Yakolev Yak-41 Freestyle, el primer S/VTOL supersónico embarcado
La Génesis del Yak-41M
Yakovlev había concebido desde el comienzo al Yak-38 como un avión VTOL interino con el fin de adquirir experiencia en este tipo de aeronaves. La marina soviética necesitaba su avión de combate definitivo. El requerimiento inicial por el sucesor del Yak-38 estipulaba una sola misión: la defensa aérea de la flota.
Las características técnicos del futuro aparato incluían velocidad supersónica, una gran maniobrabilidad para el combate aéreo y un radar y armamento similares a los de los cazas terrestres más recientes.
Yak-38M «Forger» de la Armada Soviética en aterrizaje vertical con el último esquema operacional aplicado
Yakovlev recibió directamente un contrato de desarrollo en 1975, ya que ningún otro constructor soviético tenía experiencia en materia de aeronaves VTOL. La OKB bautizó a su proyecto como " lzdeliye 48 ", siendo la designación militar Yak-41.
Más de cincuenta configuraciones fueron estudiadas y uno de los mayores problemas a resolver fueron las especificaciones de prestaciones supersónicas, las cuales exigían que el motor de crucero estuviera dotado de un dispositivo de postcombustión. Los cálculos demostraron que las masas del motor y del carburante serían reducidas al mínimo utilizando un motor principal con capacidad supersónica y dos motores de sustentación separados para las fases estacionarias. Se decidió utilizar una configuración parecida a la del Yak-38, pero con un motor principal equipado con una sola tobera orientable trasera posicionada a corta distancia del centro de gravedad del avión.
Algunas de las Configuraciones Estudiadas
El empuje del motor de crucero en modo estacionario sería equilibrado por dos motores de sustentación situados detrás de la cabina del piloto. La utilización del empuje diferencial de los motores de sustentación para el control longitudinal permitía dividir por dos la derivación de aire comprimido hacia las válvulas de control para vuelo estacionario situadas a proa, popa y en las punteras alares de la aeronave. Una de las ventajas de este concepto de sustentación, comparándolo con el concepto de un solo motor del P.1127 (progenitor de la familia Harrier) o el cancelado caza supersónico P.1154, es la buena adaptación del motor principal. Como ambos motores auxiliares dan un complemento de empuje del orden de 8 toneladas, el motor de crucero no esta sobre exigido como es el caso de los VTOL de Hawker. Además es optimo para el crucero supersónico, con una reducción de consumo apreciable. Otra ventaja del sistema de sustentación multimotor reside en el hecho de que en vuelo estacionario, las tres toberas alineadas verticalmente proyectan menos gases calientes lateralmente, como lo hace el Harrier con sus toberas laterales.
Yakovlev colaboró estrechamente con el CIAM (Instituto soviético de los motores de aviación) y con el constructor de motores Soyuz, quién había concebido el motor R-27V del Yak-38, en el desarrollo del motor para el Yak-41. Para el futuro VTOL supersónico, el empuje necesaria para el motor principal era de aproximadamente 15.000 Kg
El Yak-41 y su predecesor, el Yak-38
Descripción del Yak-41M
La estructura del Yak-41M estaba constituida principalmente por aleaciones de aluminio-litio, con aleaciones de titanio en las zonas sometidas a temperaturas elevadas y un 26% de materiales compuestos. El ala estaba ubicada en posición elevada sobre el fuselaje con un diedro negativo de 4°, una relación espesor / cuerda del 4 %, un ángulo de borde de ataque de 40° y una extensión LERX (Leading-Edge Root extensión) similar a la del Harrier II. Las semialas poseían secciones externas replegables para el almacenaje a bordo del portaaviones y estaban equipadas con alerones sobre toda la longitud del borde de fuga. Los alerones eran accionados hidráulicamente por intermedio de los controles de vuelo eléctricos.
La firma Soyuz comenzó con las pruebas en banco del turborreactor R-79, el motor de crucero / sustentación, en 1983. Veintiseis ejemplares serian construidos, de los cuales dieciséis se utilizarían para las pruebas en vuelo (al principio en una góndola bajo el fuselaje de un Tu-16) y solo siete motores de los 16, designados R-79V-300, serían utilizados en los prototipos del Yak-41M. El R-79 es un turborreactor de doble flujo con un flujo de aire máximo de 120 kg/seg y un peso en seco de aproximadamente 2.750 Kg. El empuje máximo en seco es de 11.000 kg, siendo 15.500 kg el empuje con Postcombustión y 14.000 kg el empuje con derivación de aire del compresor en fase estacionaria.
Motor Soyuz R-79V-300
La principal dificultad en su desarrollo encontrada por Soyuz fue la de concebir un dispositivo de postcombustion estable durante las rotaciones de la tobera orientable. Algunos de los prototipos del motor recibieron una tobera rectangular (similar a la del F-22), pero la configuración clásica de tobera con divergente/convergente se demostró más eficaz. Esta tobera era orientable a 95° hacia abajo, con una etapa intermediaria a 63° y era orientada por intermedio de dos anillos biselados en el canal de postcombustión los cuales giraban en sentido contrario al ser accionados con la ayuda de motores eléctricos. El mismo sistema de tobera orientable por anillos biselados fue adoptado casi 10 años después para el Lockheed X-35B. El verdadero secreto del buen funcionamiento de este motor residía en el sistema de enfriamiento de su canal de postcombustión, el cual resistía a temperaturas superiores a 2000 °C durante la fase de rotación que duraba entre 5 y 6 segundos.
Maqueta del Yak-41 con tobera rectángular
Detalle de la tobera del motor R-79V-300
Ambos motores estaban instalados en tándem, detrás de la cabina del piloto. con una inclinación de 85° respecto al eje longitudinal del avión y poseían toberas orientables para vectorizar el empuje ±12,5° con respecto al eje vertical y con la posibilidad de superar la vertical hacia adelante. Esto permitía en algunas maniobras a baja velocidad invertir el empuje y desplazar la aeronave hacia atrás o bien asegurar un frenado aéreo más rápido. En cambio, desviadas al máximo hacia atrás, ambas toberas permitían mejorar el despegue corto.
El Yak-41 realizo de esta manera despegues sobre distancias de 30 a 100 metros, y aterrizajes en distancias de hasta 240 metros.
Motor de Sustentación Rybinsk RD-41
Todos los motores estaban conducidos por un FADEC (Full Authority Digital Engine Control). Este computador electrónico conducía el arranque del motor principal, la derivación de aire comprimido para el arranque de los motores de sustentación, el control del empuje de los tres motores para el control en cabeceo del avión en las fases estacionarias, la orientación de las toberas móviles y las derivaciones de aire comprimido para la alimentación de los dispositivos de control por jets.
La parte posterior del fuselaje estaba provista de una gran compuerta separada en dos partes y situada bajo la tobera del motor principal. Estas compuertas bajaban en vuelo estacionario para permitir a la tobera orientable girar hacia abajo. Los dos largueros que prolongaban el fuselaje mas allá de la tobera del motor principal llevaban cada uno un empenaje horizontal y una deriva, la razón de esta fórmula bilarguera era la de proteger el complejo mecanismo de orientación de la tobera principal y la de asegurar un enmascaramiento de los gases calientes, lo que reducía la firma infrarroja.
Fue necesario un gran esfuerzo para poner al punto el sistema de control de vuelo del Yak-41M en vuelo estacionario. El flujo de aire y las temperaturas mucho más elevadas del motor principal traían aparejados problemas de res-ingestión de gases calientes, de daños térmicos al avión y a la pista o al puente de vuelo.
Zona trasera del Yak-41M, se observa los dispositivos de control por jet situados en los extremos de los dos largueros de cola para el control en cabeceo.
Esquema de orientación de las toberas principales para despegue vertical y corto.
Después de años de ensayos de diversas placas anti reingestión transversales o axiales bajo el fuselaje, se decidió instalar dos aletas axiales anti reingestión a cada lado del fuselaje así como una placa articulada transversal adelante del tren de aterrizaje principal y otra antes de la tobera del motor principal. El sistema de control de vuelo bajaba automáticamente las placas anti reingestión en vuelo estacionario.
Esquema de orientación de las toberas principales para despegue vertical y corto.
Placas Anti-reingestión y cañón de 30 mm.
Un total de 5.500 litros de carburante eran cargados bajo presión en los tanques integrales y un tanque adicional de 2.000 litros podía ser llevado bajo el fuselaje. Los aviones de serie tendrían que haber estado equipados de una pértiga de reabastecimiento en vuelo escamoteable cerca del parabrisas, pero este equipo estaba ausente en los prototipos. Un paracaídas de frenado cruciforme de 17 m2 fue instalado en un alojamiento por encima del motor principal.
Disposición interna del Yak-41M, donde se observa ubicación de motores sustentadores, sistemas de control y radar.
Como en los Yak-36 y 38 este sistema era necesario a causa del principio mismo de sustentación. En efecto, en caso de parada de los motores de sustentación el avión picaba enseguida hacia adelante si un motor auxiliar había fallado o hacia atrás si fallaba el motor principal. En ese caso el piloto no tenía tiempo de reaccionar.
La instrumentación del piloto estaba compuesta al comienzo por los instrumentos analógicos tradicionales, pero la avionica fue mejorada en 1985 para permitir una gama más extensa de misiones. En efecto, en el transcurso de su desarrollo, la marina había emitido un exigente documento con especificaciones técnicas revisadas. Se pedía que el Yak-41 fuera capaz de cargar mísiles antibuque, bombas guiadas, cohetes y misiles aire-superficie. Yakovlev modificó entonces su designación de constructor del modelo a “48M " mientras que la designación militar cambio a Yak-41M. La nueva avionica incluía el radar de impulsos doppler Phazotron S-41M Zhuk, un designador/telémetro laser/TV, un HUD multifunción y un sistema de navegación mejorado
Cabina del Yak-141 (si entraba en producción).
Cabina del Yak-41M.
El nuevo armamento incluía un cañón de 30 mm GSh-301 con 200 proyectiles instalado bajo el fuselaje del lado izquierdo. Los mísiles de defensa aérea transportados eran los aire-aire Spetztekhnika (antaño Vympel) R-27ER /Y, el R-60T/M, el Spetztekhnika R-73E y el R-77. Para las misiones de ataque la aeronave podía llevar cuatro mísiles aire-superficie tales como el Zvezda Kh-25MR/RE/MP/ML, el Kh-31T/RE, el Kh-35 y el Raduga Kh-58. También podía llevar bombas de 125, 250 o 500 kg, cohetes de 240 milímetros o cuatro cañones UPK-23-250 alojados en pods. Todas estas armas se transportaban en cuatro soportes subalares, estando los internos certificados para cargar 2 toneladas cada uno y los externos 500 kg cada uno. En los prototipos, la carga de armas estaba limitada a 2600 kg. Un detector de mísiles se había instalado en un alojamiento cerca del paracaídas de frenado así como un dispensador de CHAFF y bengalas en la espina dorsal.
Yakovlev obtuvo la autorización para construir cuatro prototipos, un fuselaje (n°48-0) para ensayos estructurales, un aparato completo (n°48-1, indicativo " 48 ") que no voló y solo fue utilizado para ensayos en tierra, y dos aparatos para ensayos en vuelo (n°48-2, indicativo " 75", y n°48-3, indicativo " 77").
El primer prototipo del Yak-41 Nro°48-1, indicativo » 48″ (arriba) utilizado solo para ensayos en tierra y el prototipo Nro 48-2, indicativo » 75″ (abajo), el primero en volar.
Yak-41M durante los ensayos en tierra
Los Ensayos en vuelo del Yak-41M
Yak-41M durante los ensayos en tierra
Los Ensayos en vuelo del Yak-41M
El piloto de pruebas en jefe Andreï Sinitsyn realizo el primer vuelo convencional a Zhukovsky el 9 de marzo de 1987, utilizando el aparato N°" 75 ". El 29 de diciembre de 1989, con el N°" 77", realizo el primer vuelo estacionario libre, después con el mismo avión realizo el primer vuelo completo (despegue vertical, transición en ambos sentidos y aterrizaje vertical) el 13 de junio de 1990. A partir de Abril de 1991 los despegues y aterrizajes cortos fueron ensayados sobre pistas normales y sobre la rampa inclinada de el aeródromo de Saki.
El prototipo N° 75 lleva a cabo el primer despegue convencional el 9 de marzo de 1987.
El segundo prototipo durante un vuelo estacionario, con una rejilla anti ingestión de objetos (FOD) sobre compuerta de motores de sustentación.
Poco después, Andreï Sinitsyn estableció doce nuevas marcas del mundo en la categoría V/STOL. Como la designación Yak-41M era clasificada, los Rusos inventaron una designación para el FAI (Federación Aeronáutica Internacional). Se asigno la denominación de Yak-141, bajo la cual el aparato aún se conoce. El 26 de septiembre de 1991, Andreï Sinitsyn realiza el primer aterrizaje vertical sobre el portaviones "Admiral Gorshkov" con el aparato N°"75" seguido una hora más tarde por Vladimir Yakimov, con el aparato N°"77". Los dos pilotos realizaron ocho vuelos desde este buque. En uno de estos vuelos, el 5 de octubre de 1991, Yakimov realiza un aterrizaje muy duro cayendo de una altura de 13 metros, uno de los trenes de aterrizaje principales se rompe, taladra el tanque de combustible y causa un grave incendio. Diez segundos después, Yakimov se expulsa manualmente y es recuperado en el mar. El avión N° "77" se reparo y actualmente se preserva en el museo de la OKB Yakovlev.
Como todo avión soviético, el Yak-41M/141 recibio una designación de la OTAN. En este caso fue bautizado como "Freestyle"
Despegue VTOL del portaviones "Admiral Gorshkov".
El Yak-41M Nro 75 Blanco, despega en vertical desde el portaaviones Baku / Almirante Gorshkov durante las pruebas de compatibilidad con el buque.
Experimentos similares se llevaron a cabo en su momento con el Yak-38 Forger, sin embargo en este caso la diferencia estaba en que esta plataforma se montaría en el transporte a oruga articulada todo terreno DT-30 Vityaz (que también era objeto de desarrollo en ese momento). El Vityaz podría transportar la plataforma a lugares en los que no se podía llegar por medio de los vehículos todo terreno convencionales y donde no había oportunidades para construir un campo de aviación. El Yak-141 podría aterrizar en esta plataforma móvil, llenar el combustible de otro cisterna DT-30 y continuar su misión. La capacidad de carga útil del DT-30 era de 30 toneladas, por lo que este tipo de misión no era problema. Sin embargo, el desarrollo del Vityaz se termino cancelando por falta de fondos.
El Vehículo Todo Terreno DT-30P Vityaz.
Finalmente, en septiembre de 1991, la marina Rusa es presa de graves dificultades presupuestarias a raíz de la caída de la URSS, por lo que decide que las misiones confiadas a la aviación embarcada pueden estar garantizado por las versiones navales del Sukhoi Su-25 y Sukhoi Su-27 y anuncia la cancelación del programa Yak-41. La fabrica de producción de Smolensk había visto venir este triste final, y no había puesto a punto los utilajes para la producción en serie .Tras reflexionarlo, Yakovlev decide buscar a un socio extranjero para seguir el programa y da un paso importante trayendo el prototipo n°48-2 (el "75") al salón de Farnborough en septiembre de 1992. Yakovlev anuncia un programa de 400 millones de dólares, para construir tres nuevos prototipos, más un aparato para ensayos estáticos, del Yak-141M (esta designación que se ha convertido en oficial). Esta versión habría incluido algunas mejoras como una aviónica modernizada, un aumento de la masa en carga a 21.500 kg y uno de los prototipos habría sido la versión biplaza Yak-141U.
El entrenador de conversión biplaza Yak-41U.
En 1992, Yakovlev volverá a pintar los dos prototipos con un camuflaje aceituna/gris, las insignias tricolores rusas y los números "141" blancos en lugar de los "75" y "77" precedentes. Este programa finalmente fue cancelado a raíz de los problemas financieros de Rusia en esa época. Los dos Yak-41 M n°48-2 y -3 se expusieron en el salón de Moscú 1993 pero ya no estaban en condiciones de volar. En esos años, Yakovlev reveló algunos detalles sobre el Yak-43, un Yak-141M mejorado y afirmo que estaba trabajando sobre un muy nuevo caza V/STOL
El Yak-41M Nro 77 en vuelo. En estas tomas del segundo prototipo se observa atras del radomo el contenedor de nariz de la válvula de control de reacción delantera que reemplazaba. Se observa tambien el actuador de la puerta de la tobera del motor principal y el compuesto aislante de calor negro en el vientre de la aeronave
"Yak-141 Nro 141"
"Yak-141 Nro 141"
Vista de Popa
Características del Yak-41M
"Yak-141 Nro 141"
"Yak-141 Nro 141"
Vista de Popa
Dimensiones :
Envergadura : 5.9 metros
Superficie Alar : 31.7 m2
Longitud total : 18.36 metros
Altura : 5 metros
Envergadura del empenaje : 5.9 metros
Pesos :
Vació : 11650 kg
En Carga : 15800 kg (modo VTOL)
Máximo : 19500 kg (modo CTOL)
Carga de Armas (prototipo) : 1000 kg carga max para despegue VTOL
2600 kg carga max para despegue Corto
1750 kg carga max de carburante externo
Capacidad interna de carburante :4400 kg
Performances :
Velocidad max : 1250 km/h al nivel del mar.
1800 km/h a 11 000 metros de altitud.
Velocidad Mach =1.8 max
Altitud de Crucero : mas de 15 000 metros
Factor de carga limite : 7g con un 50% de carburante
Tasa de ascenso max : 250 metros /seg
Motorización :
1 turbofan Kobchenko/Soyuz R-79-300 con tobera vectorial de 15 500 kg de empuje con post-combustión para despegue convencional, o 10 500 kg para empuje en seco
2 turbofans Rybinsk RD- 41 de sustentación y de 4 100 kg de empuje
Armamento :
1 cañón de 30 mm
mísiles R-27 (AA-10 Alamo), de alcance medio y guía radar
mísiles R-73 (AA-11 Archer), de corto alcance y guía IR
bombas diversas
Tripulación : 1 piloto con un asiento eyectable Zvezda K36V (cero / cero).
Cargas externas sobre los cuatro soportes alares:
4xR-77 670 km
4xR-77 + 1x2,000l (tanque suplementario) 900 km
2xR-77 + 2xR-73E + 1x2,000l (suplementario) 900 km
2xKh-35 + 2xR-73E + 1x2,000l (tanque suplementario) 780 km
4xKh-35A + 1x2,000l (el tanque suplementario) 550 km
4xKh-35N + 2xRVK-AE + 1x2,000l (tanque suplementario) 670 km
6xABSP 420 km 4xNRS 87-240 mm. + 1x2,000l (tanque suplementario) 670km
2xKh-31P + 2xR88-AE + 1x2,000l (el tanque suplementario) 670 km
2xK25 + 2xR-73E + 1x2,000l (el tanque suplementario) 820 km
Gsh-23: 250 obuses cada uno + 1x2,000l (el tanque suplementario) 820 km
Tres Vistas del Yak-41
Los Records del Yak-141
Fecha - Marca - Resultado
11 de abril de 91 - Tiempo de subida a 12,000 m - 116.15 segundos
11 de abril de 91 - Tiempo de subida a 12,000 m con 1,000 kg - 116.50 seg
12 de abril de 91 - Tiempo de subida a 3,000 m con 1,000 kg - 62.41 seg
12 de abril de 91 - Tiempo de subida a 6,000 m con 1,000 kg - 74.37 seg
12 de abril de 91 - Tiempo de subida a 9,000 m con 1,000 kg - 89.09 seg
24 de abril de 91 - Carga Max a 2,000 m - 2,507 kg
25 de abril de 91 - altitud Max con 1,000 kg - 13,115 m
25 de abril de 91 - altitud Max con 2,000 kg - 13,115 m
25 de abril de 91 - Tiempo de subida a 3,000 m con 2,000 kg - 68.82 seg
25 de abril de 91 - Tiempo de subida a 6,000 m con 2,000 kg - 88.88 seg
25 de abril de 91 - Tiempo de subida a 9,000 m con 2,000 kg - 110.10 seg
25 de abril de 91 - Tiempo de subida a 12,000 m con 2,000 kg - 130.64 seg
Todos los vuelos han sido realizados como sigue : Decolaje vertical , aceleración a 1,000 km/h a 100-200 m, seguida de un vuelo vertical (90°) hasta la altitud deseada ( a 270 m/seg).
Fuentes y Fotos:
Air & Cosmos n° 1354 de 25 Nov 1991 y n° 1392 de 21 Sept 1992)
Yakovlev Aircraft since 1924 de B. Gunston y Y. Gordon
Soviet X-Planes de B. Gunston y Y. Gordon
http://xplanes.free.fr/
http://fdra.blogspot.com.ar/2012/02/vstol-yakovlev-yak-141-urssrusia.html
http://www.military-today.com/trucks/dt30_vityaz.htm
http://www.paralay.com/lfsyak.html
https://www.zona-militar.com/2018/05/05/yak-41m-el-primer-s-vtol-supersonico-embarcado/
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