ما مدى جوع الطائرة F-22 رابتور في Supercruise؟

في حين أن معظم الطائرات المقاتلة الأقدم من الجيل الرابع قادرة على الطيران بسرعات تفوق سرعة الصوت، إلا أنها تضطر إلى تشغيل الحارق اللاحق، مما يقلل من نطاقها. لا تستخدم الحارقات اللاحقة كمية لا تصدق من الوقود المحدود فحسب، بل إنها تسبب أيضًا ضغطًا حراريًا هائلاً على المحركات، مما يؤدي إلى تسريع التآكل وزيادة متطلبات الصيانة.

قبل إف-22 رابتوريمكن للطائرات المقاتلة أن تطير بسرعة تفوق سرعة الصوت باستخدام الحارق اللاحق من أجل “الركلة” أثناء الإقلاع، وأثناء بعض المناورات، والاعتراضات، والشرطات الأسرع من الصوت المطولة، وغيرها من حالات الاستخدام المحدودة إلى حد ما. لم تكن الطائرة F-22 تهدف إلى أن تكون أسرع طائرة مقاتلة في العالم.

بدلاً من ذلك، تم تصميمها لتكون أول طائرة مقاتلة قادرة على الحفاظ على أرقام ماخ عالية اقتصاديًا دون الاشتباك مع الحارق اللاحق. إنه، تم تصميم الطائرة F-22 لتكون أول طراد خارق عالي الأداء، حيث تم تصميمها حول سرعتها الفائقة والتخفي. دخلت الطائرة المقاتلة الخدمة لأول مرة منذ حوالي 20 عامًا، ويعتقد أنها، مدعومة بزوج من محركات F119 القوية، الأكثر كفاءة في العالم.

مسابقة المحرك المزدوج

في حين أن منافسة القوات الجوية على الطائرات لا تزال في الذاكرة جيدًا، نصب نورثروب YF-23 ضد لوكهيد مارتن YF-22لا نتذكر أنها كانت منافسة مزدوجة لكل من المحرك والطائرة. في معظم المسابقات، تقدم الشركة المصنعة للطائرات الفضائية طائرتها المقترحة التي تعمل بمحركها المفضل، ولكن ليس هذا البرنامج.

كان مطلوبًا من كل من YF-23 وYF-22 أن يكون لديهما جهاز عرض واحد يعمل بواسطة Pratt & Whitney YF119 وجنرال إلكتريك YF120، حتى تتمكن القوات الجوية من تقييم أداء كل محرك بشكل مستقل. اعتُبر محرك GE YF120 أكثر تقدمًا ومستقبليًا، كونه محاولة مبكرة لصنع محرك دورة متكيف.

ومع ذلك، قدم YF119 أيضًا أداء الجيل التالي مع الاعتماد على التقنيات وسلاسل التوريد الأكثر رسوخًا، وكان يعتبر أقل خطورة. اختارت القوات الجوية محرك YF119 باعتباره الخيار الأكثر أمانًا، والذي كان لا يزال متقدمًا بفارق كبير عن أي محرك آخر في عصره. تقول شركة RTX، الشركة الأم لشركة Pratt & Whitney، عن المحركات التي توفرها لسيارة Raptor:

“يعمل محركان من طراز Pratt & Whitney F119 على تشغيل طائرة F-22 Raptor التابعة للقوات الجوية الأمريكية. Supercruise، القدرة على العمل بسرعة تفوق سرعة الصوت دون حرق لاحق، تمنح الطائرة F-22 أداءً قتاليًا استثنائيًا دون المساس بنطاق المهمة“.

أداء الطائرة F-119

الائتمان: القوات الجوية الأمريكية

ال برات آند ويتني يعتبر F119 على نطاق واسع أهم محرك مقاتل غربي تم تطويره منذ F100 في السبعينيات. يُعزى جزء كبير من قدرات التخفي والإدارة الحرارية والسرعة الفائقة في Raptor جزئيًا إلى المحرك. لقد كان أول محرك تشغيلي في العالم يجعل الرحلة الفائقة المستمرة عملية حقًا مع توفير قوة دفع استثنائية وإمكانية ملاحظة منخفضة وموثوقية.

وكان يُعتقد أن هذه العوامل متنافية، لكن الطائرة F119 تمكنت من رسم طريق متوازن من خلالها. كانت التطورات ممكنة بسبب التحسينات في ديناميكيات السوائل الحسابية، والديناميكا الهوائية للشفرة، والبناء الخفيف، والمواد الأكثر متانة. كان للمحرك مراحل أقل مقارنة بالمحركات السابقة، وسمحت فوهاته الجديدة بتوجيه الدفع ثنائي الأبعاد مع تحرك الفوهات بحوالي 20 درجة.

إلى جانب GE YF120، ربما كان أقرب أقرانها هم General Electric F110 و طائرة يوروفايتر EJ200، والتي كانت رولز رويس هي المقاول الرئيسي لها. تعتبر يوروفايتر تايفون، المزودة بمحركين EJ200، ثاني أفضل طراد خارق في العالم، حيث أنها قادرة على الحفاظ على سرعات تصل إلى 1.3 ماخ عند الدفع الجاف. لا تزال كميات طائرات Su-57 وJ-20 الأحدث غير معروفة إلى حد ما.

ما هي كمية الوقود التي تحملها طائرة F-22؟

الائتمان: القوات الجوية الأمريكية

أحد الاختلافات الرئيسية في التصميم بين الطائرات المقاتلة الغربية والروسية/الصينية هو ذلك يتم بناء الطائرات الغربية على أساس افتراض التزود بالوقود في الهواء. إن الأصول والقدرات الروسية والصينية للتزود بالوقود في الجو هزيلة نسبياً، خاصة عندما يتعلق الأمر بالطائرات المقاتلة. وهذا يعني أن سلسلة Flanker الروسية وطائرات J-20 الصينية مصممة بكميات كبيرة من الوقود الداخلي. تم تصميم الطائرة F-22 مع الأخذ في الاعتبار إعادة التزود بالوقود في الجو، ولكنها تأتي أيضًا مع عقبة.

لا يمكن للطائرة F-15 الأقدم الاعتماد على التزود بالوقود فحسب، بل يمكنها أيضًا حمل خزانات الإسقاط لتوسيع نطاقها. تضر خزانات الإسقاط التقليدية بميزة التخفي، ولذلك طارت طائرة F-22 بدونها (باستثناء الرحلات الجوية مثل مهمات العبّارات). تعمل القوات الجوية على تطوير دبابات شبحية لتعزيز نطاقها القتالي، لكن هذا يأتي بعد عقدين من دخولها الخدمة.

تم بناء رابتور لتحمل حوالي 18000 رطل (8200 كجم) من الوقود، وهي واحدة من أكبر حمولات الوقود الداخلي التي تم تطويرها على الإطلاق لطائرة مقاتلة. وهذا مشابه للطائرة F-35A، ولكن أكثر من الطائرة الأكبر F-15EX (13455 رطلاً أو 6100 كجم) وأكثر بكثير من الطائرة F-15EX. إف -16 الكتلة 50 (7000 رطل أو 3175 كجم)

من المقدر أن تؤدي إضافة خزاني الإسقاط الجديدين (المقدر بـ 600 جالون أو 3600 لتر لكل منهما) إلى تعزيز سعة تبلغ حوالي 26000 رطل (11800 كجم) أو زيادة بنسبة 44٪ في الوقود المنقول. مع ما قيل، ستكون هناك عقوبة الوزن والسحب، لذا فهي لا تتوافق بدقة مع زيادة قدرها 44% في نصف قطر القتال.

الطائرة F-22 Supercruise

الائتمان: القوات الجوية الأمريكية

الحارق اللاحق هو مرحلة احتراق إضافية تقع خلف توربين المحرك حيث يتم “إلقاء” الوقود في العادم الساخن. وهذا يضيف حوالي 30-70٪ من الدفع، اعتمادًا على المحرك، ولكنه يستهلك أيضًا الوقود عادةً بمعدل أسرع بحوالي ثلاث إلى خمس مرات من استخدام الدفع الجاف. فهو ينتج توقيعًا ضخمًا للأشعة تحت الحمراء، مما يضر بشكل كبير بمظهر الطائرة الشبح بينما يقلل بشكل كبير من نطاقها القتالي.

Supercruise هو عندما تتمكن الطائرة المقاتلة من الطيران بسرعة أكبر من سرعة الصوت دون استخدام الحارق اللاحق. يعد هذا أمرًا صعبًا ويتطلب محركات قوية جدًا ذات نسبة دفع عالية إلى الوزن، وسحب ديناميكي هوائي منخفض، وتصميم هيكل طائرة فعال أسرع من الصوت، والمزيد. يساعد شكل Raptor الخفي وحمل الذخائر داخليًا بشكل كبير هنا.

كمثال تقريبي، بالمقارنة مع طائرة رابتور التي تحلق بدون احتراق لاحق، قد تحرق طائرة رابتور بسرعة فائقة (حوالي 1.3 ماخ) حوالي 1.2 إلى 1.5 مرة كمية الوقود. مع الحارق اللاحق، قد يحرق الوقود ثلاث إلى خمس مرات أكثر. ومن المثير للاهتمام أن الطائرة F-35 تتبع فلسفة تصميم مختلفة وتفتقر في الغالب إلى القدرة على الطيران الفائق، على الرغم من أنها قد تكون قادرة على تحقيق ذلك لفترات محدودة عند حوالي 1.2 ماخ في ظل ظروف معينة.

الارتفاع مهم في Supercruise

الائتمان: القوات الجوية الأمريكية

كدليل تقريبي، قد تستهلك سيارة رابتور حوالي 3000 إلى 5000 رطل من الوقود في الساعة أثناء الإبحار بسرعة 0.8-0.9 ماخ. عند الدخول في رحلة فائقة السرعة تبلغ حوالي 1.2 ماخ، قد تستخدم 5000 إلى 7000 رطل (1360 إلى 2270 كجم) من الوقود في الساعة. عند سرعة 1.5 ماخ، قد يكون استهلاك الوقود حوالي 7000 إلى 10000 رطل (2270 إلى 4540 كجم) في الساعة، وفي أقصى سرعة (ماخ 1.7+)، قد يكون حوالي 10000 إلى 14000 رطل (4540 إلى 6350 كجم).

تجدر الإشارة إلى أن المعدلات الدقيقة لاستهلاك الوقود للطائرة F-22 أثناء الرحلة الفائقة (والمراحل الأخرى من الرحلة) مصنفة. كما أنها تعتمد بشكل كبير على مجموعة من العوامل مثل الارتفاع والمناورة ودرجة حرارة المحرك والحمولة/الوقود المتبقي على متن الطائرة. الارتفاعات المثالية للانطلاق الفائق هي حوالي 35000 إلى 50000+ قدم (10700 إلى 15000+ متر).

على ارتفاعات منخفضة، تتعرض الطائرة لهواء أكثر كثافة وزيادة في السحب، مما يتطلب قوة دفع أعلى وحرق وقود أعلى للوصول إلى نفس رقم ماخ. قد تكون الرحلة الفائقة ممكنة على ارتفاع 20000 قدم (6000 متر)، ولكنها أقل كفاءة وأقل شيوعًا من الناحية التشغيلية.

في على ارتفاعات عالية جدًا (أكثر من 50000 قدم)، تتمتع الطائرة بمزيد من التخفيضات في السحب، ولكن الهواء الأقل سمكًا يعني أيضًا انخفاض دفع المحرك. هنا تحتاج الطائرة أيضًا إلى قوة دفع أقل للحفاظ على السرعة. الفرق كبير جدًا لدرجة أن طائرة رابتور قد تستهلك وقودًا أقل لكل ميل يتم قطعه أثناء الطيران بسرعة 1.5 ماخ على ارتفاع 50000 قدم (15000 متر) مقارنة بـ 1.2 ماخ على ارتفاع 20000 قدم (6000 متر).

أدخل الجيل السادس من طراز F-47

الائتمان: القوات الجوية الأمريكية

مما هو معروف علنًا عن الجيل التالي من طائرات F-47 التي تطورها شركة Boeing حاليًا لتحل محل طائرة F-22، سوف يستغرق الأمر رحلة فائقة السرعة إلى المستوى التالي. مثل الطائرة F-22، تتمتع الطائرة F-47 بمحرك منافس منفصل محركات الدورة التكيفية GE Aerospace (XA102) وPratt & Whitney (XA103) كجزء من برنامج الدفع التكيفي للجيل القادم.

ولن يؤدي ذلك إلى زيادة كفاءة استهلاك الوقود في الطائرة فحسب، بل سيساعد أيضًا بشكل كبير في الإدارة الحرارية، والتي تعد إحدى أولويات التصميم الرائدة للطائرات المقاتلة من الجيل التالي. قالت القوات الجوية الأمريكية إن الطائرة F-47 سيكون لها نصف قطر قتالي يزيد عن 1000 ميل بحري وسرعة قصوى تبلغ 2+ ماخ. وهذه سرعة مماثلة لطائرة رابتور، والتي أدرجتها القوات الجوية أيضًا في مخطط المعلومات الخاص بها على أنها Mach 2+.

ومع ذلك، فإن المدى مثير للإعجاب ويفوق بشكل كبير نصف القطر القتالي المدرج للطائرة F-22 والذي يبلغ 590 ميلًا بحريًا. لا يُعرف سوى القليل عن الأداء المقصود للطائرة F-47، على الرغم من أنه من المقبول على نطاق واسع أن تحسين الأداء الفائق هو أمر مسلم به. والسؤال الأكبر بالنسبة للمحللين هو مدى السرعة التي ستتمكن بها من الحفاظ على قوتها الفائقة.

تكهن المحللون بأن الطائرة F-47 يمكن أن تحقق طفرة فائقة مستدامة أعلى سرعة من طراز F-22، ومن المحتمل أن تقترب من 1.8 ماخ أو أكثر (تصل إلى أو تتجاوز 2 ماخ)، على الرغم من عدم إصدار أي رقم رسمي. بشكل عام، قد تتمتع طائرة F-47 أو لا تتمتع بسرعة قصوى أكبر من طائرة رابتور، ولكنها ستتمتع بكفاءة دفع أكبر وإدارة حرارية واستمرارية عالية السرعة، مما يجعل أرقام الماخ العالية هذه أكثر عملية.