اهمیت پرواز در زاویه حمله بالا

چکيده
در اين مقاله دلايل تاريخي روي آوردن طراحان هواپيماهاي جنگنده به ايجاد قابليت پرواز در زواياي حمله بالا براي
ساخته هايشان تشريح مي گردد. در نهايت روي اين نتيجه تاکيد مي گردد که پرواز در زاوبه حمله بالا يکي از مولفه هاي اساسي برتري در نبرد هوايي و در نتيجه يکي از ويژگيهاي الزامي براي جنگنده هاي نوين است.

اگر عملکرد موفقترين جنگنده هاي حال حاضر مورد بررسي قرار گيرد ، عموما در همه آنها قابليت پرواز در زواياي حمله بالا يافت مي شود. اساسا ضرورت پرواز در زاويه حمله بالا چيست؟ حال که زاويه حمله بالا هواپيما را به واماندگي نزديک مي سازد و آيروديناميک را پيچيده مي سازد (و همچنين محاسبات را) پس اساسا منطقي نيست که از آن دوري شود؟ اين دقيقا همان تفکري است که در عصر ميلاد هوانوردي بر دنيا حاکم بود.{مرجع1} در سال 1908 برادران رايت يک بار به دليل پرواز با زاويه حمله بيش از حد مجاز کنترل را از دست دادند و هواپيمايشان دچار سانحه گشت. از آن زمان تا جنگ جهاني دوم سوانح زيادي به خاطر واماندگي، از دست دادن کنترل هواپيما و يا اسپين به وقوع پيوست. حداکثر زاويه حمله قابل دسترسي در آن دوران بين 12 تا 17 درجه بود. طراحان هواپيما تمرکز خاصي روي پديده اسپين و شيوه هاي پيش گيري از آن داشتند.
پس از جنگ جهاني دوم و تا دهه 50 ميلادي طراحان، به ويژه در ايالات متحده، که کشور پيشرو در طراحي جنگنده ها بود، به اهميت پرواز با سرعت بالا و در ارتفاع حداکثر توجه نمودند؛ در حقيقت ويژگيهاي فوق براي ساخت هواپيماهاي رهگير ضروري بودند. با توليد اولين موتورهاي جت، طراحان توانستند سرعت حداکثر هواپيماها را بالا ببرند؛ سپس براي نخستين بار با توجه به ميراث آيروديناميکي آلمانها، عقبگرد[1] (در برخي منابع فارسي براي اين کلمه پس خميدگي نيز به کار رفته است) به بالها داده شد و نسبت منظري بالها نوعا از حدود 6.5 به عددي در حدود 3.5 و يا کمتر کاهش يافت. اين تغييرات براي پرواز مافوق صوت اجتناب ناپذير بودند. اين تغييرات باعث شد که نوعا شيب منحني ضريب برآ کاهش يابد و در عوض زاويه واماندگي بالا برود. اما تصوري که از نبرد هوايي در آن زمان وجود داشت، اين بود که هواپيماها با شليک موشک دوربرد مي توانند در خارج از گستره ديد[2] يکديگر به نبرد بپردازند و اينچنين هرگز نبرد هوايي نزديک و در گستره ديد[3] شکل نخواهد گرفت و به تدريج و با گذشت زمان اين شکل از نبرد منسوخ خواهد شد.
به همين علت در هواپيماهايي که در آن دوره طراحي گشتند مثل F-104، F-105 و F-4 براي برتري در نبرد هوايي نزديک، چندان تلاشي صورت نگرفته بود. همزمان اين تفکر که پرواز در زواياي حمله بالا خطرناک و در نتيجه نامطلوب است همچنان وجود داشت و محدود کننده هاي مصنوعي[4] نظير کنترل کننده هاي دسته فرمان[5] در هواپيما تعبيه مي گشتند تا در صورت غفلت خلبان زاويه حمله به طرز خودکار کاهش داده شود.
در دفاتر طراحي سراسر دنيا، يک اصل پايه اين مطلب بود: "از زاويه حمله بالا بپرهيز". تا انتهاي اين دوره، يعني زماني که جنگنده هاي نسل سوم وجود داشتند، برتري در نبرد هوايي در گستره ديد را نرخ چرخش ماندگار[6](dψ/dt) تعيين مي نمود. (شکل1) يعني زماني که دو هواپيما با يکديگر مواجه مي شدند، دور زدن آغاز مي گشت و هر يک از آنها که موفق مي شد سريعتر در پشت حريف قرار بگيرد قادر بود نخست شليک کند و در نبرد پيروز باشد. دليل اين دور زدن اين بود که موشکهاي موجود از نوع Tail-Aspect بودند و فقط نسبت به پشت هواپيماي حرف حساس بودند.


شکل1- يک نبرد کلاسيک

در دهه هاي 60 و 70 ميلادي، در تفکر طراحان انقلابي به وقوع پيوست. در حقيقت تا آن زمان تمرکز انديشه ها روي جبران واماندگي و اسپين[7] قرار داشت. اما اين دو پديده هر دو معلول از دست دادن کنترل به خاطر پرواز در زاويه حمله بالا بودند؛ پس طراحان به اين فکر افتادند که به جاي مبارزه با معلول با علت مبارزه کنند، يعني به فکر افتادند که هواپيما را در برابر اثرات نامطلوبي که در زواياي حمله بالا رخ مي دهد مقاوم سازند. از طرفي ديگر با رشد فن آوري و تجهيزات اوينيکي نظامي[8] که امکان دفاع و فرار در مقابل شليک موشک از راه دور را فراهم مي ساختند، طراحان متوجه شدند که حتي در نبردهاي آينده و بسيار پيشرفته، حرف اول را مبارزه در گستره ديد خواهد زد و اين تفکر درستي بود. از طرفي تجربيات عملي متعددي ثابت کرده بودند که شناسايي هواپيما از راه دور بسياري از اوقات غير ممکن مي شود. در جنگ ويتنام، F-4 ها بسياري از اوقات براي شناسايي بهتر مجبور مي شدند که به هواپيماي دشمن نزديک شوند و ضعف مانور آنها در برابر Mig-17 ها، که غالبا در برابر آنها قرار مي گرفتند باعث سقوط بسياري از آنها شد. Mig-17 ها جثه کوچک تري داشتند و مي توانستند به زاويه حمله بالاتري دست يابند. از طرفي در دور زدنها، قابليت پرواز در زاويه حمله بالا، شعاع دور زدن را کاهش مي داد و بسياري از مانورها نظير اوجگيري[9] را تسهيل مي نمود. به همين خاطر توجهات روي مطالعه آيروديناميک زواياي حمله بالا و کنترل در اين محدوده متمرکز گشت و اولين جنگنده ها با قابليت پرواز در زاويه حمله بالا نظير F-14 و F-15 متولد گشتند.پس از آنها F-16، F/A-18،
Mig-29 و Su-27 باز هم تکنولوژي هاي جديدتري را نظير لکس[10] براي کنترل پديده هاي نامطلوب آيروديناميکي در زواياي حمله بالا به نمايش گذاشتند. در اواخر دهه 80 و اوايل دهه 90 ميلادي طراحان متوجه شدند که حداکثر آهنگ دور زدن[11] براي هواپيماها با توجه به تحمل انسان ميزان تقريبا مشخص و ثابتي است و لذا براي بالا بردن سرعت مانورهاي جنگي به جستجوي راههاي ديگر رفتند. در حقيقت در مانورهاي سريع اين دوره، مستقل از محدوديتهاي سازه اي بار مداوم قابل تحمل انسان ميزان مشخص در زمان مشخصي بود. پس کلا طراحان و نخبگان نبرد هوايي، وارد اين عرصه از تفکر شدند که به جاي بار زياد، قدرت مانور را به طرز مافوق تصوري بالا ببرند و با مانوررهاي سريع دشمنان را در تيررس[12] خود قرار دهند. در اين زمينه رفتن به زواياي حمله بالا و حتي بالاتر از واماندگي، بسيار موثر مي نمود. مانور هربست[13] يا دور جي[14](وقتي که تغيير هدينگ[15] غير از 180 درجه باشد) يکي از شيوه هاي جايگزين دور زدن است که سرعت اين امر را بسيار بالا مي برد و با اتکا به قابليت پرواز در زاويه حمله بالا انجام مي گيرد. مانور کبري[16] در عوض يکي از مانورهاي در زاويه حمله بالاست که هواپيماهاي شرقي قادر به اجراي آن هستند و توسط پوگاچو[17] پايه ريزي گشت و فرضا يکي از استفاده هاي آن رهاندن هواپيما از موشکهاي دوربرد است و البته در نبرد در فاصله نزديک[18] مي تواند موجب برتري گردد. از ميان مانورهاي ديگر با زاويه حمله بالا مي توان هوک[19] را نام برد که در حقيقت همان کبري است فقط در حين دور زدن اجرا مي گردد و در نتيجه زاويه حمله تبديل به سرش جانبي مي گردد. از ميان ديگر مانورهاي مشرقي مي توان به "کولبيت"[20] يا همان دور 360 درجه حول محور y بدنه و همچنين "کالاکل"[21] يا مانور ناقوسي شکل که نوعي ترمز با شتاب فوق العاده بالا در هوا است ياد نمود.

نتيجه گيري
به طور کلي مي توان گفت که طراحان به اين باور رسيدند که قابليت پرواز در زاويه حمله بالا، مي تواند برتري نامحدودي را از لحاظ مانور و عمليات ايجاد کند. همانطور كه اشاره گشت در نسلهاي چهارم و سپس پنجم جنگنده ها، مولفه اصلي طراحي، برتري در نبرد هوايي در گستره ديد گشت و به همين خاطر روي مولفه هاي اساسي زير تمركز انجام گرفت{مرجع 2}:
مانور پذيري[22] كه عبارتست از توانايي يك هواپيما در تغيير بردار مسير پرواز[23]. مانور پذيري انرژي[24] كميتي است مربوط به حالت پايدار كه با رسم سرعت چرخش هواپيما نسبت به سرعت يا ماخ تعيين مي گردد يا با رسم تراست مازاد[25] نسبت به سرعت چرخش به دست مي آيد.
چابكي[26] كه توانايي تغيير وضعيت هواپيما از يك مانور به مانور ديگر است. متناسب است با عكس زمان گذار از مانوري به مانور ديگر(يا مشتق زماني تغيير شتاب) و صرفا در ارتباط با حركت انتقالي يك نقطه در سه درجه آزادي مطرح مي گردد.
ابر مانورپذيري[27] يعني همان چابكي در شرايطي كه زاويه حمله در حدود زاويه حمله واماندگي يا حتي بيش از آن باشد.
برتري تاكتيكي در نبرد هوايي كه خود مشتمل بر:
الف) رهگيري دشمن
ب) جهت گيري بدنه به گونه اي كه بتوان سلاحها را روي دشمن قفل[28] نمود
ج) بهبود مسير شليك و ويژگيهاي تسليحات
البته در نسل چهارم و به ويژه نسل پنجم، هواپيما اجتماعي است از تکنولوژيهاي جديد در همه زمينه ها و ويژگيهاي ديگري نظير پنهانکاري، توانايي پرواز مافوق صوت طولاني مدت بدون استفاده از پس سوز[29] و ... اما تمرکز اساسي روي موارد 1 الي 4 است که در بالا ذکر گشته اند.
هواپيماهاي زير برخي از هواپيماهاي غربي هستند که با فلسفه قابليت پرواز در زواياي حمله بالا طراحي شده اند : F-15 STOL و .F/A-18 همچنين مي توان برنامه هاي تحقيقاتي X-29 و X-31 و X-36 به خصوص هارو[30] را نام برد. نمونه اي ديگر از تکنولوژي هاي نوين به کار گرفته در ساخت اين جنگنده ها امکان تغيير امتداد اثر بردار نيروي پيشرانه[31] است. شکل2 نمايانگر روند تغييرات فناوري به کار رفته در جنگنده هاي آمريکايي است.