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a imagem mostra o caça f-35b de curto alcance/vertical de decolagem e pouso transportado no porta-aviões britânico

há algum tempo, os militares dos eua conduziram um treinamento de pouso "rolado" na aeronave f-35b de decolagem e pouso vertical. de facto, em outubro do ano passado, os estados unidos e o reino unido utilizaram o porta-aviões “prince of wales” como plataforma para realizar testes de descolagem de esqui de curta distância e de aterragem “rolamento” de caças f-35b, procurando usar maior peso aéreo para completar a decolagem dos caças.

nos últimos anos, devido às condições adversas e ao grande consumo de combustível durante a descolagem e aterragem vertical, têm ocorrido frequentemente acidentes entre aeronaves de descolagem e aterragem verticais baseadas em porta-aviões em serviço em vários países. a fim de compensar as falhas de projeto, os pesquisadores científicos começaram a tentar atualizar os motores para aeronaves baseadas em porta-aviões de decolagem e pouso verticais, alterar os métodos de decolagem e pouso e modificar as plataformas dos porta-aviões. então, como uma aeronave vertical de decolagem e pouso baseada em porta-aviões decola e pousa sob carga? a decolagem com salto de esqui curto e a aterrissagem "rolante" podem se tornar sua nova maneira de voar? qual será o desenvolvimento de tecnologias e armas de apoio no futuro? por favor, leia este artigo para obter explicação.

um "círculo de dois problemas" sobre decolagem e pouso vertical

em abril de 1969, a força aérea real britânica deu as boas-vindas a um grupo de "recrutas especiais" - embora tivessem a aparência de aviões de combate, podiam decolar verticalmente e pairar no ar, o que surpreendeu os pilotos. este é o caça harrier desenvolvido em conjunto pela hawker aircraft company e pela bristol aero engine company.

a "habilidade única" do caça "harrier" vem de um "coração" especial - o motor "pegasus" equipado com tecnologia de direção de empuxo. ao ajustar o bico giratório do motor, ele auxilia o caça na decolagem e aterrissagem vertical, e completa uma corrida. variedade de tarefas no ar.

à medida que os aviões de combate são colocados em combate real, surgem gradualmente problemas como poucas armas e elevado consumo de combustível durante a descolagem vertical, o que também afecta directamente as suas capacidades de combate marítimo.

como fazer uma aeronave vertical de decolagem e pouso baseada em porta-aviões “decolar com carga”? a atenção dos pesquisadores científicos está mais uma vez voltada para o convés de decolagem do porta-aviões. este convés virado em forma de arco permite que a aeronave baseada em porta-aviões obtenha um ângulo de ataque de decolagem adequado após o taxiamento e, com o motor potente, pode conseguir decolagem com grande carga.

esse processo é como pilotar um avião de papel na infância. primeiro encontre o ângulo certo para “aproveitar o vento leste” e depois jogue-o com força, e o avião de papel poderá voar. desde a década de 1970, o reino unido renovou o porta-aviões leve "sports god", removeu a catapulta a vapor e, em seguida, modificou o convés de proa em um convés de salto de esqui ascendente de 12 graus por meio de "decolagem de salto de esqui curto, "pouso" vertical. o método permite que o caça "harrier" seja equipado com mais munição para operações de longo alcance, aumentando efetivamente o raio de combate de aeronaves baseadas em porta-aviões de decolagem e pouso verticais.

além de “aproveitar o vento leste”, a utilização de materiais finos e leves para redução de peso e “downsizing” também é uma opção importante para aumentar o alcance e a capacidade de munição dos caças. há um ditado na indústria da aviação: “esforce-se para reduzir cada grama de peso da aeronave”. quando pesquisadores científicos demonstram o projeto de uma aeronave, um princípio básico no uso de materiais e equipamentos é “reduzir tanto quanto possível”.

no final da década de 1960, durante o processo de desenvolvimento da aeronave de decolagem e pouso vertical de primeira geração baseada em porta-aviões yak-38, a união soviética descobriu que seu motor de sustentação não funcionava durante o vôo, o que acrescentava muito peso ao aeronaves de combate, resultando em alto consumo de combustível e baixa carga de bombas. com raio de combate inferior a 200 quilômetros, é conhecido como “protetor de mastro”.

nos 10 anos seguintes, o yakovlev design bureau soviético utilizou amplamente ligas de alumínio-lítio e outros materiais compostos no projeto de aviões de combate para reduzir seu próprio peso e aumentar seu alcance. também instalou várias novas armas de combate aéreo e armas de ataque ao solo. dar às aeronaves de combate supercapacidades de combate aéreo de alcance visual.

em 1987, a segunda geração da aeronave de decolagem e pouso vertical baseada em porta-aviões da união soviética, yak-141, foi lançada. o material de fibra de carbono do caça representa 28%. seu peso máximo de decolagem é quase 8 toneladas maior que o da aeronave de decolagem e pouso vertical de primeira geração. possui raio de combate de 700 quilômetros e máximo. velocidade de vôo de mach 1,7. tornou-se o primeiro navio vertical de decolagem e pouso do mundo a realizar vôo supersônico.

em 2004, os estados unidos lançaram um “plano de perda de peso” durante o desenvolvimento do caça f-35b. em busca da redução de peso, os pesquisadores científicos realizaram um projeto de atualização de oito meses, usando adesivos de alta resistência para substituir fixadores de revestimento, fresando e retificando cada pequena peça e até mesmo reduzindo o tamanho da aleta vertical para fornecer mais espaço para o avião de combate. o peso é reduzido em cerca de 1.225 toneladas.

os bons tempos não duraram muito e o f-35b sofreu “sequelas de perda de peso”. durante o teste de durabilidade em 2010, ocorreram rachaduras estruturais prematuras na estrutura de suporte de carga da asa principal da aeronave de teste f-35b. a resistência estrutural da fuselagem foi bastante reduzida, resultando na vida útil esperada do primeiro lote de caças f-35b sendo apenas um quarto do valor do projeto e falhas frequentes durante o serviço. percebe-se que é um dilema conseguir a “decolagem com suporte de peso” de aviões de combate por meio da “perda de peso”.

atualmente, os militares dos eua propuseram um plano de atualização para o f-35b. ao modificar o motor e aumentar a proporção de novos materiais utilizados, espera-se reduzir significativamente a taxa de falhas do avião de combate e prolongar a sua vida útil. , ainda não se sabe se ele conseguirá romper os "dois dilemas" da decolagem e aterrissagem vertical.

soluções combinadas facilitam decolagem e pouso seguros

a guerra naval moderna está longe das estações de abastecimento terrestres, o combustível de aviação é um recurso precioso e os mísseis guiados com precisão equipados por aviões de combate podem facilmente custar milhões de dólares cada. a fim de garantir a sustentabilidade das operações militares, as aeronaves verticais de decolagem e aterrissagem baseadas em porta-aviões devem não apenas ser capazes de "decolar com carga", mas também conseguir um pouso seguro com bombas e combustível.

para este fim, os pesquisadores científicos adotaram um esquema combinado de "sistema de propulsão convencional + sistema de elevação" para desviar a potência do motor para obter o efeito de "voar para cima" e "pousar de forma estável".

o primeiro passo é transmitir a potência ao dispositivo do ventilador localizado na frente do motor através do eixo principal da turbina, que gera um jato descendente de fluxo de ar, e então vetoriza a sustentação gerada através do bocal na parte inferior do ventilador; a segunda etapa é através da deflexão. o bocal desvia o fluxo de ar ejetado para trás da câmara de combustão do motor para apoiar o caça no ar. quando o caça precisa voar para frente, o bocal desviará para trás para gerar impulso para frente; nos dois dutos, o ar comprimido gerado pelo compressor do motor é direcionado para as asas em ambos os lados e depois pulverizado para baixo através dos bicos nas pontas das asas. isso não apenas fornecerá ao caça uma sustentação mais vertical para cima, mas também ajustará a direção do jato quando o centro de gravidade da aeronave mudar para manter uma atitude de vôo estável do caça.

o tumansky design bureau da rússia atualizou o sistema de propulsão convencional para um motor de bico rotativo e aplicou-o ao caça a jato yak-141. o bocal do motor tem função de direção e pode ser desviado para baixo. quando o caça decola verticalmente, o bocal pulveriza para baixo para fornecer sustentação; após entrar no estado de cruzeiro, o bocal retorna ao nível para fornecer potência para frente; além disso, dois motores de elevação rd-41 instalados em série na fuselagem na parte traseira da cabine também foram desenvolvidos pelo tumansky design bureau e são especialmente projetados para melhorar o desempenho vertical de decolagem e pouso do caça para garantir suficiente suporte de elevação durante a decolagem e pouso.

no entanto, pesquisadores britânicos descobriram que se é um "sistema de propulsão convencional + sistema de elevação" ou um "motor de bocal rotativo + sistema de elevação", as duas soluções combinadas muitas vezes sofrem de problemas como empuxo insuficiente sob condições climáticas severas. portanto, eles desenvolveram a tecnologia de pouso "rolante" de aeronaves baseadas em porta-aviões.

o pouso "rolado" combina o pouso convencional tradicional e o pouso vertical. a aeronave baseada em porta-aviões se aproxima da direção da popa do navio em um determinado ângulo de planeio, sob a ação conjunta do ventilador de sustentação, do bocal de deflexão e da estrutura aerodinâmica do corpo. desceu e se aproximou do porta-aviões em postura de "queda de folhas". após tocar o navio, contou com o sistema digital de frenagem antibloqueio para controlar a distância de frenagem no solo em 50 metros.

embora o pouso "rolado" seja mais complexo e arriscado do que o método de pouso vertical padrão, a forte sustentação fornecida durante o processo de pouso permite que a aeronave baseada em porta-aviões pouse no navio que transporta uma carga maior. em 2018, a marinha real britânica completou 187 pousos verticais no porta-aviões "queen elizabeth" e realizou 15 testes de pouso "rolamento" no navio, obtendo bons resultados.

tecnologias de suporte impulsionam atualizações de capacidade

no início da década de 1970, o então chefe de operações navais dos eua, aylmer, propôs pela primeira vez a construção de um "navio de controle marítimo" menor e mais econômico, equipado com aeronaves verticais de decolagem e pouso baseadas em porta-aviões. naquela época, o plano foi rejeitado pelos militares devido à tecnologia imatura de decolagem e pouso vertical.

ao longo do último meio século, cada vez mais forças armadas nacionais equiparam aeronaves verticais de descolagem e aterragem baseadas em porta-aviões, e os navios de assalto anfíbio que trabalham com elas também se desenvolveram iterativamente. tomemos como exemplo o navio de assalto anfíbio italiano "trieste", lançado em 2019. está equipado com um convés de descolagem de esqui e uma doca inundada. pode transportar cerca de 20 aeronaves verticais de descolagem e aterragem. realizar o controle marítimo. na missão de controle aéreo, tornou-se um "navio modelo" que as principais empresas industriais militares competiram para imitar.

ao mesmo tempo, a entrada de aeronaves verticais de descolagem e aterragem baseadas em porta-aviões também levou ao rápido desenvolvimento de uma série de tecnologias de apoio, armas e equipamentos. estas tecnologias de apoio, armas e equipamentos tornaram-se os “novos parceiros” das aeronaves baseadas em porta-aviões verticais de decolagem e aterrissagem, melhorando efetivamente a eficácia do combate.

use "trajes isolantes" na cabine de comando. como o gás de alta temperatura ejetado para baixo durante a decolagem e aterrissagem vertical de aeronaves baseadas em porta-aviões decolam e pousam causará corrosão em alta temperatura no convés, os pesquisadores científicos trabalharam duro no desenvolvimento da camada de proteção térmica do convés. tomando como exemplo o porta-aviões "queen elizabeth" da marinha real britânica, pesquisadores científicos desenvolveram uma nova tecnologia de revestimento de barreira térmica metálica baseada em ligas de alumínio e titânio. o revestimento protetor de 2,5 mm de espessura pode proteger o convés de motores que suportam temperaturas de milhares. de graus celsius. a chama da cauda está quente.

ventilador de elevação "reduz a gordura e emagrece". embora o ventilador de sustentação possa fornecer maior sustentação para aeronaves baseadas em porta-aviões de decolagem e pouso vertical, ele ocupa muito espaço na fuselagem, reduzindo assim a capacidade de combustível da aeronave de caça. depois que o avião de combate voa nivelado, o ventilador de elevação perde sua utilidade. a fim de melhorar ainda mais a eficiência energética da aeronave de combate, por um lado, os pesquisadores científicos usam um ventilador de elevação montado na frente para reduzir a resistência a barlavento, por outro lado, reduzindo o número de pás do ventilador e otimizando o design aerodinâmico de; nas pás, o peso do equipamento é reduzido mantendo o alto empuxo.

o motor “reduz a complexidade e simplifica-a”. os motores de vetor de empuxo têm muitos componentes complexos, como mecanismos de deflexão e placas de ajuste. o design simplificado pode melhorar o desempenho dos motores de vetor de empuxo. para este fim, investigadores científicos em alguns países propuseram o conceito de vectorização de empuxo aerodinâmico, que adiciona um pequeno fluxo de ar numa direcção controlável ao bocal para interferir com a corrente principal do bocal e gerar um vector de empuxo. substituir o mecanismo de deflexão tradicional por tal "parede de ar" pode não apenas reduzir o peso do bico em 80% e reduzir o custo de fabricação pela metade, mas também acelerar a velocidade de resposta do motor de vetor de empuxo, melhorando efetivamente a manobrabilidade de aeronaves baseadas em porta-aviões de decolagem e pouso verticais.

voar mais rápido, pousar de forma mais estável e converter potência com mais eficiência... essas mudanças contínuas ajudam as aeronaves verticais de decolagem e pouso baseadas em porta-aviões a continuarem a se adaptar às novas necessidades do campo de batalha.

no ano passado, a marinha real britânica lançou um plano de transformação de porta-aviões - baseado no porta-aviões da classe queen elizabeth, a cabine de comando do salto de esqui foi removida e cabos de travamento e catapultas eletromagnéticas foram instalados para facilitar o processo de decolagem e pouso de os caças f-35b são mais eficientes e convenientes.

além disso, o porta-aviões transformado também será equipado com navios-tanque não tripulados. através do reabastecimento aéreo, o alcance e o raio de combate das aeronaves verticais de descolagem e aterragem baseadas em porta-aviões podem ser aumentados.

de certa forma, as atualizações iterativas e os ganhos de capacitação e eficiência dessas tecnologias de apoio lançaram as bases para a decolagem e aterrissagem vertical de aeronaves baseadas em porta-aviões para tentar decolagens curtas de saltos de esqui e pousos "rolantes". a evolução e o desenvolvimento de armas e equipamentos raramente envolvem um único salto em frente, mas mais frequentemente um esforço conjunto. a sua eficácia necessita de mais testes.