El Yakovlev Yak-141 (en ruso: Як-141, designación OTAN: Freestyle) fue el primer proyecto de un caza supersónico de despegue vertical a reacción del mundo fabricado por la oficina de diseño soviética Yakovlev durante los años 80 y principios de los 90.
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.
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 su proyecto " 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 post-combustión. 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.
El Yak-41 y su predecesor, el Yak-38
La firma Rybinsk había desarrollado sucesivamente los motores de sustentación RD36-35, RD-38 (utilizados por el Yak-38) y después, para el Yak-41, el RD-41. Este último era un motor de flujo simple parecido a sus predecesores pero más potente con un flujo de aire de 53,5 kg/seg. Excepto en la cámara de combustión y en la turbina, el motor RD-41 estaba construido en titanio y materiales compuestos, y su empuje era de 4100 Kg.
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 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 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
Los motores:
La firma Soyuz comenzó con las pruebas en banco del turborreactor R-79, el motor de crucero / sustentación, en 1983. Veinte seis 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.
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 post-combustión 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 post-combustión, el cual resistía a temperaturas superiores a 2000 °C durante la fase de rotación que duraba entre 5 y 6 segundos.
El Yak-41 realizo de esta manera despegues sobre distancias de 30 a 100 metros, y aterrizajes en distancias de hasta 240 metros.
Además de las superficies de control habituales, el Yak-41 estaba dotado de dispositivos de control por jets. Estos estaban situados en las punteras de las alas para el control en rolido, y en los extremos de los dos largueros de cola para el control en cabeceo. En el segundo prototipo, el sistema eyector circular fue abandonado y sustituido por un dispositivo de eyección de doble efecto situado en la nariz del avión.
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 bi-larguera era la de proteger el complejo mecanismo de orientación de la tobera principal y la de asegurar un enmarascamiento 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.
Toberas de control de largueros de cola y punteras alares
Después de años de ensayos de diversas placas anti-reingestión transversales o axiales bajo el fuselaje, se decidio 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.
La cabina era presurizada. El parabrisas blindado proporcionaba una buena vista delantera y la cúpula era articulada hacia la derecha pero daba una visión restringida hacia atrás. El asiento eyectable cero-cero Zvezda K-36LV estaba, como en los Yak-36 y Yak-38, conectado a un sistema de eyección automático SK-EM el cual era accionado en cuanto la tobera principal había bajado más 30 grados y la velocidad era inferior a 300 km/h durante el vuelo convencional. En vuelo estacionario, el asiento era eyectado si la inclinación lateral de la aeronave excedía los 30°, o si el cabeceo excedía 20° hacia abajo o hacia arriba.
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 anti-buque, bombas guiadas, cohetes y mísiles 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.
Características del Yak-41M :
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
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).
Algunos videos!
Como Datos curiosos...
Debido a la competencia de McDonnell Douglas y British Aerospace que monopolizaron la tecnología VSTOL occidental, Lockheed Martin adquirió los derechos de producción[3] y los planos, del diseño avanzado Yak-141 a la desaparecida Unión Soviética, y su original sistema de vuelo, es la base del desarrollo para el nuevo caza de despegue vertical de la US NAVY X-35B (hoy conocido como F-35B Lightining II), ganador del concurso JSF (Joint Strike Fighter) para construir un avión de despegue vertical de vuelo supersónico, embarcado en portaaviones, con un ventilador vertical detrás de la cabina del piloto, derrotando a la empresa Boeing y a su diseño original X-32B de ala delta
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