16 października 2021

 

W 1906 r. Brazylijczyk Alberto Santos-Dumont oblatał pod Paryżem swój samolot z przednim usterzeniem, oznaczony oficjalnie jako 14-bis, a nieoficjalnie jako „kaczka” (franc. canard), gdyż w locie przypominał on kaczkę z wyciągniętą do przodu szyją. Samolot ten był pierwszą w miarę dobrze latającą aerodyną w Europie i wyznaczył stosowaną do dziś nazwę układu z przednim usterzeniem. W przeciwieństwie do braci Wright, Santos-Dumont umieścił na dziobie usterzenie, które miało kontrolować zarówno pochylenie oraz odchylenie samolotu (opracowano je na podstawie konstrukcji latawca skrzynkowego). W praktyce okazało się jednak trudne w sterowaniu.

2
Rys. 2 Po lewej przedstawiono różnice w rozkładzie sił aerodynamicznym, między samolotem SAAB J35 Draken w układzie bez usterzenia oraz JA37 Viggen z usterzeniem przednim. Po prawej znajduje się wykres zależności współczynnika siły nośnej od kąta natarcia – jak widać, samoloty w układzie kaczka z usterzeniem umieszczonym wysoko mogą utrzymywać siłę nośną przy dużo większych kątach natarcia, niż pozostałe (E. Cichosz, Rozwój samolotów…, dz. cyt., s. 45).

Układ kaczka otrzymał także pierwszy na świecie samolot startujący z wody – Hydravion, opracowany przez Henri’ego Fabre w 1910 r. Układ kaczka został też przetestowany na samolocie Bleriot V z 1907 r., który był pierwszym jednopłatem tego słynnego konstruktora. Jednak po jego katastrofie Bleriot skupił się na samolotach z usterzeniem tylnym.

3
Rys. 3 Lotnia IV Czesława Tańskiego oraz Bleriot V

Warto dodać, iż w tych samych latach prace nad układem kaczka prowadził także Polak Stefan Drzewiecki4. W 1909 r. opatentował on koncepcję samolotu w takim układzie. Został on zbudowany przez firmę P. Ratmanoff w Paryżu w 1912 r. W październiku tego samego roku samolot został wystawiony na Międzynarodowym Salonie Lotniczym w Paryżu. Wcześniej jego modele były testowane w tunelu aerodynamicznym Eiffla w Paryżu.

4
Rys. 4 Koncepcja samolotów w układzie kaczka Stefana Drzewieckiego. U góry widzimy zdjęcie modelu badanego w tunelu aerodynamiczny Gustawa Eiffla w 1912 r. Jak widać, model ten miał usterzenie przednie umieszczone nad kadłubem, co zwiększało zakres kątów natarcia, w których samolot mógł utrzymać bezpieczny lot. W widocznym poniżej prototypie stateczniki przeniesiono jednak pod kadłub, przypuszczalnie po to, by nie ograniczały widoczności. W górnym prawym rogu rysunek patentowy Drzewieckiego przedstawiający samolot w układzie kaczka przypominający nieco konstrukcje braci Wright.

Sterowanie w linii podłużnej odbywało się przez regulację mocy silnika. Zwiększenie mocy silnika powodowało wznoszenie samolotu, a zmniejszenie – jego opadanie. Podczas startu pilot posługiwał się tylko dźwignią sterowania silnikiem. Oprócz tego stateczność podłużną można było wyważać za pomocą pokrętła, które za pomocą mechanizmu śrubowego regulowało kąt nastawienia przedniego płata. Do sterowania poprzecznego służyły dwie dźwignie, którymi zmieniano kąty natarcia poszczególnych połówek przedniego płata. Całość sterowania odbywała się więc za pomocą usterzenia przedniego, które mogło służyć także jako hamulec aerodynamiczny podczas dobiegu (obecnie stosuje się to w myśliwcach Gripen, Rafale, Eurofighter itp.). Obydwa stery kierunku były wychylane pedałami. Napęd każdego steru był niezależny, co pozwalało na używanie ich do zmiany kierunku lotu. Płaty posiadały profil Eiffel 8. Zespół napędowy składał się z silnika Labor o mocy startowej 80 KM, nominalnej 70 KM i masie 80 kg, a także drewnianego dwułopatowego śmigła Normale o średnicy 2,6 m, opracowanego przez Drzewieckiego. Napęd był przekazywany przez długi wał wewnątrz kadłuba (właśnie ten wał urwał się powodując katastrofę, która zawiesiła prace nad tym samolotem). Zbiorniki paliwa i oleju umieszczono w środku ciężkości, co zapobiegało jego przemieszczaniu się wraz ze zużywaniem wspomnianych płynów w czasie lotu. Podwozie tylne otrzymało amortyzację ze stalowych resorów, zaś przednie posiadało amortyzator olejowo-powietrzny. Podczas dobiegu dziób coraz bardziej dociskał do ziemi, aż w pewnym momencie kontakt z gruntem uzyskiwały narty hamujące.

5
Rys. 5 Samoloty Santos-Dumont 14-bis oraz Hydravion Henri’ego Fabre.

Samolot ten, podobnie jak wspomniany 14-bis, także otrzymał przydomek Canard, a jego próby w locie odbyły się w Chartres wiosną 1913 r. Piloci niechętnie wykonywali loty na samolocie ze względu na nietypowy system sterowania, a gdy wystąpiły kłopoty z silnikiem, loty zostały przerwane. 18.06.1914 r. ukończono ulepszoną wersję tego samolotu. Niestety, próby w locie zakończyły się katastrofą oraz śmiercią pilota Juliana Felixa. Prace nad Canardem Drzewieckiego wkrótce zarzucono. Według założeń konstruktora, samolot ten miał mieć długotrwałość lotu aż 5 godzin, osiągać prędkość maksymalną 105 km/h, a przelotową 95 km/h. Jego masa własna wynosiła 500 kg, masa użyteczna 200 kg, a maksymalna masa startowa 700 kg.
Prowadząc prace nad Canardem, Drzewiecki zaprezentował też nowatorskie, w pełni naukowe podejście do rozwoju konstrukcji lotniczej, gdzie wszystkie założenia były podyktowane i opisywane empirycznymi, logicznymi metodami, jakie przyjmuje się w badaniach naukowych. Nie było tam żadnej prowizorki ani amatorszczyzny. Drzewiecki był więc jednym z pierwszych poważnych naukowców zajmujących się konstrukcjami lotniczymi (i nie tylko)5.


4 S. Drzewiecki, spośród wielu swoich koncepcji, zgłosił trzy patenty dotyczące samolotów w układzie kaczka: dwa we Francji nr 457 856 i 410 244 oraz jeden w Belgii nr 244 737. Działalność tego wybitnego wynalazcy została opisana szeroko w publikacjach autorstwa Stanisława Januszewskiego, w tym: Stefan Drzewiecki – twórca teorii śmigła, Tajne wynalazki lotnicze Polaków Rosja 1870--1917, Wrocław 1998 oraz Wynalazki lotnicze Polaków 1836-1918, wyd. FOMT, Wrocław 2013.
 
5 S. Januszewski, Wynalazki lotnicze…, dz. cyt., s. 291-293.