Het is alweer een tijdje geleden dat ik een SPOTLIGHT heb geplaatst. Ik ben wel van plan geweest er weer een te plaatsen, maar door tijdgebrek en andere prioriteiten kwam het er maar niet van.
Vandaag is het dan toch eindelijk weer zover: een SPOTLIGHT die in het (extreem kort) het verhaal vertelt van de ontwikkeling van VTOL-vliegtuigen. (Hoewel ze ook leuk vliegen, staat deze afkorting natuurlijk voor Vertical Take-Off and Landing)
Aanleiding
Ik bedacht dat ik hier wel eens wat over wilde schrijven, toen ik op internet foto's tegenkwam van de Yakovlev 141, waarvan ik eerst dacht dat het een fictioneel vliegtuig was uit een of ander spel, om de JSF een communistische tegenstander te geven. Toen ik erachter kwam dat deze kist wel degelijk echt bestaat, ben ik eens wat gaan spitten in de geschiedenis van VTOL-vliegtuigen, waarvan ik altijd aan had genomen dat deze begonnen was bij de beroemde Harrier-familie, maar die al een heel stuk ouder bleek.
Volg mij op deze snelweg door de ontwikkeling van de verticaal vliegende straaljagers...
VTOL: de eerste stappen
Vlak na de 2e wereldoorlog waren er in Amerika een paar medewerkers van Ryan Aeronautical Company die met wilde ideeën over de Ryan FR-1 kwamen. Deze straaljager, die bij lage brandstofhoeveelheden evenveel stuwkracht kon leveren als zijn gewicht, leek hun uitermate geschikt om mee te proberen hem verticaal te laten opstijgen. In 1947 zag de Amerikaanse marine wel wat in dit plan, ze zouden zo misschien zelfs vliegtuigen uit onderzeeërs kunnen lanceren, dus kreeg Ryan opdracht om een werkend prototype te creeren van een verticaal opstijgende jet. Het resultaat was de Ryan X-13 VertiJet.
Deze kist had een redelijk eigenaardige manier van vliegen. Het vliegtuig had aan de neus een haak, die aan een kabel op de lanceertrailer vastzat. Om op te kunnen stijgen, werd het dek van de trailer 90 graden achterover gekanteld. De jet hing op dat moment dus alleen aan de haak in de neus. Bij het opstijgen gaf de piloot net genoeg gas om de haak van de kabel af te krijgen, manouvreerde vervolgens een klein stukje naar achteren, en begon daarna recht omhoog te klimmen. Op hoogte moest de piloot voorzichtig naar voren kantelen, en zo steeds meer snelheid opbouwen om uiteindelijk snel genoeg te gaan zodat de vleugels alle benodigde lift konden leveren.
Ook het landen ging erg omslachtig, de piloot moest in de lucht het vliegtuig op zijn staart krijgen, vervolgens langzaam laten zakken, en tenslotte voorzichtig aan de kabel op de trailer vasthaken.
Gezien het gebrek aan practische toepassingen voor deze kist, besloot de marine het vliegtuig niet in productie te laten nemen, en dus is het bij de 2 prototypes gebleven, die op dit moment tentoon gesteld staan in verschillende vliegtuigmusea in Amerika.
Ondertussen, aan de andere kant van de oceaan...
Ook de Britten hadden het lumineuze idee gekregen om een straaljager recht omhoog te laten starten en landen. Hun aanpak was echter (in ieder geval voor de piloot) iets practischer. Ze namen een gewone straalmotor, plakten er 4 kleinere motoren tegenaan die verticaal waren geplaatst, en bouwden er vervolgens een vliegtuig omheen.
Het resultaat was de Short SC-1, een vliegtuig dat niet achterover hoefde te kantelen om verticaal te kunnen vliegen, maar dat gewoon recht kon blijven hangen. Wel zo prettig voor de piloot, en het maakte ook mogelijk dat er op veel lagere hoogtes tussen horizontale en verticale vlucht kon worden overgeschakeld. kortom een stuk practischer dan de X-13.
De SC-1 maakte haar eerste vlucht op 2 april 1957. Bij deze vluchten startte en landde ze echter nog net als een normale straaljager. De eerste VTOL-start werd pas een jaar later uitgevoerd, om veiligheidsredenen terwijl de kist ook aan een hijskraan was vastgemaakt. Op 25 oktober 1958 maakte ze haar eerste vrije VTOL-vlucht, en pas in 1960 werd er voor het eerst tijdens de vlucht overgeschakeld van verticale naar horizontale vlucht.
In 1963 crashte het 2e prototype in Belfast door een weigering van de besturing. De piloot kwam hierbij om. Het vliegtuig werd echter herbouwd voor verdere testen. Tot 1971 hebben beide kisten gevlogen, en veel bijgedragen aan de ontwikkeling van een vliegtuig dat we later nog zullen zien, de Harrier.
De prototypes staan op dit moment in musea in London en Noord-Ierland.
Bell X-14: Amerika begint het te leren
Na de X-13 kreeg ook Bell interesse in VTOL-vliegtuigen. Hun prototype, de X-14, werd voortgestuwd door 2 straalmotoren. Deze waren uitgerust met een ingenieus systeem dat de straal kon afbuigen van recht achteruit tot recht naar beneden.
De rest van het vliegtuig bestond uit onderdelen van een Beech Bonanza en een Beech T-34. Dit zorgde voor een lichtelijk uitzonderlijk uiterlijk.
Toen het toestel in 1959 in het bezit van NASA kwam, werden de originele motoren vervangen, en kreeg het een nieuwe typeaanduiding. Alle research die bij NASA gedaan is, is zeer waardevol geweest voor de verdere ontwikkeling van de VTOL-toestellen. Het systeem van afbuiging van de stuwkracht bijvoorbeeld is iets wat in de meeste moderne VTOL-kisten voorkomt.
In 1981 crashte het toestel tijdens de landing, en men vond het het blijkbaar niet waard om het ding te repareren. In 1999 is ze echter opgekocht door een verzamelaar, en ze word op dit moment opgeknapt tussen de rest van zijn privéverzameling in Indiana.
Waarom niet gewoon de hele motor omdraaien?
In 1955 kreeg Stanley Hiller Jr het idee om maar gewoon de hele motor om te laten draaien als de richting van vliegen moest worden veranderd. Nadat hij een contract kreeg van de US Air Force, bouwde hij met zijn bedrijf de X-18, een zogenaamde tiltwing.
Om het project betaalbaar te houden, werd de romp van een C-122 (een kortlopend project van de USAF) gebruikt en ook de motoren en dubbele 3-bladige propellers waren afkomstig van bestaande projecten. Vervolgens werd het bij elkaar gegooid in een grote pan, werd er stevig geroerd en na een half uurtje in de oven rees de X-18 uit de vlammen op, een grote doos met een draaiende vleugel erbovenop.
(De dubbele, tegen elkaar in draaiende, propellers waren ervoor om te zorgen dat de kracht die de propellers elk leverden op de constructie elkaar uitschakelden.)
De X-18 maakte haar eerste vlucht op 24 november 1959. Tijdens de 20e vlucht in juli 1961 viel echter de controle over 1 van de propellers weg. De bemanning wist het vliegtuig weer onder controle te krijgen en haar veilig te landen, maar het zou haar laatste vlucht worden.
Na dit incident besloot men slechts nog op de grond te testen. In 1964 ging een test-stellage kapot, en de X-18 raakte tijdens de val zwaar beschadigd. Er werd besloten het programma te stoppen, en het vliegtuig werd verschroot.
De impact van de X-18 is echter nog steeds te zien in bijvoorbeeld de V-22 Osprey.
En toen was er de Harrier
In 1957 begon Hawker Siddeley Aviation aan een nieuw VTOL-toestel, gebaseerd op een nieuwe motor, ontwikkeld door Bristol Engine company. Deze motor leek qua werking erg op de motoren van de X-14. Aan beide zijden van de motor zaten in het midden en aan het einde straalpijpen, die van volledig naar achteren tot recht naar beneden konden worden gekanteld. Deze motor zou later bekend worden als de Rolls-Royce Pegasus, vernoemd naar het mythische vliegende paard.
Door een aantal kleine straalpijpen aan de vleugeltips kon het vliegtuig manoeuvreren bij lage snelheden.
Het vliegtuig is nog steeds is gebruik door verschillende marines en luchtmachten, en eigenlijk het grootste VTOL-succesverhaal tot nu toe.
Bell X-22: vroege versie van de V-44?
In Amerika was men bij Bell geinspireerd geraakt door het werk van Hiller aan de X-18. Ze ontwierpen en bouwden een vliegtuig met niet 2 maar 4 kantelende propellers. Ze vonden het echter niet nodig om zoals bij de X-18 de hele vleugel te laten meedraaien, maar waren het alleen de propellers die kantelden. De propellers waren zogenaamde "ducted fans", die als voordeel hebben dat ze stiller zijn en ook iets efficienter. Door de 4 onderling gekoppelde propellers was het toestel ook stabieler dan de X-18.
De X-22 kon op verschillende manieren starten en landen: met de motoren horizontaal startte ze als een normaal vliegtuig; werden de motoren onder een hoek van 45 graden gezet, dan kon ze vanaf zeer korte banen opstijgen, en met de motoren volledig verticaal konden VTOL-starts gemaakt worden.
In maart 1966 maakte het 1e prototype haar eerste vlucht, maar ze crashte al in augustus datzelfde jaar. Het 2e prototype heeft gevlogen tot 1988, en staat tegenwoordig in een museum in New York.
VTOL op z'n Frans
Gezien de Franse voorkeur om alles zelf te bouwen, begon men bij Dassault begin jaren '60 te werken aan de Mirage III V (3 V, niet 3 5), een versie van de Mirage III die verticaal zou moeten kunnen opstijgen. De Fransen namen een Mirage III, stopten er een andere hoofdmotor in en propten er vervolgens nog 8 kleinere, verticaal geplaatste motoren bij. Dit prototype, genaamd Balzac, vloog, maar crashte een jaar na haar eerste vlucht tijdens een hover. De piloot kwam om, maar doordat er weinig schade was aan het vliegtuig zelf werd het gerepareerd en werd er gewoon verder mee getest. 2 jaar later crashte het prototype weer, maar deze keer werd het niet herbouwd.
Tegen die tijd was de herontworpen romp van de Mirage III V namelijk gebouwd. Ze werd op dezelfde manier uitgerust met 1 kleine en 8 grote motoren. De 2 gebouwde prototypes konden inderdaad verticaal starten, en haalden snelheden van mach 1,32 en mach 2,04, maar het 2e prototype crashte al een half jaar nadat het voor het eerst vloog. Dit betekende het einde van het programma. Het eerste prototype staat op dit moment in een museum in Frankrijk.
De Duitse inbreng
Ongeveer gelijktijdig met de Fransozen waren ook de Duitsers van Heinkel, Bölkow en Messerschmidt bezig met het ontwikkelen van een VTOL-jet. Hun concept, de EWR VJ (Vertikal Jäger) 101, was een combinatie van de verticaal gemonteerde straalmotoren van de Short SC1 en de kantelende motoren van de X-18 en de X-22. De VJ 101 had aan beide vleugeltips 2 motoren hangen, die konden kantelen, en midden in de romp waren nog 2 motoren verticaal geplaatst voor extra stuwkracht tijdens verticale vlucht.
Bij mijn weten was het het eerste toestel met kantelende straalmotoren.
Anderhalf jaar na de eerste vlucht van april 1963 crashte het eerste prototype, "dankzij" een fout in de autopilot. Het 2e prototype heeft nog gevlogen tot in 1968, en hangt tegenwoordig in een museum in München.
De Russen komen eraan!
Het eerste VTOL-toestel van de Russen was de Yakovlev Yak-38 die haar eerste vlucht maakte in 1971. Het toestel leek uiterlijk heel erg op de Harrier, maar van binnen waren er grote verschillen. Het had een grote straalmotor met een kantelbare uitlaat, en 2 kleine motoren die permanent naar beneden waren gericht.
Het speciale aan dit toestel was dat het een draadloze verbinding met het vliegdekschip waar het op moest landen kon aangaan, en daardoor zonder tussenkomst van de piloot zichzelf veilig kon landen.
Het toestel is in serie geproduceerd, er zijn in totaal 231 stuks van gemaakt. Tegenwoordig zijn ze niet meer in gebruik.
De originele JSF
In 1975 begonnen de Russen met het ontwikkelen van de Yakovlev Yak-141, een grotere, snellere en zwaardere versie van de Yak-38. Ook de Yak-141 had weer een grote straalmotor met kantelbare straalpijp en 2 kleinere straalmotoren voor extra lift tijdens de start.
Het toestel was echter zo zwaar dat de naverbrander van de hoofdmotor moest worden gebruikt om verticaal op te kunnen stijgen. Aangezien naverbranders de eigenschap hebben dat ze de uitlaatgassen lichtelijk verwarmen, bracht dit behoorlijk wat beperkingen met zich mee wat betreft de types ondergrond vanwaar het toestel kon opstijgen. Een smeltende landingsbaan is namelijk niet de meest ideale situatie...
Helibryde
Sikorsky heeft tussen 1983 en 1988 met het X-wing-project een poging gedaan een vrijwel regelrechte kruising tussen een vliegtuig en een helikopter te creëren. Het toestel had vleugels, straalmotoren en een rotor die middenin de vlucht gestart en gestopt kon worden, en eenmaal gestopt fungeerde als extra vleugels. Dit werd mogelijk doordat de rotorbladen van zichzelf een neutraal profiel hadden, en slechts hun aerodynamische lift kregen door lucht die door gaatjes in de vleugels werd uitgestoten. De boordcomputer kon hierdoor een virtueel profiel maken, waardoor het profiel in vrijwel alle stromingsrichtingen bruikbaar was. (mocht dit niet duidelijk zijn, kunt u me voor extra uitleg mailen of even een reactie plaatsen)
X-35 JSF: Yak-141 ripoff?
Op het moment van schrijven is onze aller geliefde regering nog steeds onder de impressie dat de JSF de vervanger voor onze F-16's moet worden. (mocht u uit de toon van het voorgaande af menen te leiden dat ik het daar niet geheel mee eens ben, dan heeft u het bij het rechte eind).
De JSF zoals hij in de volksmond bekend is, is eigenlijk de X-35 Lightning II. Een van de versies van dit toestel is in staat tot het maken van VTOL-landingen. Qua uiterlijk en indeling heeft de X-35 echter wel verdacht veel weg van de veel oudere Russische Yak-141. In plaats van de 2 kleine straalmotoren die de Yak-141 omhoog hielpen, heeft de X-35 een overgroeide ventilator achter de cockpit gemonteerd zitten.
Maar eigenlijk is de X-35 geen echt VTOL-vliegtuig, maar een zogenaamde STOVL, Short Take-Off Vertical Landing. De JSF kan namelijk niet zelf loodrecht opstijgen, maar heeft een (heel korte) startbaan nodig.
V-22, V-44, heli's en nawoord
Natuurlijk vallen ook de V-22 en V-44 onder de VTOL-vliegtuigen, evenals helikopters. De eerste 2 heb ik niet behandeld omdat ik hier al eerder een artikeltje over heb geschreven (http://halbemulder.blogspot.com/2008/10/spotlight-v-44-qtr.html) de laatste klasse heb ik niet behandeld omdat hiervan per definitie word verwacht dat ze verticaal kunnen starten en landen.
Het hierboven genoemde overzicht is niet compleet, ik heb geprobeerd uit de geschiedenis de meest interessante en in het oog springende VTOL-toestellen onder de loep te nemen.
Mochten er nog vragen/opmerkingen/andere reacties door dit stuk zijn opgeroepen, dan kunt u een reactie plaatsen, of mij een mailtje sturen.
