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das bild zeigt das auf dem britischen flugzeugträger beförderte kurzstrecken-/vertikalstart- und landekampfflugzeug f-35b

vor einiger zeit führte das us-militär ein „rollendes“ landetraining mit dem vertikal startenden und landenden trägerflugzeug f-35b durch. tatsächlich nutzten die vereinigten staaten und das vereinigte königreich im oktober letzten jahres den flugzeugträger „prince of wales“ als plattform, um kurzstreckenstarts und „rollende“ landetests von f-35b-kampfflugzeugen durchzuführen verwenden sie ein größeres luftgewicht, um den abwurf der kampfflugzeuge abzuschließen.

in den letzten jahren kam es aufgrund der rauen bedingungen und des hohen treibstoffverbrauchs bei vertikalen starts und landungen häufig zu unfällen bei vertikal startenden und landenden trägerflugzeugen, die in verschiedenen ländern im einsatz waren. um konstruktionsmängel auszugleichen, versuchten wissenschaftliche forscher, die triebwerke für vertikal startende und landende flugzeugträger zu verbessern, start- und landemethoden zu ändern und flugzeugträgerplattformen zu modifizieren. wie startet und landet ein vertikal startendes und landendes trägerflugzeug unter last? können kurze starts und „rollende“ landungen von der skisprungschanze zur neuen art des fliegens werden? wie wird die entwicklung unterstützender technologien und waffen in der zukunft aussehen? bitte lesen sie diesen artikel zur erklärung.

ein „zwei-problem-kreis“ über vertikales starten und landen

im april 1969 begrüßte die britische royal air force eine gruppe „spezialrekruten“ – obwohl sie wie kampfflugzeuge aussahen, konnten sie senkrecht abheben und in der luft schweben, was die piloten in erstaunen versetzte. hierbei handelt es sich um das harrier-kampfflugzeug, das gemeinsam von der hawker aircraft company und der bristol aero engine company entwickelt wurde.

die „einzigartige fähigkeit“ des „harrier“-jägers kommt von einem besonderen „herz“ – dem „pegasus“-triebwerk, das mit schublenkungstechnologie ausgestattet ist. durch die einstellung der rotierenden triebwerksdüse unterstützt es den jäger beim vertikalen start und bei der landung und vervollständigt a vielzahl von aufgaben in der luft.

während kampfflugzeuge in den tatsächlichen kampf eingesetzt werden, treten nach und nach probleme wie wenige waffen und ein hoher treibstoffverbrauch beim senkrechtstart auf, die sich auch direkt auf ihre seekampffähigkeiten auswirken.

wie bringt man ein vertikal startendes und landendes flugzeug auf trägerbasis dazu, „mit last abzuheben“? die aufmerksamkeit wissenschaftlicher forscher richtet sich erneut auf das sprungschanzen-startdeck des flugzeugträgers. dieses bogenförmige, nach oben gerichtete deck ermöglicht es dem trägerflugzeug, nach dem rollen einen geeigneten anstellwinkel für den start zu erreichen, und arbeitet mit dem leistungsstarken triebwerk zusammen, um einen start mit großer last zu ermöglichen.

dieser vorgang ähnelt dem fliegen eines papierflugzeugs in der kindheit. finden sie zunächst den richtigen winkel, um „den ostwind auszunutzen“, und werfen sie ihn dann kräftig, und das papierflugzeug kann fliegen. seit den 1970er jahren hat das vereinigte königreich den leichtflugzeugträger „sports god“ renoviert, das dampfkatapult entfernt und dann das bugdeck durch „kurze sprungschanze und vertikale landung“ in ein 12-grad-sprungschanze-deck umgebaut. die methode ermöglicht es, das kampfflugzeug „harrier“ mit mehr munition für langstreckeneinsätze auszustatten und so den kampfradius vertikal startender und landender trägergestützter flugzeuge effektiv zu vergrößern.

neben der „ausnutzung des ostwinds“ ist auch die verwendung dünner und leichter materialien zur gewichtsreduzierung und das „downsizing“ eine wichtige option, um die reichweite und munitionskapazität von kampfflugzeugen zu erhöhen. in der luftfahrtindustrie gibt es ein sprichwort: „bemühen sie sich, jedes gramm gewicht des flugzeugs zu reduzieren.“ wenn wissenschaftliche forscher die konstruktion von flugzeugen demonstrieren, lautet ein grundprinzip beim einsatz von materialien und ausrüstung: „so viel wie möglich reduzieren.“

in den späten 1960er jahren stellte die sowjetunion während des entwicklungsprozesses des vertikal startenden und landenden trägerflugzeugs yak-38 der ersten generation fest, dass sein hubmotor während des fluges nicht funktionierte, was das gewicht erheblich erhöhte kampfflugzeug, was zu einem hohen treibstoffverbrauch und einer geringen bombenlast führt. mit einem kampfradius von weniger als 200 kilometern wird es als „mastschutz“ bezeichnet.

in den nächsten etwa zehn jahren verwendete das sowjetische jakowlew-konstruktionsbüro in großem umfang aluminium-lithium-legierungen und andere verbundwerkstoffe für die konstruktion von kampfflugzeugen, um das eigengewicht zu reduzieren und die reichweite zu erhöhen. außerdem wurden verschiedene neue luftkampfwaffen und bodenangriffswaffen installiert geben sie dem kampfflugzeug superfähigkeiten für den luftkampf mit sichtweite.

1987 kam das vertikal startende und landende trägergestützte flugzeug jak-141 der zweiten generation der sowjetunion auf den markt. das kohlefasermaterial des jägers beträgt 28 %. sein maximales startgewicht ist fast 8 tonnen höher als das der vertikal startenden und landenden trägerflugzeuge. es hat einen kampfradius von 700 kilometern fluggeschwindigkeit von mach 1,7. es ist das erste vertikal startende und landende schiff, das einen überschallflug ermöglicht.

im jahr 2004 führten die usa während der entwicklung des f-35b-kampfflugzeugs einen „abnehmplan“ ein. im streben nach leichtbau führten wissenschaftliche forscher ein achtmonatiges modernisierungsprojekt durch, bei dem sie hochfeste klebstoffe anstelle der hautbefestigungen verwendeten, jedes noch so kleine teil frästen und schleiften und sogar die größe des seitenleitwerks verkleinerten, um mehr platz für das kampfflugzeug zu schaffen das gewicht wird um etwa 1.225 tonnen reduziert.

die guten zeiten hielten nicht lange an und die f-35b litt unter „folgen des gewichtsverlusts“. beim haltbarkeitstest im jahr 2010 kam es zu vorzeitigen strukturrissen im tragenden rahmen des hauptflügels des f-35b-testflugzeugs. die strukturelle festigkeit der flugzeugzelle wurde stark reduziert, was dazu führte, dass die erwartete lebensdauer der ersten charge von f-35b-jägern nur ein viertel des konstruktionswerts betrug und es während des betriebs häufig zu ausfällen kam. es ist ersichtlich, dass es ein dilemma ist, durch „gewichtsverlust“ einen „belasteten start“ von kampfflugzeugen zu erreichen.

derzeit hat das us-militär einen modernisierungsplan für die f-35b vorgeschlagen. durch die modifizierung des triebwerks und die erhöhung des anteils neuer materialien wird jedoch erwartet, dass die ausfallrate des kampfflugzeugs deutlich gesenkt wird ob es letztendlich die „zwei dilemmata“ des vertikalen starts und der vertikalen landung überwinden kann, ist noch unklar.

kombinierte lösungen ermöglichen sicheres starten und landen

die moderne seekriegsführung ist weit entfernt von landgestützten versorgungsstationen, flugtreibstoff ist eine kostbare ressource und die von kampfflugzeugen ausgerüsteten präzisionsgelenkten raketen können leicht jeweils mehrere millionen dollar kosten. um die nachhaltigkeit militärischer einsätze sicherzustellen, müssen vertikal startende und landende trägergestützte flugzeuge nicht nur in der lage sein, „mit last abzuheben“, sondern auch mit bomben und treibstoff sicher zu landen.

zu diesem zweck haben wissenschaftliche forscher ein kombinationsschema aus „konventionellem antriebssystem + auftriebssystem“ eingeführt, um die leistungsabgabe des motors umzuleiten und den effekt eines „hochfliegens“ und einer „stabilen landung“ zu erzielen.

der erste schritt besteht darin, die leistung über die turbinenhauptwelle auf die lüftervorrichtung zu übertragen, die einen nach unten gerichteten luftstrom erzeugt, und dann den erzeugten auftrieb durch die düse an der unterseite des lüfters zu vektorisieren der zweite schritt erfolgt durch ablenkung. die düse lenkt den aus der brennkammer des triebwerks ausgestoßenen luftstrom nach unten ab, um den jäger in der luft zu halten. der dritte schritt besteht darin, den jäger nach vorne zu fliegen durch die beiden kanäle wird die vom triebwerkskompressor erzeugte druckluft auf beiden seiten zu den flügeln geleitet und dann durch die düsen an den flügelspitzen nach unten gesprüht. dies verleiht dem jäger nicht nur mehr vertikalen auftrieb, sondern passt auch die richtung des strahls an, wenn sich der schwerpunkt des flugzeugs verschiebt, um eine stabile fluglage des jägers aufrechtzuerhalten.

das russische tumansky design bureau rüstete das konventionelle antriebssystem auf ein rotationsdüsentriebwerk um und setzte es auf das kampfflugzeug yak-141 ein. die triebwerksdüse hat eine lenkfunktion und kann nach unten ausgelenkt werden. wenn der jäger senkrecht abhebt, sprüht die düse nach unten, um für auftrieb zu sorgen; nach eintritt in den reiseflugzustand kehrt die düse in die horizontale zurück, um vortrieb zu liefern. darüber hinaus wurden vom tumansky design bureau auch zwei serienmäßig am rumpf im hinteren bereich des cockpits installierte rd-41-hubtriebwerke entwickelt, die speziell darauf ausgelegt sind, die vertikale start- und landeleistung des kampfflugzeugs ausreichend zu gewährleisten auftriebsunterstützung bei start und landung.

britische forscher stellten jedoch fest, dass die beiden kombinationslösungen unabhängig davon, ob es sich um ein „konventionelles antriebssystem + hubsystem“ oder ein „rotationsdüsenmotor + hubsystem“ handelt, häufig unter problemen wie unzureichendem schub unter extremen wetterbedingungen leiden. als ergebnis entwickelten sie die „rollende“ landetechnologie trägergestützter flugzeuge.

„rollende“ landung kombiniert traditionelle konventionelle landung und vertikale landung. das trägergestützte flugzeug nähert sich dem schiff in einem bestimmten gleitwinkel. unter der gemeinsamen wirkung von auftriebsgebläse, ablenkdüse und aerodynamischer körperstruktur wird es verlangsamt nach dem aufsetzen auf das schiff verließ es sich auf das digitale antiblockiersystem, um den bodenbremsweg innerhalb von 50 metern zu kontrollieren.

obwohl die „rollende“ landung komplexer und riskanter ist als die standardmäßige vertikale landemethode, ermöglicht der starke auftrieb während des landevorgangs dem trägergestützten flugzeug die landung auf dem schiff mit einer größeren ladung. im jahr 2018 führte die britische royal navy 187 vertikale landungen auf dem flugzeugträger „queen elizabeth“ durch und führte 15 „rollende“ landungstests auf dem schiff durch und erzielte dabei gute ergebnisse.

unterstützende technologien fördern kapazitätserweiterungen

in den frühen 1970er jahren schlug der damalige us-marinechef aylmer erstmals den bau eines kleineren, kostengünstigeren „seekontrollschiffs“ vor, das mit vertikal startenden und landenden trägerflugzeugen ausgestattet war. der plan wurde damals vom militär wegen unausgereifter senkrechtstart- und landetechnik abgelehnt.

im letzten halben jahrhundert haben immer mehr nationale militärs vertikal startende und landende trägerflugzeuge ausgerüstet, und auch die damit arbeitenden amphibischen angriffsschiffe haben sich schrittweise weiterentwickelt. nehmen wir als beispiel das 2019 vom stapel gelassene italienische amphibienangriffsschiff, das mit einem sprungschanze-startdeck und einem überfluteten dock ausgestattet ist und etwa 20 vertikal startende und landende flugzeuge transportieren kann bei der luftkontrollmission wurde es einst zu einem „modellschiff“, um dessen nachahmung große militärische industrieunternehmen konkurrierten.

gleichzeitig hat die einführung vertikal startender und landender trägergestützter flugzeuge auch zu einer raschen entwicklung einer reihe unterstützender technologien sowie waffen und ausrüstung geführt. diese unterstützenden technologien sowie waffen und ausrüstung sind zu „neuen partnern“ vertikal startender und landender trägerflugzeuge geworden und haben die kampfeffektivität wirksam verbessert.

tragen sie auf dem flugdeck „isolieranzüge“. da das hochtemperaturgas, das beim start und bei der landung vertikal startender und landender trägerflugzeuge nach unten ausgestoßen wird, hochtemperaturkorrosion auf dem deck verursacht, haben wissenschaftliche forscher intensiv an der entwicklung der wärmeschutzschicht des decks gearbeitet. am beispiel des flugzeugträgers „queen elizabeth“ der britischen royal navy haben wissenschaftliche forscher eine neue metallische wärmedämmbeschichtungstechnologie auf basis von aluminium- und titanlegierungen entwickelt. die 2,5 mm dicke schutzbeschichtung kann das deck vor motoren schützen, die temperaturen von tausenden standhalten grad celsius. die schwanzflamme ist heiß.

lift-fan „fett reduzieren und schlank machen“. obwohl der auftriebsventilator für vertikal startende und landende flugzeuge auf trägerbasis einen größeren auftrieb bieten kann, nimmt er viel platz im rumpf ein und verringert so die treibstoffkapazität des kampfflugzeugs. nachdem das kampfflugzeug gerade geflogen ist, verliert der auftriebsventilator seinen nutzen. um die leistungseffizienz des kampfflugzeugs weiter zu verbessern, nutzen die forscher einerseits einen frontmontierten auftriebsventilator, um den windwiderstand zu verringern, andererseits reduzieren sie die anzahl der ventilatorflügel und optimieren das aerodynamische design der flügel um das gewicht der ausrüstung zu reduzieren und gleichzeitig einen hohen schub aufrechtzuerhalten.

die engine „reduziert die komplexität und vereinfacht sie“. schubvektortriebwerke verfügen über viele komplexe komponenten wie ablenkmechanismen und einstellplatten. durch eine stromlinienförmige gestaltung kann die leistung von schubvektortriebwerken verbessert werden. zu diesem zweck haben wissenschaftliche forscher in einigen ländern das konzept der aerodynamischen schubvektorsteuerung vorgeschlagen, bei der der düse ein kleiner luftstrom mit steuerbarer richtung zugeführt wird, um den hauptstrom der düse zu stören und einen schubvektor zu erzeugen. der ersatz des herkömmlichen ablenkmechanismus durch eine solche „luftwand“ kann nicht nur das gewicht der düse um 80 % und die herstellungskosten um die hälfte reduzieren, sondern auch die reaktionsgeschwindigkeit des schubvektortriebwerks beschleunigen und so die manövrierfähigkeit effektiv verbessern vertikal startende und landende flugzeuge auf trägerbasis und agilität.

schneller fliegen, stabiler landen und energie effizienter umwandeln ... diese laufenden änderungen helfen vertikal startenden und landenden flugzeugträgern, sich weiterhin an neue anforderungen auf dem schlachtfeld anzupassen.

letztes jahr startete die britische royal navy einen plan zur umgestaltung von flugzeugträgern. basierend auf dem flugzeugträger der queen-elizabeth-klasse wurde das sprungschanze-flugdeck entfernt und fangkabel und elektromagnetische katapulte installiert, um den start- und landevorgang zu erleichtern f-35b-jäger effizienter und komfortabler.

darüber hinaus wird der umgebaute flugzeugträger auch mit schiffsgestützten unbemannten tankern ausgestattet. durch luftbetankung können die reichweite und der kampfradius vertikal startender und landender trägergestützter flugzeuge erhöht werden.

in gewisser weise haben die iterativen upgrades sowie die leistungs- und effizienzgewinne dieser unterstützenden technologien den grundstein für vertikal startende und landende trägergestützte flugzeuge gelegt, um kurze sprungschanzenstarts und „rollende“ landungen zu versuchen. die entwicklung und entwicklung von waffen und ausrüstung erfordert selten einen einzigen sprung nach vorne, sondern ist häufiger eine gemeinsame anstrengung. ihre wirksamkeit bedarf weiterer tests.