Por que o vetor de impulso super manobrável russo é mais prevalente do que o americano?

Parte 1 - TVC

Percepção

Os EUA também executaram vários programas com a TVC:

1. F-15 STOL / MTD e ATIVO.
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2. F-16 VISTA / MATV. AVEN:
3. F-18 HARV (Veículo de Pesquisa Alfa Alto). Visão geral pdf.
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4. F-22 (quase produzido com 200)
5. X-31.
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6. X-36. (Apenas guinada.)
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7. X-44 MANTA (proposta da variante F-22)
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^{(Todas as fotos de suas respectivas páginas wiki, exceto onde houver marcas d'água.)}

O F-22 está longe de ser o único exemplo da TVC dos EUA, embora seja o único design para entrar em produção em série.

Do lado russo, você menciona o "grande número de jatos de combate russos vetoriais de empuxo super manobráveis":

1. Su-30 MKI
2. Su-35
3. PAK FA
4. Su-37
5. MiG-35

Mas o PAK FA ainda está em desenvolvimento, o MiG-35 provavelmente não entrará em produção foi adiado e o Su-37 nunca entrou em produção. Até o momento, apenas um punhado desses três já foi construído.

O Su-30MKI foi construído para a Índia, não para as forças russas (consulte Su-30 para obter a variante russa). Ele não usa o verdadeiro 3D TVC, mas sim fixado 3D TVC: . Explicado aqui:

O Su-35 é o único [nessa lista] em amplo serviço russo, e apenas algumas dezenas foram produzidas.

Observe também que os Su-30 / 35 / 37 fazem parte da mesma família Su-27. De fato, os Su-37s foram apenas convertidos Su-35s. E o MiG-35 é derivado do MiG-29. Portanto, não há uma preponderância de designs de folhas limpas construídas com o TVC.

Em comparação, a lista dos EUA acima inclui quatro fabricantes diferentes e seis designs de folhas limpas (mais apenas um derivado), metade dos quais incluíam soluções originais de TVC (em vez de serem apenas adaptadas).

Conclusão

Os EUA tinham vários programas de TVC em si.

Então, por que a Rússia parecem como "colocar mais esforço" na TVC?

Além de pilotar mais caças da TVC, também é mais popular nas notícias. Os russos sempre gostaram de falar muito sobre suas "armas secretas de maravilhas" e a mídia americana não as desencoraja. As pessoas devoram manchetes como "caças russos superam o F-22, a furtividade nos EUA é uma farsa, o mais novo caçador nos EUA é um peru". Vende muito bem.

O design real é complexo, difícil de entender e fácil de interpretar erroneamente.

Por outro lado, o mais novo caça americano, o F-35, não possui TVC. Como é A) o único novo caça americano desde o Super Hornet (além do mencionado F-22) e B) substituindo tantos a / c (F-16, F-18, AV-8B e provavelmente alguns A-10s ), significa que grande parte do estoque de caças dos EUA não terá TVC. Por outro lado, se o programa JSF produzisse 3 a / c completamente separado, pelo menos um deles pode ter incluído o TVC (embora improvável na minha opinião).

Além disso, o emprego da TVC na Rússia é contínuo e atual na mente das pessoas, enquanto os projetos dos EUA acima são um pouco mais antigos e aparentemente caíram da consciência pública.

Então, por que a Rússia usa mais do que os EUA?

A Rússia desenvolveu suas famílias Su-27 e MiG-29 em resposta às F-15, F-16 e F-18, que foram um salto quântico em capacidade em relação a seus antecessores, como o F-4, F-5, Mirage e Century Series. O F-16 teve uma ótima taxa de giro sustentada, e o F-15 tinha motores potentes em uma grande asa.

But their first engagements with F-15s left the Mirage pilots shaking their heads. One Mirage ace with fourteen kills described his first fight with an F-15 whose pilot was just out of F-15 training school to the author. "The rules were that he could not use his AIM-7s, so the fight began with a head-on pass. I started to turn and he pulled up and came around on me. I saw him make three or four mistakes on the way that I could have easily taken advantage of if he had been in a regular fighter, but there was nothing I could do to counter the F-15. He shot me down within forty seconds. I flew home in my Mirage, both of us feeling very old and out of date." -- Revolt of the Majors: How the Air Force Changed After Vietnam, by Marshall L. Michel III

O Su-27 foi projetado para ser um pouco melhor. A TVC ajudou a conseguir isso [ou pelo menos tentou].

O TVC é útil em velocidades muito baixas e alfa alta, onde as superfícies de controle convencionais são menos eficazes. Portanto, é útil para brigas de cães - de perto, a baixa velocidade, muitas curvas.

No entanto, o uso do TVC tem um custo de impulso para a frente (e arraste e peso), o que o vídeo acima explica. Fora desse envelope (onde as superfícies de controle funcionam bem), o TVC não vê muita utilidade.

Infelizmente para a TVC, os intervalos de engajamento estavam aumentando e, dentro do alcance visual, o combate estava se tornando menos comum; portanto, esses tipos de parâmetros de desempenho estavam perdendo utilidade. Novas tecnologias e táticas tornaram muito difícil se aproximar: AWACS, melhores radares de caça (maior alcance, olhar para baixo / abater), ID do BVR (reconhecimento não-cooperativo de alvos), fusão de dados, redes e novos mísseis de longo alcance (maior confiabilidade, maior resistência à contramedida, disparar e esquecer, ligação de dados). O combate ao BVR finalmente atingiu a maioridade.

Mesmo que você tenha chegado à queima-roupa, novos mísseis de combate a cães tornaram o combate muito letal (veja: HOBS, envelope de envolvimento de todos os aspectos, buscadores de LOAL, HMCS, IIR).

Longo alcance não foi a única coisa que marginalizou a TVC. Outros projetos também podem fornecer controle em baixa velocidade e alta AOA sem TVC. Os canards do euro são basicamente super manobráveis. O F-35 é controlável para ~ 50 deg AOA e foi testado com sucesso nos graus 110:

Você se lembrará de que o YF-23 (concorrente do YF-22) não possui TVC. Ele contava mais com velocidades mais altas e melhor furtividade para ajudar a manter os adversários à distância, em vez de dançar em baixa velocidade com a TVC. (Mas observe que o YF-23 também era muito manobrável, com uma taxa de giro sustentada mais alta que o F-16, conforme necessário.)

Então, enquanto os EUA não negligência TVC, optou por diferentes designs e doutrinas que tinham muito menos uso para a TVC. Não precisava que a TVC atingisse as metas de desempenho e não planeja precisar esse tipo de desempenho com muita frequência em primeiro lugar.

Agora, quando a Guerra Fria terminou, os orçamentos de defesa da Rússia foram reduzidos e o financiamento para o novo desenvolvimento do ar-condicionado secou, ​​para que as forças russas não tenham um novo caça há mais de duas décadas. Pelo menos não em números significativos. Eles ainda estão usando as famílias Su-27 e MiG-29 do pré-1991, apenas novas variantes. Portanto, eles não estão 're-enfatizando' a supermanobrabilidade, mas ainda estão 'presos' nela.^{[Essa palavra não está certa, mas não consigo pensar em uma melhor.]}

Parte 2 - Respondendo a outras respostas

Por favor, perdoe minhas irritações.

1. O F-18 "[enfatiza] manobrar com eficiência de energia, gastando toda a sua energia em curvas fechadas para simplesmente 'entender o seu bicho-papão'".

Depende. Comparado a um F-16, o Hornet tem uma taxa de turno sustentada menor, mas uma AOA muito mais alta (graus Hornet = 50, F-16 = 15-26.5, dependendo de ge de carga). O Hornet nunca deve vencer uma luta contra um F-16. Mas sim. As vezes.

O Hornet pode arrancar o nariz, gastando essa energia, para conseguir o primeiro tiro. Mas se errar, o F-16 pode gradualmente abrir caminho para uma posição de tiro. Taxa vs. raio.

2. Teoria EM como uma revolução

Boyd é creditado com muitas coisas. Humildade não é uma dessas coisas. Enfeite e autopromoção são. O culto ao homem cresceu em proporções tão grandes na concepção popular que é difícil criticar ele e suas idéias sem se tornar um para-raios.

Embora o EM fosse útil para resumir alguns princípios de manobra aérea, ele não inventou esses princípios. Indiscutivelmente, sua real utilidade era poder quantificar os designs de papel, não apenas os de metal.

3. Teoria EM no projeto a / c. "F-15, F-16 e F-18 são projetados especificamente para manutenção de energia em todos os regimes de vôo"

Eu não diria que eles foram "projetados em torno de" EM. Foi usado para avaliar os projetos (depois que eles já foram projetados), com certeza, mas muitas outras métricas também.

Por exemplo, Boyd queria que o F-15 se limitasse ao 5.5 g, porque era o que seus gráficos EM diziam ser mais eficientes. Escusado será dizer que isso não aconteceu.

A cinemática é apenas um aspecto do design do caça. Aviônicos são frequentemente mais importantes.

Na Coréia, os F-86s passaram o 10: 1 contra o MiG-15s. Ambos tinham o mesmo impulso, mas o F-86 pesava significativamente mais que o MiG, diminuindo sua taxa de aceleração / escalada e altitude.

[Korean fighters aces and Doolittle] felt that the high-technology avionics, while heavy and hard to maintain, allowed the Air Force F-86s to have the high kill ratio despite the Soviet fighters lighter weight. Indeed, Soviet MiG-15 pilots who later examined downed F-86s were extremely envious of the very F-86 systems Boyd and others criticized. --- Revolt of the Majors, 80

É indiscutivelmente mais preciso dizer que o F-15 foi construído em torno de seu complexo e caro radar, ao qual Boyd se opôs, nunca tendo pilotado um A / C com radar ou mísseis.

Boyd estava descontente com o F-15 e o F-16, especialmente com o que eles se tornaram: alta tecnologia.

4. "O desenvolvimento de aeronaves nos EUA praticamente parou no meio da tarde dos 1980s ..."

O F-35 é um enorme salto em relação aos seus antecessores (F-16, F-18, AV-8B, F-117): radar AESA furtivo; suíte avançada de EW; abordagem e aviso avançados de mísseis esféricos; novo sistema de indicação montado no capacete e visor; FLIR integrado, designador / range-finder a laser e IRST; comunicações furtivas e com alta taxa de dados; maior alcance; DSI; ALIS; atuadores eletro-hidrostáticos de menor manutenção; manutenção mais baixa, mais durável, revestimentos furtivos "cozidos em"; sensores firmemente integrados e fundidos.

De certa forma, o F-35 é mais avançado que o F-22. Por exemplo, o radar, a suíte EW e o MAWS são versões mais modernas daquelas no F-22. Algumas das tecnologias do F-35, como revestimentos e software, serão adaptadas ao F-22.

5. "[Somente] a F-22 e a F-35 [entraram] em produção desde [os meados do final dos 1980s]"

O F-22 e o F-35 não são os únicos a / c dos EUA que entraram em produção nos últimos anos do 26.

• O C-17 entrou em produção no 1991 / 92.
• O V-22 entrou em produção de taxa total no 1995.
• O Super Hornet entrou em produção na 1995.
• Os Growlers entraram em produção na 2007.
• P-8 Poseidon entrou em produção ~ 2009.
• O E-2D viu entregas iniciais no 2010.
• A KC-46 entrou em produção alguns anos atrás.
• TX (novo treinador) provavelmente começará a produção em breve.
• A JSTARS está procurando uma substituição.
• No lado do helicóptero, há o KMAX e o S-97 proposto.
• O B-21 Raider ("mini B-2") está em desenvolvimento.
• E não vamos esquecer todos os UAVs: ^{(Dronesurvivalguide.org)}

E há também os menos públicos, como os Doritos no Texas.

Além disso, "apenas" o F-35 está subestimando um pouco as coisas, pois suas variantes 3 destinam-se a substituir vários lutadores diferentes (F-16, F-18, AV-8B, F-117 e provavelmente alguns A-10s) e mais de aeronaves 2,500 no inventário dos EUA.

6. O F-22 e o F-35 estão "atrasados"

Eles só estão em desenvolvimento há anos 15-20 (dependendo de como você conta), portanto não podem estar "atrasados" em décadas. Esta é a média para lutadores modernos:

The F-35’s development timeline is also relatively moderate. The Rafale started development in 1982 and introduced in 2001(19 years). The Euro-fighter started in 1983 and was introduced in 2003(20 years). The Raptor started in 1986 and entered service in 2005(19 years). The PAK-FA, an evolutionary aircraft, started in 2001 and will be introduced in 2017(16 years). The Gripen started development in 1979 and was introduced in 1998(19 years). The Hornet was a redesign of the YF-17(9 years) from 1975 to 1983(8 Years) from which the Super Hornet evolved from 1992 to 2000(8 years). The F-35 in comparison to all of these started in 1996 with USAF IOC in 2016(20 years). Source.

7. "... a TV simplesmente não estava pronta para implantação operacional."

Os EUA experimentaram a TVC várias vezes, mas [eu argumentaria] que eles deliberadamente não a empregaram na "geração atual" (isto é, F-35) porque o custo, a complexidade, o peso e o aumento da manutenção não eram vale a pena pelos raros momentos em que seriam úteis.

CORREÇÃO: Eu não entendi o que ele quis dizer com "geração operacional atual". Ela queria dizer F-15 / 16 / 18, e não F-22 em diante. Portanto, eles estão certos de que a TVC definitivamente não estava pronta para o F-15 / 16 / 18. Caso contrário, poderia ter sido incorporado a esses projetos.

Este é um caso de design divergente e você não pode saber a resposta sem perguntar por que as aeronaves atuais são projetadas da maneira que são.

Após o trabalho de Coronel John Boyd nos 1960's no desenvolvimento do 'Teoria de manobrabilidade de energia', os EUA e seus aliados projetaram principalmente aeronaves de combate e táticas em torno da ideia de que o estado específico de energia de uma aeronave define seu desempenho durante manobras básicas de caça (brigas de cães).

De acordo com a teoria EM, para que um lutador possa sobreviver (e consequentemente vitorioso) durante o combate aéreo, ele deve manter uma alta vantagem de energia específica ao longo de suas manobras - isso significa que ele tem maior energia potencial (altitude) ou maior energia cinética (velocidade), e deve ter como objetivo manter a capacidade de trocar um pelo outro com eficiência. Em uma luta que ocorre apenas no plano vertical, isso é fácil de quantificar, mas em uma luta de giro, o arrasto induzido por giro sangra a energia da aeronave, e a teoria EM permite que essa eficiência de desempenho seja quantificada para um projeto ou tática específica.

Conseqüentemente, os caças US 4th Gen como o F-15, F-16 e F-18 são projetados especificamente para a manutenção de energia em todos os regimes de vôo - alto impulso para desempenho de subida (ganhando energia potencial via altitude) e para manter a velocidade arrasto por giro), baixa carga de asa (menor consumo de energia no giro devido ao arrasto induzido) e aerodinâmica aprimorada no envelope de combate esperado (reduzindo o arrasto geral no regime subsônico), e suas táticas enfatizam manobrar com eficiência de energia, gastando tudo sua energia em curvas fechadas para simplesmente "acertar as contas" em seu truque primeiro.

O efeito prático disso é que, se o seu primeiro passe de ataque falhar, você ainda terá energia suficiente para manobrar seu oponente e se posicionar para outro ataque ou correr. A desvantagem é que, quando sua energia cinética é maior que seus oponentes (velocidade), você não pode girar tão firmemente quanto ele - mas a esperança é sua maior capacidade de manobrar nas dimensões 3 com essa energia, dando-lhe vantagem sobre segundo ataque - classicamente, isso seria considerado tática de "aumentar e ampliar".

Por outro lado, os projetistas russos têm se concentrado na 'Supermanobrabilidade', a capacidade da aeronave de permanecer dentro do envelope controlável, fora do envelope do controle aerodinâmico. Isso é facilitado pela aerodinâmica "engraçada" em aeronaves como o MiG-29, Su-27 e Su-33, e pela vetorização de impulso na aeronave mencionada no OP. Isso permite manobras de alto ângulo de ataque em baixas velocidades (estado de baixa energia) - com o objetivo de permitir que o piloto aponte sua aeronave para o oponente para facilitar o lançamento de uma arma - é a estratégia de atirar primeiro. Mesmo se o seu tiro falhar, você força o seu oponente a ficar na defensiva, dando-lhe a vantagem para um segundo tiro, geralmente facilitado por mísseis de alta projeção, como o R-73.

À medida que a velocidade diminui, o raio de viragem também diminui - no entanto, a autoridade de controle aerodinâmico diminui a uma taxa maior. A vetorização de empuxo permite que você supere a autoridade de controle aerodinâmico reduzida - sua capacidade de mudar a atitude da aeronave agora é quase sempre independente de suas superfícies de controle aerodinâmico. Assim, usando a supermanobrabilidade, você não precisa mais derrotar seu oponente, basta apontar a aeronave em uma direção totalmente diferente para onde estava voando, possivelmente permitindo um 'tiro instantâneo' com mísseis ou armas. O equivalente clássico é a tática de 'virar e queimar'.

O efeito prático dessa estratégia é que você pode derrotar seu alvo e dar um tiro primeiro, mas se esse tiro falhar, agora você não tem energia (porque o sangrou devido ao arrasto induzido maciço de uma curva alfa alta) , e são efetivamente um pato sentado para o ala do adversário - você não tem velocidade para correr, está perdendo altitude, tudo o que tem é empuxo, e o empuxo é comparativamente lento para recuperar energia. Você pode girar no lugar e continuar atirando, mas se o seu oponente usa a energia dele para correr, você não tem energia para perseguir.

Então, por que os EUA ignoraram principalmente a vetorização de impulso? Porque não é taticamente relevante para eles. O Ocidente experimentou a super-manobrabilidade no final da Guerra Fria com aeronaves como o X-31 e o F-15 ATIVO, e depois de colocar as mãos nos MiG-29 e Su-27 no final da Guerra Fria, e em jogos de guerra, decidiu que a vantagem da 'super-manobrabilidade' simplesmente não valia a pena, quando as táticas baseadas no EM poderiam ser simplesmente adaptadas para derrotá-la. A única exceção é o F-22 - uma aeronave projetada antes da queda do Muro, projetada especificamente para combater o que os táticos ocidentais imaginavam que o MiG-29 e o Su-27 eram capazes - ilusões que foram destruídas apenas alguns anos depois.

Uma razão muito importante é a estagnação.

O desenvolvimento de aeronaves nos EUA praticamente parou no meio do final dos 1980s, com apenas o F-22 e o F-35 entrando em produção desde então e décadas atrasadas.

Enquanto isso, os soviéticos criaram e colocaram todos os tipos que você menciona. Na época em que a atual geração operacional de aeronaves dos EUA entrou em serviço, a TV simplesmente não estava pronta para a implantação operacional. E lembre-se de que a URSS / Rússia sempre utilizou uma variedade maior de aeronaves de combate do que os EUA, normalmente tendo vários tipos de produção ao mesmo tempo para o mesmo trabalho.

Todas as aeronaves mencionadas são da mesma geração, construídas após a última nova aeronave americana anterior ao F-22 (o F-15), que entrou em produção ou mesmo no estágio de protótipo.

Os EUA experimentaram uma variante de vetor de empuxo do F-15 e outra também baseada no F-16, mas ambos os projetos falharam em cortes no orçamento quando Clinton assumiu o cargo de Reagan e nenhum pedido foi feito. No sistema soviético, a maioria das coisas que não eram falhas totais veria pelo menos alguns modelos produzidos e colocados em serviço operacional. Uma maneira muito mais cara de fazer as coisas, mas ajustando-se ao seu sistema político / econômico.

Em resumo: não há necessidade.

Há pelo menos duas razões pelas quais a 'supermanobrabilidade' não é realmente uma preocupação:

1. Mísseis são tão avançados que brigas de cães raramente acontecem.
2. Altas forças G aumentam o risco de desenvolver lesões físicas, encurtando a carreira dos pilotos.

A automação está tornando os pilotos de caça cada vez mais desnecessários. Os mísseis realizam seu trabalho com tanta eficiência que o piloto raramente tem mais chance de ver o alvo. E enquanto os combatentes idosos ainda são um pouco úteis, seus colegas não tripulados estão avançando rapidamente e assumindo mais responsabilidades no campo de batalha. De fato, a vetorização axial pode encontrar o caminho para os drones, já que eles podem suportar mais estresse aerodinâmico do que as aeronaves tripuladas.

Concentrar-se nos caças tripulados leva a pensar que não está acontecendo muita coisa, mas dê uma olhada no desenvolvimento de drones e você verá que o futuro da aviação militar está lá.