Vì sao F-18 và A-18 được kết hợp lại thành F/A-18?

Quá trình phát triển của F-18

Northrop đã quyết định hợp tác với McDonnell Douglas như là một nhà thầu phụ trong chương trình NACF. Trong việc chế tạo F-18, 2 công ty đồng ý chia đều các bộ phận để sản xuất và McDonnell Douglas sẽ tiến hành lắp ráp chúng lại với nhau.

McDonnell Douglas sẽ chế tạo cánh chính, cánh đuôi ngang và thân trước; trong khi đó Northrop sẽ chế tạo thân giữa, thân sau và cánh đuôi đứng.

Chiếc F-18A ban đầu McDonnell Douglas gọi là mẫu 267, được thiết kế lại từ YF-17. Để hoạt động trên tàu sân bay, khung thân và móc hãm đã được tăng cường, cánh chính có thể gấp lại và càng đáp chính được làm rộng ra, lắp thiết bị hỗ trợ cất cánh trên tàu sân bay.

Một "răng chó" được thêm vào mép cánh trước để chặn sự rung động do khí đàn hồi (Aeroelastic Flutter). Cánh chính và cánh đuôi ngang được mở rộng khiến thân sau máy bay rộng hơn 102 mm.

Để đáp ứng tầm bay xa của Hải quân, McDonnell tăng lượng nhiên liệu thêm 2.020 kg, bằng cách mở rộng các cột sống lưng và thêm 363 lít nhiên liệu cho mỗi cánh, đi kèm khả năng tiếp nhiên liệu trên không.

Tất nhiên F-18A phải có hệ thống điện tử hiện đại, đáng kể nhất là radar có khả năng hỗ trợ cả không chiến và tấn công mặt đất. Hệ thống điều khiển của YF-17 được thay thế bằng kiểu fly-by-wire/ FBW kỹ thuật số với 4 module dự phòng.

Những thay đổi này làm tổng trọng lượng của máy bay tăng thêm 4.540 kg, trở thành 16.800 kg. Tất cả các yêu cầu bổ sung làm máy bay nặng hơn, có nghĩa là phải làm cánh chính lớn hơn và động cơ mạnh hơn.

General Electric đã nhận được hợp đồng vào ngày 21/11/1975 để phát triển động cơ mới từ YJ-101 sử dụng trên YF-17, động cơ mới được định danh là F404.

Kể từ khi F-18A được dự kiến sẽ thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, khối lượng công việc của phi công là mối quan tâm hàng đầu, và các kỹ sư của McDonnell Douglas phát triển một buồng lái kính hiện đại để phi công dễ dàng điều khiển máy bay và thực hiện các nhiệm vụ hơn.

F-18A có hình dạng tương tự YF-17, trong điều kiện kích thước tổng thể nó không lớn hơn nhiều, tuy nhiên nhìn kỹ ta có thể thấy thân F-18A rộng hơn hơn so với YF-17.

F-18A không còn là máy bay tiêm kích hạng nhẹ như YF-17 nữa, gốc cánh kéo dài cũng đã được mở rộng về phía trước dọc theo thân máy bay, tạo ra một đường cong khác biệt rõ ràng so với gốc cánh kéo dài của YF-17.

Quá trình thử nghiệm của F-18

Hải quân Mỹ ra lệnh chế tạo 11 máy bay tiền sản xuất để đánh giá, trong đó có 9 chiếc 1 chỗ ngồi và 2 chiếc 2 chỗ ngồi.

Ban đầu nó được lên kế hoạch sản xuất tổng cộng 780 chiếc với 3 phiên bản: máy bay tiêm kích 1 chỗ ngồi F-18A cho Hải quân và Thủy quân Lục chiến, máy bay tấn công mặt đất A-18A và máy bay huấn luyện 2 chỗ ngồi TF-18A cho Hải quân.

Chiếc F-18A tiền sản xuất đầu tiên (c/n 160775) được di chuyển ra khỏi nhà máy St.Louis của McDonnell Douglas vào ngày 13/9/1978 và chuyến bay thứ nhất được thực hiện vào ngày 18/11/1978. Người điều khiển là phi công thử nghiệm của McDonnell Douglas, John E. "Jack" Krings.

Chuyến bay kéo dài khoảng 50 phút, máy bay bay từ St.Louis, Missouri đến Springfield, Illinois và quay trở lại, đạt tốc độ tối đa 555 km/h và độ cao 7.315 m. Kring mô tả máy bay khá ổn định và niềm vui khi được điều khiển chiếc F-18A đầu tiên này.

Sau cuộc thử nghiệm bổ sung tại St.Louis, F-18A (c/n 160775) đã trải qua một chế độ bay thử nghiệm tại Trung tâm thử nghiệm Hàng không Hải quân (Naval Air Test Center/NATC) ở Patuxent River Center vào tháng 1/1979, kéo dài đến tháng 10/1982.

Nguyên mẫu F-18A thứ 2 (c/n 160776) bay lần đầu tiên vào ngày 12/3/1979 và mẫu thử nghiệm cuối cùng số 11 (c/n 160785) thực hiện chuyến bay vào tháng 3/1980.

Không giống như chương trình thử nghiệm và phát triển của các loại máy bay khác trong thời điểm ấy, gần như tất cả các chương trình thử nghiệm của Hornet đều được tiến hành tại Patuxent River. Một số vấn đề cần giải quyết trên F-18A chính là tầm hoạt động và tốc độ quay vòng (roll rate).

Trong một cuộc thử nghiệm ở độ cao 3.048 m, tốc độ quay vòng là 185 độ/giây ở tốc độ Mach 0,7; 160 độ/giây ở Mach 0,8 và 100 độ/giây ở Mach 0,9. Tốc độ quay vòng càng giảm khi độ cao càng lớn và khi máy bay gần với tốc độ âm thanh.

Sau khi phân tích, lý do khiến tốc độ quay vòng giảm có 2 nguyên nhân: vì phần cánh bên ngoài bị cong khi hoạt động với lực quá tải cao và do đầu cánh lắp tên lửa AIM-9 Sidewinder làm giảm tỷ lệ tốc độ quay vòng của máy bay.

Nguyên nhân đầu tiên được giải quyết bằng cách gia cố lại các xà dọc của cánh và loại bỏ “răng chó” trên mép cánh tà trước. Cánh liệng được kéo dài ra tận đầu cánh để tăng độ lệch cho máy bay khi rẽ và quay vòng. Cánh tà trước hoạt động độc lập.

Lớp vỏ ngoài cũng được làm dày hơn để tăng độ cứng cho cánh chính và giảm việc lớp ngoài bị uốn cong do tác động khi chịu lực quá tải. Còn nguyên nhân thứ 2, mũi giá treo tên lửa AIM-9 Sidewinder được làm lệch xuống dưới khoảng 5 độ và di chuyển về phía trước thêm 12,7 cm.

Sau cải tiến, tốc độ quay vòng đã tăng lên đáng kể lên 220 độ/giây, mặc dù vẫn còn thấp hơn so với tiêu chuẩn 228 độ/giây do Hải quân đưa ra. Nguyên mẫu F-18A thứ 8 (c/n-160783) nhận bộ cánh chính mới và các máy bay sản xuất sau này đều áp dụng cải tiến trên, làm trọng lượng tăng thêm 64,4 kg.

Liên quan đến vấn đề tốc độ quay vòng là thời gian máy bay tăng tốc từ Mach 0,8 đến Mach 1,6. Ở độ cao hơn 10 km, Hornet mất 180 giây để tăng tốc, lâu hơn 110 giây do McDonnell Douglas đưa ra trước đó và thậm chí chậm hơn thời gian tăng tốc 120 giây của F-4.

Thay đổi với hệ thống kiểm soát bay dẫn đến thời gian tăng tốc dưới 120 giây, mặc dù không đạt được yêu cầu mong muốn của Hải quân là 80 giây.

Vấn đề tầm hoạt động thì khó khăn hơn để khắc phục và đến ngày nay vẫn chưa giải quyết được triệt để. Hornet khi sử dụng đã hụt 12% về tầm hoạt động so với yêu cầu kỹ thuật đặt ra trước đó.

Yêu cầu của Hải quân về tầm hoạt động đối với F-18A là 1.650 km còn A-18A là 2.400 km. Trên thực tế khi thử nghiệm ở các nguyên mẫu thì lần lượt là 1.400 km và 2.100 km. Nguyên nhân một phần là vì máy bay nặng hơn nên tầm hoạt động thấp hơn và còn một số liên quan đến thiết kế.

Cánh tà trước hay hạ xuống 2 - 3 độ khi bay và các khe hở ở gốc cánh kéo dài làm tăng lực cản không khí. Thay đổi hệ thống kiểm soát bay, đưa cánh tà trước về 0, khe hở ở gốc cánh kéo dài được làm kín lại trừ 1 khe nhỏ phía sau buồng lái để phân tán dòng khí nhiễu động phát ra từ thân ra khỏi cửa hút khí.

Sau những cải tiến, người ta nhận ra rằng chỉ cần 1 máy bay để thực hiện nhiều vai trò khác nhau. Do đó A-18A và F-18A được kết hợp vào 1 nguyên mẫu duy nhất có tên gọi F/A-18A, còn máy bay huấn luyện TF-18A đổi tên thành F/A-18B.

VFMA-314 “Black Knight” của Thủy quân Lục chiến Mỹ là phi đội đầu tiên được trang bị F/A-18A vào ngày 7/1/1983. Tên gọi F/A-18 được chính thức định danh vào ngày 1/4/1984.

(Còn tiếp)