Bojové letouny s kolmým a krátkým startem

Letadla s pevným křídlem i vrtulníky (tedy letouny s rotující nosnou plochou) se už dávno staly neodmyslitelnou součástí ozbrojených sil. Oba prostředky mají své dobře známé přednosti a nevýhody a vzájemně se doplňují. Klasické letadlo je díky proudovým motorům rychlejší, má větší dolet i výškový dostup, unese větší množství nákladu a zbraní, ale ke startu a přistání potřebuje alespoň trochu kvalitní povrch o délce stovek metrů. Vrtulník je sice pomalejší a má menší nosnost, ale je schopen startovat a přistávat doslova na místě, může létat těsně u země a bleskově měnit směr letu. Logickým důsledkem této úvahy je snaha vyvinout létající stroj, jež v sobě skloubí rychlost a nosnost běžného letadla se schopnostmi vrtulníku.

Nezávislost na letištích

První pokusy o sestrojení letounů s kolmým, nebo alespoň velmi krátkým startem se datují do období druhé světové války. Jednoznačně vedoucí roli v této oblasti mělo Německo, neboť velení nacistické Luftwaffe žádalo stíhací letoun nezávislý na letištích. Spojenečtí hloubkoví letci totiž cílevědomě oslabovali vzdušné síly Německa ani ne tak ničením letadel jako spíše poškozováním letišť a jejich pomocných zařízení. Pokud by Německo získalo letoun schopný vznést se z malé neupravené plochy, tyto snahy Spojenců by rázem pozbyly smysl.

Idea stíhacího či bombardovacího letadla nezávislého na kvalitních vzletových dráhách byla ještě posílena vypuknutím studené války. Velká letiště by jistě patřila mezi první cíle, které by byly v případné válce mezi NATO a Varšavskou smlouvou zničeny. Toto nebezpečí dále narostlo s rozšířením taktických jaderných zbraní, z nichž každá mohla zničit celou vojenskou základnu. Podle jedné studie z roku 1983 by první úder sovětských taktických nukleárních sil vyřadil minimálně 95 % bojových letadel NATO.

Není proto divu, že 50. a 60. léta byla „zlatou érou“ letounů kategorie VTOL (kolmý start a přistání) a STOVL (krátký start a kolmé přistání). Nejen USA a SSSR, ale i Kanada, Velká Británie, Francie a Německo vynaložily značné prostředky na vývoj takových strojů. Naprostá většina typů však zůstala jen na papíře, případně ve stádiu prototypu. Snad žádný obor letectví nezaznamenal takovou snůšku podivných nápadů jako právě snaha o výrobu letadla VTOL a STOVL. Atmosféra studené války pak přispěla k tomu, že vlády a vojenské síly se zapojovaly do projektů, o jejichž smyslu bylo možno s úspěchem pochybovat.

Sériové výroby se zatím dočkalo jen velmi málo typů letounů schopných kolmého nebo krátkého startu a kolmého přistání - britsko‑americký Harrier, sovětský Jak‑38 Forger, americko‑britský F‑35B a americký V‑22 Osprey, který však není přímo bojovým typem.

Veleúspěšný Harrier

Nejúspěšnějším bojovým letounem typu STOVL je bezesporu Harrier, jehož historie sahá až do konce 50. let, kdy firma Hawker (později součást British Aerospace, nyní BAE Systems) představila projekt podzvukové stíhačky P.1127 poháněné revolučním motorem Rolls‑Royce Pegasus. Tato pohonná jednotka měla čtyři samostatně pohyblivé trysky, což umožňovalo směrovat tah do nejrůznějších úhlů. Ona stíhačka poprvé vzlétla v roce 1960 a dostala jméno Kestrel. Britské letectvo bylo nadšeno a vydalo pokyn k vývoji bojové verze, která dostala jméno - Harrier. První sériové kusy se k perutím dostaly v roce 1969.

                                                               P.1127 Kestrel

                                                            (foto: NASA / PD)

Vývoj Harrieru se pak ubíral dvěma směry. Tou první bylo další zdokonalování původní „pozemní“ verze Harrier GR, která záhy vzbudila i zájem Američanů. Do projektu se zapojila společnost McDonnell Douglas a v roce 1970 obdržela americká námořní pěchota první stroje označené AV‑8 Harrier. Dalšími uživateli se stala Itálie a Španělsko, kde byl Harrier přejmenován na Matador.

                                                 dvojice amerických AV-8A Harrier

                                                       (foto: USMC / Brown / PD)

                                                          španělský AV-8S Matador

                                                     (foto: US NAVY / J. Bishop / PD)

                                                         britský Harrier verze GR.3

                                                             (foto: Petebutt / PD)

Druhou cestou byl námořní Sea Harrier FRS (nově FA) pro letadlové lodě, na první pohled rozpoznatelný především podle vyvýšené kabiny a "radarové" přídě. Britské Sea Harriery si vydobyly úspěch ve válce o Falklandy v roce 1982 a kromě Královského námořnictva je do výzbroje zařadila i Indie.

                                                             Sea Harrier FRS.1

                                                           (foto: US NAVY / PD)

                                                               Sea Harrier FA.2

                                                           (foto: Odessa3 / PD)

Harrier sice formálně patří mezi letadla s kolmým startem a přistáním, avšak jen zřídka provádí skutečně kolmý start. Ten totiž spotřebuje značné množství paliva a omezuje množství nesené výzbroje, a tak se dává přednost krátkému rozjezdu. Kolmé přistání ale problémem není, neboť výzbroj i palivo jsou z velké části spotřebovány a hmotnost letounu je mnohem nižší. Harrier tedy většinou funguje v režimu STOVL.

Ještě během změny Kestrelu v Harrier začaly práce na nadzvukové verzi P.1154, jejíž motor Pegasus II byl opatřen přídavným spalováním. Výsledky zkoušek byly vynikající, ale nová britská vláda tento projekt zamítla. Po celá 70. léta vznikaly různé studie nadzvukových letadel STOVL, ale žádný z nich už nebyl uskutečněn. Nástupcem legendárního Harrieru se tak až dnes stává Lockheed F‑35B.

Freehand, Forger a Freestyle

V Sovětském svazu byla koncepci letadel s kolmým startem věnována značná pozornost. Hlavním prvkem většiny ruských typů jsou tzv. zdvihové motory, malé proudové jednotky sloužící jen pro start a přistání. Jejich výhodou je možnost zabudování do již existujícího bojového letounu, který se tak rázem zařadí do kategorie VTOL. Je známo, že vznikly prototypy kolmo startujících variant stíhačů MiG‑21 (MiG‑21PD) a MiG‑23 (MiG‑23PD Faithless), přepadového stíhače Su‑15 (T‑58VD) a taktického bombardéru Su‑24 (T‑6‑1). Všechny však zůstaly pouze v jediném exempláři.

Oproti tomu konstrukční kancelář Jakovlev se rozhodla vytvořit zcela nové letadlo, jež by kombinovalo zdvihové motory s vychylováním tahu hlavního motoru. Nejprve byl postaven víceméně pokusný Jak‑36 Freehand se dvěma motory s pohyblivými tryskami.

                                                              Jak-36 (čtvrtý prototyp)

                                                    (foto: OKB Jakovleva / yak.ru / FU)

                                                                      Jak-38

                                                           (foto: US NAVY / PD)

Po ověření funkčnosti tohoto prvku byl v roce 1971 vyroben Jak‑36MP, záhy přeznačený na Jak‑38. Poháněl jej hlavní motor se dvěma pohyblivými tryskami a dva zdvihové motory za kabinou. Letouny Jak‑38 byly v kódu NATO známy jako Forger a až do roku 1993 sloužily na ruských letadlových lodích. Vznikla i velmi nevzhledná dvoumístná verze Jak‑38U a také Jak‑38M s výkonnějším motorem.

Bylo ovšem zřejmé, že i modernizovaný Jak‑38 značně zaostává za výkony Harrieru, a tak padlo rozhodnutí o vývoji nadzvukového přepadového stíhače VTOL, který dostal označení Jak‑41. Opět měl mít dva zdvihové motory a hlavní motor, ale tentokrát jen s jednou tryskou. Motory byly podstatně silnější než u Jaku‑38 a byly řízeny elektronicky. Krátce před prvním vzletem však přišel pokyn k přestavbě přepadového stíhače Jak‑41 na víceúčelový bojový letoun Jak‑41M (ten poprvé vzlétl roku 1987). Často používané označení Jak‑141 pochází z protokolů organizace FAI o ustanovení 12 světových rekordů, k čemuž došlo v květnu 1989. V kódu NATO se letoun nazývá Freestyle.

                                                                     Jak-141

                                          (foto: (c) W. Nelowkin / se svolením autora)

Ruské námořnictvo původně s typem Jak‑41 počítalo, ale nakonec se jej vzdalo, zejména kvůli vyřazení většiny svých letadlových lodí. Kancelář Jakovlev pak navrhla projekt letounu 5. generace Jak‑43, u něhož byly zdvihové motory nahrazeny dmychadlem. Jak‑43 zůstal jen na papíře, ale ono dmychadlo je použito v americkém F‑35B, jehož vývoje se tým konstrukční kanceláře Jakovlev tajně účastnil.

Tornado mělo být VTOL

Zdvihové motory se uplatnily i v Evropě. Německo‑nizozemský koncern VFW‑Fokker zkonstruoval velmi ambiciózní letoun VAK 191B, což byl podzvukový stíhací bombardér a průzkumný letoun, který měl v německém letectvu nahradit stárnoucí Fiaty G.91. VAK 191B poháněl hlavní motor se čtyřmi pohyblivými tryskami a dva zdvihové motory v přídi a v zádi. Vývoj byl zrušen ve prospěch nákupu Harrierů, k němuž nakonec nikdy nedošlo.

Francouzská firma Dassault vestavěla osm zdvihových motorů do jednoho z prototypů známé stíhačky Mirage III a proměnila jej v kolmo startující typ Balsac. V roce 1966 pak byl vyroben letoun Mirage III V, který už bylo možno považovat za způsobilý pro sériovou výrobu. Přechod z kolmého do vodorovného letu byl bezchybný a stroj dosáhl rychlosti Mach 2,04. Druhý prototyp byl bohužel zničen při havárii, která neměla se zdvihovými motory nic společného, ale toto neštěstí stačilo jako důvod k zastavení vývoje.

Poměrně málo známou skutečností je, že počáteční návrh evropského bojového letadla Tornado počítal se čtyřmi výklopnými zdvihovými motory pro kolmý start. Tornado vzniklo jako výsledek programu MRCA (Multi‑Role Combat Aircraft), jehož cílem bylo vytvořit letoun nezávislý na kvalitních letištních plochách. Británie, Německo a Itálie se však nakonec rozhodly, že pro Tornado budou stačit schopnosti STOL (krátký start a přistání).

Dá se říci, že vychylování tahu a zdvihové motory jsou jediné technologie kolmého startu, které se ukázaly jako prakticky použitelné pro bojová letadla. Než se ale dospělo k tomuto závěru, světlo světa musely spatřit absurdní létající stroje, které byly někdy nebezpečnější pro své piloty než pro potenciálního nepřítele.

To je případ zejména tzv. překlopných letounů, které sice létaly běžným způsobem, ale startovaly a přistávaly přídí vzhůru. V Americe to byly Lockheed XFV‑1 Salmon a Convair XFY‑1 Pogo se dvěma protiběžnými vrtulemi a proudový Ryan X‑13 Vertijet, z evropských je nejznámější SNECMA C.450 Coéloptère s kruhovým křídlem. Problémy jim nečinil start, nýbrž neobyčejně riskantní přistání. Pilot se musel dívat za sebe přes rameno, nevěděl, jak je vysoko, jak rychle klesá a kdy se dotkne země. Všechny tyto výtvory naštěstí zůstaly jen ve stádiu prototypu.

Překlápění motorů a křídel

Kapitolu samu pro sebe reprezentuje systém ZELL (Zero‑Length Launch). V podstatě se jednalo o start normálního bojového letounu nikoli z letištní dráhy, nýbrž ze šikmé rampy za pomoci raketového motoru. Takové pokusy proběhly v USA (F‑84, F‑100), Německu (F‑104) i SSSR (MiG‑19). Analogicky se zkoušelo i zkrácené přistání pomocí brzdících háků nebo padáků, ale závěry byly dost rozpačité. Start fungoval celkem dobře, s přistáním už to bylo podstatně horší. ZELL byl navíc poměrně drahý a nakonec se nerozšířil.

                                     americká stíhačka F-100D startuje pomocí systému ZELL

                                                               (foto: USAF / PD)

Naopak jednoznačně úspěšným principem VTOL jsou překlopné motory, jejichž hlavním zástupcem je konvertoplán Bell‑Boeing V‑22 Osprey. Průkopníkem této koncepce byl právě Bell, který zkoušel překlápění nejen klasických vrtulí či rotorů (XV‑15), ale i dmychadel (X‑22A) a motorů proudových (D‑188A) a turbovrtulových (XV‑3). Objevily se i letouny, u nichž se překlápělo celé křídlo včetně motorů (Vertol VZ‑2, Hiller X‑18). Překlopné motory jsou ale vhodné spíše pro víceúčelové, dopravní nebo hlídkové stroje. Výjimkou potvrzující pravidlo byl Boeing Vertol Model 147, což byl dvoumotorový konvertoplán s překlopným křídlem navržený jako alternativa bitevního vrtulníku.

                                                 X-22A s překlopnými dmychadly

                                                          (foto: US ARMY / PD)

Tím se zároveň dostáváme k velké skupině letounů VTOL, jejichž konstruktéři zvolili jiný přístup k celé věci. Výše popsané typy vesměs představují proudové bojové letouny s pevným křídlem, u nichž bylo nějak dosaženo schopnosti krátkého nebo kolmého startu. Lze ale také vyjít od vrtulníku a snažit se zvýšit jeho rychlost a dolet. Problém je v tom, že stroj s rotující nosnou plochou nikdy nemůže dosáhnout takové rychlosti jako letadlo s pevným křídlem.

Je zřejmé, že při letu vrtulníku vpřed mají listy nosného rotoru na jedné straně odlišnou rychlost než na druhé, protože rychlost pohybu vpřed se na jedné straně „přičítá“ k rychlosti rotace, zatímco na straně druhé se „odečítá“. Zpočátku se tento problém řeší rychlou změnou úhlu náběhu listů, ale při dalším zrychlování musí jednou nevyhnutelně dojít k odtrhávání vzduchových proudů od listů, což nakonec vyústí ve ztrátu vztlaku, stability a řiditelnosti. Tato kritická hranice závisí na řadě faktorů, ale je téměř jisté, že vrtulníky nedosáhnou ani rychlostí prvních proudových stíhaček (cca 700 až 800 km/h).

Jak urychlit vrtulník

Prvním krokem k vytvoření rychlého a obratného vrtulníku je přidání křídla, tedy pevné nosné plochy. Její vztlak zlepšuje ovladatelnost a stabilitu vrtulníku a poněkud přispívá i ke zvýšení rychlosti. Dalším stupněm je úprava ocasního (vyrovnávacího) rotoru tak, aby nějak působil i jako pohonný prvek. Způsobů, jak toho lze docílit, je několik.

Např. lze tento rotor umístit na pohyblivý nosník, takže je možné jej částečně natočit vzad a využívat jako tlačnou vrtuli; tak tomu bylo u návrhu bitevního vrtulníku Sikorsky S‑66. Lze také směrovat proud vzduchu z ocasního rotoru pomocí soustavy kormidel, což je specialitou firmy Piasecki. Ještě vyšší stupeň pak představoval bojový vrtulník Lockheed AH‑56A Cheyenne, který měl kromě ocasního rotoru i samostatnou tlačnou vrtuli, díky níž létal rychlostí přes 400 km/h.

Posledním krokem pak je doplnění vrtulníku přídavnou pohonnou jednotkou pro let vpřed. Ukázkou takového stroje je např. americký Bell 533, což je vlastně známý UH‑1 Iroquois s křídlem a dvěma proudovými motory, který při zkouškách dosáhl rychlosti přes 500 km/h.

                                                                 Bell 533

                                                        (foto: US ARMY / PD)

Podobně byl postaven Lockheed XH‑51, jež měl jen jeden asymetricky umístěný proudový motor, nebo Sikorsky XH‑59/S-69 se dvěma protiběžnými rotory a dvěma proudovými motory; oba dosáhly rychlosti 487 km/h.

Ale právě kvůli popsaným problémům s rychlostí listů nosného rotoru se tento přístup ukázal jako neperspektivní. A pak se objevila převratná myšlenka: Když rotor ve velkých rychlostech dělá problémy, tak ho prostě zastavíme a změníme v pevné křídlo. Tato idea tzv. stop‑rotoru nebyla nová (už na konci 40. let firma Ryan předváděla něco podobného), ale až v 70. letech byla skutečně vyzkoušena. Stroj Sikorsky S‑72 RSRA (Rotor System Research Aircraft) měl rotor se symetrickým profilem, který se při vyšších rychlostech zastavil a změnil se v křížové křídlo (odtud přezdívka X‑Wing), a letoun pak poháněly dva proudové motory.

Birma Boeing myšlenku stop‑rotoru oživila a otestova působivý bezpilotní stroj X‑50A Dragonfly. Jeho dvoulistý symetrický rotor je na koncích opatřen tryskami, z nichž proudí spaliny proudového motoru, což způsobuje otáčení. Rotor se po zastavení mění v pevné křídlo a trysky pohánějí letoun vpřed. Označení X‑50 bylo přiděleno na žádost firmy Boeing, která tak chtěla vyjádřit, že její letoun je z 50 % letadlo a z 50 % vrtulník. Je docela dobře možné, že právě takhle vypadá budoucnost letounů s kolmým startem.

                                                                                              Autor článku:  Lukáš Visingr

                                                                                Pro Militarybox upravil:  ing. Zbyněk Novotný

Poslední revize článku: 5.1.2013

Prohlášení:

Uvedené textové dílo je chráněno zákonem č. 121/2000 Sb. (Autorský zákon). Autor textového díla umožňuje jeho další využití za předpokladu dodržení principu copyleft, a to za těchto podmínek: 1. vždy uveďte jméno autora,  2. nevyužívejte ke komerčním účelům,  3. neměňte smysl uvedených informací.

Původní text: L. Visingr

Autor textových úprav a doplňků neuplatňuje žádná práva !!!

Pro přiložené fotografie platí uvedená separátní pravidla užití !!!