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Lockheed Martin F-22A Raptor

Luftüberlegenheitsjäger der 5. Generation mit Tarnkappenfähigkeit und 2D-Vektorsteuerung

Die Lockheed Martin F-22A Raptor (= Greifvogel) ist der weltweit erste Tarnkappenjäger. Seine Radar-, Waffenkontroll- und elektronische Kriegsführungssysteme arbeiten als eine integrierte Einheit zusammen. Der Raptor kombiniert Tarnung, Manövrierfähigkeit und die Fähigkeit, lange Strecken mit Überschallgeschwindigkeit ohne Nachbrenner – „Supercruise“ – in der Leistung von Luftüberlegenheit und Luft-Boden-Missionen zu fliegen. Außerdem erfordert die F-22A Raptor weniger Wartung als ältere Jäger.

1981 benötigte die US Air Force einen neuen Luftüberlegenheitsjäger, der die Vorteile neuer Technologien im Kampfflugzeugdesign nutzen würde, darunter Verbundwerkstoffe, leichte Legierungen, fortschrittliche Flugsteuerungssysteme, Antriebssysteme mit höherer Leistung und Stealth-Technologie. Die F-22 von Lockheed Martin / Boeing gewann den Designwettbewerb im April 1991 gegen die Northrop / McDonnell Douglas YF-23A Black Widow II. Die Einführungszeremonie für die erste F-22 Raptor fand im April 1997 statt.

Der Raptor schloss seine erste Betriebs- und Testbewertung im Jahr 2004 erfolgreich ab, und das Programm erhielt die Genehmigung für die Produktion in voller Höhe. Im Dezember 2005 wurden einsatzfähige Flugzeuge als F-22A bezeichnet.

Die Produktion der F-22A ist eine Partnerschaft zwischen Lockheed Martin, Boeing und Pratt & Whitney. Boeing baut die Flügel und den Achterrumpf des Raptor; die Triebwerke kommen von Pratt & Whitney, Lockheed Martin baut den vorderen Rumpf und montiert die Untersektionen in Marietta, Georgia.

Am 12. Mai 2005 erreichte das Raptor-Programm einen historischen Meilenstein mit der Auslieferung des ersten kampffähigen Raptors an das 27th Fighter Squadron, 1st Fighter Wing, auf der Langley Air Force Base, Virginia. Im Januar 2006 flog das 27th Fighter Squadron die erste operative Mission mit der F-22 zur Unterstützung der Operation Noble Eagle (der offizielle Name für die Verteidigung der US-Grenzen).

Von Anfang an übertraf die F-22A die Erwartungen der USAF und erwies sich bei Übungen und Einsätzen gegenüber jedem Gegner mehr als gewachsen.

Während der realistischen Übung Northern Edge 2006 bewies sich die F-22 in simulierten Gefechten gegen bis zu 40 „feindliche Flugzeuge“. Die Raptor-Piloten erreichten gegen die besten „Gegner“ von McDonnell Douglas F-15 Eagle, Lockheed Martin F-16 Fighting Falcon und McDonnell Douglas F/A-18 Hornet ein „Kill“-Verhältnis von 108 zu null. Die F-22A bewies auch, dass sie feindliche Boden-Luft-Raketen vermeiden und zerstören konnte und verzeichnete eine beeindruckende Missionsfähigkeitsrate von 97 Prozent.

Die National Aeronautic Association (NAA) verlieh dem von Lockheed Martin Corp. geführten F-22 Raptor-Flugzeugteam unter besonderer Berücksichtigung der Leistung des Raptor-Flugzeugs in Northern Edge die Robert J. Collier Trophy 2006, die als Amerikas prestigeträchtigste Auszeichnung für Luft- und Raumfahrtentwicklung gilt. Die Ehrung betraf den Entwurf, das Testen und den Betrieb des Raptor. Zu den Teammitgliedern gehörten die Firmen Lockheed Martin, Boeing, Pratt & Whitney, Northrop Grumman, Raytheon und BAE Systems. Dieses erstaunliche Flugzeug wurde als „das effizienteste und effektivste Jagdflugzeug der Geschichte durch außergewöhnliche Leistung und herausragende Sicherheitsmerkmale“ beschrieben.

Das ausgestellte Flugzeug (S/N 91-4003) war eine von neun Lockheed Martin F-22 Raptor, die für Engineering, Manufacture and Development (EMD)-Tests gebaut wurden und am 22. Mai 1999 vom Fließband von Lockheed Martin in Georgia lief. Beim 412. Testgeschwader auf der Edwards Air Force Base, Kalifornien, absolvierte das Flugzeug am 6. März 2000 seinen Erstflug. Nach Abschluss der Testphase kam dieses Flugzeug im Januar 2007 ins Museum, – zuletzt geflogen beim 1st Fighter Wing auf der Langley Air Force Base, Virginia.

Typ:	Luftbüberlegenheitsjäger
Besatzung	1 Pilot
Länge:	18,87 m
Höhe	5,08 m
Flügelspannweite:	13,56 m
Flügelfläche:	78 m²
Seitenleitwerk	16,5 m²
Höhenruder	12,6 m²
Flügelstreckung:	2.35
Tragflächenbelastung:	ca. 350 kg/m² max.
Leergewicht:	19.700 kg
max. Startgewicht:	etwa 30.000 kg

Treibstoffkapazität:	intern ca. 9.000 kg, extern 7.200 kg in 4 Abwurftanks
G-Belastung:	+9 / -3
Höchstgeschwindigkeit:	2.783 km/h in 19.810 m Höhe (Mach 2,25)
auf Meereshöhe	2.226 km/h (Mach 1,8)
Marschgeschwindigkeit:	2.226 km/h (ohne Nachbrenner auf opt. Höhe)
Dienstgipfelhöhe:	ca. 19.800 m
Einsatzradius:	1.480 km
Überführungsreichweite:	über 2.980 km mit zwei Abwurftanks
Triebwerk:	2 x Pratt & Whitney F119-PW-100-Turbofans
Art:	Turbofans
Schubleistung:	2 x ca. 116 kN ohne Nachbrenner:
.	2 x 155 kN mit Nachbrenner

Cockpit:

Das Cockpit selbst ist verhältnismäßig geräumig. Die Cockpithaube ist aus einem einzigen Stück gefertigt und wiegt etwa 163 kg. Sie ist 1,9 cm dick, besteht aus Polycarbonat und schützt den Piloten vor Blitzen und Vogelschlag bei Geschwindigkeiten von bis zu 830 km/h. Die Haube des Cockpits bietet eine gute Rundumsicht und benötigt keine zusätzliche Einfassung wie bei konventionellen Kampfflugzeugen. Darüber hinaus ist sie mit einer speziellen Beschichtung versehen, die das Eindringen von Radarstrahlen verhindert und somit zum äußerst geringen Radarquerschnitt der F-22 beiträgt.

Die F-22 ferfügt über 4 große multifunktionale Glasdisplays, auf denen alle relevanten Daten angezeigt werden. Analoge Anzeigen sind im Cockpit praktisch nicht mehr vorhanden. Der zentrale Bildschirm misst 20,3 cm im Quadrat, die drei anderen 15,9 cm im Quadrat. Im oberen Teil der Armaturen sind 2 weitere LCD-Bildschirme mit den Maßen 7,6 cm × 10,2 cm angebracht, auf denen unter anderem die klassischen Fluginstrumente zu sehen sind. Diese Bildschirme sind mit der Notfallstromversorgung verbunden. Zur Beleuchtung dienen Elektrolumineszenzpaneele, die eine gleichmäßige indirekte Beleuchtung des Cockpits ermöglichen. Das Beleuchtungsschema passt sich automatisch der Umgebung an, um dem Piloten einen höheren Komfort zu bieten und die Effizienz von Nachtsichtgeräten zu erhöhen. Über den Armaturen befindet sich das 11,4 cm hohe Head-Up-Display mit einem Blickfeld von 25° bis 30°.

Der Pilotenhelm vom Typ HGU-86/P bietet ebenfalls ein gesteigertes Maß an Komfort. Er ist etwa 30% leichter als gegenwärtig verwendete Modelle und besitzt sowohl eine passive als auch aktive Nebengeräuschunterdrückung. Auf der linken Seite des Cockpit ist der Schubhebel zu finden, auf der rechten Seite der Sidestick.

Ein spezieller Anzug soll außerdem im Falle einer Notwasserung die Gefahr von Unterkühlung durch kaltes Wasser reduzieren. Der Schleudersitz basiert auf dem gebräuchlichen ACES-II-Modell von McDonnell Douglas, wobei jedoch einige Verbesserungen vorgenommen wurden, wie zum Beispiel eine größere Sauerstoffflasche, die auf Grund der großen Flughöhe der F-22 bei einem Ausstieg nötig ist.

Triebwerke: Pratt & Whitney YF119-PW-100L Turbofan

In den 1980er Jahren entwickelte Pratt & Whitney, eine Einheit der United Technologies Corp., das Prototyp-Triebwerk YF119, um die Anforderungen der USAF und der US-Marine für das Advanced Tactical Fighter Demonstrationsprogramm zu erfüllen. 1990 flog das Triebwerk sowohl im Lockheed-Boeing-General Dynamics YF-22 als auch beim Wettbewerbsgegner Northrop-McDonnell Douglas YF-23 Prototypen.

Um den Wartungsaufwand zu reduzieren, hat Pratt & Whitney den Motor so konstruiert, dass er im Vergleich zu den damals aktuellen betriebsfähigen Motoren 40 Prozent weniger Teile verwendet. Das YF119-Triebwerk ermöglicht den Überschallflug des Flugzeugs ohne Verwendung des Nachbrenners, was zu Kraftstoffeinsparungen und einer erhöhten Reichweite und Kampfeffektivität führt. Im April 1991 wählte die USAF das F119-Triebwerk für den Lockheed Martin F-22A Raptor, Advanced Tactical Fighter.

Das Pratt & Whitney F119-100 ist ein Turbofantriebwerk mit Nachbrenner, das also speziell für die Lockheed-Martin F-22 Raptor entwickelt wurde. Es verfügt über eine 2D-Schubvektorsteuerung zur Erhöhung der Wendigkeit und besitzt außerdem Supercruise-Fähigkeit. Als Supercruise bezeichnet man die Fähigkeit eines Flugzeugs, ohne Nachbrenner dauerhaft schneller als der Schall zu fliegen. Das Triebwerk entwickelt unter Einsatz des Nachbrenners jeweils einen Schub von 156 kN, wodurch das Flugzeug eine Geschwindigkeit von 2.681 km/h (Mach 2,25) erreicht.

Durch die integrierte Schubvektorsteuerung konnte zum einen die Wendigkeit der Maschine wesentlich erhöht werden, zum anderen verringert deren spezielle Konstruktion die Infrarot- und Radarsignatur gegenüber konventionellen Triebwerken. Die Schubvektordüsen können um bis zu 20° nach oben oder unten ausgelenkt werden, wobei ein kompletter Durchgang von +20° auf −-20° eine Sekunde dauert. Außerdem sind die Düsen mit diversen Materialien beschichtet, welche die Abstrahlung von IR-Energie verringern.

Das Triebwerk selbst beginnt mit einem 3-stufigen Fan, gefolgt von einem 6-stufigen Verdichter, der gegenläufig rotiert. Die Brennkammer verfügt über einige neue Technologien, welche zu einem nahezu rauchfreien Abgasstrahl führen. Jedes Triebwerk treibt auch eine Turbine an, die elektrische Leistung erzeugt. Ferner wurde eine neuartige Titanlegierung verwendet, die gegenüber früheren Legierungen erheblich hitzebeständiger ist.

Bewaffnung:

Eine 20-mm-M-61A2-Vulcan-Kanone mit 480 Schuss

interne seitliche Waffenschächte: zwei AIM-9 Sidewinder Infrarot-Raketen

interne Hauptwaffenschächte: entweder sechs AIM-12
Radarlenkflugkörper (Luft-Luft-Ladeout) oder zwei AIM-120C-Raketen und
zwei 1.000-Pfund-GBU-32-JDAMs (Luft-Boden-Ladeout) tragen.

Die Mündung der Kanone ist während des Marschfluges durch eine kleine Klappe verschlossen, um den Radarquerschnitt der Maschine nicht zu vergrößern.

Die schweren Waffen werden vorwiegend in den 4 internen Waffenschächten der F-22 untergebracht, um die Stealtheigenschaften der Maschine nicht zu verringern. So verschlechtert das Anbringen der Außenbewaffnung auch nicht die Aerodynamik der Maschine, so dass diese ihre Manövrierbarkeit, Geschwindigkeit und Reichweite beibehalten kann. Aufgrund des geringen Platzangebotes kann allerdings nur eine begrenzte Anzahl an Waffen intern mitgeführt werden.

Die Luft-Luft-Lenkwaffen werden durch starke hydraulische Starter mit hoher Kraft aus den Schächten gestoßen, wodurch die Öffnungszeit der Klappen auf wenige Sekunden begrenzt wird. Dies ist insofern wichtig, da offene Waffenschächte den Radarquerschnitt der Maschine erhöhen würden.

Ferner sind 4 weitere externe Waffenstationen optional möglich. An jeder können jeweils zwei Luft-Luft-Raketen oder ein Abwurftank befestigt werden. Allerdings wird durch die Verwendung von externen Lasten der Radarquerschnitt der F-22 erhöht sowie die Aerodynamik verschlechtert und die Reichweite reduziert.

Die Materialen der Konstruktion:

Die Flugzelle wurde zu 40% aus Titan gefertigt, das vor allem bei der Grundstruktur und im Triebwerksbereich zum Einsatz kommt. Die Oberfläche besteht aus Duroplast-Materialien, wie Kohlefaser, Bor, Aramidfaser und Glasfaser. Aluminium wird vorwiegend im Cockpitbereich verwendet. Beim Fahrwerk wird Stahl verwendet, sowie einige nicht näher beschriebene Materialien. Zur Erhöhung der Sicherheit ist ein Feuerlöschsystem vorhanden, das Feuer durch Infrarot- und Ultraviolett-Sensoren erkennen kann. Alle Treibstofftanks verfügen des Weiteren über ein System, das entzündliche Gase mit Stickstoff unschädlich macht, was die Explosionsgefahr bei Treffern durch Projektile oder Splitter reduziert.

Defination der Stealth-Technologie: Tarnkappentechnik

Die Flugzelle der F-22 ist darauf ausgelegt, Stealth-Eigenschaften mit hoher Wendigkeit zu verbinden. Die Tarnkappenfähigkeit der Maschien wird durch vielfältige konstruktive Besonderheiten errreicht. So weist die Flugzeugform keinen einzigen Winkel auf, der hohen Radarquerschnitt erzeugen würden. Die planen Flächen des Seitenleitwerks sind in V-Stellung angewinkelt, um seitliche Anpeilungen in eine andere Richtung zu lenken.

Rohrförmige Flächen wurden ebenfalls vermieden, da sich diese ebenfalls ungünstig auf die Stealth-Eigenschaften auswirken. So ist die Nase der Maschine – im Gegensatz zu konventionellen Flugzeugen – nicht exakt rund oder oval. Hier wurden Krümmungen gestaltet, die fortlaufend ihren Krümmungsgrad ändern und so die Radarreflexionen besser streuen.

Die gesamte Oberfläche weist keine unnötigen Spalten oder Erhöhungen auf, da diese ebenfalls deutliche Radarechos erzeugen würden. Externe Bewaffnung eines Kampfflugzeuges erzeugt ebenfalls ein Radarecho, weshalb diese bei der F-22 intern untergebracht sind. Die Klappen für Fahrwerk und Waffenschächte wurden an den Kanten mit „Sägezahnmustern“ versehen, da diese die reflektierten Radarstrahlungen besser streuen. Zum Abwurf der internen Waffen werden die Klappen sehr schnell geöffnet und sofort wieder geschlossen, weil das Flugzeug in dieser Flugphase geortet werden kann. Dazu werden die Raketen schnell mit hohem Druck von der Maschine weggedrückt. Der Vorgang des Waffenabwurfs dauert nur wenige Sekunden.

Bei der F-22 liegen auch die Triebwerke tief im Flugzeuginneren, wo sie vor Radarstrahlung vollständig geschützt sind. Die Triebwerksschaueln sind von vorne kaum zu sehen, bzw. anzupeilen. Durch konstruktive Maßnahmen wird die Abgabe von Wärmestrahlung der Triebwerke vermindert. Von außen sichtbar sind die rechteckigen Triebwerksauslässe. Diese Form führt zu einer schnelleren Durchmischung des Abgasstrahls mit der Umgebungsluft. Somit wird die Ortung durch Infrarotgesteuerte Waffen erschwert. Außerdem wurde ein spezieller Anstrich aufgebracht, der die abgestrahlten Emissionen in einen Frequenzbereich verlagert, der von gegenwärtig eingesetzten Sensoren kaum genutzt wird.

Über die Zusammensetzung der verwendeten radarabsorbierenden Anstrichfarben ist wenig bekannt. Die Materialien müssen regelmäßig gewartet werden, da sie mehr auf hohe Absorptionsleistungen und große Bandbreiten als auf Beständigkeit ausgelegt sind. Gleichwohl müssen die sie hohe Temperaturschwankungen und intensive Luftreibung bei Überschallgeschwindigkeit verkraften können. Ein militärischer Tarnanstrich soll die Erkennung durch menschliche Beobachter erschweren.

Die Form der Cockpithaube senkt durch ihren Aufbau ebenfalls den Radarquerschnitt. Sollbruchkanten – wie sonst üblich – sind hier nicht eingearbeitet. Des Weiteren sind alle nötigen Antennen in den Flügelkanten oder sehr flach in der Oberfläche integriert, um unnötige Reflexionen durch herausragenden Elementen zu vermeiden.

Kritik am Projekt:

Die Kritiker argumentieren, dass die F-22 für die Erfordernisse der heutigen asymmetrischen Kriegführung überdimensioniert sei und die geringe interne Waffenlast den Einsatz als Mehrzweckkampfflugzeug einschränke. Somit handele es sich bei der F-22 um ein Jagdflugzeug ohne real existierenden Gegner, weil Luftüberlegenheitsjäger grundsätzlich für asymmetrische Konflikte, bei denen keine feindliche Luftwaffe vorhanden ist, ungeeignet sind. Obwohl die US-Luftwaffe die F-22 am 15. Dezember 2005 offiziell in Dienst stellte, absolvierte sie bisher noch keine Einsätze im Irak oder Afghanistan (Stand 2010). Deshalb stelle sich die Kosten-Nutzen-Frage angesichts knapper Haushaltsmittel von selbst. Da die neuartigen Kampfflugzeuge – trotz des Interesses von Israel, Japan und Australien – nicht vom US-Senat für den Export freigegeben sind, wurde die Produktion nach 187 Maschinen Ende 2011 eingestellt.