V-22 Osprey

Bell-Boeing V-22
V-22 Osprey
Model	Osprey
Proizvođač	Bell-Boeing
Prvi let	19. marta 1989.
Prvi komercijalni let	8. decembra 2005.
Glavni korisnik	SAD

V-22 Osprey je višenamjenski vojni avion sa VTOL i STOL osobinama. Projektovan je za obavljanje misija kao dugodoletni helikopter i turbo-prop avion sa velikom brzinom putovanja. Razvila ga je kompanija Bell Helicopter, a izrađivan je u suradnji sa Boeing Rotorcraft Systems-om. Prvi korisnici ovog aviona su US Marine Corp i USAF. Po FAA ovaj avion je klasificiran kao letjelica koja može uzletjeti vertikalno kao helikopter, ali u horizontalnom letu se ponaša kao avion.

Razvoj

CV-22 Osprey iznad obale Emerald

Avion je još od I. svjetskog rata doveo do revolucije u načinu ratovanja, otvarajući bojno polje i u trećoj dimenziji. Svojim letnim sposobnostima, avion je omogućio djelovanje na ciljeve u kratkom vremenu i na velikim udaljenostima, prenoseći rat sa linije bojnog polja na gotovo cijelo područje zaraćenih zemalja. Ipak, najveći nedostaci aviona očitovali su se u potrebi za velikom i skupom infrastrukturom koja je bila lako vidljiva iz zraka, te kao takva primarni cilj neprijateljskih napada. Isto tako, doprema ratnog materijala i ljudstva na nepripremljene površine bila je samo u jednom smjeru, tj. dostavljanje izbacivanjem iz letjelica. U Korejskom ratu avionu se pridružio helikopter, koji je eliminirao navedene probleme, ali, na žalost, sa dva velika nedostatka: mali dolet, te mala brzina leta koja je povećavala vrijeme manevra, a samim tim je helikopter postao laki plijen lovačkim avionima. Nezamjenjive mogućnosti vertikalnog manevra osigurale su mjesto helikopteru kao letjelici koja će u nadolazećem razdoblju zauzimati sve važnije mjesto u zrakoplovstvu. Idealna letjelica stoga bi bila ona koja bi imala brzinu, dolet i ekonomičnost aviona, spojene sa jedinstvenim manevarskim osobinama helikoptera. Rješenju problema pristupilo se upotrebom izravnog okretnog potiska mlaznog motora, ili uporebom vučne sile putem rotora ili propelera. Veliki broj letjelica, koji se koristio potiskom mlaznog motora, u većini slučajeva doživio je neuspjeh, a najpoznatije letjelice koje su ušle u operativnu službu svakako su avioni BA Harrier i Jakovljev Jak-38. Ipak, nezamjenjiva mogućnost okomitog slijetanja i polijetanja tih aviona povlačila je za sobom i velike nedostatke koji su se prvo pokazali u ograničenim manevarskim sposobnostima u "helikopterskoj" fazi leta, kao i u velikoj potrošnji goriva u takvim režimima rada. Zato ti avioni, ukoliko koriste svoje mogućnosti vertikalnog polijetanja i slijetanja, tada imaju vrlo mali dolet ili mogućnost nošenja male količine korisnog tereta (borbeni radijus prilikom maksimalnog iskorištenja helikopterskog polijetanja i slijetanja Harriera je 371 km, a Jak-a 38 370 km).

Pribjeglo se i upotrebi aviona sa velikim propelerima u nosu, koji su imali mogućnost okomitog slijetanja i polijetanja s mogućnostima prelaska u avionski režim leta. Ali, posebno su slijetanja bila vrlo komplicirana, te su zahtijevala posebne sletne rampe. Svakako, postojalo je još mnogo pokušaja rješavanja tog problema, ali najoptimalnije rezultate ponudila je varijanta tzv. tilt-rotora, čiji se radni princip temelji na okretanju nosećeg rotora iz vertikalnog (helikopterskog) u vodoravni (avionski) položaj. Iako je više zemalja radilo u smjeru izrade takve letjelice, najviše uspjeha u tome imali su Amerikanci, koji su svoju prvu tiltrotor letjelicu XV-3 odvojili od zemlje 1955. godine.

XV-3 je imao svoj prvi prelazni let iz helikopterskog u avionski režim i obratno 1958. godine, a ukupno je izvedeno još 110 takvih uspješnih letova radi ispitivanja nove tehnologija, kao i uopće opravdanosti takvog koncepta. Iako je taj program bio veliki uspjeh, pokazalo se da primjena tiltrotor tehnologije pati zbog velikih tehnoloških ograničenja pogonske grupe, upravljačkih komandi, te mogućnosti strukturalne izvedbe letjelice u to doba. Početkom 1970-ih godina, američka se vojska, ohrabrena tehnološkim napretkom, odlučila za izradu druge varijante tehnološkog tiltrotor prototipa. Izrađena su dva primjerka letjelice SV-15 koja je imala poletnu težinu od približno 6.500 kg, a prvi let sa prelazom iz helikopterskog u avionski režim leta izveden je 1979. godine. U avionskom režimu postignuta je brzina leta od 555 km/h, te visina leta od približno 6.700 m. Takav uspjeh u tiltrotor tehnologiji imao je za posljedicu stvaranje JVX programa (engleski: Joint Services Advanced Vertical Lift Aircraft) sa namjerom razvoja srednjeg transportnog aviona sa mogućnostima vertikalnog slijetanja i polijetanja (VTOL), kojim bi se koristili svi rodovi američke vojske.

Izrada V-22

Šematski prikaz

Ministarstvo odbrane SAD-a počelo je zajednički projekt aviona sa vertikalnim uzlijetanjem - slijetanjem (JVX) u 1981. godini pod vodstvom Kopnene vojske SAD-a, a kasnije je vođenje projekta preuzelo US Marines. JVX je trebao zadovoljiti zahtjeve mornaričkog pješaštva, zračnih snaga, vojske i ratne mornarice. Zahtjev za predprojekte (RFP) bio je izdan u decembru 1982, a zainteresovani za njegovu izradu bili su Aérospatiale, Bell Helicopter, Boeing Vertol, Grumman, Lockheed i Westland. Bell udružen sa Boeing Vertolom je predstavio svoj uvećani prototip Bell XV-15 17. februara 1983, što je bio i jedini prihvaćeni prijedlog.

Program V-22 pokrenut je kako bi se ispunili zahtjevi navedeni u JVX programu, zahvaljujući kojem bi se američki marinci i zrakoplovstvo opremili letjelicom sposobnom da izvede zadatke na velikim udaljenostima i sa velikom brzinom leta, te koje trebaju mogućnosti vertikalnog slijetanja i polijetanja. Za stvaranje takve letjelice osnovna prepreka bila je tehnološki nivo koji je 1986. godine, kada se započelo sa razvojem V-22, dostigao visinu koja je garantovala uspjeh projekta. Prve procjene o cijeni pojedine operativne letjelice kretale su se oko 24 miliona dolara sa planiranom proizvodnjom od 923 primjerka. Godine 1989. Busheva je administracija ukinula projekt kada je predviđena cijena primjerka dostigla visokih 35 miliona dolara, i gotovo za trećinu smanjila proizvodnju na 602 primjerka. Ipak, takav veliki i skupi projekt imao je i političku pozadinu koja je odlučivala o njegovoj budućnosti. Glavni protivnik tog projekta bio je sam ministar obrane Richard B. Cheney, koji je tvrdio da će projekt koštati mnogo više od planiranih sredstava koja su neophodna za ulaganje u druge vojne projekte. Godine 1992, na upozorenje da projekt Osprey šteti Bushevoj kampanji, posebno u Teksasu i Pennsylvaniji, gdje se Osprey i trebao proizvoditi, Cheney je odobrio 1,5 milijardi dolara u fiskalnoj 1992. i 1993. godini za daljnji razvoj tog projekta, iako se i dalje javno suprotstavljao razvoju V-22.

Na kraju je Clintonova administracija prihvatila planove za razvoj Ospreya, čija je cijena dostigla vrtoglavih 37,3 milijardi dolara, a cijena pojedinog primjerka čak 80 miliona dolara, pri čemu je planirano da marinci dobiju 360, mornarica 48, a zrakoplovstvo 50 primjeraka Ospreya u raznim i njima prilagođenim varijantama.

Naoružani rezultatima dobivenim tokom razvoja SV-15, moderna tehnologija omogućila je nadopunu nedostataka tog projekta i stvaranje nove letjelice budućnosti. Tehnološke novine, koje su bile prepreka tadašnjem razvoju, a sada su osnove u stvaranju takve letjelice, baziraju se na udvostručenoj digitalnoj kontroli turbo-osovinskih motora (tzv. sistem FADEC), kompozitna izrada većeg dijela strukture letjelice, fly-by-wire sistem upravljanja letom, te integrirani sistem avio-elektronike. Napredak u proizvodnji motora, kao i u sistemu za njegovo upravljanje, smanjio je radno opterećenje posade te je dugo bio najveća prepreka u razvoju Ospreya, ali kasnije i njegov najveći uspjeh. Glavna odlika sistema FADEC ispoljava se u potpunoj kontroli motora i ograničavanju njegovog rada kako ne bi došlo do prekoračenja dopuštenih vrijednosti. Time je pilot rasterećen brige oko optimalnog rada motora što je posebno korisno u prelaznim režimima leta, što bi u suprotnom zahtijevalo mnogo više pilotskog angažmana, te usporavalo prolaz kroz kritične faze leta.

V-22 pokreću dva turbo-osovinska motora Rolls Royce/Allison T406-AD-400. Svaki od njih preko dva zajednička reduktora pokreće rotore razmjera 11,61 m. Snaga pojedinog motora je dovoljna da u slučaju otkaza jednog, drugi preuzme pokretanje oba rotora i osigurava dovoljno snage za daljnji let, ali se u tom slučaju slijetanje vrši sa protrčavanjem (slijetanje vrlo slično avionskom načinu slijetanja). Taj se motor u vrlo sličnim varijantama nalazi i na drugim letjelicama različite namjene, poput C-130J, Alenia C-27, Global Hawk, Saab 200, itd., a tokom 10.200 sati leta ispitivanja nije došlo ni do jednog otkaza motora.

Slijedeći tehnološki uspjeh koji je omogućio razvoj Ospreya je obilna upotreba kompozitnih materijala u strukturi letjelice. Ne samo da su postignute velike uštede na težini, već bi neki dijelovi i bili teško izvedivi sa metalnim legurama zbog izloženosti specifičnim mehaničkim naporima. Čak 43,7% V-22 izrađeno je od karbon-grafit kompozita, 3,4% fiberglasa, 46,1% metala, te 6,8% drugih materijala, što ima za rezultat 22% lakšu letjelicu nego da je izrađena u potpunosti od legura metala. Upotreba kompozitnih materijala povećava i sigurnosne osobine letjelice, jer za razliku od relativno "iznenadnog" pucanja metala, strukturalna čvrstoća kompozitnih materijala se postupno degradira, čime se daje dovoljno vremena za uočavanje oštećenja. Isto tako, kompozitni materijali nisu podložni uticaju korozije, što je važno u uvjetima djelovanja na moru. Sljedeća tehnološka novost je ugradnja upravljačkog sistema tipa fly-by-wire. Ukratko, pomak upravljačkih komandi prenosi se do upravljačkih površina putem optičkih vodova, koji uz pomoć računara daju signal sistemu koji preko pokretača i servo-sistema pomiče upravljačke površine. Na taj način na Ospreyu su postignuti sljedeći rezultati:

• smanjena je težina cjelokupnog sistema upravljanja (svega 322 kg),
• povećana pouzdanost,
• omogućeno rano otkrivanje oštećenja i njegovo izoliranje ili popravljanje u letu,
• veća otpornost na vanjska oštećenja zbog udvostručenja sistema (čak i ako je optički vod oštećen, dovoljno je samo nekoliko mikrona neoštećenog voda da i dalje bude omogućen potpuni prenos podataka),
• ovim sistemom lakše je kontrolirati let i ograničiti upravljanje letom do maksimalno dopuštenih vrijednosti koje neće oštetiti strukturu letjelice.

Posljednja bitna tehnološka novost je ugradnja integriranog sistema elektronike (IAS), koji međusobno povezuje sve sisteme letjelice te omogućuje jednostavniju i kvalitetniju komunikaciju, preciznu navigaciju, pregled i kontrolu sistema, kao i bržu obradu podataka koji se u optimiranim okvirima prezentiraju posadi. Osnovu tog sistema čine dva udvostručena računara preko kojih se unose podaci i kontrolira rad ostalih sistema. Posada nadzire sisteme i unosi podatke preko četiri višenamjenska ekrana u boji (MFD), dvije jedinice za prikaz podataka (CDU), te sistem za kontrolu i signalizaciju rada motora (EICAS). Svi ti sistemi su tako funkcionalno, ali i ergonomski postavljeni, da oba člana posade i pri maksimalno mogućem obimu poslova mogu na vrijeme provesti sve potrebne radnje.

Konstrukcijske karakteristike

Zarotirano krilo

Zakretni motori na vrhovima krila

Iako je V-22 zapravo letjelica pri čijem je stvaranju ideja bila da je to helikopter sa mogućnošću velike brzine leta i doleta aviona, Osprey, gledano s vana, po malo čemu odaje prednosti klasičnog helikoptera. U biti to je laki transportni avion sa velikim propelerima na krajevima krila. Trup letjelice u svom presjeku standardnog je kutijastog izgleda, koji izvana nadopunjuju prilično velika bočna izbočenja na njegovoj donjoj strani. Njihova osnovna namjena je smještaj podvozja te rezervoara za gorivo, čime se ne smanjuje teretni prostor, a istodobno su točkovi glavnog stajnog trapa time smješteni na međusobno većoj udaljenosti, što pridonosi stabilnosti letjelice na zemlji. Pilot, kokpit, te jedan do dva tehničara (ovisno o vrsti leta) u pilotsku kabinu ulaze na desna bočna vrata koja su projektirana i kao sekundarni ulaz u teretni prostor. Ulazak tereta i ljudstva, kao i izlazak na tlu ili izbacivanje u letu, omogućeno je kroz veliku spuštajuću rampu, čime je moguće prenositi teret gotovo istih dimenzija kao što je sam teretni prostor. U unutrašnjosti trupa moguć je smještaj 32 potpuno opremljena vojnika ili 24 vojnika u sjedećem položaju smještenih na sjedalima koja štite putnika i pri udaru od 16 g. Ukoliko se Osprey koristi za prevoz povređenih osoba, tada je u trupu moguća ugradnja 12 nosila uz pripadajuće osoblje. Unutar teretnog prostora (dužina 7,37 m, visina 1,83 m i visina 1,83 m) moguće je nositi maksimalno 9.100 kg tereta koji može biti smješten unutar standardnih paleta 463L. Težina vanjskog tereta, ukoliko se nosi na jednoj podtrupnoj ovisnoj tački, iznosi duplo manje, tj. 4.500 kg, a ukoliko je teret obješen na dvije tačke, tada je dopuštena težina tereta maksimalno 5.500 kg.

Uočljiva je i neobična koncepcija repnog dijela koji se sastoji od horizontalnog stabilizatora prilično male površine, smještenog između dva velika vertikalna stabilizatora. Na horizontalnom stabilizatoru nalazi se i kormilo dubine koje ima ulogu kao i na avionu kada se Osprey nalazi u avionskom režimu leta. Što se tiče vertikalnih stabilizatora, razmatrala se opcija postavljanja samo jednog stabilizatora, kako bi se smanjila težina letjelice, ali i cijena izrade, ali to je ubrzo odbačeno, jer jedan vertikalni stabilizator nije u mogućnosti osigurati dovoljnu uzdužnu stabilnost tokom leta. Jedan od glavnih razloga za postavljanje dva vertikalna stabilizatora jesu veliki promjeri dva trokraka propelera, čija bi strujanja oko jednog vertikalnog stabilizatora tokom avionskog režima leta smanjivala njegovu učinkovitost. Kao i u slučaju horizontalnih repnih površina, tako se i na vertikalnim stabilizatorima nalaze kormila pravca radi upravljanja oko vertikalne ose tokom avionskog režima leta.

Ipak, ono što najviše razlikuje V-22 od bilo koje druge letjelice jesu njegova krila i ono što se nalazi na njima. Krila relativno malog razmjera, ako se Osprey promatra kao avion (14,2 m), i velike relativne debljine, imaju i prilično neobičnu mehanizaciju. Na izlaznom kraju krila po njegovom cijelom rasponu nalaze se zakrilca i krilca koja tokom leta na malim brzinama imaju i ulogu zakrilaca (flaperoni). Budući da na tim brzinama krilca imaju manje prostrujavanje zraka, pa im je time i manja učinkovitost potrebna za okretanje oko uzdužne osi, zadaću naginjanja preuzimaju rotori koji razlikom vučne sile u okomitom položaju uzrokuju i na nagib letjelice u stranu manje vučne sile. Upravo je razlika uzgona sa svojim uticajem na stabilnost letjelice dugo bio jedan od najdiskutiranijih problema u razvoju Osprey.

Na krajevima krila nalaze se vrlo velike okretne gondole u kojima se nalaze turbo-osovinski motori Allison T406-AD-400, svaki snage 6150 KS, sa pripadajućim sistemom prenosa snage. Čak je i sistem prenosa snage karakterističan sam po sebi, budući da zbog rješenja okretanja cjelokupnog sistema motora zahtijeva posebnu izradu koja je vrlo različita od onoga helikopterskog tipa. Naime, sistem prenosa snage sastoji se od ukupno pet reduktora: dva reduktora za pogon rotora, dva reduktora koji prenose snagu na zajedničku osovinu u uvjetima okretanja motora, te reduktor koji se nalazi u središnjem dijelu krila, a osigurava sinhronizaciju rada oba rotora. Kompozitna osovina spaja središnji reduktor i oba motora, te prolazi kroz zadnji dio krila cijelim njegovim rasponom, a u slučaju prekida rada jednog od motora na sebe preuzima funkciju raspodjele snage drugog motora na oba rotora.

Napoj motora gorivom iz rezervoara vrši se automatski, a direktan dovod goriva u motor vrši se iz rashodnih rezervoara, svaki zapremine 272 kg. Preostalo gorivo nalazi se u još 5 fiksnih rezervoara smještenih u krilima i bočnim proširenjima na trupu, dok je za potrebe velikog doleta moguća ugradnja dva rezervoara u transportnoj kabini ukupne zapremine 1.910 kg. Na taj način varijanta MV-22 ima mogućnost nošenja ukupno 4.480 kg, a CV-22 varijanta 6.295 kg goriva. Cijelo krilo moguće je horizontalno okrenuti za 90° zahvaljujući čemu je moguće smjestiti V-22 na vrlo mali prostor ili šta više transportirati većim transportnim avionom ne odvajajući krila, a da pri tome ukupna dužina ne prelazi 19,20 m, što je nešto manje od dužine helikoptera Black Hawk. Na tim su mogućnostima osobito insistirali marinci kojima je ta letjelica namijenjena za djelovanje sa desantnih brodova, pa ne treba posebno isticati koliko je tu važno maksimalno iskorištenje prostora. Okretanje krila kontrolira se električnim putem preko hidrauličnih pokretača, koji ujedno i sklapaju krakove nosećeg rotora za šta je potrebno samo 90 sekundi.

Vidjeti krakove rotora u radu doista je neobično. Svaki krak svojim promjerom gotovo dodiruje trup letjelice, a kada ga se posmatra tokom avionskog režima leta, takvi rotori doista djeluju neobično i odaju dojam nezgrapnosti. Ipak, sa dokazanim letnim karakteristikama Osprey je sve samo ne nezgrapan. Veliki rotori povećavaju i ukupan raspon Ospreya sa 14,2 m na čak 25,78 m sa rotorima u radu, dok mu je ukupna dužina trupa samo 14,47 m. Iako sa nosivosti korisnog tereta od 9.100 kg, svojim dimenzijama mnogo je manji od helikoptera koje nasljeđuje, pa za usporedbu helikopter Chinook ima ukupnu dužinu sa rotorima 30,14 m, a CH-53E Super Stallion 30,19 m, iako je maksimalna poletna težina V-22 veća od ta dva helikoptera.

Podvozje je tipa tricikl sa velikom međusobnom udaljenošću glavnih točkova i nosnog točka. Podvozje je u potpunosti uvlačivo, na zemlji Ospreyu daje relativno mali razmak od zemlje omogućujući lakši pristup letjelici. Podvozje je jedno od bitnih karakteristika u povećanju sigurnosti letjelice, jer u slučaju udara u zemlju ono će osim apsorbiranja velike količine kinetičke energije nju prenijeti na ključne tačke konstrukcije, koje će svojim savijanjem i lomom ublažiti deformaciju putničkog prostora.

Različiti zahtjevi

Slijetanje na nosač aviona

Slijetanje na poletno-sletnu stazu

Još od početka razvoja JMVX programa planirana je izrada dvije osnovne verzije Ospreya: MV-22, koja je prilagođena potrebama marinaca koji s njim planiraju zamijeniti helikoptere CH-46E i CH-53D, dok američka kopnena vojska svojom verzijom CV-22 namjerava zamijeniti MH-53J i Sikorsky HH-60MH-60G uz istodobno nadopunjavanje djelovanja transportnog aviona C-130 Hercules. Kako se naknadno uključila i američka mornarica sa svojim zahtjevima, njima je namijenjena prilagođena verzija MV-22 koja će se naći u ulozi traganja i spašavanja te logističkoj potpori, a u pojedinim izvorima navodi se i kao HV-22. Iako se čini da osim manje prilagodljivosti opreme i uređaja nema veće razlike između pojedinih verzija, od glavnih komponenti Ospreya samo je motor potpuno isti. Zbog prilagodljivosti specifičnim zahtjevima marinaca i kopnene vojske, "kostur" letjelice jednak je u 90% dijelova, dok elektronika i oprema imaju samo 20-40% zajedničkih komponenti. Iako se verzije razlikuju opremom i strukturalnim izvedbama, zajednički cilj marinaca, mornarice i kopnene vojske je isti: imati letjelicu koja će ujediniti letne mogućnosti helikoptera sa doletom i brzinom turbo-prop aviona, a V-22 sve više dokazuje kako je dorastao toj ulozi.

Verzije

• V-22A – prototip verzija korištena za ispitivanja. Nakon redizajna 1993. vodila se kao A-verzija.
• HV-22 – planirana, ali još neostvarena verzija za Ratnu mornaricu SAD-a, koja bi trebala omogućiti borbeno traganje i spašavanje, logističku potporu prevoza i izvlačenja posebnih ratnih timova.
• SV-22 - predložena verzija za protiv-podmornička djelovanja ratne mornarice. Mornarica je u razmatranju SV-22 projekta 1980-tih planirala zamijeniti S-3B i SH-2 avione.
• MV-22B – osnovna verzija Korpusa mornaričkog pješaštva SAD-a za transport. Prvobitno je zahtijevano 552 letjelice (sada 360). Korpus mornaričkog pješaštva SAD-a je vodio sa svojim zahtjevima razvoj V-22 Ospreya. MV-22B namijenjen je prvenstveno za prevoz udarnih jedinica vojske, opreme i materijala; operativan je sa brodova ili iz zračnih baza.
• CV-22B – verzija Ratnog zrakoplovstva SAD-a u službi Komande specijalnih operacija (USSOCOM). Letjelica je namijenjena za dugodoletne, specijalne misije, te je opremljena sa dodatnim rezervoarima za gorivo i radarom za praćenje konfiguracije terena.

Tehnički podaci (MV-22B)

Podaci	Jedinice
Godina produkcije	1989-
Firma	Bell-Boeing
Raspon krila	14,00 m
Dužina	17,5 m
Visina	6,73 m sa podignutim motorima
Površina krila	28 m2
Težina (prazan)	15.032 kg
Mogući tovar	-
Težina (maksimalna pri startu)	27.400 kg
Putnici	-
Posada	2
Brzina	565 km/h
Visina leta	7.925 m
Dužina leta	4.476 km
Pogon	2× Rolls-Royce Allison T406/AE 1107C-Liberty
Snaga
Naoružanje

Vanjski linkovi

• Službena stranica - boeing.com
• Službena stranica - bellhelicopter.com