typů moderních bojových letounů do této kategorie řadí podle mého názoru neoprávněně. Nejednotnost názorů v tomto smyslu souvisí pravděpodobně s tím, že se dosud nedospělo na mezinárodní úrovni ke stanovení parametrů, charakterizujících supermanévrovost. Vojenští piloti v reálném ozbrojeném konfliktu velmi rychle poznají supermanévrový letoun. Ale pokud oni sami nebudou sedět v letounu podobných kvalit, pak toto setkání pro ně s největší pravděpodobností nebude příznivé. Jak daleko dospěl vývoj těchto letounů, jaký je poměr v dosažené technologické úrovni a v předpokladech pro jejich masové zavedení?

Poměr technologických úrovní v supermanévrových letounech

Jako rána z čistého nebe způsobilo předvedení veřejnosti nových ruských supermanévrových letounů řady MiG a Su. Zejména Su-37 vyvolává mnoho obav. Zkušební pilot Frolov jej charakterizuje těmito slovy: “Tento letoun je snadno ovladatelný, velmi citlivý, chytrý a ve vzduchu se chová jako pravý gentleman. “Su třicátý sedmý” se chová jako žádný jiný na světě”. I přestože se Su-37 vypadá na první pohled úplně stejně jako jeho předchůdce Su-27, má nová ruská stíhačka jeden podstatný rozdíl – ovladatelné výkyvné výstupní trysky motorů. Když se vychýlí nahoru, či dolů, změní se vektor tahu. Jestliže se jedna vychýlí nahoru, druhá dolů a letoun právě stojí na ocase, pak může udělat třeba piruetu. Schopnost pohybovat tryskami při manévrování je piloty nazývána jako reaktivní navádění. Není samoúčelné. Ve vzdušném boji může takový pohyb znamenat pro protivníka smrtelné překvapení. Zkuste se vžít do situace, kdy se přibližujete k letounu protivníka zezadu a v okamžiku, kdy je “na dostřel” v mžiku změní směr letu (odskočí do strany), udělá salto, nebo i na chvíli zastaví. Samozřejmě, že každý běžný letoun jej v tu chvíli v důsledku setrvačnosti přelétne a než se pilot naděje, letoun protivníka se dostane za něj, do pozice výhodné pro střelbu. Vychylování výstupních trysek není ve světě novinkou. I Evropané vědí, jak ho postavit a použít. I američtí specialisté ho instalovali do F-22. Ale Rusové ho zdokonalili a instalovali do Su-37 a nyní předvádějí možnosti své nové stíhačky v mnoha letových ukázkách na mezinárodních leteckých výstavách. Na vlastní oči jsem viděl to, co dovede Su-37 ve vzduchu.

Su-37

Když pilot Su-37 letí malou rychlostí a ovládá všechny řídicí prvky, připadá mu, jako kdyby ani neseděl ve stíhačce. Vše se velmi rychle mění. Například ukazatel rychlosti je na nule, ukazatel úhlu náběhu a ukazatel horizontu se pohybují tak rychle, že se pilot podle nich nedokáže řídit a stejně jako v akrobatickém letounu se orientuje pohledem z kabiny. Když jsem viděl jeho poprvé, první co mne napadlo bylo, že to jak létá se vymyká všem zákonům aerodynamiky letu a pravděpodobně i některým zákonům fyziky. Například manévr “kobra” je jedním ze standardních manévrů, při kterém se letoun postaví na ocas a otočí se. Při manévru “přemet” pilot zatáhne za řídicí páku, ale namísto aby letoun letěl vzhůru, tah vychýlených trysek jej strhne do rychlého přemetu, ale letoun se přitom stále pohybuje dopředu. V jednu chvíli dokonce letí pozpátku. V leteckých kruzích je tato vlastnost nazývána “superovladatelnost”.

Měl jsem tu čest zeptat se zkušebního pilota Frolova, zda mohou být tyto manévry užitečné v boji. Frolov s úsměvem na rtech odpověděl: “tady létám beze zbraní, ale ve skutečném boji se mohu podle uvážení zastavit, rozhlédnout se kolem sebe, prozkoumat prostor radarem, vybrat si cíl a vystřelit. Nebo udělám salto, či kobru, podívám se dozadu a zase vystřelím. Zkuste to samé udělat s vaším L-159”. A ještě něco – nezapomeňte na jednu důležitou věc, moje Su-37 má “žihadlo” (výstražný radar zadní polosféry, který snímá prostor za letounem a varuje pilota o přítomnosti cílů – poznámka autora) a tak stále vím, co se děje nejen přede mnou, ale i za mnou. Samozřejmě, že výkony a bojové možnosti těchto dvou typů letounů nelze srovnávat, jsou to letouny odlišných kategorií. Ale uvědomil jsem si, že hbitost spojená s velmi dobrou ovladatelností dává pilotovi celou řadu výhod, které ve svém důsledku podstatně zvyšují bojovou sílu letounu. I když jsem amerického rivala F-22 RAPTOR při podobných ukázkách ještě neviděl, jsem přesvědčen, že aspoň některé z krkolomných manévrů umí také i přestože k tomu nebyl vůbec vyvíjen. Američtí specialisté vycházejí z předpokladu, že vlastnosti F-22 v bitvách 21. století budou natolik výjimečné, že se k nim ostatní letouny ani nepřiblíží. V minulých letech byly uskutečněny zkoušky použitelnosti letounu F-22 v různých bojových situacích. Vzhledem k tomu, že trysky je možné vychýlit v rozsahu ± 20°, s letounem lze provádět rychlé nečekané manévry i při vysokých rychlostech. Zkoušky prokázaly, že může zůstat snadno ovladatelný rovněž při minimální rychlosti při úhlu náběhu 60°. Další zkoušky byly prováděny s upraveným letounem F-16, do kterého byl instalován motor s výkyvnými tryskami. Letoun potvrdil teoretický předpoklad bojové využitelnosti tzv. ploché vývrtky, kdy se letoun snáší k zemi a otáčí se. Cílem manévru je udržet příď letounu směrem k nepřátelskému stroji, ať je kdekoli. Myšlenka podobná jako u Su-37. Dalším příkladem k dosažení supermanévrovosti je projekt JSF (Joint Strike Fighter). Na letounu je ocas klasického provedení nahrazen vertikálním kýlem. Letoun je přirozeně značně nestabilní. Ale právě jeho nestabilita je využívána k dosažení vyšší manévrovosti. Stability letu je naopak docíleno použitím výkyvné trysky. Cílem projektu je navrhnout malou stíhačku s nízkým čelním odporem, značnou hbitostí a pohyblivostí. Letoun vyvíjený v rámci projektu X-29 jde odlišným směrem. Hlavní myšlenkou je použití záporné šípovitosti křídla (křídla směřují dopředu) a docílit opět přirozené nestability k tomu, aby se letoun choval zcela nestandardním způsobem. Tato koncepce má protějšek v Rusku v podobě letounu S-37 BERKUT. Pro pilota je vysoká gravitace v podobě několikanásobku g jedna věc, ale zastavit se ve vzduchu, to je o něčem úplně jiném. Na supermanévrovost si piloti musí zvyknout. Zdá se, že vývojové projekty budoucích letounů mají určité znaky společného jmenovatele. Frolov se domnívá, že Su-37 je zatím nejobratnější stíhačka. Bedlivě sleduje vývoj F-22 a je ohromen tím, co viděl a co se o ní uvádí. V rychlosti a neviditelnosti se Američanům těžko kdo vyrovná, ale co se týká superovladatelnosti, jsou Rusové stále ve vedení.

Supermanévrovost a nezvyklé letové manévry

Někteří specialisté tvrdí, že mimo pobavení diváků při leteckých ukázkách má supermanévrovost letounů jen malé bojové využití s tím, že klasické letecké souboje skončily s korejskou válkou. Podle nich v dnešním neosobní éře PLŘS středního dosahu je o výsledku boje rozhodnuto mnohem dříve, než pilot vidí svého protivníka, tzn. za hranicí optické viditelnosti, resp. ve vzdálenostech, kam “vidí” jen výkonné letounové senzory, zejména radary. Ať je tomu jak chce, USAF nenechává nic náhodě. A má k tomu pádné důvody. V analýzách ozbrojených konfliktů se uvádí, že více než polovina všech vzdušných bojů byla charakterizována jako blízký manévrový boj pod hranicí vizuální viditelnosti. Se situací, kdy se letouny k sobě přiblíží a jsou v kontaktu, tedy nelze vyloučit. Další předností letounů této kategorie je schopnost vést účinný boj s bojovými vrtulníky, které letí malou rychlostí pár metrů nad terénem. Pro klasické nadzvukové letouny jsou vrtulníky vzhledem ke značnému rozdílu rychlostí tvrdým oříškem. U letounů se supermanévrovostí se situace obrací a mají být téměř vždy ve výhodě.

Problém supermanévrovosti se stal aktuálním, když taktické stíhací letouny třetí generace nebyly schopny provést zatáčku dostatečně rychle pro dosažení polohové převahy v boji na malou vzdálenost. Jestliže se pilotovi nepodařilo dosáhnout překvapivosti a první zteč řízenými střelami nebyla úspěšná,další pokusy o převzetí iniciativy v boji byly většinou zbytečné.

Vývojové projekty v úsilí o dosažení supermanévrového letounu

Americký stíhací letoun F-16 s poměrným tahem větším než jedna a měrným zatížením na křídlo 300 kg/m2 byl do poloviny 80. let považován za letoun s nejvyššími manévrovými možnostmi. V posledních letech však musel ve vzdušných bojích, především v regionu Blízkého východu, bojovat s letouny s podobnými charakteristikami. Při stejné úrovni přípravy posádek se tedy efektivnost boje prudce snižovala a nebylo dosahováno jednoznačné převahy. Modelování vzdušného boje ukázalo, že podmínkou úspěšné zteče ze zadní polosféry je volný posuv trupu při zachování dráhy letu ve vertikální rovině v rozsahu 6° a horizontální rovině 4°. U sériových stíhacích letounů i při využití mechaniky křídla (klapek a slotů) je rozsah úhlu omezen 2°. Supermanévrovost, jako netradiční metoda řešení tohoto problému, umožňuje podstatně zlepšit pilotážní schopnosti letounu. Proto byl letoun F-16 vybaven zdvojenými předními horizontálními plochami, minikřídlem (pod vstupním hrdlem ve spodní části trupu) a systémem pro řízení přídavných kormidel pomocí počítače. Tento program zdokonalené integrované technologie byl nazván AFTI (Advanced Fighter Technology Integration). Výzkum prokázal možnost provádět takové bojové obraty, které byly jinému letounu doposud nedostupné.

Podle zahraničních specialistů i relativně jednoduchá mechanická zdokonalení, nevyžadující velké náklady, mohou zásadním způsobem zlepšit aerodynamické vlastnosti letounu, a tím i zvýšit jeho efektivnost v blízkém manévrovém boji, resp. boji na malé vzdálenosti. Během zkoušek letoun F-16 zakončil útočné manévry palbou z kanónů poté, co rychle změnil úhel nadběhu. Použití tzv. reverzního tahu motoru spočívalo v tom, že se letoun zatáčel v horizontální rovině bez klonění a tím umožňoval zaujetí základní polohy vhodné pro provedení následné zteče. Úhybné manévry s rychlými horizontálními a vertikálními posuny umožňovaly v kritickém momentu opustit oblast možných ztečí protivníka nebo ho přinutit k přelétnutí před sebe, tzn. dostat ho do nevýhodné situace. Kromě toho se i značně zmenšovala zranitelnost letounu při zteči pozemního objektu se silnou PVO. Pilot zaměřil, uchýlil se od palby protiletadlových prostředků a současně se přibližoval k cíli. Neobvyklé křivky dráhy letu umožňovaly takové krátkodobé polohy, které zabezpečovaly bezpečnost a současně i efektivní zteč.

Podle leteckých specialistů je praktické použití a plné využití supermanévrovosti letounu dáno spoluprácí člověka a techniky. Zkušební pilot, schopný přijímat nestandardní rozhodnutí, která mu pomáhá realizovat počítač, měl v pěti ze šesti situací převahu nad technikou. Současně se však během zkoušek projevila vyšší úroveň působení psychických a fyziologických faktorů, než se původně předpokládalo. Při provádění nestandardních manévrů, jejichž průběh neodpovídal zkušenostem a intuici pilota, došlo k dezorientaci pilota právě v nejdůležitějších okamžicích boje. Proto byly používány i kvalitativně nové systémy řízení letounu hlasem. První zkušenosti dokázaly, že perfektní zvládnutí techniky vzdušného boje se supermanévrovým letounem si vyžádá mnohem náročnější výběr pilotů a mnohem tvrdší letecký výcvik než u běžných bojových letounů. Konstruktéři a specialisté zároveň logicky dospěli k potřebě kvalitnějších elektronických systémů, které budou přejímat řadu rutinních úkonů pilota tak, aby se v mezních situacích mohl plně věnovat boji bez toho, aniž by musel sledovat spoustu přístrojů a hodnot systému řízení palby na displejích. Za těchto podmínek se zrodil tzv. “přilbový zaměřovač”.

Výhody přilbového zaměřovače se zhodnotí při použití špičkových protiletadlových řízených střel (PLŘS) s vysokou manévrovostí. Jejich typickými představiteli jsou americká AIM-9 SIDEWINDER, francouzská MAGIC 2, izraelská PYTHON, a zejména pak ruská PLŘS AA-11 ARCHER (ruské označení R-73E a R-73M). Bojový letoun je nutné chápat jako komplexní zbraňový systém, proto jde vývoj supermanévrových letounů ruku v ruce s vývojem špičkových elektronických zařízení a senzorů i supermanévrových zbraní, hlavně PLŘS.

Přetížení – nepřítel supermanévrovosti

Snad největším nepřítelem supermanévrovosti letounu je ale přetížení. Limitujícím faktorem se stává člověk – pilot. Během prudkých příčných posuvů letounu bez snížení posuvné rychlosti je vždy doprovázen obtížně zvládaným přetížením. Přetížení se dá do jisté míry potlačit opatřeními v konstrukci, pilot se může na překonávání vyšších stupňů přetížení vycvičit, ale překročit hranici fyziologického snášení 8 až 10 násobků jeho normální hmotnosti (8 až 10g) se zdá být při současné technologické úrovni nemožné. Co to v praxi znamená? Pro příklad uveďme, že pilot, který váží 70 kg, je zatlačován do sedačky silou, představující hmotnost 500 až 700 kg! Krev je v důsledku odstředivé síly vtláčena z hlavy k nohám, mozek je odkrvován. Tomu se říká kladné přetížení. Částečně se tomu dá předejít použitím speciální kombinézy, která stáhne končetiny, ale úplně zamezit nepříznivým vlivům se nedá. Piloti překonávají až +8g, po usilovném nácviku pak až +10g. Záporné přetížení je ještě horší. Při něm je pilot zatlačován do popruhů a hlava se mu naopak překrvuje. Zde kombinéza nefunguje a proto člověk snáší pouhá –3g. Není divu, že tyto stavy každý člověk velmi těžce snáší. Organizmus přitom dostává hodně zabrat a mnohdy se dostavují i závažné zdravotní obtíže, které přinutí pilota s létáním skončit. Přetížení jako negativní průvodní jev je snad největším nepřítelem supermanévrovosti.

V důsledku silného a překvapivého náporu aerodynamických ztrácí pilot vědomí asi na 10 sekund, což v boji na malou vzdálenost představuje relativně dlouhý čas a obvykle znamená být zničen palbou protivníka. Když si uvědomíme rychlosti letu, které nadzvukové letouny dosahují, let v malé výšce by pravděpodobně skončil katastrofou. Snaha odstranit toto nebezpečí technickými prostředky dosud nebyla úspěšná. Jakékoliv úpravy sklonu a tvaru sedačky se ukázaly jako málo účinné a nepřinesly žádané výsledky. Speciální prostředky k automatickému omezení přetížení by znemožnily plné využití nestandardních manévrů, i když by zabezpečovaly bezpečnost letu. Nedávno pronikly na veřejnost základní informace o tom, že ruští specialisté zkoumají na letounu Su-34 tzv. “antigravitační systém”, který údajně snižuje účinek přetížení asi o čtvrtinu. Žádné bližší informace o principu však nejsou známy.

Ani negativní zkušenosti však nezabránily hledání dalších způsobů zvyšování manévrovosti letounů. Například německá firma MBB vypracovala hlavní požadavky na manévrovost stíhacích letounů nové generace. První požadavek se týká rychlé změny směru letu. V boji s prioritním použitím PLŘS středního dosahu je třeba předstihnout protivníka v zaujetí výhodné polohy nebo zmařit jeho zteč letem do bezpečné zóny. Druhým požadavkem je zlepšení manévrovosti při podzvukových režimech letu. Zkušenosti ze zkoušek experimentálních letounů ukázaly, že převaha v úhlové rychlosti zatáčky o 3°/s při rychlosti letu M=0,8 poskytuje možnost zvítězit v blízkém manévrovém boji. Maximální hodnota úhlové rychlosti pro moderní stíhací letoun s měrným zatížením křídla 300 kg/m2 dosahuje 25°/s. Tuto hodnotu nelze překonat bez provedení změn v konstrukci letounu a zásadního zlepšení aerodynamických vlastností. Třetí požadavek se týká stability a řiditelnosti letounu v malých výškách při rychlostech M< 0,3 a velkých úhlech náběhu. Tomuto požadavku věnují specialisté mimořádnou pozornost.

Některé příklady, zkušenosti a dosažené výsledky v oblasti supermanévrovosti

Soudobý stíhací letoun není schopen manévrovat při velkých úhlech náběhu. Například letoun F-16 při dosažení úhlu náběhu přes 30° ztrácí směrovou stabilitu a při 60° je prakticky neřiditelný dochází k pádu. Toto omezení brání letounu zaujmout vhodnou polohu ve vzdušném boji, který vyžaduje provedení stabilních zatáček při úhlech náběhu převyšujících 50°. Praxe ukázala, že při úhlu 20° je dráha letu při změně směru o 180° dvakrát delší než při 50°. Podstatný rozdíl, který ve skutečném boji může znamenat mnoho.

Kromě maximální úhlové rychlosti, přesahující 30°/s, je supermanévrovost charakterizována možností letounu rychle zvětšit úhel náběhu na 90° za 2 až 3 sekundy a poté se bez zpomalení letového manévru vrátit zpět do původní stabilní polohy. Tento manévr umí například ruské letouny Su-27, Su-35 a zejména pak Su-37. Manévr nazývaný "kobra" není schopen provést žádný jiný soudobý stíhací letoun. Manévr "kobra" je však považován za první krok k dosažení supermanévrovosti. Je umožněn racionálním aerodynamickým uspořádáním, umístěním a souhrou všech řídicích prvků a stabilizátoru. Přesto však je manévr kobra považován za velmi nebezpečný a může při něm snadno dojít ke zřícení letounu. Při překročení přípustného úhlu náběhu totiž dochází k neřízenému skluzu, neovladatelnosti s následným předvývrtkovým stavem a nekontrolovaným pádem. Správná konstrukce letounu, krátké trvání manévru a zručnost pilota však mohou zabránit přechodu do kritických režimů.

Během modelování bojových letových situací specialisté věnovali pozornost stanovení úlohy a místa režimu supermanévrovosti ve vzdušném boji mezi perspektivními stíhacími letouny i mezi letouny různých generací. Piloti samozřejmě zahajovali boj v okamžiku, kdy došlo ke ztrátě překvapivosti. K takovým situacím docházelo při reálných bojích na Blízkém východě i v Iráku přibližně po každém druhém přiblížení letounů na vstřícných kursech. V takových situacích protivníci usilovali o vybojování takové polohy, která byla vhodná pro použití PLŘS krátkého dosahu (obvykle s infračervenou naváděcí soustavou). Statistika těchto simulovaných vzdušných bojů ukázala, že doba možného zřícení letounů představovala průměrně jednu desetinu celkové doby trvání boje. Přibližně 15% této doby zaujímalo použití zbraní, resp. vyhledání, rozpoznání státní příslušnosti, automatické sledování, zaměřování a odpálení PLŘS, případně střelba z kanónu. Průměrná rychlost letu byla M=0,3, střední úroveň přetížení ve srovnání s první etapou boje při rychlostech rovných rychlosti zvuku, pak klesla pod M=1 a úhly náběhu se zvětšily na 70°. Perspektivní stíhací letoun odpálil 2x více PLŘS a realizoval 10x více zamířených dávek z kanónu. Zvlášť důležitým je fakt, že převaha v manévrovém boji se stala rozhodující v oblasti kritických režimů. Zmenšení přetížení přechodem k nižší rychlosti letu zabezpečovalo lepší podmínky pro práceschopnost pilota. Je všeobecně známo, že při přetížení větším než 4 je zaměřování a střelba z kanónu krajně obtížná a pravděpodobnost zásahu cíle je velmi nízká.

Výsledky poloreálného manévrování na letounovém simulátoru se přímo projevily ve vypracování požadavků na perspektivní stíhací letouny. Specialisté dospěli k závěru, že perspektivní stíhací letoun musí mít supermanévrové schopnosti, aby dosáhl polohové převahy v boji, a že omezení úhlů náběhu a řiditelnosti při malých rychlostech letu vede ke snížení jak jeho úderné, tak i obranné efektivnosti.

Konstrukční opatření, řízení vektoru tahu motorů, elektronické vybavení a počítače v rámci známých vývojových projektů

U perspektivního stíhacího letounu F-22 RAPTOR jsou vysoké aerodynamické charakteristiky doplněny zmenšením čelního odporu, dosaženým umístěním komplexu zbraní uvnitř trupu (u sériových letounů např. F-15, F-16, MIRAGE, TORNADO, GRIPEN, MiG-29, Su-27, Su-35, Su-37 ad.) jsou PLŘS zavěšeny na vnějších závěsnících. Za hlavní přednost je však považováno využívání systému řízení vektoru tahu. Hnací jednotka letounu F-22 je doplněna dvoukanálovou pravoúhlou tryskou s velkými klapkami a hydraulickým pohonem, které mohou usměrňovat proud výtokových plynů motorů až o 20° ve vertikální i horizontální rovině a tak zvyšovat možnosti při řízení letounu při klopení. Změna vektoru tahu ve vertikální rovině umožňuje manévrovat do úhlu náběhu až 60° a to při malé rychlosti letu asi okolo 150 km/h. Změna vektoru tahu umožňovala dosáhnout 2krát vyšší úhlové rychlosti a 4krát vyšší rychlosti změny klopení, asi 100°/s, resp. 60°/s s rychlým návratem k normálnímu režimu letu. Jedním z dalších zajímavých rozpracovaných projektů Hornet 2000 je nástupcem osvědčeného F/A-18E,F.

U experimentálního letounu X-31, vyrobeného společně USA a SRN, je vysoké manévrovosti dosahováno integrací činnosti běžných aerodynamických kormidel a řízení vektoru tahu pomocí vybavení trysky motoru třemi usměrňovači vektoru tahu, tzv. deflektory v proudu výtokových plynů - horním horizontálním a dvěma po obvodu trysky. Jejich vychýlení v rozsahu 20° zabezpečuje posuv v horizontální i vertikální rovině. Deflektory jsou aktivovány počítačem systému řízení letu v okamžiku, kdy se efektivnost aerodynamických kormidel stává v důsledku přiblížení k pádové rychlosti nedostačující a letounu hrozí nekontrolované zřícení. Při dalším zvětšení úhlu náběhu je let letounu řízen plně vektorem tahu, přičemž doba přechodu trvá 3 až 10 sekund. Při snížení úhlu náběhu na kritickou či podkritickou hranici přebírají řízení opět aerodynamická kormidla.

Supermanévrovost letounu je umožněna také netradičním uspořádáním letounu. Již několik let probíhají zkoušky experimentálního prototypu X-29 se zápornou šípovitostí křídla. Bylo dosaženo úhlu náběhu 66° při manévru s přetížením 1g a 35° při přetížení 3g. V prvním případě letěl letoun rychlostí 148 km/h. Za perspektivní je považováno odfukování vírů pomocí různých metod řízení mezní vrstvy. Tato metoda zvyšuje odolnost letounu při kritických režimech. Letové zkoušky a simulované vzdušné boje mimo jiné dokazují, že supermanévrovost umožňuje 3 až 4krát zvýšit efektivnost letounu v boji na malou vzdálenost při použití kanónu. Střelba z kanónu ze zadní polosféry cíle je maximálně efektivní do úhlu odchylky od osové přímky až do 40°. Pilot musí stále sledovat cíl, provádět výpočty, zkracovat vzdálenost po křivce pronásledování při přísné koordinaci pohybu. Vývojáři se snaží hledat cesty, jak toto omezení snížit na co nejmenší míru až jen proto, že kanón bývá v reálném blízkém manévrovém boji zejména za podmínek intenzivního elektronického rušení mnohdy jedinou použitelnou zbraní. Americká firma General Electric již v roce 1995 vyvinula nový zaměřovač, který ve spojení se systémem řízení palby a zejména s využitím rychle zpracovávaných dat o cíli palubním radarem zabezpečuje střelbu z kanónu z libovolného směru. Za situace, kdy je využíván kanón, je na tom zase lépe letoun s lepší manévrovatelností. Jednoduše vyjádřeno - nesnadno se zaměřuje a hůře se do něj trefuje. Bylo nutné změnit i formu zobrazování informací na čelním průhledovém displeji pilota HUD (Head Up Display). Pilot manévrem musí dosáhnout toho, aby cíl dostal do vnějšího širokého kruhu zaměřovacího kužele, potom do vnitřku úzkého kruhu a v tom okamžiku vystřelí dávku. Úzký kruh se zobrazí až v okamžiku, až když se cíl nachází ve vzdálenosti dostřelu kanónu (kulometu). Během cvičných bojů se při použití nového, tzv. všerakursového zaměřovače na letounech F-15 EAGLE počet úspěšných ztečí, z velkého rakursu z přední polosféry zvýšil 4x a z boční zadní polohy 2x. Při cvičných letech dosahovali piloti potřebných manévrů zteče za polovinu obvyklé doby. Velmi důležité pro ně byly informace na displeji HUD o letových hodnotách a parametrech manévru, zejména o úhlu klonění, které využívali k získání a udržení výhodné polohy vzhledem k cíli.

Zkušební lety perspektivního stíhacího letounu, vybaveného pohyblivým (otočným) kanónem, prováděla firma Northrop na poloreálném simulátoru vzdušných bojů za účasti zkušených pilotů. Vzdálenost od cíle a rychlost změny vzdálenosti byla měřena speciálním blokem, který automaticky reguloval tah motoru a řídil aerodynamické brzdy, aby se letoun udržel v dostřelu a v poloze, umožňující téměř stoprocentní zásah cíle. Kanón se pohyboval v rovinách klopení a zatáčení. Na displeji HUD se zobrazoval obdélník, vyznačující sektor střelby. Úkolem pilota bylo manévrováním zachytit cíl v tomto obdélníku a udržovat od něho vzdálenost 2700 až 150 metrů. V optimální poloze cíle byla zahájena střelba. Kanó se natáčel do potřebného směru automaticky v rozsahu 5° nahoru, 1° dolů, 3° podél osy zatáčení s úhlovou rychlostí otáčení 40°/s. Výsledky zkoušek byly velmi uspokojivé. V porovnání s nepohyblivým kanónem byl poměr počtu zásahů k množství spotřebované munice a poměr počtu úspěšných k celkovému počtu neúspěšných dávek přibližně dvakrát větší. Na supermanévrových moderních bojových letounech je kanón upevněn pevně v podélné ose. Vzhledem k tomu neumožňuje plně využívat přednosti supermanévrovosti, dosažené řízením vektoru tahu, zpětnou šípovitostí křídla, všerakursovým zaměřovačem a nestandardními způsoby provedení manévrů. K tomu by musela být zásadně přepracována konstrukce a zejména uchycení samotného kanónu.

Nové technologie řízení vektoru tahu jsou aplikovány jak v rámci vývojových projektů perspektivních bojových letounů (např. MiG-35, X-29, X-31, X-36, JSF), tak v rámci zdokonalovací opatření některých stávajících typů letounů (např. F-15, JAS-39 GRIPEN, Su-27, Su-33, Su-35). Lze předpokládat, že tento nastoupený trend rozvoje otevře cestu ke zcela novým taktikám a způsobům blízkého manévrového boje, které si objektivně vynutí podstatné zdokonalení a vývoj zcela nové letounové výzbroje, zejména PLŘS. Praktická realizace tohoto vývojového trendu se odrazí v možnosti plnit zvýšené nároky na vojenské letectvo s nižším počtem kvalitnějších bojových letounů, v jeho vyšší efektivnosti a hospodárnosti.

Letoun Su-37 spolu s americkým F-22 RAPTOR patří k prvním letounům, které využívají nové technologie řízení vektoru tahu motorů a řiditelného předkřídla elektroimpulzním systémem řízení letu (fly-by-wire). Tato zcela nová koncepce otevírá široké pole dosud nevídaným manévrovacím možnostem, využitelných zejména v průběhu vedení vzdušného blízkého manévrového boje. Extrémní obratnost s bohatým přebytkem tahu a vysokou kvalitou letounové výzbroje představují základní předpoklady pro při vybojování a udržení vzdušné převahy ve složité vzdušné situaci moderního válčiště. Generální konstruktér firmy Suchoj, Michail Simonov věří tomu, že extrémní manévrovací schopnost letounu Su-37 v blízké budoucnosti přinese nové způsoby a taktiky vzdušného boje, charakterizované prakticky všesměrovým úhlem zteče. Navíc otevře cestu vojenským pilotům k hledání a ověřování nových způsobů boje, které lze dnes jen ztěží odhadnout. Letoun Su-37 se svým konstrukčním provedením, letovými charakteristikami, značným poměrem tahu k hmotnosti, ale i radiotechnickým vybavením a kvalitní výzbrojí má všechny předpoklady pro získání znatelně převažující strategické výhody v boji nejen se soudobými, ale pravděpodobně i s některými perspektivními bojovými letouny.

Motor s výstopní tryskou s řízeným vektorem tahu

Progresivním rysem je plná integrace všech prvků řízení vektoru tahu motoru do elektroimpulzního systému řízení letu. Pilot využívá pohyblivou řídicí páku (snímač polohy) na pravé straně a plynovou páku na levé straně, která má vestavěn ovládací prvek pro řízení vektoru tahu motorů. Pilot může volit libovolnou hodnotu, odpovídající konkrétnímu režimu letu, poloze letounu a zamýšlenému manévru. V řízení letounu je uplatňován vliv všech tří ploch a jejich řídicích prvků - pohyblivého předkřídla, křídla i ocasních ploch (typ ”kachna”). Tato koncepce umožňuje nejen mimořádnou manévrovatelnost při středních a vysokých rychlostech letu, ale i let minimální rychlostí, blížící se nulové rychlosti s velkých úhlem náběhu. Podle konstruktérů firmy Suchoj toto uspořádání a způsob řízení budou moci plně převzít i jiné letouny, jako např. MiG-35/MiG1.42, Su-27, Su-30, Su-33, Su-35 a další. Letouny Su-30, které byly speciálně upraveny k vývozu do Indie, to dokazují.

Letoun MFI (MnogoFunkcionalnyj Istrebitěl) je základem, na němž má být postaven zcela nový perspektivní bojový letoun, který má být znatelně menší a levnější, nikoliv však horší než MFI. Vývojový projekt se zrodil v roce 1986, jako odpovídající protějšek americkému letounu F-22 RAPTOR. Ruští specialisté tvrdí, že MFI má znatelně lepší letové charakteristiky a je i rychlejší než jeho americký rival. MFI je poháněn dvěma proudovými motory s přídavným spalováním Saturn/Ljulka AL-41V s výstupními výkyvnými tryskami s řízeným vektorem tahu ve dvou rovinách (podobné jako u motoru AL-37FU na letounu Su-37). Zatímco F-22 dosahuje maximální rychlosti letu M=1,7, MFI dosáhne rychlosti až M=2,6 a mimoto je schopen překonávat velké vzdálenosti letem nadzvukovou rychlostí M=1,6 až M=1,8 a to bez použití přídavného spalování.

Supermanévrovosti letounu je dosaženo nejen vlastní konstrukcí draku s hlavními řídicími plochami blízko přídě, ale použitím moderního plně číslicového řídicího systému po vodičích (fly-by-wire). Letoun byl vlastně postaven tak, aby byl přirozeně nestabilní. Stabilita nutná pro vlastní let je udržována složitou počítačovou soustavou s výkonnými prvky. Dalším kvalitativním faktorem z hlediska supermanévrovosti je značný přebytek tahu motorů vzhledem k celkové hmotnosti v poměru 1,3 : 1. O krkolomné manévry na hranicích lidských možností se starají řiditelné předkřídlo, které je výkyvné v rozsahu 40 až 45° v součinnosti s výstupními tryskami, které lze vychýlit od základní roviny až o ± 15°. Měnit lze i profil vstupních hrdel otvorů kanálů přívodu vzduchu k motorům. Tyto progresivní prvky jsou zárukou snadného ovládání v celém rozsahu letových rychlostí a při velkých úhlech náběhu.

Ruští specialisté nedávno analyzovali poměr výkonů a celkových bojových možností soudobých i perspektivních bojových letounů různých generací. Dospěli k závěru, že v blízkém manévrovém boji jsou nejlepšími soudobými typy F-22 a Su-37. Dalším závěrem je, že Su-37 v souboji s kterýmkoliv jiným letounem bez řízení vektoru tahu bude asi desetkrát efektivnější. Mimořádné manévrovací schopnosti spolu s vysoce účinným systémem průzkumu a řízení palby umožní letounu Su-37 včasně a účinně zahájit bojovou činnost s letounem blížícím se z libovolného směru. Zároveň však přiznávají, že americký F-22 je na vyšší technologické úrovni. Zejména integrace dokonalého elektronického a zbraňového systému mu pravděpodobně vytvoří lepší podmínky k vedení vzdušného boje za hranicí optické viditelnosti. Jestliže však bude přinucen přejít na blízký manévrový boj, bude znát jednoznačná převaha Su-37.

S-37 BERKUT je prvním typem letounu na světě, který má celé křídlo postaveno z kompozitních materiálů. Záporná šípovitost přispívá k lepší manévrovatelnosti při nadzvukových rychlostech, řiditelnosti při velkých úhlech náběhu, snadnější vzlet a přistání, ale i delší dolet. V počátku testovacích zkoušek je letoun poháněn dvěma proudovými motory D-30F6, které jsou používány na letounech MiG-31M. Perspektivně se počítá s novým typem motoru AL-41F s tryskami s řízeným vektorem tahu, jehož vývoj má být brzy dokončen. Tím se mají výrazně rozšířit manévrovací schopnosti. Nový letoun je vybaven špičkovou elektronikou, aktivními i pasivními prostředky průzkumu a řízení palby, které byly optimalizovány zejména pro manévrový vzdušný boj. Letové vlastnosti letounu jsou založeny na umělé nestabilitě. Charakteristickými vlastnostmi letounu jsou značná hbitost, mimořádné zrychlení a snadná ovladatelnost v celém rozsahu rychlostí a při vysokém úhlu náběhu, nazývaná jako superovladatelnost. Poslední zprávy však hovoří o tom, že vývojový projekt letounu S-37 byl z finančních důvodů zrušen.

Konstrukční řešení letounu F-22 vychází především z požadavku na neviditelnost, maximální obratnost, ideální manévrovací schopnosti ve všech režimech letu při podzvukových i nadzvukových rychlostech a hospodárnost provozu. Svědčí o tom konvenčně řešené zdvojené směrové řídicí plochy s úhlem rozevření 60°, dělené velkoplošné výškové plochy i zástavba motorů s plným využitím změny vektoru tahu. Základní tvary letounu s lichoběžníkovým ostře zakončeným křídlem výškových řídicích ploch a horní náběžné hrany vstupních otvorů vzduchu pro motory odpovídají zásadám technologie stealth i optimálním aerodynamickým vlastnostem, hlavně pro dosažení co nejmenšího čelního odporu. Totéž platí i o úhlu odtokových hran křídla a řídicích ploch (17°). Oblé a hladké detailní přechody částí draku, "zubaté" ukončení hran krytů zbraňových prostorů, předního a hlavního podvozku tvaru V a povrchová úprava na bázi pohlcujících a rozptylových materiálů výrazně přispívají ke snížení efektivní radiolokační odrazné plochy. Její hodnota je udávána se značnými rozdíly v rozmezí od 0,2 až 0,01 m².

F-22 Raptor

Náběžná hrana křídla je po celé délce opatřena slotem proměnného úhlu náběhu. Všechny řídicí plochy jsou ovládány pomocí digitální soustavy zajišťující umělou stabilitu letu, přenos řídicích povelů je veden optickými vlákny, která zajišťují vysokou ochranu proti rušení. Letoun F-22 je poháněn dvěma motory F-119-PW-100 s obdélníkovou výstupní tryskou s vertikálním usměrňováním vektoru tahu úhlovou rychlostí ± 20°.^s-1.

Relativně nízké plošné zatížení křídla a využívání změn vektoru tahu motorů v rozsahu ± 20° umožňuje ovladatelnost letounu i při úhlech náběhu křídla až do 60°, při malých rychlostech letu do 150 km.h-1 a výrazně zvyšuje manévrovatelnost a snadnou ovladatelnost letounu i při rychlostech letu nad M1,4 a při nejnižších rychlostech a vysokém úhlu náběhu, kdy se vlivem nižšího dynamického tlaku a odtrhávání proudnic snižuje účinnost výškové řídicí plochy (plovoucí s pevným kýlem). Problém je v tom, že letoun nejenže musí být lehký, ale současně i dostatečně pevný, přesněji mnohem lehčí a mnohem pevnější než klasický letoun. Základní zákony fyziky, jako např. impulz síly, hybnost, setrvačnost, odstředivá síla apod. nelze obejít. Jde spíše o to je maximálně redukovat tak, aby co nejvíce vyhovovaly požadavků supermanévrovosti. Jako příklad uvádím hmotnost, která má na supermanévrovost podstatný vliv. Je logické, že ke konstrukci supermanévrových letounů je nutné použít lehké ale pevné materiály, stálé v širokém rozsahu teplot a maximálně odolné proti namáhání v běžném provozu. Tato skutečnost se odrazila mimo jiné i v konstrukci draku letounu F-22, kde bylo použito přibližně 33% hliníkových slitin, 30% umělohmotných kompozitních materiálů, 24% slitin titanu, 5% speciální oceli a 8% tvořily další speciální materiály. U sériově vyráběných letounů má podíl kompozitních materiálů vzrůst až na 40%.

Na supermanévrovost letounu má výrazný vliv rovněž elektronické vybavení a kvalita senzorů pro průzkum a řízení palby. Z tohoto hlediska je na tom zcela jistě nejlépe americký F-22. Komplexnost a systémové řešení elektronického vybavení dovoluje automatizovat řadu standardních úkonů pro usnadnění pilotáže. Jde o provozní sloučení všech důležitých funkcí původně samostatných systémů do jednoho integrovaného komunikačního/navigačního/identifikačního systému ICNIA s funkcemi zjišťování, zaměřování a sledování cílů, včetně výběru a provedení optimálního útočného manévru. Řadu funkcí přebírá počítač, který se přizpůsobuje vzdušné situaci i “rukopisu a zvyklostem” pilota.

Evropský letoun Eurofighter Typhoon je rovněž úmyslně aerodynamicky nestabilní, aby bylo dosaženo co nejlepší manévrovatelnosti, akcelerace, nejmenší zátěže při přetížení a zvýšeného vztlaku pro docílení maximální únosnosti výzbroje. Nestabilita také vyžaduje řízení letounu za pomoci speciálního počítače metodou fly-by-wire. Letoun má kachní delta vzhled, křídla mají úhel náběžné hrany 53°. O hmotnosti a materiálech jsem se již zmínil a zde platí totéž. Pro konstrukci letounu byly použity moderní lehké, pevné a stálé materiály. Celých 70% draku letadla je z uhlíkových kompozitů, 12% ze skelných laminátů. Větší část zbytku je z kovů: přední část letounu, klapky, závěsníky a žebra jsou z titanu, zbytek pak ze slitin hliníku a lithia. Díky tomu bylo dosaženo velmi dobrého poměru hmotnosti letounu k tahu motorů a díky těmto materiálům byla rovněž snížena na minimum odrazivost radiolokačních signálů a vyzařování tepelné energie, čímž se snížila i zjistitelnost letounu na minimum. Eurofighter byl navržen rovněž jako letoun s vysokou aerodynamickou nestabilitou. Řídící počítač poskytuje režim automatického vyrovnávání letounu do přímého vodorovného letu.

Eurofighter Typhoon

Výkonný čtyřnásobně zálohovaný digitální systém řízení letu v kombinaci s kachním deltoidním uspořádáním neposkytuje pouze snadnou manévrovatelnost při vysokých nadzvukových rychlostech a hbitost a pohyblivost při podzvukových rychlostech, ale rovněž snadné řízení (superovladatelnost). Vše co se s letounem děje, neustále hlídá a kontroluje počítač, který se stará o to, aby následkem pilotových povelů nedošlo k překročení limitace, dané strukturou letounu a zejména dbá o bezpečnost. To znamená, že nepřipustí takové stavy, které by měly za následek poškození (deformace, trhliny a destrukce částí konstrukce a materiálů letounu) či dokonce odlomení některých jeho částí v důsledku nadměrné tlakové síly. Podobně hlídá všechny letové manévry tak, aby nedošlo k překročení aerodynamické limitace, které mohou být příčinou neovladatelnosti, pádu stroje a havárie. Výhody systému řízení lze stručně shrnout jako soulad minimální pracovní zátěže pilota s vysokou úrovní bezpečnosti a spolehlivosti za všech podmínek, ať již je pilot donucen ke krajnostem, či prostě chybuje. Autopilot Eurofighteru Typhoon není pouhým přístrojem vhodným pro dlouhé lety, může také pomoci pilotovi během taktických operací. Poskytuje naváděcí, kursové, výškové a rychlostní režimy a umožňuje mu automaticky zvolit optimální režim pro konkrétní zteč.

Pilot letounu Eurofighter může zkoušet jakékoliv manévry. Počítače systému letové kontroly tyto manévry vyhodnotí a provedou na ně přiměřenou odezvu. Do systému letové kontroly jsou též naprogramovány všechny letové parametry, jako rychlost, výška, nastavení řídicích prvků, hmotnost, rovnováha, které určují převažující strukturální a aerodynamické limity. Systém tak hlídá to, aby nebyla jednotlivá omezení překračována. Pilot letounu Eurofighter Typhoon tudíž nemůže provádět takové manévry, které by vedly k tomu, že by se stroj dostal mimo jeho kontrolu. Protože se pilot nemusí obávat překročení limitů, může maximálně věnovat pozornost protivníkovi místo úzkostlivého sledování jednotlivých parametrů na přístrojích. V blízkém manévrovém boji má pilot letounu Eurofighter Typhoon dostatek špičkového vybavení k tomu, aby vyhrál. Boj zblízka však nezáleží pouze na letounu, ale ve velké míře na zkušenostech a záměru pilotova. Jedinečná kombinace nejmodernějšího systému přilbového zaměřovače HMD (Helmet Mounted Display) a kvalitních PLŘS krátkého dosahu, nesrovnatelné pohyblivosti při podzvukové rychlosti, vysokým výkonem optimálních otáček a výkonu motoru dávají pilotovi relativní převahu při bojích zblízka. Je několik faktorů, které tomu napomáhají. Patří k nim například jednoduchá obsluha letounu jako zbraňového systému, pohyblivost, manévrovatelnost a schopnost velmi rychlých manévrů s vysokým násobkem g, hlasové ovládání, značný rozsah vedení palby PLŘS až na 10 vzdušných cílů současně a automatická ochrana před vnější hrozbou. Stačí, když se pilot podívá do směru cíle a stiskne spínač na řídicí páce pro odpálení PLŘS. Vše ostatní je věcí počítače, který zpětně informuje pilota o zničených cílech, stejně jako o druhu a počtu zbývající použitelné výzbroje. Pro boj zblízka je letoun Eurofighter Typhoon vybaven nejmodernějšími PLŘS s radiolokační nebo infračervenou naváděcí soustavou a kanónem Bk27 ráže 27 mm. Díky automatickému tlakovému dýchání a novým ochranným opatřením může pilot překlenout i stavy s velkým přetížením (+9g/-3g).

V souvislosti s rostoucími možnostmi manévrování technicky propracovanějších letounů lze předpokládat využití nových způsobů vzdušného boje, které byly doposud považovány za prakticky nemožné. Ty mají vytvořit výhodnější podmínky při překonávání PVO protivníka, manévrovém vzdušném boji, vybojování a udržení nadvlády ve vzduchu a to i s menším počtem letounů.

Zdroje:

Jane's All the World Aircraft 1999-2000, Jane's Radar and EW Systems 1998-99, Jane's Optronic Systems 1999-2000, DMS, Materiály Amerického národního výzkumného ústavu pro letectví a vesmír NASA, Odborný tisk Aerospace Journal, Air Force Magazine, Aviation Week and Space Technology, Flight International, Jane‘s Defence Weekly, Jane‘s International Defense Review, Journal of Conflict Studies, Military Parade, Military Technology, Modern Simulation and Training, Soldat und Technik, Wehrtechnik, World Air Power Journal, Zarubežnoje vojennoje obozrenije, TV kanály CNN, Discovery, MAX 1, prospektové materiály předních leteckých firem, Internet.

Tipy pro vás:

Technickou charakteristiku a pěkné obrázky letounu X-31v anglickém jazyce naleznete zde, podrobný popis vývoje letounu X-31 uvádí NASA.

Doporučujeme video letové ukázky X-31.

Článek o letounu Eurofighter a Su-37 v českém jazyce na www.military.cz.