science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe F-15's werken

Afbeeldingengalerij voor militaire jets De F-15 bestaat al meer dan 30 jaar. Bekijk meer foto's van militaire jets. Foto met dank aan de Amerikaanse luchtmacht

Het duurde niet lang voordat de wereld het gevechtspotentieel van vliegtuigen begreep. 1911, slechts acht jaar nadat de gebroeders Wright hun creatie van de grond hadden gekregen, het Amerikaanse leger begon testbommen van bovenaf te laten vallen. Een paar jaar later, Troepen uit de Eerste Wereldoorlog vochten het uit in de lucht met gevechtsvliegtuigen vol mitrailleurs.

Vanaf daar ging het vrij snel. Pas 60 jaar later, de vroege eenmotorige propellervliegtuigen waren geëvolueerd tot slanke, krachtige straaljagers die scherpe bochten in de lucht konden maken met een snelheid van meer dan 600 mijl per uur (970 km/u).

In dit artikel, we kijken naar een van de beroemdste vechters, de F-15. Dit opmerkelijke vliegtuig staat al jaren op - het bestaat al sinds het begin van de jaren '70 - maar het is nog steeds een cruciaal onderdeel van het Amerikaanse arsenaal. Volgens de Amerikaanse luchtmacht het heeft een perfect gevechtsverslag, met meer dan 100 overwinningen en nul nederlagen. Zoals we zullen zien, zijn succes is te danken aan zijn fenomenale wendbaarheid, geavanceerde elektronische apparatuur en angstaanjagende vuurkracht.

De F-15 Eagle is een kleine, zeer wendbaar straalvliegtuig ontworpen om gevechtsmissies te vliegen in alle weersomstandigheden. De primaire missie is het onderhouden van superioriteit in de lucht . Met andere woorden, het uiteindelijke doel is om andere vliegtuigen te verslaan in luchtgevechten.

Een F-15C Eagle treft voorbereidingen om te tanken. Foto met dank aan de Amerikaanse luchtmacht

De luchtmacht van de Verenigde Staten heeft het vliegtuig in gebruik genomen nadat ze de MiG-25 hadden gezien. een krachtige straaljager die de Sovjet-Unie in 1967 onthulde. De MiG-25, algemeen bekend als "de Foxbat, " was veruit superieur aan het primaire Amerikaanse straaljager in die tijd, de F-4 Phantom, en in het hart van de Koude Oorlog, de luchtmacht had zo snel mogelijk een vergelijkbaar vliegtuig nodig. McDonnell Douglas (nu gefuseerd met Boeing) won het contract voor het nieuwe project en leverde een paar jaar later de voltooide F-15 af. Het bedrijf heeft sindsdien verschillende variaties op dit vliegtuig geïntroduceerd, omdat technologie en behoeften zijn veranderd (zie hieronder). De huidige gevechts F-15 Eagle is de F-15C .

De originele F-15 Eagle was ontworpen om alleen lucht-luchtdoelen (andere vliegtuigen) aan te kunnen. Het was niet gebouwd om doelen op de grond te bombarderen, omdat de luchtmacht wist dat de extra uitrusting de luchtgevechten van het vliegtuig in gevaar zou brengen. Maar toen de luchtmacht een jachtbommenwerper nodig had om de veroudering te vervangen? F-111 totdat de nieuwe stealth F-117 klaar was, ze besloten de F-15 aan te passen voor lucht-grondmissies. Het resultaat was de F-15 Strike Eagle, aangeduid als F-15E.

Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie De F-15 Strike Eagle (onder) draagt ​​een aantal lucht-grondwapens naast de lucht-luchtwapens die je op een F-15C (boven) aantreft. Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

De Strike Eagle is geen vervanging voor de originele F-15, maar een aanvullend bommenwerpervliegtuig. Verrassend genoeg, de tijdelijke oplossing van de luchtmacht bleek een van de beste jachtbommenwerpers ooit te zijn. In operatie Desert Storm, de Strike Eagle bewees dat hij zich met succes een weg langs vijandelijke vliegtuigen kon vechten, raken verschillende gronddoelen, en vecht zich dan een weg uit vijandelijk gebied.

In de volgende sectie, we zullen zien hoe deze twee vliegtuigen in elkaar zitten en ontdekken hoe ze duiken, klim en ontwijk zo gracieus.

Een F-15 heeft de meeste elementen die je in een gewoon straalvliegtuig aantreft. Het heeft twee vleugels die genereren: tillen , het heeft achterste verticale en horizontale stabilisatoren en roeren die het vliegtuig in evenwicht houden en sturen, en het heeft twee turbofan-straalmotoren aan de achterkant van het vliegtuig die stuwkracht genereren.

F-15-modellen

  • F-15A - Het originele F-15 gevechtsvliegtuig, de F-15A vloog voor het eerst in juli 1972. Net als de huidige F-15C, dit vliegtuig is ontworpen voor een enkele piloot.
  • F-15B - Het originele F-15 trainingsvliegtuig, de F-15B vloog voor het eerst in juli 1973. Dit vliegtuig heeft twee pilootstations:een voor een ervaren instructeur en een voor een piloot in opleiding.
  • F-15C - Een bijgewerkte versie van de F-15A, de luchtmacht voegde de F-15C in 1979 toe. De F-15C heeft verbeterde elektronica, groter motorvermogen en grotere brandstofcapaciteit.
  • F-15D - Dit is de tweezits trainingsvliegtuig tegenhanger van de F-15C.
  • F-15E - Een combinatie van een lucht-luchtjager en een lucht-grondbommenwerper (ook bekend als de F-15 Strike Eagle), de F-15E trad in 1988 toe tot het luchtmachtarsenaal. Het grootste verschil tussen de F-15C en de F-15E is het extra cockpitstation van de F-15E en de bombardementen. Er zijn veel kleinere veranderingen in het hele vliegtuig.
  • F-15I donder - Een Israëlische variant op de F-15E
  • F-15S - Een Saoedische variant op de F-15E
  • F-15J Vredesadelaar - Een Japanse variant op de F-15C
  • F-15 ACTIEF - De F-15 ACTIVE is een tweezitter F-15 die wordt gebruikt in NASA-onderzoek. ACTIVE staat voor "geavanceerde regeltechniek voor geïntegreerde voertuigen".

Het belangrijkste verschil tussen een F-15 en een gewone jet is hoe deze elementen in balans zijn. De tweelingmotoren van de F-15 (Pratt &Whitney F-100-PW-220s of 229s) hebben een zeer hoge stuwkracht-gewichtsverhouding , wat betekent dat ze relatief licht zijn voor de hoeveelheid stuwkracht die ze genereren (ze kunnen bijna acht keer hun eigen gewicht aan stuwkracht genereren).

Een onderhoudssquadron van de luchtmacht test een Pratt Whitney F100-PW-220e-motor die is geconfigureerd voor de F-15. Foto met dank aan Ministerie van Defensie

Het vliegtuiglichaam is relatief licht, te, hoewel het extreem sterk is. De vleugelliggers (de ondersteunende structuren in de vleugels) zijn gemaakt van titanium, die lichter en sterker is dan staal, en het grootste deel van de huid is gemaakt van lichtgewicht aluminium. Volgens de luchtmacht elke motor kan genereren tussen 25, 000 en 29, 000 pond stuwkracht. Het normale gewicht van de F-15C is slechts 45, 000 pond, wat betekent dat zijn stuwkracht eigenlijk groter is dan zijn gewicht! Hierdoor kan hij snel accelereren, zelfs tijdens het klimmen in hoogte.

De F-15 heeft ook zeer lage vleugelbelasting , wat betekent dat het veel vleugeloppervlak heeft voor zijn gewicht. Een groter vleugeloppervlak betekent een grotere lift, wat het vliegtuig wendbaarder maakt. Het kan opstijgen, veel sneller opstijgen en draaien dan een gewoon vliegtuig, die veel meer gewicht per vierkante voet vleugelruimte heeft.

Dankzij de hoge stuwkracht-gewichtsverhouding en de lage vleugelbelasting kan een F-15 onder een scherpe hoek van de grond schieten. Foto met dank aan de Amerikaanse luchtmacht

Mechanische en elektronische systemen

De F-15 kan extra brandstof vervoeren in drie externe tanks. Eén wordt onder elke vleugel gemonteerd en één aan de romp. Foto met dank aan de Amerikaanse luchtmacht

De motoren zijn uitgerust met naverbrandersproeiers, die indien nodig een extra duwtje in de rug kan geven. De naverbrander injecteert eenvoudig brandstof in de hete uitlaatstroom. Het ontsteekt, toe te voegen aan de hete gassen die uit de achterkant van de motor schieten (zie deze vraag van de dag voor details over naverbranders). Op volle kracht, het vliegtuig kan oplopen tot meer dan Mach 2,5 (ongeveer 1, 854 mph / 2, 984 km/u).

Het hoge motorvermogen heeft een prijs - een laag brandstofverbruik. Natuurlijk, de F-15 is ontworpen met deze beperking in gedachten. Om zijn niet-getankte actieradius uit te breiden, het werd gebouwd met grote interne brandstoftanks in de romp (het hoofdgedeelte) en in de vleugels. Het kan ook drie externe tanks vervoeren, evenals een paar aerodynamische nauwsluitende tanks onder de vleugels die hun eigen lift genereren. Volledig getankt, de F-15C kan 3 vliegen, 450 mijl (5, 550 kilometer), en de F-15E kan er 2 vliegen, 400 mijl (3, 860 kilometer).

Het andere probleem met de motoren is dat ze vrij snel verslijten. Dit is te verwachten, gezien de hoeveelheid werk die ze doen. Gelukkig, ze zijn heel gemakkelijk te vervangen -- een grondpersoneel van de luchtmacht kan het in minder dan een uur doen!

De F-15 stijgt niet alleen snel op, het stopt ook snel. Het heeft zijn eigen uitschuifbare luchtrem , een hydraulisch bediend paneel dat de weerstand van het vliegtuig drastisch verhoogt om het te vertragen (net als een parachute).

Een F-15 verlengt zijn luchtrem voordat hij landt. Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

Het belangrijkste dat de F-15 en andere moderne jagers onderscheidt van hun voorgangers zijn hun elektronische systemen. Vroege jachtpiloten bestuurden hun vliegtuigen mechanisch, door koppelingen te verplaatsen, en ze gebruikten vooral hun eigen ogen om vijandelijke vliegtuigen aan te vallen. In sterk contrast, bijna elk aspect van de F-15 is geautomatiseerd.

Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

Het vliegtuig is in wezen een robot. Het heeft een centrale computer, die is verbonden met een reeks geavanceerde sensoren. Op basis van input van de traagheidsgeleidingssysteem (die zeer gevoelige gyroscopische sensoren bevat) en de piloot, de computer activeert hydraulische aandrijvingen om de vleugels en achterste stabilisatoren af ​​te stellen. De piloot bestuurt het vliegtuig niet echt rechtstreeks:hij of zij geeft instructies en de computer bepaalt hoe deze worden uitgevoerd. De computer maakt voortdurend zelf aanpassingen aan de vlucht om de vliegprestaties te verbeteren - de computer zorgt kunstmatig voor een relatief soepele rit. De F-15-computer kan de nodige aanpassingen in milliseconden maken, ongeveer honderd keer sneller dan een mens.

Het belangrijkste "oog" van het vliegtuig is het computergestuurde radarsysteem, gemonteerd in de neus. De taak van de radar is om andere vliegtuigen te lokaliseren en grondkaarten te genereren. De schotel is gemonteerd op bewegende cardanische ophangingen, zodat het kan draaien om verschillende gebieden te scannen of een bewegend doel te volgen. De radar berekent in welke richting doelen bewegen met behulp van het pulse-Doppler-systeem -- in wezen, verschuivingen in de gereflecteerde radiogolffrequentie geven aan of het doel naar het radarsysteem toe beweegt of ervan af (zie Hoe radar werkt voor meer informatie.)

De F-15 Strike Eagle heeft extra scanapparatuur, de lage-hoogtenavigatie en infrarood gericht op nacht ( LANTIRN ) systeem. Het LANTIRN-systeem is ondergebracht in twee pods die op de bodem van het vliegtuig zijn gemonteerd, in de buurt van de motorinlaten.

De navigatie pod bevat een andere radareenheid die is geoptimaliseerd om het grondterrein in kaart te brengen, en een toekomstgerichte infrarood (FLIR) nachtzichtscanner die de infrarode warmte-energie van omringende objecten oppikt. Samen, deze sensoren genereren een gedetailleerd beeld van de grond eronder, waardoor de piloot of computer in totale duisternis kan vliegen.

Een van de LANTIRN-pods op een F-15 Strike Eagle Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

De targetingpod herbergt een krachtige laser en een andere FLIR-scanner, gemonteerd op een draaibare toren. De laser werkt als een afstandsmeter , de afstand tot doelen berekenen op basis van hoe lang het duurt voordat een laserstraal erop weerkaatst, en ook als een doelaanduiding , markeren van doelen voor lasergeleide raketten. Het richtsysteem is ontworpen om gronddoelen te onderscheiden, maar het kan ook worden gebruikt in lucht-luchtgevechten.

De centrale computer verwerkt gegevens van de radar en het LANTIRN-systeem en presenteert doel- en navigatie-informatie aan de bemanning. In de volgende sectie, we zullen in de cockpit kijken om te zien hoe de bemanning toegang krijgt tot deze informatie, vliegt het vliegtuig en richt zich op de vijand.

De originele F-15 is ontworpen voor een eenpersoonsbemanning. De piloot bestuurt het vliegtuig en richt zich tegelijkertijd op vijandelijke vliegtuigen. De F-15 Strike Eagle heeft een extra station achter in de cockpit voor een wapensystemen officier , of WSO (uitgesproken als "wizzo"). In de Strike Eagle, de WSO is verantwoordelijk voor het selecteren en elimineren van gronddoelen, terwijl de piloot zich concentreert op het manoeuvreren van het vliegtuig en het bestrijden van vijandelijke vliegtuigen. Beide stations zijn ondergebracht in een stevige "bubble" luifel bovenop het vliegtuig. Dit luifelontwerp geeft de bemanning een volledig 360-graden zicht op hun omgeving.

De F-15 bubbelluifel geeft de bemanning een weids zicht op de lucht. Dit vliegtuig maakt zich klaar om te tanken. Foto met dank aan Ministerie van Defensie

Het pilotenstation is ontworpen om vliegen en richten zo gemakkelijk mogelijk te maken. De computer geeft de meest relevante informatie over de heads-up-display (HUD), een monitor die een beeld projecteert op een transparant scherm aan de voorkant van de cockpitluifel. Met het heads-up-display, de piloot kan de vluchtgegevens en de radarinformatie volgen terwijl hij de lucht in de gaten houdt. Dit is cruciaal in gevechten - een piloot kan niet naar beneden blijven kijken op meters en instrumenten terwijl hij vijandige jagers ontwijkt of achtervolgt. De luchtmacht is van plan dit systeem uiteindelijk te vervangen door een op een helm gemonteerde monitor die vluchtgegevens projecteert op het vizier van de piloot.

Een infrarood terreinbeeld weergegeven op het heads-up display van een F-15 Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van DefensieAls u aan het winkelen bent...

Volgens de luchtmacht één F-15 Strike Eagle kost $ 31,1 miljoen. De F-15D is een relatief koopje voor slechts $ 29,9 miljoen, en een vliegtuig van de eerste generatie kost je slechts $ 27,9 miljoen. Hoewel dit voor de gemiddelde persoon veel klinkt, het is eigenlijk een vrij goede deal in de militaire wereld. Vliegers zeggen dat het een kleine prijs is om te betalen voor het buitengewone prestatieniveau van de F-15.

Bediening

De cockpit in de F-15 Strike Eagle (rechts) heeft een extra station voor de wapensysteemofficier. Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

De bediening van de piloot is ook vrij eenvoudig. De piloot stuurt het vliegtuig met een stuurknuppel gelegen in het midden van de cockpit, en bestuurt de motor met de gas geven aan zijn of haar linkerhand. Beide bedieningselementen hebben verschillende knoppen en schakelaars die de radarapparatuur bedienen, selecteer opties op het heads-up display, en richt en vuur de wapens.

De bedieningselementen zijn ontworpen met de hands-on gas en stok ( HOTAS ) systeem. In het HOTAS-systeem, elke schakelaar en knop op de bedieningselementen heeft een andere vorm en textuur. Op deze manier, de piloot kan alle belangrijke aspecten van het vliegtuig besturen zonder ooit in de cockpit te kijken.

de WSO, daarentegen, besteedt niet veel tijd aan het kijken buiten de cockpit. Hij of zij houdt radar in de gaten, LANTIRN en vluchtgegevens op vier multifunctionele displays (MFD) -- kathodestraalbuismonitoren omgeven door knoppen (een beetje zoals het display op een geldautomaat). De WSO-positie heeft een volledige set vluchtcontroles, maar dit is slechts een back-upvoorziening -- normaal gesproken de WSO helpt niet om het vliegtuig te besturen. Zowel de piloot als de WSO zitten in hightech ACES II schietstoelen, die hen in geval van nood uit het vliegtuig lanceren.

Al deze dure apparatuur heeft één basisdoel:het is ontworpen om verschillende raketten af ​​te leveren, bommen en kogels, in militaire kringen bekend als munitie , naar vijandelijke doelen. In de volgende sectie, we zullen ontdekken wat de F-15 eigenlijk inpakt als hij ten strijde trekt.

De F-15 Eagle is geladen met wapens die bijna elk bestaand vliegtuig kunnen uitschakelen. Het heeft acht lucht-luchtraketten van verschillende ontwerpen. Het kan verschillende combinaties van AIM-120 geavanceerde lucht-luchtraketten voor middellange afstand (AMRAAM's) vervoeren, AIM-9L/M Sidewinder-raketten, of AIM-7F/M Sparrow-raketten.

Twee F-15's lanceren AIM-7 Sparrow lucht-luchtraketten bij trainingsoefeningen. Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

Alle drie de rakettypes zijn ontworpen om actief op zoek te gaan naar hun doelwit. De AMRAAM- en Sparrow-raketten zijn beide radargestuurd. De AMRAAM heeft een eigen radareenheid en vluchtcontrolesysteem. Voordat de raket wordt afgevuurd, de F-15-computer verzendt radarinformatie die het beoogde doel specificeert, en de radareenheid van de raket wordt ingeschakeld. Nadat de raket is gelanceerd, zijn enige doel is om zichzelf (door de vinnen aan te passen) naar dat doel toe te sturen.

De Sparrow-raket werkt volgens een soortgelijk principe, maar het heeft geen eigen radarzender. De piloot moet de zender van het vliegtuig op het doel gericht houden, om het te "schilderen" voor de raket.

De sidewinder-raket gebruikt een infraroodsensor om de hete motoruitlaat van een vijandelijk vliegtuig op te pikken. De vluchtbesturingen sturen de raket eenvoudig naar het heetste gebied in zicht.

De F-15 heeft ook een ingebouwd machinegeweer, een M-61 20-mm 6-barrel kanon, gemonteerd in de stuurboord (rechter) vleugel. Het kanon heeft een efficiënt Gatling-kanonontwerp dat ongeveer 6 kan vuren, 000 toeren per minuut. Het krijgt nooit de kans, echter, omdat het magazijn slechts 940 kogels bevat. Het kan zijn hele magazijn in minder dan 10 seconden legen!

Vliegers laden munitie voor het 20 mm kanon van de F-15. Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Defensie

De piloot selecteert voor elk wapen een ander richtscherm op de HUD. De machinegeweervertoning, bijvoorbeeld, bestaat uit een trechtervorm. De piloot manoeuvreert het vliegtuig zodat het doelwit zich in het midden van de trechter bevindt en opent vervolgens het vuur.

De F-15 Strike Eagle heeft alles wat de F-15 Eagle heeft, en het kan ook zowat elke lucht-grondraket in het luchtmachtarsenaal vervoeren. Het vervoert vaak geleide munitie, zoals de GBU-15-bom. Globaal genomen, het kan ongeveer 23 dragen, 000 pond (10, 430 kg) munitie.

Een F-15 Strike Eagle laat Mark 84 lasergestuurde bommen vallen tijdens een trainingsoefening.

Beide F-15-modellen hebben ook een aantal hightech verdedigingen. Ze hebben radarwaarschuwingsontvangers, die vijandelijke radar detecteren vanaf grondstations, vliegtuigen of geleide raketten, en een geavanceerde radarstoorzender om deze radareenheden te verwarren. Ze hebben ook een kaf dispenser , een apparaat dat een wolk van metalen strips uitschiet. Vijandelijke radar pikt het kaf op en verliest tijdelijk zijn slot op de F-15.

De combinatie van hoge wendbaarheid van de F-15, geavanceerde elektronica en krachtige wapens hebben het tot een enorm succesvol wapen gemaakt in het arsenaal van de Verenigde Staten (en een aantal arsenalen van andere landen, ook). Maar nu nadert het einde van zijn run. Boeing en Lockheed Martin hebben zijn vervanging al ontwikkeld, de F-22 Raptor.

De F-22 Raptor, de hightech vervanging van de F-15 Foto met dank aan de Amerikaanse luchtmacht

De Raptor tilt alles op de F-15 naar een heel nieuw niveau, met een veel grotere versnelling, wendbaarheid en computerkracht. Het is ook ontworpen voor: heimelijkheid vliegen, net als de F-117 en B-2 bommenwerper.

Voor veel meer informatie over de F15, de F-22 en andere militaire vliegtuigen, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe vliegtuigen werken
  • Hoe stealth-bommenwerpers werken
  • Hoe gasturbinemotoren werken
  • Hoe F/A-22 Raptors werken
  • Hoe radar werkt
  • Hoe gevechtsvliegtuigen uit de Tweede Wereldoorlog werkten
  • Hoe Apache-helikopters werken
  • Hoe kruisraketten werken
  • Hoe slimme bommen werken
  • Hoe hypersonische vliegtuigen zullen werken
  • Hoe schietstoelen werken
  • Hoe machinegeweren werken
  • Hoe nachtzicht werkt

Meer geweldige links

  • F-15 Eagle-informatieblad
  • F-15E Strike Eagle-informatieblad
  • Boeing:F-15 Eagle
  • GlobalSecurity.org:F-15 Eagle
  • Luchtsuperioriteit F-15 Eagle
  • FAS:F-15 Eagle
  • F-22 Raptor
  • Gids voor F-15E Strike Eagle

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe een celvorm zijn functie beïnvloedt
  2. Welke combinatie van chromosomen resulteert in een jongen?
  3. Hoe wordt glucose opgeslagen in plantencellen?
  4. Community (ecologie): definitie, structuur, theorie en voorbeelden
  5. Wat zijn twee manieren waarop Enzymen minder effectief worden?
  6. M-fase: wat gebeurt er in deze fase van de celcyclus?
  7. Welke moleculen kunnen zonder hulp door het plasmamembraan gaan?
  8. Hoe maak ik een 7e-graads schoolproject van een virusmodel?
  9. Wat is apoptose?

Wetenschap