IAR-93 NewEngine

La rugamintea domnului Ciprian Mustata incerc sa scriu un articol despre posibilitatea, evident teoretica, de a remotoriza IAR 93 cu un motor Ivchenko-Progress AI-222.

Consideratii generale

Eu insumi am criticat constructia acestui avion aspru critica aspra. Scriam ca una din marile probleme ale avionului a fost motorizarea, dar si noi am exagerat incercind sa construim un avion imens cu doua motorase de jucarie.
La o eventuala remotorizare sunt doua lucruri ce ar trebui in special urmarite:

1. Bilantul de greutate, respectiv centraj
2. Fly by wire, un lucru legat de pct. unu.

Fly by wire

Am mai scris despre acest aspect, de aceea azi voi face doar un rezumat. In general se urmareste realizarea unei stabilitati naturale, adica daca pilotul ia mina de pe mansa si apar turbulente, avionul revine de la sine in pozitia initiala, se autocorecteaza, cumva cum e la automobil, unghiurile rotilor fac ca daca iei mina de pe volan masina sa mearga drept. La stabilitate naturala centrul de greutate (CG) se afla in fata Focarului (punctul neutru), pct. in care se reduc fortele aerodinamice. Pt. echilibru forta de pe ampenajul orizontal e indreptata in jos, deci se scade din portanta aripii.

Acest dezavantaj poate fi compensat prin asa numitul "fly by wire", in care CG se afla in spatele F si deci forta de pe ampenaj se aduna. Consecintele acestei ecuatii simple e ca, pt. acelasi avion cu sau fara Fly by wire, suprafata portanta poate fi micsosata, evident obtinind reducerea greutatii, sau avionul zboara la aceasi viteza cu o incidenta mai mica, nu-i trebuie asa multa portanta, cu reducerea automata a rezistentei aerului. Aceasta se realizeaza prin sisteme electronice, senzori, calculatoare etc. In ziua de azi mai toate avioanele moderne au acest sistem, incepind de la batrinul F-16 trecind chiar la avioane de pasageri.

2. Bilantul de greutati, centraj

Din pacate nu am un bilant exact, vorbesc doar din amintiri si au trecut peste 30 de ani, deci ici colo pot gresi. Cel mai deranjant e ca nu am reusit sa gasesc date certe, privind greutatea, debitul de aer si diametrul de intrare, ale motorului Rolls-Royce Viper Mk 633-47, motor care echipa 93ul de serie. 

Tub prelungitor si ajutaj

Citeva consideratii; motoarele sunt mici, stiu, ma repet, montate f. in fata, incep la C30 si se termina la C35, urmind apoi un tub prelungitor extrem de lung, ca. 3m, tub construit din otel rezistent la temperatura. Estimez ca cele doua tuburi cintaresc peste 150 de kg., la care se adauga mecanismul de reglare al ajutajului, in varianta postcombustie, plus structura aferenta din dural. Aceasta a obligat montarea unui lest de 120 kg. de Pb. in zona anterioara.

Puse una peste alta anumite modificari ale fuselajului posterior ar putea duce, in total, la o reducere de greutate de: 150 (tub)+70(struct. aferenta)+70 (petale ajutaj)+120 Pb. de ca. 400kg.

Zona posterioara ar putea arata ca la Jaguar sau Alpha Jet.

Jaguar

Alpha Jet

Desigur, unul sau altul din aerodinamicieni s-ar lua cu mina de cap ca ampenajul e spalat de aerul aripii. In aceasta configuratie dragul nostru avion ar arata, sa nu-l bata deochiou, cum se vede in schita de mai jos.

Motorul Ivchenko

§  Type: Two-spool low-bypass turbofan

§  Length: 1,960 mm (77.17 in)

§  Diameter: 640 mm (25.20 in)

§  Dry weight: 440 kg (970.03 lb) in base configuration, 560 kg (1,234.59 lb) in afterburning configuration

Components

§  Compressor: axial, 2-stage LP compressor and 8-stage HP compressor

§  Combustors: annular

§  Turbine: 1-stage HP, 1-stage LP

Performance

§  Maximum thrust: 2520 kgf / 24.7 kN (5,552.78 lbf) in takeoff mode (non-afterburning), 4200 kgf / 41.2 kN (9,262.13 lbf) afterburning.

  Overall pressure ratio: 15.43:1

§  Bypass ratio: 1.19:1

§  Turbine inlet temperature: 1,470 K (1,200 °C)

§  Specific fuel consumption: 0.64 kg/kgf-hr

§  Thrust-to-weight ratio: 5.68 (non-afterburning), 7.5 (afterburning)

Citeva consideratii:
Motorul e dublu flux, desi cu un raport de dilutie relativ mic, de numai 1,19:1, la motoare civile se ajunge la peste 5:1. Ce e dublu flux? O parte din aerul absorbit e accelerat pe linga motorul propriu zis, este un fel de elice intubata.

Se spunea, in trecut, ca motoarele dublu flux nu ar fi potrivite pt. avioane militare deoarece au repriza inceata, adica accelereaza lent. Marele avantaj al acestor motoare e ca au un consum relativ extrem de mic, si sunt si mai silentioase, comparate cu turbojet clasic

Dimensiunile motorului, comparind cu Viper sunt similare, e greu sa-mi dau seama in ce masura e necesara modificarea totala a prizelor de aer, avind in vedere ca diametrul e 640mm (o fi diametrul de intrare?) am speranta ca o modificare a prizei doar in zona C28-C30 ar fi suficienta, evitind astfel modificari majore. E de remarcat ca rezervoarele de combustibil 2, 4, 6 se afla intre prize, si deci modificarea prizei ar duce si la modificarea rezervoarelor, chestie relativ complicata.

Greutate
Se pare ca Ivchenko e ceva mai greu decit Viper, 440kg fara postcombustie si 560 cu. Nu am gasit date pt. Viper, pe undeva se vorbeste de 376, in config. fara postcomb si, precis, fara tub prelungitor.
Plec de la ipoteza ca Ivchenko ar fi mai greu cu ca. 50 kg, deci la doua motoare ar fi supliment de masa de ca. 100kg. (Update, acum am gasit ca Viper cu postcomb, ar cintari 553kg.), deci penalizarea de greutate ar fi minima!)

Tractiune
Aici Ivchenko are mari avantaje, 24,7KN fara si 41,2 cu post, e cu mult mai mult decit bietele Viper, 17,79 fara si 22,24 cu.

Consum
Asa cum e de asteptat de la un motor cu dubluflux consumul relativ e de numai 0,64 kg/kgf/ora, comparind cu Viperul care are ca. 1. Consumul absolut insa, avind in vedere tractiunea mai mare, se poate spune ca este similar Viperului, deci cantitatea totala de combustibil din rezervoarele 93 ar asigura o raza de actiune similara celei actuale. (Explicatie pt. cei mai putin familiarizati cu formulele. Consumul relativ se masoara in kg. combustibil, pe unitatea de tractiune (kgf, sau mai bine daN) si ora. Un motor mai puternic are o tractiune mai mare, in cazul nostru inmultim 2470daN cu 0,64=1508 kg. combustibil pe ora, iar la Viper ar fi ca 1779. Dar motoarele nu merg tot timpul in regim maxim, in regim de croaziera merg la 80%, de regula, desi daca se imbunatateste configuratia aerodinamica si deci se miscoreaza rezistenta aerului, regimul motorului e mai scazut, pt. aceeasi viteza. In cazul 93 care are 2950 de litrii in rezervoare, adica 2360kg, acesta ar ajunge pt. un zbor de aproape doua ore, fara a considera rezerva de aterizare si pornirea postcombustiei. In misiune de lupta ar fi mult mai putin deoarece avionul e des accelerat)

Concluzie partiala
Bilant de greutate provizoriu.

• reducere prin mod. posterior si renuntare Pb: -400kg
• Supliment greutate motor 100kg.
• Total -300kg.

Privind centrajul se poate spune, in mare, ca masurile discutate pina acum ar misca f. putin CG in spate. Greutatea mai mare a lui Ivchenko afecteaza relativ putin centrajul deoarece motorul e montat f. aproape de CG. Dar ne dorim, asa cum am vorbit la Fly by wire, o miscare mai pronuntata a CG spre spate. Asta s-ar putea realiza prin scurtarea partii anterioare a fuselajului central in zona C16-C17(18). Intre C18_19 se afla cutia de munitii, deci aceasta zona ar fi mai bine sa fie lasata in pace. Mentionez ca ideea asta a fost studiata si la proiectarea avionului de serie. S-ar mai obtine o reducere de greutate de ca. 70kg. 

Deci pe total, avem o reducere de 370kg si un centraj in spate.

Alte consideratii

• Inlocuirea sistemului de comenzi cu Fly by wire ar mai putea desfiinta un numar de tije, leviere, feruri, rezultatul fiind, poate, o reducere suplimentara de greutate, desi sistemele electronice ar cintari si ele ceva. Optimist vorbind as aprecia o reducere de inca ca. 50kg.
• Trenul de aterizare principal ar putea fi de asemenea optimizat. Cum am mai spus altadata, a fost proiectat pt. a ateriza pe terenuri sumar amenajate, deci roti mari cu presiune in pneuri scazuta. O renuntare a acestei dorinte ar putea duce la o singura roata pe principal, in loc de doua, deci am economisi, pe total, doua roti. Cred ca greutatea s-ar reduce cu ca 50kg. Evident trebuie analizat cum ramine cu garda la sol.
• Desigur montarea unor rachete aer-aer la extremitatea aripilor ar fi relativ usoara.

Incheiere

Sa vedem ce am obtine, un avion cu o greutate empty mai mica cu ca. 570 kg, deci in loc de 5750 numai 5180, la o tractiune de 49,4kN in loc de 35,58 fara postcombustie sau 82,4 kN in loc de 44,48.

Va las pe voi sa scotiti singuri raportul greutate/tractiune, pot doar sa remarc ca in cazul 82,4kN tractiune, in anumite configuratii, avionul ar avea raport tractiune/greutate chiar mai mare decit unu!?

Poate ar trebui adaugat ca modificarile fuselajului ar micsora considerabil momentele de inertie in jurul axei laterala (Y), ceea ce ar face avionul mult mai fisnet. Si ca sa inchei intr-o atmosfera de entuziasm as mai adauaga ca fly by wire, prin zbor la o incidenta mai mica, ar reduce "dragul", ceea ce ar mari raza de actiune, respectiv ar reduce consumul absolut.

Ma abtin sa fac consideratii privind inarmarea, radar, etc. pe de o parte nu e specialitatea mea si pe de alta parte noua configuratie ar permite multe combinatii, e vorba numai de banii si de timpul avut la dispozitie.