Η Δομική και Μηχανολογική Καταπόνηση των Μαχητικών Αεροσκαφών F-4 Phantom II στην Ύστερη Φάση του Επιχειρησιακού τους Κύκλου.

Γράφει ο Γιώργος Χ

Η επιχειρησιακή αξιοποίηση μαχητικών αεροσκαφών δεύτερης γενιάς, όπως το McDonnell Douglas F-4 Phantom II, σε ένα σύγχρονο αεροπορικό περιβάλλον αποτελεί μια σύνθετη εξίσωση μηχανικής και διαχείρισης στόλου.

Τα αεροσκάφη αυτά, κατασκευής των ετών 1970–1975, συμπληρώνουν πλέον μισό αιώνα ζωής, γεγονός που μεταβάλλει ριζικά τη συμπεριφορά των υλικών τους.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1990 και στις αρχές της δεκαετίας του 2000, η ανάγκη διατήρησης της μαχητικής ικανότητας οδήγησε στο πρόγραμμα ηλεκτρονικής αναβάθμισης Avionics Upgrade Program (AUP) σε συνδυασμό με το Δομικό Πρόγραμμα Παράτασης Ζωής, γνωστό ως Structural Life Extension Program (SLEP).

Αν και η ενσωμάτωση σύγχρονων ηλεκτρονικών συστημάτων και προηγμένων ραντάρ επέτρεψε στα αεροσκάφη να παραμείνουν επιχειρησιακά επαρκή, η δομική αναβάθμιση SLEP είχε εξ ορισμού ένα συγκεκριμένο και πεπερασμένο όριο αντοχής, το οποίο κυμαίνεται μεταξύ 15 και 20 ετών.

Με την ολοκλήρωση του προγράμματος κατά την περίοδο 2004–2005, η θεωρητική αλλά και η μέγιστη πρακτική εγγύηση της δομικής αντοχής εξέπνευσε κατά το διάστημα 2019–2025, καθιστώντας την τρέχουσα χρήση τους μια διαδικασία που αγγίζει τα απόλυτα όρια της αεροναυπηγικής επιστήμης.

1) Η Παγίδα των Ωρών Πτήσης έναντι της Ημερολογιακής Γήρανσης

Στην αεροπορική υποστήριξη συχνά προτάσσεται το επιχείρημα ότι ένα αεροσκάφος διατηρεί τη δομική του ακεραιότητα εφόσον δεν έχει συμπληρώσει το προδιαγεγραμμένο όριο των 2.000 έως 2.500 ωρών πτήσης που προσφέρει το πρόγραμμα SLEP.

Η προσέγγιση αυτή κρίνεται επιστημονικά ελλιπής, καθώς παραγνωρίζει τον παράγοντα της ημερολογιακής γήρανσης και της συνεπακόλουθης διάβρωσης των υλικών.

Η κόπωση των μετάλλων (metal fatigue) δεν είναι μια γραμμική συνάρτηση που εξαρτάται αποκλειστικά από τον χρόνο λειτουργίας στον αέρα, αλλά μια δυναμική διαδικασία που επηρεάζεται από τη μακροχρόνια έκθεση σε περιβαλλοντικές συνθήκες, τις θερμοκρασιακές μεταβολές και τη χημική αλλοίωση.

Με την πάροδο ΠΕΝΤΕ ΔΕΚΑΕΤΙΩΝ, οι ελαστομερείς σύνδεσμοι, οι στεγανοποιήσεις των συστημάτων, οι καλωδιώσεις και οι σωληνώσεις των υδραυλικών δικτύων υφίστανται φυσική φθορά και αποπολυμερισμό, αναπτύσσοντας μικρορωγμές οι οποίες συχνά διαφεύγουν ακόμη και από τις πιο σχολαστικές μεθόδους μη καταστρεπτικών ελέγχων (NDI).

2) Επιχειρησιακό Προφίλ Χαμηλού Υψομέτρου και Αεροδυναμικές Καταπονήσεις

Καθώς ένας αεροπορικός στόλος γερνάει και εισάγονται νέα μαχητικά αεροσκάφη ανώτερης γενιάς, ο ρόλος των παλαιότερων πλατφορμών μετατοπίζεται αναγκαστικά προς τη δίωξη-βομβαρδισμό και την εγγύς αεροπορική υποστήριξη.

Στο σύγχρονο θέατρο επιχειρήσεων, η επιβίωση ενός αεροσκάφους απέναντι σε εχθρικά συστήματα αεράμυνας απαιτεί τη χρησιμοποίηση τακτικών πτήσης LO-LO (Low-Low), δηλαδή πτήσεων σε εξαιρετικά χαμηλό υψόμετρο, συχνά κάτω από το όριο των εκατό μέτρων από την επιφάνεια του εδάφους.

Σε αυτό το προφίλ πτήσης, το αεροσκάφος κινείται με υψηλές υποηχητικές ταχύτητες μέσα σε πυκνά στρώματα ατμόσφαιρας, ερχόμενο αντιμέτωπο με έντονες αεροδυναμικές αναταράξεις (gusts) και συνεχείς μεταβολές των φορτίων G. Αυτές οι συνθήκες προκαλούν ακραία μεταφορά τάσεων στην κεντρική πτέρυγα και στα σημεία έδρασης των κινητήρων, επιταχύνοντας δραματικά τη διάδοση των μικρορωγμών λόγω κόπωσης και καταπονώντας στο μέγιστο βαθμό τόσο τη δομή όσο και τα μηχανικά υποσυστήματα.

3) Μηχανισμός Ακαριαίας Απώλειας Υδραυλικής Πίεσης και Ανθρώπινος Παράγοντας

Ο μεγαλύτερος κίνδυνος που απορρέει από τον συνδυασμό δομικής κόπωσης και ηλικίας είναι η καταστροφική αστοχία των υδραυλικών συστημάτων (Catastrophic Hydraulic Failure).

Το F-4 Phantom II βασίζεται αποκλειστικά σε υδραυλική πίεση για τη μετακίνηση των πρωτευουσών επιφανειών ελέγχου, καθώς δεν διαθέτει ψηφιακό σύστημα ελέγχου με τεχνητή αίσθηση (Fly-By-Wire) ή μηχανική εφεδρεία ικανή να αντισταθμίσει την πλήρη απώλεια πίεσης.

Εάν λοιπόν προκληθεί ακαριαία ρήξη σε κεντρικό αγωγό ή αστοχία στις βαλβίδες κατανομής λόγω κόπωσης του υλικού, τα πηδάλια «κλειδώνουν» ακαριαία, καθιστώντας το αεροσκάφος εντελώς ακυβέρνητο.

Σε ύψος μικρότερο των εκατό μέτρων, το περιθώριο αντίδρασης του ιπτάμενου πληρώματος περιορίζεται σε ένα με ενάμισι δευτερόλεπτο, χρόνος ο οποίος συχνά δεν επαρκεί ούτε για τη μηχανική ενεργοποίηση του καθίσματος εκτίναξης, ειδικά αν το αεροσκάφος έχει αναπτύξει γωνία βύθισης ή υψηλό ρυθμό περιστροφής προς το έδαφος.