16 października 2021


W sumie: wrzód na sumieniu konstruktora. W stanie lotu (lądowania), w którym zależy nam na wytworzeniu jak największej siły nośnej, dla utrzymania samolotu w powietrzu musimy się godzić z faktem, że usterzenie, które przecież waży i stawia opór aerodynamiczny nie pomaga w wytworzeniu tej siły, a wręcz przeszkadza. O tym, że konstruktorzy lotniczy tak naprawdę wstydzą się tego problemu, świadczy asekuranckie założenie, że usterzenie poziome nie jest powierzchnią nośną i tak w ogóle – nie uczestniczy w wytwarzaniu siły nośnej. Powyższe jest oczywiście uwzględniane choćby w obliczeniach tzw. biegunowej równowagi, ale bez wypunktowania tego faktu, traktowanego jako swego rodzaju „zło konieczne”.
W szybowcach oraz w samolotach „z długim ogonem i wąskimi skrzydłami” rzecz nie ma większego znaczenia, ale już dla samolotów pasażerskich, czy samolotów bojowych jest już o co się bić. Prognozowana przez Rutana ofensywa „kaczek” wydawała się mieć sens. Razem z moimi kolegami z biura konstrukcyjnego OBR w Mielcu zafascynowaliśmy się nową ideą. Na deskach kreślarskich po godzinach (i nie tylko) zaczęły powstawać „kaczkoloty” rodem z Polski. A skoro zaczęły powstawać, to pojawiły się dogłębniejsze analizy układu oraz pytania. Pierwsze, z tych podstawowych – dlaczego dziś (początek lat 70-tych) na świecie nie lata żadna „kaczka” z certyfikatem, czyli z dopuszczeniem do zarobkowej eksploatacji – wydawało się być skwitowane stwierdzeniem, że już przecież pojawiają się takie, czego dowodem – następne konstrukcje Rutana, lub choćby powstający właśnie Starship firmy Beechcraft. Starship rzeczywiście powstał, był certyfikowany i produkowany seryjnie lecz okazał się jedyną do dziś „kaczką” z certyfikatem.
Inne pytania były trudniejsze. Zaraz, zaraz... Faktycznie, siły na usterzenie i skrzydła skierowane są do góry, ale przecież aby samolot był stateczny usterzenie z przodu musi być opływane przez powietrze pod większym kątem natarcia niż ma to miejsce w przypadku skrzydeł. Tym samym, oderwanie strug powietrza spowoduje, że spadek siły nośnej nastąpi wcześniej na usterzeniu niż na skrzydłach, które przecież wytwarzają gros całkowitej siły nośnej. Efektem pozytywnym, który „kaczkomani” wszędzie głoszą, jest fakt, że samolot nie przeciąga się, czyli opuszcza nos przed utratą siły nośnej na skrzydłach. Zdecydowanym negatywem jednak, o czym wielbiciele „kaczek” zdają się „zapominać”, jest fakt, że skrzydło nie może wtedy wytworzyć pełnej siły nośnej, jaką z racji swojej wielkości mogłoby wytworzyć, gdyż owo opuszczanie nosa skutecznie tę możliwość eliminuje. Sytuacja jest o tyle trudniejsza, że ze względu na warunki zachowania stateczności na skrzydłach nie możemy zastosować klap. Problem w tym, że ich wychylenie byłoby w efekcie równoznaczne z rzeczywistym zwiększeniem kąta natarcia skrzydeł, a więc z utratą stateczności przez samolot.
Powyższe jest wyjaśnieniem bardziej kompleksowego pytania. Dlaczego „kaczki” tak wspaniale prezentujące się w zakresie parametrów, takich jak prędkość maksymalna i zasięg, są gorsze niż przeciętne samoloty w zakresie małych prędkości, a głównie w długości startu i lądowania? Nie wchodząc w tym miejscu w dalsze szczegóły należy jednak podkreślić dwie inne cechy „kaczek”. Dobrą i złą. Zaletą układu jest możliwość wyraźnie korzystniejszego rozplanowania całej konstrukcji, inaczej mówiąc – zbudowania samolotu bardziej zwartego, o lepszym wykorzystaniu przestrzeni wewnętrznej, lżejszego i sztywniejszego. Wadą jest fakt, że w świetle coraz bardziej rygorystycznych wymagań co do właściwości pilotażowych samolotu, coraz trudniej w tym układzie własności te uzyskać.
W wymiarze światowym „kaczki” nie zdominowały lotnictwa i pozostały na etapie co prawda licznych, lecz jednak konstrukcji eksperymentalnych. Burt Rutan zaczął się zajmować innymi samolotami i jego sława rosła (i dalej rośnie), zaś ówczesny 30-to latek, czyli autor niniejszego artykułu, w swych analizach doszedł do wniosku, że „kaczki” w aktualnej postaci to jednak „droga donikąd”.
Korzyścią z owej przygody z „kaczkami” była konieczność wyjścia poza wyniesione z politechniki wzory i zasady, i przeanalizowanie „tak po chłopsku”, od strony fizyki zjawiska zasad zapewnienia stateczności i sterowności samolotu.
Z rozważań tych wynikało, że w żadnym wypadku przednie usterzenie nie powinno być zabudowane na stałe do samolotu, lecz powinno zmieniać swe usytuowanie względem przepływających strug powietrza i że zmiany te (głównie kąta natarcia) powinny być realizowane przez jakiś mechanizm wg raczej skomplikowanych zależności. Jawiły się tu do zrealizowania powyższego jakieś komputery i inne dodatkowe urządzenia. Jednym słowem, „wstrzeliłem się” w ogólny trend, gdyż w owym czasie zaczęły powstawać, lub już o nich myślano, samoloty ze „sztuczną statecznością”. Powstawały F-16 i F-18, a myślano już o Rafaelach, Grippenach i Eurofighterach, czyli samolotach właśnie z usterzeniem z przodu, lecz wychylanych przez system (sterowany co prawda przez pilota, lecz realizowany i zarządzany przez skomplikowane systemy informatyczno – mechaniczne). „Za wysokie progi na nasze nogi”...
Na podsumowanie tego etapu powstała wizja pielęgnowana w mym umyśle, a po wielu latach zmaterializowana. Widok „kaczki” lecącej z minimalną prędkością, z przednim płatem ustawianym względem opływającego powietrza tylko o tyle, ile potrzeba do zachowania równowagi.

bi2_s