- Bei der F-35C musste der Tailhook für den Einsatz auf CATOBAR-Flugzeugträgern der US Navy bei der Landung den Arresting Wire zuverlässig greifen, doch das Design scheiterte 2011 bei den ersten Tests auf der NAS Lakehurst
- Die Position des Hooks und die Platzbeschränkungen im Inneren der Zelle waren bereits sehr eng, und ein Wire-Dynamics-Modell, das das tatsächliche Verhalten des Seils nicht korrekt abbildete, verschärfte das Scheitern
- Da der Reifen das Seil zuerst nach unten drückte und flach auf das Deck presste, konnte der Hook das Seil nicht greifen und sprang darüber hinweg; er schnellte mit größerer Winkelbeschleunigung als erwartet nach oben und beschädigte sogar die Messtechnik
- Die Neuauslegung führte zu einem stärkeren damper, einem verbesserten lateral limiter, robusterer Messtechnik und zu einer scoop-förmigen hook shoe, die das niedrig liegende Seil gewissermaßen aufschaufelt
- Bei Off-Center-Arresting-Tests 2016 mit externer Bewaffnung kam es wegen einer falschen FLOLS-Einstellung zu einer Landung mit hoher Sinkrate; danach stellte das Programm die offizielle Verfolgung von Off-Center- und Wire-Only-Arrestments ein
Die F-35C und das frühe Scheitern des Tailhooks
- Die F-35C ist die Variante des F-35 Joint Strike Fighter für CATOBAR-Flugzeugträger der US Navy
- CATOBAR steht für Catapult Assisted TakeOff, Barrier Assisted Recovery
- Bei diesem Verfahren startet das Flugzeug per Dampf- oder elektromagnetischem Katapult und greift bei der Landung mit dem Tailhook den Arresting Wire
- Der Hook wird im Flug in einer Bay verstaut, die von einer clamshell door abgedeckt wird
- Er ist elektronisch gesteuert und hydraulisch betätigt
- Das ursprüngliche Design funktionierte in realen Tests nicht wie gefordert
- Die eigentlichen carrier suitability-Tests begannen im Sommer 2011 auf der NAS Lakehurst
- Nach Kompatibilitätstests mit dem Jet Blast Deflector ging es zu den Tailhook-Tests über
- Tony „Brick“ Wilson verfolgte in Lakehurst den Großteil der Tests, sah aber nie, wie der Hook das Seil tatsächlich griff
Warum der Hook das Seil verfehlte
- Ein Messtechniker sagte am 6. November 2010, dem Tag, an dem CF-01 in Pax ankam, voraus, dass der Hook zu kurz, zu nah an den Rädern und die Form des hook shoe ungeeignet sei und es deshalb zu einem bolter kommen werde
- Der Hook-Punkt lag etwas mehr als 7 Fuß vom Mittelpunkt der Hauptfahrwerksachse entfernt
- Der Innenraum der Zelle war extrem beengt, sodass die Spielräume der Konstrukteure stark begrenzt waren
- Das Design war auf ein Computermodell abgestimmt, das das Verhalten des Arresting Wire simulieren sollte, doch in den realen Tests traf dessen Vorhersage nicht zu
- Später habe er im Rahmen der Verifikation und Validierung (V&V) der F-35-Simulation gehört, dass das von der Navy bereitgestellte Wire-Dynamics-Modell nicht korrekt V&V-geprüft worden sei, wisse das aber nicht mit Sicherheit
- Das Modell führte letztlich zu einem Design, das nicht funktionierte
Das in den realen Tests beobachtete Verhalten des Seils
- Bei einer Arresting-Landung trifft zuerst der Reifen des Hauptfahrwerks oder des Bugfahrwerks auf das Seil
- Durch diesen Stoß entsteht eine Welle im Seil
- Diese Welle bewegt sich vom Reifen weg
- Während sich das Flugzeug weiter vorwärts bewegt, breitet sich die Welle in beide Richtungen entlang des Seils aus, und das Seil liegt meist flach auf dem Deck
- Das Modell sagte im nächsten Schritt voraus, das Seil werde vom Deck zurückfedern und hochkommen
- In Wirklichkeit blieb das Seil niedrig, und der Hook sprang darüber hinweg
- Der Hook schnellte mit so hoher Geschwindigkeit zurück zum Flugzeug, dass das Testteam zunächst einen Defekt des hook up-swing-Beschleunigungssensors vermutete, doch die Messtechnik erwies sich als intakt
- Das Testteam in Lakehurst wiederholte roll-in arrestments bei schrittweise reduzierter Geschwindigkeit, hatte aber keinen Erfolg
- Selbst an Tagen mit Flugverbot wegen IPP-Problemen wurden Versuche bei niedriger Geschwindigkeit fortgesetzt
- Der Hook sprang weiterhin mit großer Winkelbeschleunigung nach oben, und die empfindliche Tailhook-Messtechnik wurde beschädigt
- Im August 2011 wurde noch bis spät in die Nacht an beschädigter Verkabelung gearbeitet und der Drehpositionssensor des Tailhooks wiederholt kalibriert
- Nachdem Hurricane Irene auf Lakehurst zusteuerte, kehrte das Flugzeug nach PAX zurück, und auch diese frustrierende Testphase endete
Neuauslegung und verbleibende Zuverlässigkeitsprobleme
- Eine Neuauslegung des Hooks war unvermeidlich
- Ein deutlich stärkerer hold down damper wurde eingebaut
- Ein neuer damper für den upstroke kam hinzu
- Der lateral limiter wurde verbessert
- Es wurde Messtechnik eingebaut, die nicht bei jedem Arresting beschädigt wurde
- Auch das hook shoe wurde in eine Form geändert, mit der sich ein niedrig liegendes Seil leichter greifen ließ
- Die neue Form ähnelte eher einer scoop, die das Seil aufnimmt
- Das bisherige hook profile wurde in Blau, das neue profile in Rot und das Arresting Cable in Lila dargestellt
- 2013 gab es dann Aufnahmen, in denen der Hook funktionierte, doch damit waren die Probleme nicht beendet
- Der zuständige Ingenieur hatte das F-35-Programm Mitte 2012 aus privaten Gründen verlassen und kehrte nach knapp zwei Jahren in dieselbe Aufgabe zurück, sodass er die Aufnahmen von 2013 nicht selbst sah
- Später traten weitere Probleme an dem bearing auf, in das der pitch pivot pin eingesetzt wird
- Der pin sollte mindestens 25 Arrestings überstehen, doch die pin sleeve wurde durch galling teils schon nach 1 bis 2 Einsätzen beschädigt
- Galling ist ein Verschleißphänomen, bei dem durch Reibung beim Gleiten von Metall auf Metall Material von einer Oberfläche auf die andere übertragen wird
- In diesem pin/sleeve saß außerdem ein Positionssensor, der während der Tests die Hook-Winkelposition direkt in den control room meldete, und die häufigen Wechsel verlängerten die Arbeitszeit am Tailhook von CF-03 deutlich
- Die Engineering-Arbeit in der Nachtschicht konzentrierte sich mehr auf Flugunterstützung, Problemlösung und die Vorprüfung der Messtechnik für die Tests am nächsten Tag als auf Meetings
- Tailhook-, launch bar- und landing gear-Messtechnik von CF-03 erforderten so viel Betreuung, dass oft eine Person nur für CF-03 zuständig war
- Es wurde ein Verfahren eingeführt, mit dem sich der pitch pivot pin wechseln ließ, ohne den synchro-Drehpositionssensor erneut kalibrieren zu müssen
- Eine neue Kalibrierung hätte ein neues Messtechnikprojekt und einen display check erfordert und mehrere Tage gedauert
Off-Center-Arresting 2016 und das Ende der Tests
- 2016 absolvierte CF-03 in Lakehurst die anspruchsvollsten Tailhook-Tests
- Getestet wurde mit vollständig angebrachter externer Bewaffnung, doch die AIM-9X an den äußeren Flügelstationen wurde ausgeschlossen, weil dafür Änderungen an der Flügelstruktur nötig gewesen wären
- Zu den Testzielen gehörte auch off-center arrestment
- An einem bewölkten Tag im Mai 2016 wurde versucht, ein Arresting möglichst weit abseits der centerline durchzuführen
- Der zuständige Ingenieur saß in MITS (Mobile Instrumentation/Telemetry System), einem von der Navy gebauten mobilen Mini-control room, und beobachtete Messtechnikstatus, Testaudio und Video
- Die F-35C kommt bei der Landung normalerweise mit etwa 11 bis 13 Grad angehobener Nase herein
- Bei diesem Anflug kam das Flugzeug jedoch fast flach herein und sank schnell
- Der Ruf „WAVE OFF“ des Kollegen, der am Boden als Landing Signal Officer fungierte, wurde erwartet, blieb aber aus
- Die F-35 setzte mit allen drei Rädern gleichzeitig auf, sprang von der Bahn wieder hoch und berührte die Bahn dann erneut
- Der Pilot behielt die Kontrolle, stieg wieder und funkte: „Lightning seven three is airborne, going back around“
- Die Datenauswertung zeigte, dass die Landung einer Fallhöhe von 20 Fuß für die F-35C entsprach
- Das Flugzeug setzte fast völlig flach auf, der Anstellwinkel betrug nur 2 Grad
- Ursache war eine falsch eingestellte FLOLS (Fresnel Lens Optical Landing System)
- Der Pilot glaubte, sich auf dem Gleitpfad zu befinden, tatsächlich flog er aber einen zu steilen Anflug, und der LSO bemerkte das zu spät
- Das Flugzeug wurde vom crew chief impounded, und Arbeiten daran waren untersagt, bis formale Inspektionskriterien erstellt waren
- Am nächsten Tag traf per E-Mail eine Prüfliste mit mehr als 200 Schritten ein, die allein für die Messtechnik-Hardware galt
- Auch andere Instandhalter und Ingenieure erhielten ihre jeweils dicken Prüflisten
- Die Inspektion dauerte drei Tage und ergab, dass ein neues landing gear benötigt wurde
- In Lakehurst konnte es nicht getauscht werden, doch für genau einen weiteren Start und eine weitere Landung reichte die Restlebensdauer aus, sodass das Flugzeug nach PAX zurückkehrte
- Das Programm stellte die offizielle Verfolgung von off-center arrestment und wire-only arrestment ein; damit endeten auch die Tailhook-Tests
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Ich bin der Autor. Ich hatte überhaupt nicht erwartet, dass dieser Beitrag auf HN landet; es war einfach eine geteilte Praxisgeschichte aus dem Engineering
In der Zwischenzeit konnte man die Highschool abschließen, einen Abschluss machen und sogar heiraten – so unvorstellbar lang ist der Zeitraum. Ich frage mich auch, wie man über eine so lange Zeit Kontinuität aufrechterhält. In der Software fühlt es sich so an, als würde man Projekte, die länger als sechs Monate laufen, wegwerfen und neu schreiben
Oder sind all diese Tailhooks aus gutem Grund maßgeschneidert?
Ich lese gern solche Geschichten über Engineering-Herausforderungen. Die Presse stellt solche Design-Iterationen gern als Beleg dafür dar, dass die F-35 überbewertet oder schlechter als bestehende Kampfjets sei, aber für mich sind das Innovation und neue Versuche.
Auch wenn man dabei manchmal scheitert, ist es am Ende der Prozess, der ein erstaunliches Kampfflugzeug hervorbringt. Schade ist nur, dass wir in einer Welt leben, in der neue Kampfjets nötig sind; es wäre schön, wenn man diese Zeit und Mühe in friedliche Dinge investieren könnte
Wie der Artikel gut zeigt, steckt selbst in etwas, das so simpel wirkt wie ein Haken, enorm viel Arbeit. Andere Elemente können deutlich komplizierter zu lösen sein. Wenn ich mich richtig erinnere, war auch das Integrated Power Package[1] der F-35 eine Quelle ziemlich vieler Probleme. Aber durch diese Entwicklung ließ sich das Gewicht der Zelle unter Kontrolle halten, und dadurch wurde letztlich ein überschallschneller STOVL-Kampfjet wie die F-35B möglich.
Es nervt mich jedes Mal, wenn Kommentatoren sagen: „Das ist doch dumm, macht es einfach so!“ Wenn es so einfach wäre, wäre es von Anfang an kein Problem gewesen.
Ich verstehe die Gefühle gegenüber der Realität, dass neue Kampfjets nötig sind. Zumindest kommt ein Teil dieser Engineering-Fortschritte auch zivilen Bereichen zugute. Ein gutes Beispiel ist die C-5 Galaxy: Ihre Entwicklung war schmerzhaft, führte aber zur Entwicklung des innovativen TF-39-Triebwerks, aus dem später das CF6 wurde, das lange Zeit erfolgreiche Verkehrsflugzeuge antrieb.
[1] https://www.defenseadvancement.com/feature/3-aircraft-system...
Zum Beispiel zeigte der ursprüngliche Haken mit seinem Schuh viel zu weit nach oben und konnte das Fangseil deshalb nicht greifen. Die Ingenieure entwarfen ihn auf Basis eines fehlerhaften Simulationsmodells, und das Testpersonal vor Ort wusste auf den ersten Blick, dass es nicht funktionieren würde. Ich habe sogar meiner Partnerin, die keine Ingenieurin ist, ein Foto gezeigt, und ihr erster Kommentar war: „Die Richtung stimmt nicht.“
https://the-engi-nerd.github.io/posts/welcome/images/clipboa...
Man sieht den ursprünglichen Entwurf (blau) und den überarbeiteten Entwurf (rot)
https://the-engi-nerd.github.io/posts/welcome/images/clipboa...
Ich frage mich, was damit gemeint ist, dass „das Programm offiziell beschlossen hat, Fangvorgänge außerhalb der Mittellinie und Wire-only-Fangvorgänge nicht weiter zu verfolgen“.
Heißt das, dass die F-35C nahezu mittig landen muss, um den Haken richtig einhängen zu können? Und was ist „wire only“? Benutzen nicht alle Arrested Landings auf Flugzeugträgern ausschließlich Seile?
Eine übliche Methode dafür ist, einen Fangvorgang deutlich außerhalb der Mittellinie zu versuchen. In diesem Fall wirkt die Bremskraft viel stärker auf einer Seite. Eine andere ist, dass der Haken das Seil greift, während die Räder des Flugzeugs noch über dem Deck schweben; dadurch wird das Flugzeug sehr hart aufs Deck gedrückt.
Nach diesem Vorfall war man der Ansicht, dass die Absicht des Testplans ausreichend erfüllt war.
Außerdem gab es einen Mangel an instrumentierten Flugzeugen, die Fanglandungen durchführen konnten. Das Programm hatte nur zwei, und eines davon hatte man bis an die Grenze belastet
Ich glaube, jeder Ingenieur wird einmal von defektem Testequipment erwischt, und jeder Senior Engineer wird einmal erwischt, weil er funktionierendem Testequipment nicht glaubt.
War eine unterhaltsame Lektüre
Mit Interesse gelesen, und ich freue mich auf den nächsten Beitrag. Ich war früher Harrier-Mechaniker und habe während meiner Dienstzeit von 2002 bis 2007 ständig gehört, dass ich die Wartung der F-35B lernen würde, aber natürlich ist das nie tatsächlich passiert.
Deshalb würde ich als ehemaliger Mechaniker und heutiger Ingenieur gern mehr über die Entwicklungsgeschichte hören.
Die Stelle „Ingenieure, die dem Programm Zeit und Geld sparen, allein aus purer Faulheit, weil sie kein neues XML-Format für ein Instrumentierungsprojekt erstellen wollen. So ungefähr scheint Fortschritt in der Welt zu funktionieren“ fand ich sehr nachvollziehbar.
Ich habe im Gesundheitswesen, in Fintech und in der Werbebranche gearbeitet, und in allen drei Bereichen habe ich genau dasselbe gemacht. Ich glaube, ich habe inzwischen in 20 Sprachen XML-Parser geschrieben oder debuggt, um keine Einigung auf ein neues Format herbeiführen zu müssen.
Großartiger Beitrag. Ich habe damals als frisch eingestellter Softwareingenieur an IFLOLS gearbeitet.
Seit ich die Regierung verlassen habe und bei verschiedenen Software-Startups gearbeitet habe, vermisse ich diese Art von Engineering in der realen Welt.
Neue Flugzeugträger haben ja diese schicken elektromagnetischen Katapulte; da dachte ich, man könnte doch wie bei Hybridautos Rekuperation einsetzen. Damit ließen sich die Katapult-Druckspeicher wieder aufladen und eine Menge Energie sparen.
Natürlich nur ein Scherz.
Eine interessante Randnotiz zur F-35C: Zum Zeitpunkt von Bestellung und Design gab es kein Flugzeug, das ein Ersatztriebwerk, selbst zerlegt, auf einen Flugzeugträger transportieren konnte. In die C-2 Greyhound passte es nicht, was wie ein ziemlich merkwürdiges Versäumnis wirkt.
In die CMV-22B-Variante der Osprey passt es, aber die ist derzeit gegroundet, und meines Wissens passt es auch in die CH-53K King Stallion. Solche Luftfahrzeuge gab es bis vor Kurzem allerdings nicht.
Zur Klarstellung: Ich meine nicht, dass die C-2 generell keine Ersatztriebwerke transportieren konnte, sondern dass das F-35-Triebwerk nicht hineinpasste.
Erstens gibt es CTOL-Flugzeuge, die ein Ersatztriebwerk zu einem Flugzeug bringen können. Nur geht das beim F-35-Ersatztriebwerk wegen des großen Fan-Blade-Durchmessers nicht. Die US Navy nutzte früher für solche Aufgaben die C-2 Greyhound, aber deren Rumpf war zu klein und sie wurde gerade ausgemustert. Es gab auch Überlegungen, einige ausgemusterte S-3B zu Carrier Onboard Delivery-Flugzeugen (COD) umzubauen und ihnen einen breiteren Rumpf zu geben, damit sie das F135 aufnehmen können, aber das wurde nicht weiterverfolgt. https://archive.ph/20150209193642/http://www.defensenews.com...
Zweitens gibt es viele Hubschrauber, die ein F-35-Ersatztriebwerk transportieren können, darunter den Boeing Sea Knight. https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_Vertol_CH-46_Sea_Knight Ich vermute, dass die US Navy sich wegen der relativ kurzen Reichweite nicht auf konventionelle Hubschrauber verlassen wollte.
Eine Sache ist mir aufgefallen. Nach dieser Darstellung scheint der Tailhook unter realen Bedingungen von Anfang an gar nicht funktioniert haben zu können. Der Blog sagt, das vom Hersteller verwendete Computermodell sei falsch gewesen.
Heißt das, dass die Hersteller Hardware nicht im Feld testen? Wenn ja, wäre das beängstigend.