Skocznia narciarska (lotnictwo) - Ski-jump (aviation)

Royal Navy Sea Harrier startujący ze skoczni narciarskiej na pokładzie HMS  Invincible w maju 1990 roku.

W ruchu lotniczym, ski-jump jest zakrzywiona w górę rampy, która pozwala samolot do startu z drogi startowej, który jest krótszy niż wymagany samolotu startu rolki. Wymuszając samolot w górę, oderwanie można osiągnąć przy mniejszej prędkości niż wymagana do ciągłego lotu, jednocześnie pozwalając samolotowi na przyspieszenie do takiej prędkości w powietrzu, a nie na pasie startowym. Skoki narciarskie są powszechnie używane do wystrzeliwania samolotów z lotniskowców, które nie mają katapult .

Uważa się, że pierwsze użycie skoczni miało miejsce podczas II wojny światowej , kiedy do HMS  Furious dodano tymczasową rampę, aby wspomóc start ciężko obciążonego Fairey Barracudas przeprowadzającego misję uderzeniową przeciwko niemieckiemu pancernikowi Tirpitz . W epoce zimnej wojny koncepcja ta była badana pod kątem zmniejszenia długości pokładów lotniczych wymaganych dla przyszłych lotniskowców, a także w celu ułatwienia coraz cięższych samolotów na morzu. : Royal Navy miała szczególne zainteresowanie skoczni w 1970, przeprowadzając serię badań w połączeniu z nowo opracowanym Hawker Siddeley Harrier VSTOL myśliwiec przed wyborem zintegrować funkcję w ich następnej generacji lotniskowca The Invincible klasa .

Po udowodnieniu jej wartości operacyjnej, liczne służby morskie zaadoptowały skocznię narciarską dla własnych lotniskowców i desantowych platform desantowych, a także zbadano jej zastosowania na lądzie. Skok narciarski może być użyty w dwóch różnych podejściach, są to samoloty krótkiego startu z zatrzymaniem ( STOBAR ) i krótkiego startu, pionowe lądowanie ( STOVL ); dotyczą one odpowiednio eksploatacji samolotów konwencjonalnych i VSTOL. Lotniskowce wyposażone w katapulty stały się w XXI wieku mniejszością, częściowo ze względu na zmniejszenie kosztów i złożoność operacji skoków narciarskich.

Zasada

Mały tajski lotniskowiec hiszpańskiej budowy HTMS Chakri Naruebet z pokładem do skoków narciarskich na Morzu Południowochińskim w kwietniu 2001 roku.

Stałopłat musi budować prędkość jazdy podczas długiego startu rolki. Wraz ze wzrostem prędkości do przodu skrzydła wytwarzają większą siłę nośną . Przy wystarczająco dużej prędkości siła nośna przekroczy masę samolotu, a samolot stanie się zdolny do ciągłego lotu. Ponieważ samolot musi osiągnąć prędkość lotu, używając tylko własnych silników do zasilania, wymagany jest długi pas startowy, aby samolot mógł nabrać prędkości. Na lotniskowcu The Flight Deck jest tak krótki, że większość samolotów nie mogą osiągnąć prędkość lotu przed dotarciem do końca pokładu. Ponieważ siła nośna jest mniejsza niż grawitacja, samolot straci wysokość po opuszczeniu przez koła kabiny i prawdopodobnie wpadnie do morza.

Rampa do skoków narciarskich na końcu kabiny przekierowuje samolot pod lekkim kątem w górę, zamieniając część ruchu samolotu do przodu na dodatnią prędkość wznoszenia . Ponieważ samolot wciąż porusza się z niewystarczającą prędkością, aby wytworzyć wystarczającą siłę nośną, jego prędkość wznoszenia zacznie spadać, gdy tylko opuści pokład nawigacyjny. Jednak uruchomienie skoczni dało samolotowi dodatkowy czas na dalsze przyspieszanie. Do czasu, gdy jego prędkość w górę spadnie do zera, samolot będzie leciał wystarczająco szybko, aby jego skrzydła wytworzyły wystarczającą siłę nośną. W tym momencie samolot będzie w stabilnym locie, wystartował z lotniskowca, nigdy nie zanurzając się poniżej wysokości pokładu startowego.

Wiele nowoczesnych lotniskowców nie ma katapult, więc ciężkie samoloty muszą startować z własnymi silnikami. Skocznie narciarskie umożliwiają start cięższym samolotom niż pozwala na to poziomy pokład. Jednak starty ze skoków narciarskich nie mogą się równać z ładunkami możliwymi dzięki szybkim startom katapult. Podczas gdy samoloty takie jak F/A 18 , które normalnie startują z katapulty, mogą korzystać z rampy narciarskiej, zwykle odbywa się to kosztem zmniejszonej pojemności paliwa lub amunicji, a tym samym znacząco negatywnie wpływa na zakres misji.

Historia

Fairey Barracuda startuje z tymczasowej skoczni na HMS  Furious w 1944 Drewniana struktura wsparcia od skoczni narciarskiej jest wyraźnie widoczne.

Wczesne lotniskowce mogły wystrzeliwać samoloty po prostu obracając się pod wiatr i dodając własną prędkość okrętu do prędkości doświadczanej przez samolot. Podczas II wojny światowej samoloty lotniskowe stały się tak ciężkie, że wspomaganie startu stało się pożądane. Katapulty pokładowe były używane do przyspieszania samolotów do prędkości startowej, zwłaszcza podczas startu ciężkich samolotów lub gdy zmiana kursu była niewygodna. Wczesne użycie skoczni miało miejsce w 1944 roku, kiedy brytyjski lotniskowiec HMS  Furious zaatakował niemiecki pancernik Tirpitz . Stosunkowo prymitywna rampa do skoczni narciarskich została tymczasowo zainstalowana na końcu pokładu startowego, co pomogło wystartować mocno obciążonym bombami Fairey Barracudas .

W latach po drugiej wojnie światowej panujący trend coraz cięższych samolotów lotniskowców utrzymywał się w szybkim tempie, co prowadziło do obaw, że w końcu takie wzrosty przekroczą realne możliwości ładowności dowolnego systemu katapultowego. W związku z tym przeprowadzono badania nad alternatywnymi metodami wspomagania startu. Badanie NACA zakończone w 1952 roku zaproponowało użycie skoczni narciarskiej po katapulcie samolotu, aby zapewnić dodatkową pomoc odlatującym samolotom.

W 1973 r . M.Phil. teza, por. kmdr. DR Taylor z brytyjskiej Marynarki Wojennej zaproponował użycie skoczni narciarskiej, aby wspomóc start odrzutowca Harrier Jump Jet . Jego projekt skoczni narciarskiej, który miał krzywiznę, początkowo spotkał się ze sceptycyzmem, ale inni urzędnicy poparli próby tej propozycji. W związku z tym w RAE Bedford przeprowadzono wstępne testy przy użyciu różnych kątów rampy ; używanym samolotem był dwumiejscowy demonstrator Harrier G-VTOL . Wyniki poddano dalszej weryfikacji za pomocą technik modelowania komputerowego i symulacji. Testy te wykazały, że osiągi wzrastały wraz z kątem wyskoku, ale planiści wybrali minimalny kąt, rzekomo uzasadniając ten wybór, aby uniknąć nadmiernego obciążenia podwozia samolotu.

W latach siedemdziesiątych Royal Navy rozważała budowę krążownika przez pokład lub lekkiego lotniskowca i postanowiła zintegrować skocznię narciarską z projektem. W związku z tym lotniskowce klasy Invincible zostały skonstruowane ze skoczniami narciarskimi, co znacznie skróciło odległość wymaganą do startu Harrierów, nawet gdy są obciążone użytecznym ładunkiem. Skocznia okazała się stosunkowo tanim i prostym dodatkiem do nośników, składającym się ze stalowej konstrukcji bez żadnych ruchomych części. Skocznia narciarska została dodana do pierwszego przewoźnika tego typu, HMS  Invincible , podczas jego wyposażania w Barrow; został ustawiony pod konserwatywnym kątem 7º. W dniu 30 października 1980 roku pilot testowy por. komandor David Poole przeprowadził pierwszy skok narciarski wspomagany startem Harriera na morzu. HMS  Illustrious był również początkowo wyposażony w rampę 7º; jednak HMS  Ark Royal od samego początku został zbudowany z rampą 12º, co zostało określone jako optymalny kąt. Wcześniejsze dwa okręty zostały następnie wyposażone w rampy 12º, aby poprawić osiągi samolotów.

Po sukcesie Harriera, skocznia narciarska stała się sprawdzoną metodą wystrzeliwania samolotów ze statków bez złożoności i kosztów katapulty. Co więcej, późniejsze modele skoczni narciarskich posiadają udoskonalenia w stosunku do oryginalnego projektu; ustalono, że nawet stosunkowo niewielkie koleiny lub niedoskonałości na skądinąd absolutnie gładkiej powierzchni są wystarczające, aby przyspieszyć pękanie podwozia samolotu. Z tego powodu Royal Navy wprowadziła bardziej rygorystyczne tolerancje konstrukcyjne w specyfikacjach ramp lotniskowców klasy Queen Elizabeth . Możliwe jest zbudowanie nowoczesnej skoczni narciarskiej jako pojedynczej zdejmowanej konstrukcji umieszczonej na przednim pokładzie nawigacyjnym, zamiast w pełni zintegrowanej z dziobem statku.

Skocznie narciarskie zostały dodane nie tylko do lotniskowców, ale także do licznych desantowych okrętów desantowych i doków dla śmigłowców desantowych, aby lepiej ułatwić obsługę samolotów STOVL. Australijskie i hiszpańskie doki dla śmigłowców lądowania klasy Juan Carlos (LHD) również zostały wyposażone w skocznie narciarskie, aby ułatwić potencjalne operacje STOVL. Co nieco niezwykłe, Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych nigdy nie używała ramp narciarskich na pokładach swoich desantowych okrętów desantowych, mimo że są one intensywnie wykorzystywane przez samoloty VSTOL, takie jak wiele modeli odrzutowców Harrier i Lockheed Martin F-35B Lightning II ; stwierdzono, że jest to spowodowane ich operacjami obejmującymi łączne użycie helikopterów i łodzi.

Na początku XXI wieku flota brytyjska, chińska, indyjska, włoska, rosyjska, hiszpańska i tajska posiadała lotniskowce wyposażone w rampy narciarskie. Po wycofaniu brazylijskiego lotniskowca São Paulo w 2017 r. Stany Zjednoczone i Francja były jedynymi krajami, które nadal obsługiwały lotniskowce z katapultami.

Operacje lotniskowca

STOBAR

Na lotniskowcach Short Start But Arrested Recovery ( STOBAR ) konwencjonalne samoloty są wypuszczane ze skoku narciarskiego. Pilot zwiększa ciąg samolotu włączając dopalacze, jednocześnie przytrzymując samolot hamując. Z pokładu lotniskowca przed głównym podwoziem unoszą się dwa panele, dzięki czemu samolot pozostaje nieruchomy. Na polecenie pilot zwalnia hamulec; panele z pokładu wracają do swoich gniazd; i samolot szybko kołuje do przodu przy maksymalnym ciągu. Przetoczenie się przez rampę narciarską wystrzeliwuje samolot zarówno do góry, jak i do przodu.

MIG-29 wprowadza się do skoczni narciarskiej na A Kuznetsov -class nośnej samolotu może się z prędkością około 70 węzłów (130 km / h, 81 mph), zamiast zwykłych 140 węzłów (260 km / h; 160 mph) (w zależności od wielu czynników, takich jak masa całkowita).

Z wyjątkiem Stanów Zjednoczonych i Francji, każda marynarka wojenna na świecie, która obecnie obsługuje nieruchome samoloty morskie z lotniskowców, korzysta z ramp do skoków narciarskich.

STOVL

Sea Harrier uruchamia od Indian Navy lotniskowca INS  Viraat

Samoloty krótkiego startu i pionowego lądowania ( STOVL ) wykonują konwencjonalny start z kołysaniem, z wylotami odrzutowymi ustawionymi tak, aby zapewnić maksymalny ciąg do przodu. Gdy samolot zbliża się do rampy skoczni, wydechy odrzutowe są obracane, aby zapewnić siłę nośną i ciąg do przodu. Takie starty pozwalają na większą masę startową niż samodzielny start poziomy, ponieważ rampa do skoków narciarskich zapewnia pionowy impet, gdy jest to najbardziej potrzebne, tuż przy starcie z najwolniejszą prędkością startową.

Starty ze skoczni narciarskiej są uważane za bezpieczniejsze niż starty nad platformą z płaskim dachem. Kiedy Harrier wystartuje z amerykańskiego śmigłowca szturmowego (LHA), zakończy rozbieg i rozpocznie lot na 18 m nad wodą. Może nie mieć dodatniego tempa wznoszenia , zwłaszcza jeśli statek pochylił się podczas rozbiegu. Używając rampy do skoków narciarskich, Harrier z pewnością wystartuje z dodatnią prędkością wznoszenia, a jego rozpęd przeniesie go na 150 do 200 stóp (46 do 61 m) nad wodą.

W 1988 roku oddział US Marine Corps McDonnell Douglas AV-8B Harrier II przeprowadził serię prób w locie na hiszpańskim lotnisku Principe de Asturias . Stwierdzono, że warunki startu, które wykorzystałyby całe 750 stóp (230 m) pokładu startowego klasy Tarawa, zajęłyby tylko 300 stóp (91 m) z 12-stopniową rampą skoczni Asturii; ta dramatyczna poprawa dla statku bez katapult została opisana jako „niesamowita”.

Operacje lądowe

F-14A startuje z rampy w NAS Pax River podczas testów wykonalności.

Na początku lat 90. Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych zbadały wykorzystanie skoczni narciarskich na lądzie, aby umożliwić starty na krótkim polu; podejście to było postrzegane jako „możliwe rozwiązanie problemu blokowania pasów startowych w Europie” podczas zimnej wojny . Ustalono, że przy użyciu skoczni narciarskiej o kącie zejścia wynoszącym dziewięć stopni odległość wymagana do startu McDonnell Douglas F/A-18 Hornet zmniejszy się o około połowę.

Statki/klasy ze skokami narciarskimi

Bibliografia

Cytaty

Bibliografia

  • Brown, JD (2009). Operacje przewoźników w czasie II wojny światowej . Wydawnictwo Seaforth. Numer ISBN 9781848320420.
  • Byk, Stephen (2004). Encyklopedia Technologii Wojskowej i Innowacji . Westport, Connecticut: Wydawnictwo Greenwood. Numer ISBN 978-1-57356-557-8.
  • Gordon, Jefim (2006). Mikojan MiG-29 . Hinckley, Wielka Brytania: Publikacje Midland. Numer ISBN 9781857802313.
  • Gordon, Jefim (2006). Sukhoi Su-27 Flanker - WarbirdTech Vol 42 . Prasa specjalistyczna. Numer ISBN 9781580071963.
  • Zielony, Michael (30 kwietnia 2015). Lotniskowce Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych . Pióro i miecz. Numer ISBN 9781473854680.
  • Hobbs, David (2015). Brytyjska flota uderzeniowa lotniskowców: po 1945 roku . Wydawnictwo Instytutu Marynarki Wojennej. Numer ISBN 9781612519999.
  • Stille, Mark (2012). Lotniskowce US Navy 1922-45: klasy przedwojenne . Wydawnictwo Bloomsbury. Numer ISBN 9781780968094.

Zewnętrzne linki