Najdziwniejsze maszyny latające, część I

Pojawiły się inne układy, chociażby kaczki (czyli statecznik poziomy z przodu), bezogonowce (bez statecznika poziomego, za to z płatem sięgającym aż do końca kadłuba), samoloty dwuogonowe (z centralną gondolą załogową) – ale te miały swoje lepsze i gorsze chwile, na dobrą sprawę trudno je już dziś nazwać dziwadłami. Zresztą, czy dziwadłem nie może być samolot z pozoru całkiem normalny?

#1. Wyjątkowo paskudny kos

Głównym samolotem torpedowym brytyjskiego RFC w I wojnie światowej był Sopwith Cuckoo. Samolot bardzo udany, miał jednak wadę: niewielki udźwig pozwalający na zabranie jedynie lekkiej torpedy kalibru 450 mm, niezdolnej do zadania poważnych uszkodzeń nowoczesnym dużym okrętom. Potrzeba nowej konstrukcji, zabierającej standardową torpedę 533 mm, stała się w tym kontekście oczywista.

Sopwith Cuckoo

Do konkursu stanęły firmy Short i Blackburn. Druga z nich zaproponowała duży jednomiejscowy dwupłat, w jak najbardziej klasycznym układzie, ale... moim (i, jak wiem, nie tylko moim) zdaniem wyjątkowo paskudny. Nazywał się Blackburd (szkocka pisownia Blackbird (kos)). Prosty skrzyniowy kadłub o praktycznie identycznym przekroju na całej długości, w połączeniu z analogicznie prostokątnymi skrzydłami (miało to uprościć masową produkcję, skoro prawie wszystkie wręgi i żebra były identyczne i można było je produkować wręcz na zapas) wyglądał po prostu obrzydliwie.

Pierwszy prototyp Blackburda. Urodą nie grzeszy

Do tego samolot miał startować z lotniskowca „normalnie”, na kołach, po czym odrzucać oś z kołami (bo torpeda by o nią zahaczała) i lądować na płozach, do których oś z kołami przed startem przyczepiano.

Blackburn Blackburd z torpedą...

...i konkurencyjny Short Shirl na próbach

Na próbach wyszło, że sterowność samolotu jest problematyczna i w dwóch dalszych prototypach powiększono stery. Jednak maszyna i tak odpadła; konkurent (Short Shirl) nie był wiele lepszy i tymczasowo powrócono do sprawdzonego Cuckoo.

#2. Odkrywczy pożar

W tekstach o wczesnych samolotach myśliwskich wspomniałem o rumuńskim inżynierze Constantinesco, konstruktorze wygodnego synchronizatora hydraulicznego dla karabinów strzelających przez śmigło. Biorąc pod uwagę stereotypy dotyczące Rumunów – może się zdziwicie, ale nie był on jedynym tej narodowości, który zapisał się w pionierskim okresie lotnictwa.

Henri Coandă, bo o nim tu mowa, już w okolicach czasowych pierwszego przelotu nad kanałem La Manche zastanowił się, czy na pewno silnik musi napędzać śmigło, którego ciąg (tak, umownie biorąc) w znacznym stopniu się marnuje, napotykając przekrój kadłuba. Pomyślał i skonstruował samolot, gdzie silnik napędzał sprężarkę, ta tłoczyła powietrze do komór spalania, gdzie podawano paliwo, a gazy spalinowe wylatywały przez dysze przyśpieszające je na tyle, że mogły uciągnąć samolot. I – tak – w roku 1910 powstał pierwszy samolot odrzutowy na świecie.

Prototyp odrzutowca Coanda

Próby jednak się nie powiodły, samolot wprawdzie nabrał prędkości i oderwał się od ziemi, ale niezbędne „przygazowanie” spowodowało, że z dysz trysnęły płomienie, przykleiły się do burt, samolot zapalił się i próbę należało niezwłocznie przerwać. Coandă po tym incydencie zarzucił prace nad odrzutowcami, ale produkował się jeszcze z powodzeniem w brytyjskiej firmie Bristol. Zarazem odkryto efekt nazwany efektem Coanda – przyklejaniem się strug gazu bądź cieczy do opływanych przezeń powierzchni, opisano także warstwę graniczną, zwaną do niedawna przyścienną (https://pl.wikipedia.org/wiki/Warstwa_graniczna_(mechanika_płynów) ).

Zauważcie, że wloty powietrza współczesnych odrzutowców są wyraźnie oddalone od powierzchni, do których są przyczepione – chociażby gardziele F-16; ponadto opór generowany przez warstwę graniczną rośnie razem z szorstkością powierzchni, nawet głęboko matowa farba może istotnie popsuć właściwości lotne maszyny.

Współczesna replika maszyny

Efekt Coanda możecie zaobserwować również w domu, dotykając powoli wypukłą powierzchnią np. łyżki do nie za silnego strumienia wody z kranu. Zakręci.

To akurat MiG-23, ale też widać odsunięcie wlotów powietrza (czy też, precyzyjnie rzecz biorąc, na tym zdjęciu - lewego) od kadłuba, dla zapewnienia jednorodności strumienia zasysanego powietrza

#3. Połamaniec

Przed II wojną światową i na jej początku rozpoznanie taktyczne prowadziły w większości maszyny powolne, zwykle dwumiejscowe górno- lub dwupłaty, bezpośredni spadkobiercy koncepcji pierwszowojennej. Działania wojenne wykazały jednak ich wielką podatność na ostrzał z ziemi i ataki myśliwców, stąd postanowiono budować samoloty szybsze i potrafiące się lepiej obronić. Ważna była też dobra widoczność z kabiny we wszystkich kierunkach (w końcu chodzi o dokładne rozeznanie pola walki!) i pola ostrzału dla strzelców.

Standardowy niemiecki "zwiadowca" początku II wojny światowej - Henschel Hs 126

W Niemczech zadania podjęły się dwie firmy. Focke-Wulf zaproponował dwubelkowy, dwusilnikowy dolnopłat, z centralną, silnie przeszkloną gondolą dla trzyosobowej załogi. Konkurent, Blohm und Voss, przedstawił... właściwie połówkę maszyny konkurencji. To znaczy – płat, na którym osadzono silnie przeszkloną gondolę dla trzyosobowej załogi i belkę, zakończoną z przodu silnikiem, z tyłu usterzeniem. Obok siebie. Plusem tej konwencji była świetna widoczność we wszystkich kierunkach, oprócz widoku w lewo (dla porównania – dwubelkowy konkurent, Fw 189, miał pogorszoną widoczność na oba boki; to samo dotyczyło strzelców, przy czym pole ostrzału do tyłu psuł też statecznik poziomy), i fakt zapotrzebowania na jeden silnik zamiast dwóch. Minusem – naprawdę nienormalny wygląd.

Blohm und Voss Bv 141 na lotnisku

Samolot miał ponoć naprawdę niezłe walory pilotażowe (moment pędu równoważyło po części niesymetryczne rozłożenie modułów na płacie, po części zaklinowanie statecznika pionowego w bok od osi belki), ale załogi po prostu nie miały do niego zaufania, i produkcję bardzo wcześnie zakończono na korzyść Focke-Wulfa.

Mniej radykalny Focke-Wulf Fw 189

Zbudowano łącznie 12 egzemplarzy w dwóch wersjach, różniących się silnikami i szczegółami konstrukcji związanymi z mocą silnika. Do jednostek liniowych nie trafiły.

...ale tak od razu nie spadały.

#4. Beczka włoskiej oliwy...

Doświadczenia aerodynamiczne dwudziestolecia międzywojennego wykazały, że, gdy sprężyć powietrze w przedniej części przewodu o przekroju zwężającym się do około 1/4 - 1/3 długości (dysza Venturiego - taka "jakby" klepsydra - zwężona nie w połowie długości; profil ścianek przewodu przypominał profil płata nośnego, a zwłaszcza jego górnej powierzchni), za zwężeniem zostanie ono znacznie przyśpieszone. Badania tego typu doprowadziły do rozwoju przepływowych silników odrzutowych, od pulsacyjnych stosowanych masowo chociażby w bombach V-1, przez turboodrzutowe jedno- i dwuprzepływowe, do strumieniowych i kombinowanych, jak w SR-71 Blackbird. A i właściwa geometria dyszy jest nie do przecenienia w silnikach rakietowych.

Tunel, śmigło i dodatki

Ale jak tu próbować aerodynamikę, gdy jeszcze nie opracowano technologicznie działającego systemu? Włosi pomyśleli i skonstruowali po prostu latający tunel o przekroju jw., w środku którego zamontowano kadłub z silnikiem tłokowym (rzędowym, chłodzonym powietrzem), napędzającym tradycyjne dwułopatowe śmigło (średnicy odrobinę mniejszej od średnicy tunelu). Porównując z tradycyjnym silnikiem odrzutowym – śmigło służyło za sprężarkę, tylna część kadłuba – za dyszę wylotową, a rolę zespołu komór spalania i turbiny spełniał silnik tłokowy; porównanie z napędem Coandy jest zbliżone, zespół śmigło-silnik odpowiadał turbinie. Całą resztę, czyli skrzydła, usterzenie, kabiny itd. umieszczono na zewnątrz drewnianej „beczki”. W szczególności stery ogonowe znalazły się w wylocie tunelu, co znacznie zwiększyło ich sprawność.

Stipa-Caproni w locie

Loty próbne wykazały istotne zwiększenie wydajności śmigła, zarazem przekrój beczki zwiększał siłę nośną, co zaowocowało bardzo niską prędkością lądowania i świetnym wznoszeniem. Jednocześnie jednak konstrukcja dawała silny opór, co znacząco zmniejszało prędkość maksymalną.

Samolot miał być jedynie punktem wyjścia do wielosilnikowych maszyn ze śmigłami otunelowanymi, zwłaszcza konstrukcji o układzie „latającego skrzydła”, gdzie opory tuneli nie byłyby tak istotne. Do tego nie doszło, ale doświadczenia wykorzystano w pierwszym włoskim samolocie odrzutowym Caproni-Campini N.1 (o technologii napędu analogicznej, jak w samolocie Coanda...) z roku 1940.

Caproni-Campini N.1 podczas prób

#5. ...i amerykańskiego ale

W tym punkcie zacznę jednak od bardzo rozbudowanej dygresji.

Jeszcze przed I wojną światową zaczęła się w Europie rywalizacja na osiągi samolotów, w tym na prędkość maksymalną. Wyścigówki musiały mieć możliwie małą masę i stawiać możliwie mały opór, czyli wszystko, co nie było silnikiem, ulegało maksymalnej redukcji. Nie chcę tu zanadto rozwlekać tematu, wspomnę więc tylko o szczególnie ważnej sprawie: w cieniutkich i po prostu małych (bo lekkich i nie dających dużych oporów) skrzydłach nie było mowy o jakiejkolwiek mechanizacji, siła nośna była niewielka (bo i po co), zatem prędkości lądowania – bardzo duże; samoloty były mało sterowne, zagrożenie śmiertelnymi wypadkami podczas lądowania wysokie – stąd pomysł, by zawody rozgrywać na wodzie. Wprawdzie uderzenie w taflę wody było niewiele bezpieczniejsze, jednak przynajmniej odpadało ryzyko pożaru.

Zawody o puchar Schneidera, bo tak nazwano cykliczną imprezę, rozgrywano od roku 1913. Pomimo potężnych oporów stawianych przez pływaki osiągi rosły do prędkości... znacznie przewyższających prędkości samolotów myśliwskich budowanych w oparciu o maszyny rekordowe. Dość powiedzieć, że ustalono – w roku 1934! – do dziś niepobity rekord prędkości wodnosamolotu o napędzie tłokowym: 709, 21 km/h.

Rekordowy Macchi-Castoldi MC.72

Dla porównania, jeden z protoplastów Spitrfire'a - Supermarine S.6A

Seryjne myśliwce (tłokowe) zbliżyły się do tych wartości blisko 10 lat później, a i to głównie „dzięki” wojnie...

Czemu tak? Przecież powstał rekordowy Me 209, na którym osiągnięto w roku 1938 prędkość 755,14 km/h? Tak, ale próby przystosowania go do roli myśliwca (więcej paliwa, ulepszenie chłodzenia, opancerzenie, uzbrojenie) zredukowały osiągi na tyle, że już produkowany Bf 109E był lepszy i cała masa prac projektowych nadawała się do kosza.

Rekordowy Me 209V1

No, ale wróćmy do tematu. Amerykanie, którzy też w swoim czasie bili w zawodach Schneidera rekordy na wodzie, chyba niekoniecznie pomyśleli, dlaczego zrezygnowano wtedy z zawodów na lądzie. W roku 1932 w zakładach braci Granville w Massachusetts powstał wyścigowy samolot R-1, zwany Gee Bee. Schemat się powtórzył: mocny (535 KM) silnik okryty szerokim pierścieniem poprawiającym chłodzenie, opływowy kadłub, malutka kabina nie zapewniająca widoczności, małe skrzydełka i stery. Pomimo zupełnie innych założeń maszyna też przypominała beczkę.

Granville R-1

W roku 1932 ustanowiono na niej rekord prędkości dla samolotów lądowych – 473,8 km/h (gdy rok wcześniej wodnosamolot Supermarine S.6B w zawodach Schneidera osiągnął 547,63 km/h, co też wskazuje, jak trudno było przełożyć osiągi maszyn rekordowych na lepsze wyniki samolotów seryjnych). Maszyna miała wszystkie wady ówczesnych wyścigówek, większość egzemplarzy zostało rozbitych w wypadkach (nie doszukałem się, czy egzemplarz prezentowany obecnie w muzeum jest oryginałem, czy repliką).

Gee Bee bez skóry

Podsumowując: skoro już tak istotne są duże prędkości, lepiej konstruować mocniejsze i pewniejsze silniki (czy też raczej – systemy napędowe), niż pozbawiać samoloty elementów ułatwiających pilotaż i zwiększających bezpieczeństwo, jak chociażby mechanizacja płata.

W następnym odcinku m.in. latające placki i samoloty (prawie) bez podwozia.

PS Dla wyjaśnienia: opisywanie i przedstawianie samolotów, pojazdów, zdarzeń itp. nie ma nic wspólnego z moimi sympatiami politycznymi ani z propagowaniem takiego czy innego ustroju.