Avioane de recunoastere si supraveghere (VII)

BLACKBIRDS (I)

Blackbirds fac parte dintr-o  familie de avioane avand  viteza de M 3+, realizate in anii ’60, de celebra echipa  Skunk works Lockheed , condusa de legendarul Kelly Johnson.

Este compusa din  :

– A 12 avion de recunoastere si supraveghere construit pentru CIA – fabricate 13, 6 pierdute in accidente, 3 piloti si-au pierdut viata,

– YF-12 – interceptor – construite 3, unul distrus in accident

– M 21 – avion folosit pentru lansarea unei drone destinata recunoasterii- D 21- fabricate 2, unul pierdut, o fatalitate

– SR-71 – avion de recunoastere destinat USAF – 32 construite, 11 cazute, 1 pilot ucis

In total  :

– 17 300 zboruri

– 3 551 misiuni de lupta

– 53 490 ore zbor

– 11 675 ore zbor la M 3+

– 8 piloti au realizat peste 1000 ore zbor fiecare

– au zburat in misiuni 86 piloti si 86 copiloti

– 486 persoane au zburat

– 285 persoane au zburat la M 3+ din care 105 VIPs

Blackbirds

A 12 OXCART

 Pe baza unor studii de vulnerabilitate in caz de razboi, elaborate dupa intrarea in exploatare a avionului U2, s-a ajuns la concluzia ca un avion de recunoastere poate supravietui intr-o zona inamica bine aparata,  numai daca zboara la viteze > M 3 si inaltimi peste 25000 m, are  amprenta radar scazuta, este dotat cu ECM -contramasuri electronice, doua motoare si sistem de navigatie eficient.

La astfel de viteze, temperatura structurii atinge valori foarte ridicate, de pana la 650 C. Din acest motiv, nu poate fi folosit aluminiu, ci doar titan, otel sau materiale compozite. Combustibilul trebuie sa fie stabil la temperaturi de – 30 C in timpul alimentarii in aer si 175 C, la alimentarea motorului.

Lichidul hidraulic ce actioneaza verinele ajutajului pentru combustie, atinge 300 C. In plus au fost elaborate toate specificatiile pentru echipamentele de fotografiere, ELINT, SIGINT, etc..

Temperatura structurii in functie de numarul M

Conditii similare de functionare la temperaturi ridicate sunt valabile pentru echipamente, cablaj si conectori. Anvelopele trenului, dupa escamotare, trebuie pozitionate in zona rezervoarelor de combustibil, pentru a fi racite, protejand cauciucul. Scaunele de catapultare trebuie sa functioneze de la conditii 0-0, pana la viteze de M 4 si altitudine de 30 000 m. O alta problema este fotografierea prin ferestre aflate intr-o zona de curent de aer turbulent si cu temperatura ridicata.

Aceste cerinte au stat la baza elaborarii propunerii pe care genialul Kelly Johnson, de la Skunk works – Lockheed, a inaintat-o CIA, in cadrul proiectului „Gusto”. Acesta avea ca scop realizarea unui avion de recunoastere succesor al lui U2. Varianta se numea A 12, intrucat Johnson realizase mai multe variante codificate A 1-12, pentru un avion cu astfel de performante. A – este initiala de la Archangel, denumirea interna folosita de Lockheed.

Schita de mana a lui Kelly Johnson pentru varianta A 2 – propunerea initiala

 Asa se naste un avion

In elaborarea proiectului a fost necesara imbinarea cerintelor pentru o amprenta radar scazuta si indeplinirea unor caracteristici aerodinamice necesare realizarii anvelopei de zbor.

In tunelul aerodinamic s-au facut peste 250 000 masuratori de presiune pentru diverse situatii de zbor. Un rol deosebit a avut testarea prizelor de admisie ale motoarelor si sistemul de curgere si by pass din nacela.

Testare in tunel aerodinamic

Anvelopa de zbor

Pentru testarea amprentei radar s-a folosit o macheta scara 1:1 ridicata pe un pilon in diverse pozitii, Testele s-au facut in celebra Area 51.

Testare in Area 51 pentru amprenta radar  RCS

Ampenajele verticale sunt inclinate pentru a reduce RCS si  pentru a nu fi influentate de turbioanele generate in amonte. Structura a fost calculata pentru un factor de suprasarcina de 2.5.

 

Vizualizare vortexuri

Principalul criteriu in alegerea materialelor pentru structura a fost rezistenta la temperaturi ridicate.
Dilatarea maxima a structurii este de 150 mm.

Structura

Pentru realizarea structurii, s-a folosit ca material principal un aliaj de titan B 120-VCA, avand in compozitie Ti 73%, 11% Cr, 13% V, Al 3 %, precum si  A-110AT (aliaj Ti). Acestea au constituit circa 85 % din structura avionului.

De precizat este ca la inceputul anilor ’50, Lockheed primise un contract ‘”Development of  titanium aircraft and missile structures” in cadrul proiectului secret al  „Air Research and development command (ADRC)  MX-11136 „. Aceasta cercetare a fost foarte utila ulterior programelor Blackbirds. Aliajele pe baza de titan erau folosite in acea perioada doar in cantitati mici pentru componente ale rachetelor. CIA a organizat companii paravan prin care s-a achizitionat titan, fiind apoi procesat in diverse semifabricate. O mare parte din importuri s-au facut din URSS, fara ca rusii sa stie la ce urma a fi folosit.

Aceste aliaje au proprietati mecanice apropiate de cele ale otelurilor de calitate, fiind rezistente si la temperaturi relativ inalte si cu o densitate mult mai mica, de 4.5 g/cm3.

Fata de aluminu, sunt mult mai greu de procesat, necesitand procesare la cald prin forjare sau formare in matrite. Forjarea s-a facut pentru piesele mari, tren si cadre nacela, cu o presa de 50 000 tf, iar apoi au fost prelucrari prin aschiere, eliminand circa 90% din prefabricat. Acestea necesita scule speciale, viteze mici si lichide speciale de racire.

In fabricatie s-au folosit primele masini CNC, ce functionau cu banda magnetica.

Multe dificultati necunoscute pana atunci, au aparut in timpul fabricatiei: s-a observat ca piesele panourilor sudate din aripa realizate in cursul verii se crapa dupa cateva saptamani, pe cand cele realizate iarna nu. Motivul era cauzat de  apa din sistemul de alimentare ce era folosita la spalare, care era puternic clorinata in timpul verii si iarna nu. Clorul producea crapaturile si ulterior s-a folosit apa distilata.

O problema asemanatoare a fost cauzata de sculele de mana cadmiate folosite de muncitori, intrucat cadmiul produce fragilizarea titanului. Treptat s-au rezolvat toate aceste probleme tehnologice, inclusiv sistemele de inspectie si asigurarea calitatii pentru piesele din titan.

Datorita zborurilor la temperaturi ridicate, s-a constatat ca  piesele din titan expuse la temperaturi ridicate sufereau de fiecare data un proces de calire, devenind din ce in mai rezistente.

O parte din nacela motoarelor a fost realizata din oteluri inalt aliate rezistente la temperaturi mari.

S-au folosit diverse materiale compozite disponibile in acea perioada  si fibra de sticla, in principal pentru reducerea RCS.

Ansamble fabricate din materiale compozite

Pentru a elimina tensiunile datorate incalzirii excesive, o parte din panourile din aripa de pe intrados, au fost realizate din tabla profilata, fapt ce a iscat glume prin asemanarea cu solutia constructiva folosita la un model vechi de avion, Ford Tri-motor, un avion asemanator cu Ju 52. Solutia a fost gasita dupa ce s-au testat panourile la caldura calculata pentru zbor.

Panouri din tabla profilata

Datorita diferentelor mari de temperatura care implica si dilatari semnificative, rezervoarele de combustibil nu erau etanse la sol, cand avionul era rece, in schimb pe masura cresterii vitezei, datorita incalzirii metalului, se opreau scurgerile. Avionul era alimentat la sol cu o cantitate mica de combustibil, fiind realimentat rapid in aer in circa 7-20 minute.

Pericolul de incendiu nu era foarte mare, deoarece acest tip de combustibil se aprinde greu.

Sistemul de propulsie era format din priza de admisie, sistemul de control al debitului de aer, motorul J 58 si ajutajul reactiv, care este componenta a structurii nacelei.

La viteze de M 3+, 54% din tractiune este generata de diferenta de presiune din priza de aer, 17 % de motor si 29 % de ajutaj. Motorul este un turboreactor simplu flux cu postcombustie. Sistemul de propulsie se comporta asemanator unui statoreactor la viteze de M 2 +, circa 20% din debitul de aer din compresor fiind prelevat si introdus in camera de postcombustie.

Distributie generare tractiune pe componente

Temperaturi motor

Motorul utiliza acelasi combustibil ca si avionul U2, respectiv JP 7. In plus, pentru porniri la sol sau in aer, se folosea un aditiv piroforic, trietilboran , un lichid care se autoaprinde in contact cu aerul la temperaturi mai mari de – 20 C.

Motorul (denumit JT 11D – 20 de producator) a inceput sa fie dezvoltat de Pratt&Whitney in 1956 pentru un proiect al Navy anulat ulterior. Impreuna cu Lockheed, facand multe modificari, s-a realizat sistemul de propulsie al Blackbirds.

 

Cerinte proiectare motor

Functionare motor

 

Inovatii

Alte inovatii au trebuit facute pentru instalatia hidraulica, intrucat inelele „O” din cauciuc nu rezistau si a trebuit folosite garnituri din otel. Pentru asigurarea tolerantelor stranse in echipamentele hidraulice la variatii mari de temperatura, a trebuit sa fie gasite acoperiri de suprafata noi pentru titaniu. Sistemul de navigatie este inertial cu o corectie de navigatie astrala.

Scaunele de catapultare sunt realizate pentru viteze de M 3+ . altituni pana la 30 000 si 0-0 la sol.

Un singur pilot a murit la catapultare deoarece nu s-a produs separarea de scaun.

Costumul pilotului asigura protectia pilotului la orice viteza.

Pentru efectuarea testelor de zbor, in AREA 51  au fost construite noi hangare, spatii de cazare personal, rezervoare de combustibil, o pista mai lunga si s-au intarit masurile de securitate.

Testele in zbor au fost facute initial cu motoare J 75, pana cand au fost disponibile  J 58.

In folosirea acestora, una din probleme a fost ingerarea de obiecte straine, datorita puterii imense a motorului si a traseului complicat de circulatie a aerului in nacela si motor. Au fost deteriorate 18 motoare, necesitand modificari ale nacelei, mult training si organizare.

Automatica motorului, ce include  modificarea pozitiei conului in priza de admisie pe o distanta de 96 cm, comanda corelata cu cea a vanelor de by pass, ajustarea ariei ejectorului, debitele de combustibil, toate corelate cu inaltimea, viteza si temperatura aerului de admisie, nu a functionat satisfacator in varianta pneumatica si a trebuit dezvoltat un sistem electronic.

Unul din fenomenele periculoase este asa zisul „unstart„, ce se produce in priza de admisie la viteze supersonice mari. Practic se ajunge la scaderea brusca a debitului de aer, deci si a tractiunii, producand un puternic moment de giratie si intrarea in picaj.

Avioanele A 12 au atins performantele operationale, dupa mii de zboruri, la inceputul anului 1966, respectiv 2 ani de la primul zbor. Interesant este ca si Kelly Johnson a efectuat un zbor in cabina a2-a a unui  A 12 dubla comanda.

Pilotii trebuiau sa aiba minim 2000 ore de zbor din care 1000 pe jeturi, varsta 25-40 de ani, casatoriti.

In primii 3 ani de zboruri au fost pierdute trei aparate: doua din cauza unor defectiuni, unul datorita unei erori de exploatare, toti pilotii catapultand in siguranta.

A 12 a devenit complet operational pe 1 ianuarie 1966, la aproape 6 ani de la demararea programului.

Primele zboruri de recunoastere s-au facut in mai 1967 in cadrul operatiunii „Black Shield”, deasupra Vietnamului cu avioane decoland din baza aeriana Kadena din Okinawa. Au continuat aproape un an, iar apoi s-a renuntat la operarea de catre CIA a avioanelor A 12, acestea fiind retrase din exploatare, fiind inlocuite de SR 71 din dotarea USAF.

Misiunea BX 6847 din cadrul operatiunii Black Shield 26 ianuarie 1968 desfasurata deasupra Coreei de Nord
S-au efectuat trei treceri de cate aproximativ 5 minute fiecare.

 

 

Asa arata un fragment din interpretarea foto a unei tinte

YF 12

YF 12 a fost o varianta a lui A 12, fabricata ca interceptor pentru USAF.

Principalele modificari au constat in instalarea radarului AN/ASG 18 in fuselajul anterior si eliminarea bordurilor acestuia (chines), o a doua cabina pentru operatorul radar si echiparea cu armament. A fost necesara montarea de derive ventrale pe fuselajul posterior si nacele, pentru imbunatatirea stabilitatii. A fost scos echipamentul de recunoastere si s-au instalat trei rachete aer aer Hughes AIM-47 (GAR-9) cu raza de 160 km, ce puteau fi lansate la viteze M 3+.

NASA

Catapultare din YF 12

 

M 21

In octombrie 1962, CIA a comandat celor de la „Skunk works” studierea posibilitatii folosirii de avioane modificate A 12 in scopul lansarii de drone de recunoastere D 21. Aceasta avea 13 m lungime si cantarea 5 tone, urmand a fi lansata de pe M 21. Propulsata de un motor statoreactor, urma sa zboare circa 5000 km la viteza de 3.5 M si altitudine de 28000 m. Drona avea o amprenta radar foarte redusa, era echipata cu camere foto, care urmau sa fie parasutarare intr-o locatie prestabilita in ocean, aparatul nefiind recuperabil.

M 21 era un A 12 avand in cabina a 2a postul de lansare al dronei si desigur sistemul de acrosare.

Accidentul la lansarea dronei D 21

Lista avioanelor  A12

Programul a fost recunoscut oficial la mijlocul anilor ’90.

 Grigore Leoveanu