X-29 Forward Swept Wing (FSW) Technology Demonstrator

?leri konsept ve teknolojileri ara?t?rmak ve gelecek nesil sava? uçaklar? için alt yap? ve veri taban? olu?turmak üzere, NASA taraf?ndan, 1984-1992 y?llar? aras?nda, iki adet X-29 "Forward Swept Wing Technology Demonstrator" kullan?larak, bir dizi çal??ma yürütülmü?tür.

X-29 ters uçuyor izlenimi veren s?ra d??? bir görünüme sahiptir. Gövdenin oldukça gerisine yerle?tirilmi?, ileri ok aç?l? kanatlar ve kanatlar?n ön taraf?nda yer alan ve kuyruk vazifesi gören ön kanatç?klar, bu s?ra d??? görünümün nedenidir. Kanad?n ve ön kanatç?klar?n karma??k geometrileri, uça?a istisnai manevra kabiliyeti ve sesüstü h?zlarda üstün performans sa?layacak ?ekilde düzenlenmi?tir.

Geriye do?ru ok aç?l? kanatlar?n üzerinden geçen hava, d??ar? do?ru yani kanat uçlar?na do?ru hareket etmektedir. ?leri ok aç?l? kanatlarda ise bu hareket ters yönde olmakta ve hava gövdeye do?ru hareket etmektedir. Bu ise kanat uçlar?n?n ve genellikle bu bölgede yer alan kanatç?klar?n (aileron), özellikle yüksek hücum aç?lar?nda tutunma kayb?na u?ramas?n? engellemektedir.

Proje sonuçlar?, hareketli ön kanatç?klarla birlikte ileri ok aç?l? kanatlar?n, 45 dereceye varan hücum aç?lar?nda pilotlara mükemmel kontrol imkan? sa?lad???n? göstermi?tir.

X-29 projesinde ara?t?r?lan ba?l?ca konsept ve teknolojiler ?u ?ekildedir:

  • ?leri ok aç?l? kanatlar
  • Uçak yap?m?nda kullan?labilecek ileri kompozit malzemeler
  • De?i?ken kamburluklu kanat yüzeyleri
  • ?nce, supercritical (?) kanat profilleri
  • Gövde arkas? (Strake) flaplar?
  • Kanada yak?n yerle?tirilmi? (Close-coupled) ön kanatç?klar
  • Bilgisayar kontrollü uçu? kontrol sistemi

Proje boyunca iki uçak 422'si do?rudan ara?t?rma amaçl? olmak üzere, toplam 436 uçu? gerçekle?tirmi?tir. Bu uçu?lar, 1. Faz, 2. Faz ve Vorteks Ak?m Kontrolü olmak üzere üç a?ama halinde gerçekle?mi?tir.

Tarihçe

?kinci dünya sava??ndan önce, ileri ok aç?l? kanatlara sahip çe?itli planörler bulunmakta idi. Ayr?ca 1931 y?l?nda NACA (yeni ad? ile NASA) bu konsept üzerinde çe?itli rüzgar tüneli testleri gerçekle?tirmi?tir. Almanlar ikinci dünya sava?? s?ras?nda Ju-287 olarak bilinen, ileri ok aç?l? kanatl? bir uçak geli?tirmi?lerdir. Ancak uça??n a??rl???n? çok art?rmadan gerekli dayan?kl?l??a sahip bir uçak üretmek için gerekli teknolojinin ve malzemelerin o dönemde mevcut olmamas? nedeni ile, ileri ok aç?l? kanat konsepti ba?ar?l? bir ?ekilde uygulanamam??t?r.

1970'li y?llarda kompozit malzemelerin kullan?lmaya ba?lamas? ile birlikte, geleneksel malzemelerle üretilenlerden daha sa?lam ve daha hafif uçak yap?lar? üretme imkan? do?mu?tur.

X-29'?n ince supercritical kanatlar?n?n üretimi de ancak kompozit malzemelerin kullan?m? ile mümkün olmu?tur. Kompozit malzemeler kullan?larak yap?lan aeroelastik biçimlendirme neticesinde, uça??n maruz kald??? yükler nedeni ile kanatlar?n belli bir dereceye kadar e?ilmesine izin veren ancak burulmas?n?, dolay?s? ile yap?sal ayr?lma (structural divergence) nedeni ile kanad?n kopmas?n? engelleyen yap?lar üretilebilmi?tir.

1977 y?l?nda NASA, ileri ok aç?l? kanat konseptini ara?t?rmak üzere tasarlanacak bir uçak için teklif yay?nlam??t?r. Bu teklifte, uça??n seyir h?zlar?nda çok daha verimli uçmas? ve kontrol, ta??ma ve sürüklemeye karakteristi?inin çok daha iyi olmas? öngörülmü?tür.

Grumman, General Dynamics ve Rockwell International'dan gelen tekliflerin de?erlendirilmesi sonucunda, Aral?k 1981'de Grumman ile, iki adet X-29 üretimi için sözle?me imzalanm??t?r. ?lk uçak 14 Aral?k 1984'te, ikincisi ise 23 May?s 1989'da ilk uçu?unu gerçekle?tirmi?tir.

1. Faz Uçu?lar?

?lk X-29 gerçekle?tirdi?i 242 uçu?ta, geri ok aç?l? kanatlar?n aksine ileri ok aç?l? kanatlarda havan?n d??ar? do?ru de?il içeri yani gövdeye do?ru hareket etmesi sebebiyle, çok yüksek hücum aç?lar?nda dahi kanat uçlar?n?n tutunma kayb?na u?ramad???n? ortaya koymu?tur. Bu uçu?la, ayr?ca, aeroelastik olarak biçimlendirilmi? kanatlar?n yap?sal ayr?lmay? engelledi?ini, uçu? kontrol kanunlar?n?n ve kontrol yüzeylerinin etkinliklerinin uçak için gerekli olan kararl??? ve kontrolü sa?lad???n? ve sonuçta pilotlar için iyi bir kullan?m kalitesinin ortaya ç?kt???n? da göstermi?tir.

Uçakta kullan?lan supercritical kanat profillerinin transonik bölgede uça??n manevra ve seyir karakteristi?ini iyile?tirmesi, bu uçu? testlerinde elde edilen sonuçlardan bir di?eridir. Üst yüzeyi, geleneksel kanatlara göre daha düz olan supercritical kanat profilleri NASA taraf?ndan geli?tirilmi? ve ilk olarak 1970'li y?llarda bir F-8 kullan?larak test edilmi?tir. Bu tür kanat profilleri sayesinde kanat üst yüzeyinde olu?an ?oklar hem geciktirilmekte hem de etkisizle?tirilmektedir. Bu ise sürüklemenin azalmas?n? sa?lamaktad?r.

2. Faz Uçu?lar?

?kinci X-29'un gerçekle?tirdi?i toplam 120 uçu?ta uça??n yüksek hücum aç?s? karakteristi?i ara?t?r?lm??t?r. X-29, 67 dereceye varan hücum aç?lar?nda uçmu? ve bu uçu?larda, say?sal yöntemler ve simülasyon modelleri kullan?larak yap?lan tahminlerden çok daha iyi kontrol ve manevra karakteristi?i sergilemi?tir. Bu noktada, 1. Fazda gerçekle?tirilen uçu?lar?n 21 derece hücum aç?s? ile s?n?rland?r?lm?? oldu?u hat?rlat?lmal?d?r.

Bu uçu?lar? gerçekle?tiren NASA, Amerikan Hava Kuvvetleri ve Grumman pilotlar? uça??n 45 derece hücum aç?lar?na kadar mükemmel kontrol imkan? sa?lad???n?, 67 dereceye varan hücum aç?lar?nda ise uça??n kontrol d???na ç?kmad???n? rapor etmi?lerdir. Uça??n sahip oldu?u yükse hücum aç?lar?nda kontrol yetene?i, öncelikle ileri ok aç?l? kanat - ön kanatç?k düzenlemesi, ?kinci olarak ise uygulanan uçu? kontrol kanunlar? sayesindedir.

Uçakta kullan?lan uçu? kontrol kanunlar? NASA taraf?ndan, radyo kontrollü ve %22 ölçekli bir X-29 modeli kullan?larak geli?tirilmi?tir. Detay çal??ma ise Hava kuvvetleri mühendisleri taraf?ndan yap?lm??t?r. X-29 yüksek hücum aç?lar?ndaki söz konusu kontrol yetene?ini, geleneksek uçaklarda kullan?lan ve ta??may? art?rabilecek hücum kenar? flaplar? kullanmadan ve X-31 EFM, F-18 HARV gibi benzer programlarda kullan?lan itki yönlendirme sistemi olmaks?z?n gerçekle?tirmi?tir.

Bu fazda gerçekle?tirilen uçu?larda, bas?nç ölçümü ve ak?m görüntüleme teknikleri kullan?larak, uça??n yüksek hücum aç?lar?ndaki aerodinamik karakteristi?i hakk?nda veriler toplanm??t?r. Elde edilen bu veriler, öncelikli program hedeflerinin gerçekle?tirildi?ini ve tahminlerin fazlas? ile do?ruland???n? ortaya koymu?tur.

Vorteks Ak?m Kontrolü

Amerikan Hava Kuvvetleri 1992 y?l?nda, normal kontrol sistemlerinin etkisiz kald??? yüksek hücum aç?lar?nda art?r?lm?? kontrol sa?layabilmek için vorteks ak?m kontrolünün kullan?labilirli?ini ara?t?rmak üzere bir program ba?latm??t?r.

?kinci X-29, bu programda kullan?lmak üzere modifiye edilmi?tir. Bu kapsamda, yüksek hücum aç?lar?nda uça??n burnunda olu?an vorteks ak?ma hava enjekte edebilmek amac?yla, uça??n burun k?sm?n?n ön ve üst taraf?na nitrojen tanklar? ve iki küçük lülesi bulunan kontrol valfleri yerle?tirilmi?tir.

Amerikan Hava Kuvvetlerinin ve Grumman'?n gerçekle?tirdi?i rüzgar tüneli testlerinde, içine enjekte edilen havan?n vorteks ak?m?n yönünü de?i?tirdi?i ve bunun sonucunda ortaya ç?kan kuvvetlerin uça??n burnunun, dolay?s? ile uça??n yönünün de?i?tirilmesi için kullan?labilece?i gösterilmi?tir.

1992 y?l?n?n May?s-Haziran aylar? aras?nda gerçekle?tirilen toplam 60 uçu?ta, Vorteks Ak?m Kontrolünün (VAK) etkinli?i ba?ar?l? bir ?ekilde ortaya konulmu?tur. VAK, özellikle rudder'?n etkinli?ini yitirdi?i yüksek hücum aç?lar?nda, sapma kuvveti üretilmesi konusunda öngörülenden daha ba?ar?l? olmu?tur. VAK, kay?? (sideslip) durumunda ise daha az ba?ar?l? olmu?tur. Sallanma sal?n?m?n?n (rocking oscillation) azalt?lmas? konusundaki etkisi de az olmu?tur.

Uçak Özellikleri
Genel Özellikler

Uzunluk:14.7 m
Kanat Aç?kl???:8.29 m
Yükseklik:4.26 m
Kanat Alan?:17.54 m2
Bo? A??rl?k:6,169 kg
Maks. Kalk?? A??rl???:7,864 kg
Motor:71.2 kN, x1 GE F404 turbofan
Maks. H?z:1.6 M
Tavan Uçu? Yüksekli?i:15,240 m

Uçu? Kontrol Sistemi

Kanatla birlikte ta??ma üreten ve birincil yunuslama kontrolü sa?layan önkanatç?klar, kanad?n kamburlu?unu de?i?tirmek suretiyle flap; asimetrik kullan?mla da aileron görevi yapan ve kanatlarda yer alan flaperon'lar ve arka gövdenin yan taraflar?nda yer alan ve yunuslama kontrolünde önkanatç?klara yard?mc? olan arka kanatç?klar uça??n kontrol yüzeylerini olu?turmaktad?r. Bu kontrol yüzeyleri, analog yede?i de bulunan üçlü dijital uçu? kontrol sistemi taraf?ndan elektronik olarak yönlendirilmektedir.

Uçak aerodinamik olarak karars?zd?r. Bu karars?zl?k, uçu? kontrol bilgisayar? taraf?ndan saniyede 40 komut gönderilmek suretiyle, kontrol yüzeyleri h?z ve irtifa gibi uçu? ?artlar?na göre ayarlanarak dengelenmektedir. Uça??n karars?z olmas? uça??n manevra kabiliyetini art?rd??? gibi sürüklemeyi de azaltmaktad?r.

Uçakta bulunan üç dijital kontrol bilgisayar?n?n her birinin analog yede?i bulunmaktad?r. Bu bilgisayarlardan biri ar?zaland???nda görevi di?er iki dijital bilgisayar devralmakta; iki bilgisayar?n birden ar?zalanmas? durumunda ise görev analog bilgisayarlara aktar?lmaktad?r.

Sonuçlar

Bu program kapsam?nda, aerodinamik sürüklemenin azalt?lmas? konusunda önceki çal??malar sonucunda öngörülen kazan?mlar sa?lanmam?? olmakla birlikte; VAK konusunda, ileri ok aç?l? kanatlar konusunda oldu?u gibi, gelecek nesil uçaklar için umut vaat eden sonuçlar elde edilmi?tir.

X-29 program?nda, ispatlanm?? baz? teknolojilerin yeni kullan?mlar? ile birlikte tamamen yeni teknolojiler de kullan?lm??t?r. Yap?sal ayr?lman?n kontrolü için aeroelastik biçimlendirmenin kullan?lmas?, boylamas?na kontrol için ön kanatç?k kullan?m?, a??r? karars?zl??a sahip bir uça??n iyi kullan?m kalitesine sahip olmas?, yüksek hücum aç?lar?nda etkin kontrol gibi özellikleri, bu program kapsam?nda öne ç?kan özellikler olarak s?ralamak mümkündür.

Teknik Raporlar
Resimler