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la imagen muestra el avión de combate f-35b de corto alcance/despegue vertical y aterrizaje transportado en el portaaviones británico.

hace algún tiempo, el ejército estadounidense llevó a cabo un entrenamiento de aterrizaje "rodante" en el avión de despegue y aterrizaje vertical f-35b, basado en portaaviones. de hecho, en octubre del año pasado, estados unidos y el reino unido utilizaron el portaaviones "príncipe de gales" como plataforma para realizar pruebas de despegue con salto de esquí de corta distancia y aterrizaje "rodante" de aviones de combate f-35b, buscando utilizar mayor peso en el aire para completar el despegue de los aviones de combate.

en los últimos años, debido a las duras condiciones y al gran consumo de combustible durante el despegue y aterrizaje vertical, se han producido accidentes con frecuencia entre aeronaves de despegue y aterrizaje vertical basadas en portaaviones en servicio en varios países. para compensar los defectos de diseño, los investigadores científicos comenzaron a intentar mejorar los motores de los aviones basados ​​en portaaviones de despegue y aterrizaje vertical, cambiar los métodos de despegue y aterrizaje y modificar las plataformas de los portaaviones. entonces, ¿cómo despega y aterriza bajo carga un avión de despegue y aterrizaje vertical basado en portaaviones? ¿pueden el despegue con saltos de esquí cortos y el aterrizaje "rodante" convertirse en su nueva forma de volar? ¿cuál será el desarrollo de tecnologías y armas de apoyo en el futuro? lea este artículo para obtener una explicación.

un "círculo de dos problemas" sobre el despegue y el aterrizaje vertical

en abril de 1969, la royal air force británica dio la bienvenida a un grupo de "reclutas especiales" que, aunque parecían aviones de combate, podían despegar verticalmente y flotar en el aire, lo que asombró a los pilotos. este es el avión de combate harrier desarrollado conjuntamente por hawker aircraft company y bristol aero engine company.

la "habilidad única" del caza "harrier" proviene de un "corazón" especial: el motor "pegasus" equipado con tecnología de dirección de empuje. al ajustar la boquilla giratoria del motor, ayuda al caza en el despegue y aterrizaje vertical, y completa un. variedad de tareas en el aire.

a medida que los aviones de combate entran en combate real, gradualmente han surgido problemas como pocas armas y un alto consumo de combustible durante el despegue vertical, lo que también afecta directamente sus capacidades de combate marítimo.

¿cómo hacer que un avión con base en portaaviones de despegue y aterrizaje vertical "despegue con carga"? la atención de los investigadores científicos se centra una vez más en la plataforma de despegue del portaaviones. esta plataforma volcada hacia arriba en forma de arco permite que el avión basado en portaaviones obtenga un ángulo de ataque de despegue adecuado después del rodaje y coopera con el potente motor para lograr un despegue con carga grande.

este proceso es como volar un avión de papel en la infancia: primero encuentra el ángulo correcto para "aprovechar el viento del este", luego tíralo con fuerza y ​​​​el avión de papel podrá volar. desde la década de 1970, el reino unido ha renovado el portaaviones ligero "sports god", ha eliminado la catapulta de vapor y luego ha modificado la plataforma de proa para convertirla en una plataforma de salto de esquí de 12 grados hacia arriba mediante "despegue corto con salto de esquí y aterrizaje" vertical. este método permite equipar al avión de combate "harrier" con más munición para operaciones de largo alcance, aumentando efectivamente el radio de combate de los aviones de despegue y aterrizaje vertical basados ​​en portaaviones.

además de "aprovechar el viento del este", utilizar materiales finos y ligeros para reducir el peso y "reducir el tamaño" también es una opción importante para aumentar el alcance y la capacidad de munición de los aviones de combate. hay un dicho en la industria de la aviación: "esforzarse por reducir cada gramo de peso de la aeronave". cuando los investigadores científicos demuestran el diseño de una aeronave, un principio básico en el uso de materiales y equipos es "reducir tanto como sea posible".

a finales de la década de 1960, durante el proceso de desarrollo del avión yak-38 de primera generación con despegue y aterrizaje vertical basado en portaaviones, la unión soviética descubrió que su motor de elevación no funcionaba durante el vuelo, lo que añadía mucho peso al avión de combate, lo que resulta en un alto consumo de combustible y una baja carga de bombas. con un radio de combate de menos de 200 kilómetros, se le conoce como el "protector del mástil".

durante los siguientes 10 años, la oficina de diseño soviética de yakovlev utilizó ampliamente aleaciones de aluminio y litio y otros materiales compuestos en el diseño de aviones de combate para reducir su propio peso y aumentar su alcance. también instaló varias nuevas armas de combate aéreo y armas de ataque terrestre. dale al avión de combate súper capacidades. capacidad de combate aéreo de alcance visual.

en 1987, salió al mercado el avión yak-141 de segunda generación de despegue y aterrizaje vertical de la unión soviética, basado en portaaviones. el material de fibra de carbono del caza representa el 28%. su peso máximo de despegue es casi 8 toneladas mayor que el del avión de despegue y aterrizaje vertical de primera generación. tiene un radio de combate de 700 kilómetros y un máximo. velocidad de vuelo de mach 1,7. se ha convertido en el primer barco de despegue y aterrizaje vertical del mundo en lograr un vuelo supersónico.

en 2004, estados unidos lanzó un "plan de pérdida de peso" durante el desarrollo del avión de combate f-35b. en busca de aligerar el peso, los investigadores científicos llevaron a cabo un proyecto de mejora que duró ocho meses, utilizando adhesivos de alta resistencia para reemplazar los sujetadores de la piel, fresando y moliendo cada pieza pequeña, e incluso reduciendo el tamaño de la aleta vertical para proporcionar más espacio para el avión de combate. el peso se reduce en unas 1.225 toneladas.

los buenos tiempos no duraron mucho y el f-35b sufrió "secuelas de pérdida de peso". durante la prueba de durabilidad en 2010, se produjeron grietas estructurales prematuras en el marco de carga del ala principal del avión de prueba f-35b. la resistencia estructural del fuselaje se ha reducido considerablemente, lo que ha provocado que la vida útil prevista del primer lote de cazas f-35b sea sólo una cuarta parte del valor de diseño y frecuentes fallos durante el servicio. se puede ver que es un dilema lograr el "despegue con carga" de un avión de combate mediante la "pérdida de peso".

en la actualidad, el ejército estadounidense ha propuesto un plan de actualización para el f-35b. modificando el motor y aumentando la proporción de nuevos materiales utilizados, se espera que reduzca significativamente la tasa de fallas del avión de combate y extienda su vida útil. , aún se desconoce si finalmente podrá superar los "dos dilemas" del despegue y aterrizaje vertical.

las soluciones combinadas facilitan el despegue y el aterrizaje seguros

la guerra naval moderna está lejos de las estaciones de suministro terrestres, el combustible de aviación es un recurso precioso y los misiles guiados con precisión equipados por aviones de combate pueden costar fácilmente millones de dólares cada uno. para garantizar la sostenibilidad de las operaciones militares, los aviones de despegue y aterrizaje vertical basados ​​en portaaviones no sólo deben poder "despegar con carga", sino también lograr un aterrizaje seguro con bombas y combustible.

con este fin, los investigadores científicos adoptaron un esquema combinado de "sistema de propulsión convencional + sistema de elevación" para desviar la potencia del motor y lograr el efecto de "volar" y "aterrizar de manera estable".

el primer paso es transmitir la potencia al dispositivo ventilador ubicado en la parte delantera del motor a través del eje principal de la turbina, el cual genera un chorro de aire descendente, y luego vectoriza la sustentación generada a través de la boquilla en la parte inferior del ventilador; el segundo paso es mediante deflexión. la boquilla desvía el flujo de aire expulsado hacia atrás desde la cámara de combustión del motor hacia abajo para sostener al caza en el aire. cuando el caza necesita volar hacia adelante, la boquilla se desviará hacia atrás para generar empuje hacia adelante. en los dos conductos, el aire comprimido generado por el compresor del motor se dirige a las alas en ambos lados y luego se rocía hacia abajo a través de las boquillas en las puntas de las alas. esto no sólo proporcionará al caza una mayor elevación vertical hacia arriba, sino que también ajustará la dirección del avión cuando el centro de gravedad del avión cambie para mantener una actitud de vuelo estable del caza.

la oficina de diseño tumansky de rusia actualizó el sistema de propulsión convencional a un motor de boquilla rotativa y lo aplicó al avión de combate yak-141. la tobera del motor tiene una función de dirección y puede desviarse hacia abajo. cuando el caza despega verticalmente, la boquilla rocía hacia abajo para proporcionar sustentación; después de entrar en el estado de crucero, la boquilla vuelve al nivel para proporcionar potencia de avance. además, el tumansky design bureau también desarrolló dos motores de elevación rd-41 instalados en serie en el fuselaje en la parte trasera de la cabina y están especialmente diseñados para mejorar el rendimiento de despegue y aterrizaje vertical del avión de combate para garantizar suficiente soporte de elevación durante el despegue y el aterrizaje.

sin embargo, los investigadores británicos descubrieron que ya sea un "sistema de propulsión convencional + sistema de elevación" o un "motor de boquilla giratoria + sistema de elevación", las dos soluciones combinadas a menudo sufren problemas como un empuje insuficiente en condiciones climáticas severas. como resultado, desarrollaron la tecnología de aterrizaje "rodante" de los aviones basados ​​en portaaviones.

el aterrizaje "rodante" combina el aterrizaje convencional tradicional y el aterrizaje vertical. el avión basado en portaaviones se aproxima desde la popa del barco con un cierto ángulo de planeo. bajo la acción conjunta del ventilador de elevación, la boquilla de desviación y la estructura aerodinámica del cuerpo, se desaceleró. cayó y se acercó al portaaviones en una postura de "caída de hojas". después de tocar el barco, confió en el sistema de frenos antibloqueo digital para controlar la distancia de frenado en tierra dentro de los 50 metros.

aunque el aterrizaje "rodante" es más complejo y arriesgado que el método de aterrizaje vertical estándar, la fuerte sustentación proporcionada durante el proceso de aterrizaje permite que la aeronave basada en portaaviones aterrice en el barco que transporta una carga mayor. en 2018, la marina real británica completó 187 aterrizajes verticales en el portaaviones "queen elizabeth" y realizó 15 pruebas de aterrizaje "en movimiento" en el barco, logrando buenos resultados.

las tecnologías de soporte impulsan las actualizaciones de capacidad

a principios de la década de 1970, el entonces jefe de operaciones navales de estados unidos, aylmer, propuso por primera vez construir un "barco de control marítimo" más pequeño y rentable equipado con aviones de despegue y aterrizaje verticales basados ​​en portaaviones. en ese momento, el plan fue rechazado por los militares debido a la inmadurez de la tecnología de despegue y aterrizaje vertical.

durante el último medio siglo, cada vez más ejércitos nacionales han equipado aviones de despegue y aterrizaje vertical basados ​​en portaaviones, y los buques de asalto anfibio que trabajan con ellos también se han desarrollado de forma iterativa. tomemos como ejemplo el buque de asalto anfibio italiano "trieste" botado en 2019. está equipado con una plataforma de despegue con salto de esquí y un muelle inundado. puede transportar de manera eficiente alrededor de 20 aviones de despegue y aterrizaje vertical. realizar control marítimo en la misión de control aéreo, una vez se convirtió en un "barco modelo" que las principales empresas industriales militares competían por imitar.

al mismo tiempo, la entrada de aviones de despegue y aterrizaje verticales basados ​​en portaaviones también ha llevado al rápido desarrollo de una serie de tecnologías, armas y equipos de apoyo. estas tecnologías, armas y equipos de apoyo se han convertido en los "nuevos socios" de los aviones de despegue y aterrizaje vertical basados ​​en portaaviones, mejorando efectivamente la eficacia del combate.

utilice "trajes aislantes" en la cabina de vuelo. dado que el gas de alta temperatura expulsado hacia abajo durante el despegue y aterrizaje vertical de los aviones con base en portaaviones causará corrosión a alta temperatura en la cubierta, los investigadores científicos han trabajado arduamente en el desarrollo de la capa de protección térmica de la cubierta. tomando como ejemplo el portaaviones "queen elizabeth" de la marina real británica, los investigadores científicos han desarrollado una nueva tecnología de revestimiento de barrera térmica metálica basada en aleaciones de aluminio y titanio. el revestimiento protector de 2,5 mm de espesor puede proteger la cubierta de motores que soportan temperaturas de miles. de grados celsius. la llama de la cola está caliente.

levante el ventilador "reduce grasa y adelgaza". aunque el ventilador de elevación puede proporcionar una mayor sustentación para aviones de despegue y aterrizaje vertical basados ​​en portaaviones, ocupa mucho espacio en el fuselaje, lo que reduce la capacidad de combustible de los aviones de combate. una vez que el avión de combate vuela nivelado, el ventilador de elevación pierde su utilidad. para mejorar aún más la eficiencia energética del avión de combate, los investigadores, por un lado, utilizan un ventilador de elevación montado en la parte delantera para reducir la resistencia a barlovento, y por otro lado, reducen el número de aspas del ventilador y optimizan el diseño aerodinámico de las mismas; para reducir el peso del equipo manteniendo un alto empuje.

el motor “reduce la complejidad y la simplifica”. los motores de vector de empuje tienen muchos componentes complejos, como mecanismos de desviación y placas de ajuste. el diseño aerodinámico puede mejorar el rendimiento de los motores de vector de empuje. con este fin, investigadores científicos de algunos países han propuesto el concepto de vectorización de empuje aerodinámico, que añade un pequeño flujo de aire de dirección controlable a la boquilla para interferir con la corriente principal de la boquilla y generar un vector de empuje. reemplazar el mecanismo de desviación tradicional con una "pared de aire" de este tipo no solo puede reducir el peso de la boquilla en un 80% y reducir el costo de fabricación a la mitad, sino también acelerar la velocidad de respuesta del motor de vector de empuje, mejorando efectivamente la maniobrabilidad de aviones de despegue y aterrizaje vertical basados ​​en portaaviones y agilidad.

volar más rápido, aterrizar de manera más estable y convertir la potencia de manera más eficiente... estos cambios continuos ayudan a que los aviones con base en portaaviones de despegue y aterrizaje vertical sigan adaptándose a las nuevas necesidades del campo de batalla.

el año pasado, la royal navy británica lanzó un plan de transformación de portaaviones: basándose en el portaaviones clase queen elizabeth, se eliminó la cubierta de vuelo de salto de esquí y se instalaron cables de detención y catapultas electromagnéticas para facilitar el proceso de despegue y aterrizaje de los cazas f-35b son más eficientes y convenientes.

no sólo eso, el portaaviones transformado también estará equipado con aviones cisterna no tripulados. mediante el reabastecimiento de combustible en vuelo, se puede aumentar el alcance y el radio de combate de los aviones de despegue y aterrizaje verticales basados ​​en portaaviones.

en cierto sentido, las actualizaciones iterativas y las ganancias de empoderamiento y eficiencia de estas tecnologías de apoyo han sentado las bases para que los aviones con base en portaaviones de despegue y aterrizaje vertical intenten despegues cortos con saltos de esquí y aterrizajes "rodantes". la evolución y el desarrollo de armas y equipos rara vez implican un solo salto adelante, pero más a menudo es un esfuerzo conjunto. su eficacia necesita más pruebas.