Vought XF5U
„Valódi amerikai UFO”
Tervezés:
Az emberiség évezredek óta álmodott a repülés képességéről, arról, hogy valamilyen járművel meghódítják a harmadik dimenziót, de ténylegesen irányított, szabad (megismételhető) repülésekre csak a hőlégballonok megjelenése után mintegy egy évszázaddal került sor. Az Otto Lilienthal és mások által tökéletesített siklókat felhasználva az 1900-as évek elején megjelentek az első valóban használható repülőgépek (ld.: Gustave Albin Whitehead, Wright fivérek).
A levegőnél nehezebb, merevszárnyú repülőgépek az elmúlt évtizedekben hihetetlen változáson mentek keresztül, de felépítésük a mai napig megfelel a madarak testfelépítésének. A repülők központi elemét is a törzs adja, amely az agyként felfogható pilótát és az esetleges további hasznos terhet hordozza, valamint elősegíti a légi jármű hossz-stabilitását. Az ember alkotta repülőgépeken (szemben a madarakkal) a felhajtóerőt nem egy mozgó szárny hozza létre (mint az ornithoptereken), hanem merev szárnyak és egy vagy több hajtómű, de a stabilitást majdnem minden légi járművön (és állaton) a megfelelően kialakított farokrész biztosítja.
A repülőgépek fejlődésének egyik legfontosabb formája a mind nagyobb sebesség elérése volt, ehhez pedig idővel módosítani kellett a szárnyak kialakítását. Az első évtizedekben a repülők szárnyai szinte kizárólag relatív nagy fesztávolságúak voltak és a menetirányhoz képest merőlegesen kerültek beépítésre, mivel ezáltal a típusok alacsony sebességen is irányíthatóak maradtak.
A második világháború végi 1500-2500 lóerős dugattyús motoros vadászgépek, majd a sugárhajtóműves típusok megjelenése elhozta a nyilazott szárnyú repülőgépek korát, mivel a sebesség növekedésével a szárnyakon keletkező légellenállás hatványozottan érvényesül, ezért hangsebesség feletti repülésre kizárólag erősen hátranyilazott szárnyakat érdemes használni.
A légellenállás további csökkentéséhez vezetett a szárnyak fesztávolságának csökkenése is, mivel a sugárhajtóművek rendkívüli tolóereje kompenzálta a kisebb szárnyakon keletkező kisebb mértékű felhajtóerőt. Ez a kialakítás azonban hátrányokkal is járt, amit jól mutat az alakja miatt ember vezette rakétának (és rendkívül rossz baleseti statisztikái miatt özvegycsinálónak) becézett Lockheed F-104 „Starfighter” esete. E repülő végsebessége ugyan elérte a kétszeres hangsebességet és kiválóan emelkedett, de apró szárnyai miatt kis sebességnél hamar instabillá vált (a legtöbb repülőgép hajtóműhiba esetén képes csak a szárnyaira támaszkodva, siklórepülésben leszállni, az F-104-es viszont ilyenkor lezuhant).
Ezt az ellentmondást (nagy sebességnél kisméretű, erősen nyilazott szárnyakra van szükség, míg alacsony sebességen nagy fesztávolságú, alacsony szárnyfelületi-terhelésű egyenes szárnyakra) megpróbálták változtatható szárny-nyilazású típusokkal megoldani (pl.: Szuhoj Szu-17, Panavia Tornado), de a bonyolult mozgató-mechanizmus és a jelentős szerkezeti terhelés miatt ezek sem terjedtek el.
Ehelyett a modern vadászgépeken más megoldással kísérleteztek. A szárnyak méretét csökkentették, viszont a test és a szárny csatlakozását úgy alakították ki, hogy a gép sárkánya többlet (örvény-) felhajtóerőt termeljen (ld.: General Dynamics F-16 „Fighting Falcon”, Lockheed Martin F-22 „Raptor”), de ez is kompromisszumos megoldás.
Részben erre a problémára jelentettek megoldást a csupaszárny repülőgépek, amelyeket az 1910-es évek óta épülnek (ld.: Armstrong Whitworth A.W.52, Freel Flying Wing, Northrop YB-35, stb.), de ezek instabilitásuk miatt nem terjedtek el. A ”hagyományos” kialakítású repülőgépek így a mai napig dominálják az eget, ez azonban nem jelenti azt, hogy ne születtek volna radikális kísérleti típusok. Ezek közé tartoznak az emelőtestes repülőgépek is, amelyekkel többek között az amerikai Charles Horton Zimmerman kísérletezett.
Zimmerman igyekezett a repülők számára korábban elképzelhetetlen képességeket integrálni (pl.: a lehetővé tenni a függőleges felszállást), de kísérletezett korong-alakú repülőkkel is. Ehhez először repülő modelleket készített (ld.: V-162), majd az amerikai Vought repülőgépgyárral közösen elkészítette a V-172-es, immár ember vezette típust, hogy bizonyítsa a koncepció helyességét. Ennek kedvező tapasztalatait látva (ld. „Szolgálatban” bekezdés) a második világháború alatt Zimmerman kidolgozta egy azonos elvű vadászgép, az XF5U terveit (e járművet szokatlan alakja miatt „Flying Flapjack”-nek, repülő palacsintának becézték). Jobbra a V162-es modell látható.
Konstrukció:
Ahogy fentebb is olvasható, az XF5U egy emelőtestes repülőgép volt, ami semmi mással össze nem téveszthető megjelenést kölcsönzött számára. A tisztán fémépítésű repülőgép teste ugyanis szokatlanul széles korong alakú volt, miközben szárnyakkal egyáltalán nem rendelkezett. Ez az alak nem volt öncélú: a Flying Flapjack-et úgy tervezték, hogy a repülő törzsén alakuljon ki a levegőbe emelkedéshez szükséges felhajtóerő (a hozzávetőlegesen kör alakú ”szárnyak” nagy sebességet tettek lehetővé, miközben nem gátolták a légáramlást).
A korong-kialakítás előnyei mellett viszont instabillá tette a repülőt, amely ezért különleges farokrészt igényelt. Az XF5U-n a hatékonyabb manőverezés elősegítésére kettős függőleges vezérsíkot alkalmaztak, de a vízszintes vezérsíkokat nem a gép ”mögé”, hanem a test oldalára tervezték (a hátsó részre kiegészítő stabilizátor-lapok kerültek). Ennek oka, hogy a kísérletek során kiderült: a gép teste mögött a légnyomás rendkívüli módon lecsökkent, ezért az ide telepített vezérsíkok egyenes repülés esetén hatástalanná váltak volna.
A típust két Pratt & Whitney R-2000 „Twin Wasp” erőforrással kívánták ellátni. Ezek kétsoros, 14 hengeres csillagmotorok voltak, amelyeket eredetileg teher-, illetve utasszállító repülőgépek számára fejlesztettek ki (eredetileg 1600 lóerős egységeket akartak felhasználni, végül az egyenként 1350 lóerős R-2000-7-es modellt választották). Ez a több mint 2500 lóerős teljesítmény jelentős sebességet tett lehetővé, de erejükre szükség is volt, mivel a típus tömege üresen is majdnem elérte a 6 tonnát.
Az XF5U hajtóműveit beépítették a repülő testébe (a pilótafülke két oldalára), a törzs tetején pedig kipufogó-nyílásokat vágtak. Az erőátvitel szintén különleges volt. A repülőt nem a légbeömlő-nyílások elé szerelt propellerek mozgatták: ehelyett egy bonyolult erőátviteli rendszert alakítottak ki, amely a törzs széleire kitolt, előrenyúló, különösen hosszú lapátú rotorokban ért véget (ráadásul a rotorok tengelyét kismértékben meg lehetett dönteni, ezzel segítve a gép manővereit).
A szárnyak hiánya és az egymással szembeforgó, különleges kialakítású rotorok további előnye volt, hogy általuk kiküszöbölték a repülők szárnyainak végén keletkező, többlet-légellenállást generáló légörvényeket, ami még tovább növelte a gép teljesítményét.
A Flying Flapjack hárompontos futóművet kapott, mindhárom futószáron két-két kerékkel. A hátsó tengelyt az elsőknél lényegesen rövidebbre tervezték, ezáltal egyrészt a nagyméretű propellerek távolabb kerültek a földtől, másrészt felszálláskor a légáramlatok ”beszorultak” a gép teste alá, ezzel csökkentve a szükséges felszállópálya hosszát. Ez a kialakítás az egymotoros vadászgépeknél veszélyessé tette a leszállást, mert a pilóta a motortól nem látott maga elég, de au XF5U-nál a hajtóművek nem akadályozták a kilátást.
E repülő prototípusát nem szerelték fel fegyverzettel, de a sorozatgyártású modellekbe jelentős tűzerőt kívántak összpontosítani: a repülő 6 db 12,7 mm-es nehézgéppuskát vagy ezek helyett 4 db 20 mm-es gépágyút hordozhatott volna, kiegészítve 900 kg-nyi bombával (vagy kiegészítő üzemanyag-tartályokkal).
Szolgálatban:
Zimmerman az 1930-as években kezdett kísérletezni korong alakú repülőgépekkel és csak az évtized végére (1938-ban) készült el az elektromos meghajtású (függeszkedésre is képes) V-162-es távirányítású modell. Ennek bíztató eredményét látva az amerikai haditengerészet (US Navy) vállalata a program finanszírozását, ezért 1939-ben körvonalazták egy új repülőgép terveit, a következő két évben elvégezték a szükséges szélcsatornás vizsgálatokat, 1942. november 23-án pedig levegőbe emelkedett a Flying Pancake-nek (szintén repülő palacsintának) nevezett V-173-as.
Ez egy fa-vászon kísérleti típus volt, amelyet egy mindössze 80 lóerős (Continental A-80-as) motor hajtott. Az egyedi építésű, a későbbi Flying Flapjack-kel azonos kialakítású repülőgépen (a szokatlan, előretolt propeller-pár miatt) veszélyes vibrációt tapasztaltak, de a típussal egy év alatt 190 repülést végeztek (ez a környéken több ”UFO”-észleléshez vezetett).
A tesztek alatt a V-173-as alacsony sebességen is könnyen irányíthatónak bizonyult, ráadásul egy baleset a masszív, sérülésálló kialakítást is bizonyította. A tesztrepüléseket 1947-ig folytatták, ez idő alatt a V-173-as 131 órát és 48 percet töltött a levegőben, további értékes adatokkal támogatva az XF5U tervezését.
Ez utóbbi típus papíron rendkívül bíztató vadászgépnek tűnt: alacsony és magas sebességen is kiváló fordulékonyságot és irányíthatóságot vártak tőle, miközben egyes számítások szerint végsebessége tengerszinten 584 km/h, 9000 méteren pedig több mint 800 km/h lehetett. Az egyetlen problémát az erős vibráció okozta, ami (az erősebb motorok miatt) a Flying Flapjack-nél hatványozottan jelentkezett, ennek megoldása pedig éveken át tartott. Elkészült két darab XF5U-1-es prototípus, de a repülő lekéste a második világháborút.
A fejlesztést folytatták, ám az egyre jelentősebb költség-túllépés ellenére sem sikerült úrrá lenni a problémákon (elsősorban a nem szűnő vibráción), ezért az XF5U-k sohasem repültek (a kifutópályás tesztelések során rövid időre több alkalommal felemelkedtek, ám ezek csak elnyújtott ugrások voltak). 1947. március 17-én a US Navy törölte a programot, mert a több mint egy évtizedes fejlesztés ellenére sem sikerült bevethető típust alkotni.
Egyes forrásokban a Flying Flapjack-et úgy állítják be, mint a második világháborús náci ”csodarepülőket”, amelyek rendkívül kecsegtető képességeiket részben a világháború vége miatt nem tudták teljesíteni, ezt azonban érdemes fenntartással kezelni. Az XF5U a rajzasztalon kétségtelenül ideális vadászgépnek tűnt, de ezt nem sikerült tesztekkel alátámasztani és az akár 885 km/h-s végsebesség is túlzásnak tűnik. A dugattyús motoros repülők sebességi csúcsát 1989 óta egy átalakított Grumman F8F „Bearcat” repülő tartja 850,24 km/h-s sebességgel, de tartósan ennél ”csak” mintegy 100 km/h-val alacsonyabb sebességet tudtak elérni (ráadásul a csúcstartó repülők egyike sem hordozott jelentős tömegű fegyverzetet). Az XF5U program végével a korong alakú, emelőtestes repülők elgondolása a süllyesztőbe került, viszont érdekes módon nem ez volt a világ egyetlen ilyen légi járműve (noha Sack és Zimmerman valószínűleg nem tudtak egymásról).
1939-ben egy német repülőmodell-versenyen Arthur Sack egy AS-1-es nevű, kör alakú típusával indult. Ennek sikertelensége ellenére Ernst Udet, a német Légügyi Minisztérium akkori vezetője felkarolta a mérnököt, aki így (a Mitteldeutsche Motorwerke vállalatnál) elkészíthetett több kísérleti modellt, majd a már egy pilótának is helyet adó AS-6-os emelőtestes repülőt.
Sack kísérletei Zimmerman-éhoz hasonlóan elhúzódtak, a (Vought V-173-ashoz hasonló), alacsony sebességű repülésre tervezett AS-6-os csak 1944-ben emelkedett levegőbe és a stabilitás hiánya, valamint a gyenge futómű miatt a legtöbb kísérlet csak rövid siklás volt, amelyek balesetben végződtek. 1944-45 telén a Szövetségesek bombázásaiban az AS-6-os súlyosan megsérült, ezért szétbontották (a világháború előtt több mérnök, az 1950-es években a szovjetek is kísérleteztek korong-szárnyú repülővel, de egyik program sem eredményezett használható repülőt).
Műszaki adatok:
Név: Vought XF5U „Flying Flapjack” (repülő palacsinta)
Típus: (kísérleti, szárny nélküli) emelőtestes vadászrepülőgép
Fizikai jellemzők:
Hossz: 8,73 m
Fesztáv: 9,91 m
Magasság: 4,50 m
Szerkezeti tömeg: 5.958.kg
Max. felszálló tömeg: 7.600.kg
Motor: dugattyús, 2 db, egyenként 1350 Le-s (2600 Le-s összteljesítményű) (Pratt & Whitney R-2000-7, ”csillag” hengerelrendezésű, kétsoros, 14 hengeres)
Személyzet: 1 fő
Fegyverzet: (tervezett:) 6 db 12,7 mm-es géppuska vagy 4 db 20 mm-es gépágyú és maximum 900 kg-nyi bomba vagy kiegészítő üzemanyag-tartály
Teljesítmények:
Végsebesség: (számított:) 885 km/h
Csúcsmagasság: (számított:) 10.516.m
Emelkedőképesség: (számított:) 914 m/perc
Hatótávolság: (számított:) 1703 km